§ 2.3. Вертикальні межі геосистем

Основні підходи до виділення меж. Вертикальні межі відокремлюють геосистему від її зовнішнього середовища точніше — від деяких нижніх верств літосфери (нижня межа) та верхніх шарів атмосфери (верхня межа геосистеми). Вважається що ці шари мало залежать від внутрішньогеосистемних процесів. Залежно від аспекту аналізу геосистеми та конкретного завдання дослідження її вертикальні межі можна виділяти за дещо різними критеріями. Якщо геосистема досліджується як певний фізичний об’єм природної реальності, її межами будуть деякі поверхні, при цьому слід чітко визначити їх висоту та глибину щодо земної по­верхні. При теоретико-системному аналізі геосистеми, тобто ана­лізі її деякої схематизованої моделі, склад елементів геосистеми, як правило, задається заздалегідь і таким чином її вертикальні межі визначаються ніби самі собою (як усе те, що не входить до її складу). Аналогічна ситуація виникає й тоді, коли умови де­якого конкретного дослідження однозначно визначають склад елементів геосистеми, аналіз яких вважається достатнім для ви­рішення поставленого завдання. У таких випадках, обгрунтовано визначивши попередньо склад елементів геосистеми, можна пра­вильно виділити і її вертикальні межі. При цьому навіть немає необхідності визначати місцеположення цих меж (тобто їх висоту та глибину). Але це визначення набуває суттєвого значення при фізично-об’ємному аналізі геосистем, особливо при їх стаціонарно­му дослідженні.

Про те, як місцеположення вертикальних меж залежить від рангу геосистеми, у дослідників визначеності немає. Більшість із них (Н. Л. Беручашвілі, В. О. Боков, К. М. Дьяконов, О. Ю. Ретеюм, В. Б. Сочава, Г. Хаазе та ін.) вважають, що чим вищий ранг геосистеми, тим більша її вертикальна потужність. К. М. Дья­конов (1971) так мотивує цю позицію. Вертикальні межі слід проводити по тому рівню, на якому щезають горизонтальні від­мінності між геосистемами. Для фацій лісотундри ці відмінності практично не фіксуються, починаючи з висоти 4—5 м і глибини

2. м. На цих рівнях, на його думку, і слід проводити відповідно верхню та нижню межі фацій. У геосистемах вищого таксономіч­ного рангу — урочищах територіальні відмінності та взаємодії спостерігаються до висоти 7—9 м та глибини 4 м, що й прийма­ється за вертикальні межі цих геосистем. У лісових фаціях О. Ю. Ретеюм (1966) вказує місцеположення їх вертикальних меж на висоті кількох десятків метрів, в урочищах — до кількох со­тень, ландшафтах 800—2000 м. Близькі до цих цифри наводить і В. Б. Сочава (1974).

У рамках екології питання вертикальних меж екосистем прак­тично не розглядалось. Лише представники біогеоценологічної школи В. М. Сукачова зосереджувались на ньому, встановивши для себе, що нижня межа біогеоценозу проходить по межі між грунтом та грунтоутворюючою породою. З ландшафтно-екологіч­них позицій з цим твердженням погодитись важко.

Мабуть, найбільш виправданим підходом до встановлення вер­тикальних меж геосистем слід вважати прагматичний. Він поля­гає у визнанні того факту, що конкретне дослідження геосистеми завжди пов’язане з аналізом лише певного типу відношень між її елементами. За особливостями цих відношень визначають і той фізичний об’єм, де вони можуть відбуватись і поза яким уже не мають умов для формування. Відповідно й критерії виділення вертикальних меж визначаються типом внутрішньогеосистемних зв’язків, ступенем детальності їх аналізу.

Верхні межі. Характерні особливості верхніх меж геосистем — це їх мінливість у часі залежно від пори року, погодних умов та стану розвитку фітоценозу, а також слабка вираженість цих меж, зумовлена значною відкритістю геосистем у вертикальному напрямку.

При дослідженні зв’язків між елементами геосистеми, зумовле­них фізичними процесами (вологообігом, потоками енергії тощо), як складову геосистеми слід розглядати деякий об’єм атмосфери, де ці процеси відбуваються і впливають на його стан. У мікрокліматології такий об’єм атмосфери називають діяльним шаром. Від вищих атмосферних шарів його відрізняють різкі добові коливан­ня метеоелемеитів, їх неперіодичні зміни, значні вертикальні гра­дієнти, специфічний склад мікрофлори та хімічних елементів по­вітряних мас, суттєва зміна швидкості та напрямку вітру тощо. Усі ці особливості зумовлені властивостями геосистеми, особливо її альбедо та характером рослинного покриву (його висотою, гу­стиною стояння, іншими фітометричними характеристиками). Фі- токліматичними та стаціонарними дослідженнями геосистем вста­новлено, що їх вплив на значення метеоелементів сягає в 1,5—

2. рази більшої висоти, ніж висота рослинного ярусу. Взимку вплив засніженої поверхні геосистеми на атмосферу набагато мен­ший і загалом не перевищує кількох метрів. Ці орієнтири і можна прийняти при визначенні положення верхньої границі геосистем топічного та хоричного рівнів, проте слід мати на увазі, що це положення мінливе в часі і може змінюватися не тільки протягом року, а й доби.

Верхня межа геосистем регіональної розмірності визначається складніше. Так, досліджуючи ландшафтно-екологічні закономір­ності процесів переносу та випадання атмосферних забруднень, до складу геосистеми слід включити і той шар тропосфери, в межах якого відбуваються місцеві процеси циркуляції повітря. Висота цього шару визначається не тільки рельєфним фактором, а й ста­ном атмосфери (зокрема, типом циркуляції — циклональним або антициклональним), тому вона також дуже мінлива і може сягати висоти тропопаузи (в середньому 11 км).

При дослідженні біотичних процесів геосистеми, зокрема її продуктивності, за верхню межу можна прийняти межу верхнього рослинного ярусу (аерофітогоризонту), приймаючи шар турбу­лентної атмосфери безпосередньо над рослинним покривом за зов­нішнє середовище. У такий самий спосіб доцільно визначати й верхню межу геосистеми при дослідженні її грунтових процесів, зокрема міграції та акумуляції різних речовин у грунтовій товщі, водах, рослинах. Роль атмосферних процесів при цьому дуже знач­на, проте розглядається як фактор зовнішнього середовища.

Нижні межі. При аналізі генетико-еволюційних рис геосистем, які багато в чому визначаються геологічною будовою, у їх нижні межі обов’язково слід включати ті товщі гірських порід, які зу­мовили становлення даної геосистеми. У цьому плані положення нижньої межі геосистеми залежить від її рангу. Так, геосистеми регіональної та вищої розмірностей можуть бути пов’язані з ве­ликими геоструктурами, які своїми коренями заглиблюються в лі­тосферу на десятки кілометрів. При з’ясуванні генезису геосистем хоричної та нижчих розмірностей такі геоструктури виступають у ролі зовнішнього фону, на якому сформувались певні літолого- стратиграфічні та геоморфологічні особливості значно меншої вертикальної потужності. Саме ці особливості й визначили специ­фіку генезису хорнчних і топічних геосистем, для генетико-еволю- ційного аналізу яких зовсім не обов’язкове занурення в глибини літосфери.

Нижню межу геосистем при їх генетико-еволюційному аналізі здебільшого проводять по гірських породах, які є субстратом фор­мування сучасного рельєфу. В Україні, наприклад, це породи, які залягають під лесовою товщею (вапняки, середньо-верхньопліоце- нові глини тощо), або ж сама ця товща при її значній потужності (більше 50 м, як у Причорноморї), породи, прикриті четвертинни­ми відкладами водно-льодовикового походження, тощо. Причому при генетико-еволюційному аналізі геосистем зовсім не обов’язко­во точно встановлювати місцеположення нижньої межі, достатньо лише вказати, в якій саме верстві гірських порід вона знаходиться. У цій верстві нижня меж’а має вигляд перехідної смуги, в межах якої геосистемні властивості природи поступово щезають. Взагалі, вплив верхніх геогоризонтів (аеро-, фіто- та педо-) на літосферу обмежується глибиною до кількох десятків метрів (зона гіпергенезу). Саме нижче цієї зони й доцільно визначати орієнтовне поло­ження нижньої кежі геосистем.

При аналізі міграційних потоків у геосистемі положення її нижньої межі визначається глибиною можливого проникнення мігруючої речовини. Ця глибина залежить від хімічних власти­востей речовини-мігранта, характеру зони аерації (її фільтрацій­них особливостей, наявності ландшафтно-геохімічних бар’єрів тощо), глибини проникнення коренів рослин у грунт та інших факторів. У принципі при врахуванні усіх їх глибину міграції, а відтак і положення нижньої межі геосистеми можна визначити. Проте рівень сучасних знань про поведінку багатьох речовин у ландшафті недостатній, щоб бути цілком упевненим щодо точ­ності та вірогідності таких оцінок. Тому, виходячи з того, що у вертикальній міграції більшості речовин надзвичайно велику роль відіграють низхідні та висхідні потоки вологи, доцільно за нижню межу геосистеми прийняти рівень залягання грунтових вод. Лише впевнившись у тому, що мігруюча речовина не досягає цього рів­ня і акумулюється на певному ландшафтно-геохімічному бар’єрі, останній можна визнати за нижню межу геосистеми.

ГІри балансових дослідженнях геосистеми за її нижню межу слід вважати рівень, нижче якого шари вже не охоплюються кру­гообігом певної речовини. Для водного балансу це здебільшого- рівень грунтових вод. Для теплового балансу він збігається з рів­нем, починаючи з якого щезає річна амплітуда температури грун­ту, Глибина його залежить від температуропровідності грунту та амплітуди температур на його поверхні. В Україні вона становить від 10 до 17—20 м. Для круговороту органічної речовини за нижню межу геосистеми виправдано прийняти межу між геогоризонтами, які охоплюються процесами гуміфікації, та де такі процеси вже не відбуваються. Здебільшого вона знаходиться у верхньому шарі грунтоутворюючої породи або між нею та материнською породою, хоч в окремих геосистемах коріння рослин може сягати і глибших, шарів, а деякі гризуни та дощові черви (не кажучи вже про мік­роорганізми) здатні проживати на глибинах б—8 м і більше.