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, обґрунтовано 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.

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 (волого обігом, потоками енергії тощо), як складову геосистеми слід розглядати деякий об’єм атмосфери, де ці процеси відбуваються і впливають на його стан. У мікро кліматології такий об’єм атмосфери називають діяльним шаром. Від вищих атмосферних шарів його відрізняють різкі добові коливання метеоелементів, 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 фотометричними характеристиками). Фітокліматичними 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 ґрунтових процесів, зокрема міграції та акумуляції різних речовин у ґрунтовій 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 хоричних і топічних геосистем, для генетико-еволюційного 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-верхньопліоценові глини тощо), або ж сама ця товща при її значній потужності (більше 50 м, як у Причорномор’ї), 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 межа має вигляд перехідної смуги, в межах якої геосистемі властивості природи поступово щезають. Взагалі вплив верхніх геогоризонтів (аеро0, фіто- та педо-) на літосферу обмежується глибиною до кількох десятків метрів (зона гіпергенезу). Саме нижче цієї зони й доцільно визначати орієнтовне положення нижньої межі геосистем.

ЛЕКЦІЯ №3

ВЕРТИКАЛЬНІ СТРУКТУРИ ГЕОСИСТЕМИ:

МІЖЕЛЕМЕНТНІ ВІДНОШЕННЯ ТА ПРОЦЕСИ

(процесна ландшафтна екологія)

3.1 Генетико-еволюційні відношення

Мета аналізу генетико-еволюційних відношень між складовими вертикальної структури геосистеми – визначити закономірності поєднання геокомпонентів один з одним та взаємозалежність їх окремих властивостей. Він зводиться до вирішення двох основних груп питань: виявити закономірності формування даного поєднання геокомпонентів та характер зв’язків між ними; оцінити ступінь генетичної залежності між геокомпонентами та їх елементами.

Загальна схема формування вертикальної структури геосистеми така. Утворення її починається з нуль-моменту – появи наземного твердого абіотичного субстрату .Цим моментом може бути вихід території з-під рівня моря, вивільнення її з-під льодовика, перекриття поверхні вулканічною лавою тощо. Геологічні породи, що вийшли на поверхню, грунтові води та приземний шар атмосфери вступають у взаємодію між собою, яка виражається у вивітрюванні гірських порід та зміні морфології рельєфу. Такі геосистеми мають примітивну вертикальну структуру, у якій немає біотичних компонентів. Проте вже на абіотичній стадії розвитку геосистеми до неї з атмосфери та поверхневими водами надходять мікроорганізми, життєдіяльність яких спричиняє формування та поступове збільшення вмісту органічної речовини у верхньому шарі гірських порід. Внаслідок цього стає можливим ецезис (приживання на новому місці) лишайників, мохів, а згодом і вищих рослин. Їх спори та насіння заносяться до геосистеми практично з нуль-моменту, але на безорганічному субстраті проростати вони не могли. Популяційна структура первинних рослинних угруповань примітивна і цілком визначається фізико-хімічними особливостями субстрату, а також видовим складом рослинності прилеглих геосистем. Конкурентні та інші біотичні відношення між популяціями та окремими особинами виражені слабко.

З моменту виникнення фітоценозу геосистема вступає у біотичну стадію розвитку. Для неї характерні інтенсифікація гумусоутворення, заселення тваринами та формування зооценозу, більша швидкість сукцесійних змін грунту, рослинності та мікробоценозів, стабілізація рельєфоформуючих процесів, більша трансформація приземного шару атмосфери (зокрема, внаслідок все більшої транспірації). Якщо на абіотичній стадії розвитку зміни геокомпонентів та їх зв’язок загалом детерміновані та односпрямовані, то на біотичній відношення між геокомпонентами значно ускладнюються і набувають все більшої стохастичності (ймовірності). Формується розгалужена мережа обернених міжгеокомпонентних зв’язків, тобто переважно односпрямовані відношення змінюються двосторонніми.

Генетико-еволюційні відношення між геокомпонентами визначають деякий спектр класифікаційних підрозділів одного геокомпонента, які можуть відповідати певному типу іншого геокомпонента (наприклад, набір видів грунту, які можуть відповідати певному типу гірських порід; набір рослинних угруповань, що можуть формуватися на даному виді грунту; видів грунтів – під даною рослинною асоціацією тощо).Цей набір може бути дуже широкий, проте з урахуванням впливу на двосторонній міжгеокомпонентний зв’зок певного третього геокомпонента (наприклад, впливу клімату на зв’язок грунтів і рослинності) суттєво звужцується (фільтрується). Послідовне врахування впливу всіх геокомпонентів на двосторонній зв’язок якихось двох з них приводить до виділення лише тих можливих варіантів поєднання геокомпонентів, яке може скластися в умовах конкретної

еосистеми. Графічно приклад такого аналізу, що формально нагадує процес послідовної фільтрації зв’зків, зображено на рис. 5

Антропічні аспекти

Втручання людини в ландшафт призводить до розладу еволюційно зумовлених відношень між його геокомпонентами. Найбільш характерна в цьому плані заміна еволюційних зв’язків між грунтом та рослинністю у природних геосистемах на антропічно регульовані відношення між ними в агрогеосистемах. Зведення лісів та їх заміна на трав’яні агроценози призводить до формування протиприродних, “еволюційно-абсурдних” зв’язків між грунтом та рослинністю, тваринним населенням, мікробоценозами.

Господарська діяльність людини призводить не тільки до видозміни еволюційних відношень між грунтом та біокомпонентами, а й викликає більш глибоку трансформацію внутрішньогеосистемних генетично зумовлених зв’язків, торкаючись водного режиму, рельєфоформуючих процесів тощо. Так, у генетичному відношенні рельєф геосистеи Причорноморської низовини акумулятивного походження, проте з масовим розоренням земель цього регіону, іригацією зараз тут переважають рельєфоутворюючі процеси, характерні не акумулятивним, а денудаційним рівнинам.

Надмірне намагання штучно законсервувати геосистему в її природному стані призводить до руйнування в ній генетико-еволюційних відношень. Так, у лучних та степових геосистемах еволюційно склалися відношення між рослинними угрупованнями та тваринами, за яких для нормального розвитку рослинності необхідне відчуження деякої частини її щорічної продукції травоїдними тваринами. Заповідання степових геосистем у режимі повного виключення стравлення та косіння призводить до досить швидкої деградації рослинних угруповань, аж до випадання едифікаторних видів. Тому щоб підтримати заповідні степи в близьких до природних станах, необхідно ввести режим стравлення, близький до природно-еволюційного.