Общенаучное представление о системе.

Научная парадигма – совокупность теоретических и методологических установок, определяющих общий стиль научного мышления и практику конкретных исследований на определенном этапе развития науки.

В основе современного ландшафтоведения лежит геосистемная концепция, являющаяся его методологической основой.

Системная концепция – это общенаучное направление, ставящее целью изучение организованности и саморазвития природных тел и явлений. Ее истоки связывают с трудами А. Гумбольдта, Ч. Дарвина, Д. И. Менделеева. В.И. Вернадского и др. прежде всего в таких науках как геология, география, биология. Системная концепция возникла в противовес механистической теории И. Ньютона, для которой был свойствен односторонний мировоззренческий принцип, объясняющий развитие природы и общества законами механической формы движения материи. Источник механистической концепции – абсолютизация законов механики, приводящая к метафизической картине мира. Она развивала представления об абстрактном материальном теле, которое перемещается в пустоте, и не могла объяснить множество сложных явлений в мире. Однако широкое, осознанное внедрение системных идей в науку, в том числе естествознание, началось с середины ХХ века и связано с именем Л. Берталанфи (1949), австрийского биолога-теоретика, который сформулировал системный подход и разработал программу построения общей теории систем. В 50-60-е годы, в связи с развитием кибернетики, был предложен ряд общесистемных концепций и определений понятия «система». В 70-е годы окончательно сформировался системный подход как методологическое направление. Системный подход неразрывно связан с идеями материалистической диалектики (всеобщая связь явлений, развитие, соотношение целого и части, внутренние противоречия и др.).

Принцип системности есть метод представления природного объекта со стороны того, как он организован, как соотносятся части объекта, образуя свойства его как целого. Системный подход в науке означает изучение явлений в целостности и нераздельности.

По Л. Берталанфи: «Система есть комплекс элементов, находящихся во взаимодействии» (цит. по А.Г. Исаченко, 1981).

Или:

Система – совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенное целостное единство.

Иными словами, при системном подходе каждый объект (явление, процесс) рассматривается как сложное образование, состоящее из структурных частей (элементов). Этот подход позволяет решать сложные задачи анализа и синтеза при изучении объекта, имеющего многосторонние внутренние и внешние взаимосвязи.

Сейчас понятия «системность», «системный подход», «системный анализ» широко вошли в обиход науки. С позиций системного подхода может быть рассмотрен любой объект или явление (природные и социальные объекты).

Главные признаки систем, определяющие содержание общей теории систем:

1. система есть целостность, единство;

2. система обладает множеством составных частей (элементов, признаков, подсистем и др.);

3. система обладает многими взаимосвязями между составными частями (внутренние взаимосвязи);

4. система обладает многими взаимосвязями между объектом и средой (внешние взаимосвязи) в виде обмена вещества и энергии;

5. система обладает пространственно-временной структурой (закономерным взаимным расположением составных частей, меняющимся во времени);

6) системы определенным образом организованы, образуя иерархический ряд (например, элементарные частицы – атомы – молекулы – вещества – тела – совокупности тел и пр.).

Другими свойствами и признаками систем являются: устойчивость к случайным возмущениям среды; возможность перехода из одного состояния в другое; эмерджентность – появление нового качества, которого нет ни у одной из входящих в систему частей.

В соответствии со свойствами и признаками систем разработаны принципы системного познания мира. Анализ различных систем должен включать:

- выявление составных частей (подсистем);

- установление и описание внутренних взаимосвязей системы;

- исследование внешних связей системы;

- выявление более крупной системы, в которую в качестве подсистемы входит изучаемая система;

- установление связей с более крупной системой.

Существуют разные подходы к классификации систем. Выделяют системы материальные (неживой природы и живой природы) и абстрактные (например, продукты человеческого мышления – понятия, гипотезы, теории и др.). С точки зрения способности к изменениям выделяют системы статические и динамические, а также открытые (незамкнутые, имеющие обмен между системой и средой) и закрытые (замкнутые).

В 70-е годы начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем – синергетика (от греч. sinergos – согласованно действующий). Синергетика – исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения. Механизмы самоорганизации и саморегулирования связаны с передачей информации по каналам прямой и обратной связи.

Системный подход, рассматривающий как целое, многие объекты, позволяет вскрыть внутренние свойства объектов, процессов и их формализовать, т.е. изобразить в виде модели, подготовить для математической обработки.

В географии разработка системного подхода под названием геосистемной концепции связана с именем В.Б. Сочавы (1963, 1978), из других исследователей внесли свой вклад в разработку этого учения В.С. Преображенский, Ю.Г. Саушкин, А.Д. Арманд, А.И. Ретеюм, К.Н. Дьяконов и др. Философское обоснование системного подхода в географии дал В.С. Лямин (1985). Как отмечал В.Б. Сочава (1978), цель учения о геосистемах – «обеспечить возможность системного подхода в физической географии, подготовить ее сердцевину – ландшафтоведение – к восприятию системных идей, показать целесообразность системной концепции в географии». Геосистема определялась как «земное пространство всех размерностей, где отдельные компоненты природы находятся в системной связи друг с другом и как определенная целостность взаимодействуют с космической средой и человеческим обществом».

В слове «геосистема» первая часть указывает на территориальность как важное свойство данной системы (в отличие от других систем – нетерриториальных образований), изучаемой с позиций общей теории систем.

По мере утверждения и закрепления термина «геосистема» в географической науке произошли некоторые разногласия среди ученых в его применении. В связи с этим обстоятельством А.Г. Исаченко (1981) рассмотрел историю и судьбу геосистемной концепции в отечественной науке.

Отстаивая приоритет В.Б. Сочавы в обосновании представлений о геосистеме, А.Г. Исаченко подчеркивал некоторые особенности этого понятия: 1. геосистема – реальная (материальная) система, а не «абстрактное отражение геокомплекса на языке теории систем»; 2. геосистема – природный объект (даже в случае интенсивного антропогенного воздействия, рассматриваемого в системе природных связей); 3. геосистема – это «полная» природная географическая система, охватывающая все абиогенные и биогенные географические компоненты с их взаимосвязями (частные системы, а также экосистемы являются парциальными по отношению к геосистемам); 4. между компонентами геосистемы существуют не просто взаимосвязи, а взаимообусловленность.

По отношению к геосистемам в таком случае применимы все основные понятия общей теории систем: целостность, иерархичность, структурность, функционирование, устойчивость и т.д.

Хотя основные положения учения о геосистеме изложены сравнительно недавно, системный подход в географии стихийно осваивался давно, еще со времен В.В. Докучаева. Определения ландшафта как природного комплекса содержали в себе указания на системный характер этого объекта и на первом, «берговском», этапе (ландшафт – гармоническое целое, состоящее из взаимосвязанных компонентов), и на втором, «солнцевском», этапе, когда ландшафт рассматривался как «закономерно построенная система более мелких территориальных комплексов». Таким образом, идея целостности ландшафта вначале основывалась на представлении о системообразующем значении вертикальных (межкомпонентных) связей, а затем и горизонтальных (латеральных) связей. Последующий (с начала 60-х годов ХХ в.) резко возросший интерес к системной концепции связан с новыми тенденциями в ландшафтоведении, а именно, стремлением осуществлять функциональное и структурно-динамическое изучение ландшафта как сложный пространственно-временной объект. Это вызвало необходимость анализировать множество переменных величин с помощью моделирования и точных измерений на основе стационарных исследований. Разработка теории геосистем позволила применять в исследованиях абстрактный математический язык, а также изучать различные структуры, режимы, состояния и т.д.

Если в прошлом ландшафтоведы лишь стихийно развивали системные представления, то затем появилась возможность использовать принципы общей теории систем. В свою очередь, ландшафтоведение конкретными примерами может иллюстрировать многие положения общей теории систем.

Следует отметить наиболее существенные признаки и свойства геосистем с позиций системного подхода:

- Элементами геосистемы выступают компоненты – наименьшие составные части (атомы геосистемы).

- Целостность геосистемы определяется совокупностью критериев: большей теснотой внутренних связей по сравнению с внешними, относительной автономностью, наличием объективных естественных границ, упорядоченной структурой и др. Целостность геосистемы обусловлена сложнейшим вещественно-энергетическим, а также информационным взаимодействием между компонентами и субсистемами (т.е. геосистемами низших порядков).

- Геосистемы – открытые системы, связанные потоками вещества и энергии со средой. Среда геосистемы образована геосистемами более высоких рангов, в конечном счете – ландшафтной оболочкой (или ГО, среда ГО – подстилающие глубинные части земного шара и космическое пространство).

- Геосистемы имеют различные уровни территориальной организации, находящиеся в иерархическом соподчинении. В соответствии с В.Б. Сочавой следует выделять три главных уровня (размерности) – планетарный, региональный и топический (локальный) – и три узловые ступени (единицы) – географическая (ландшафтная) оболочка (эпигеосфера), ландшафт, фация.

- Вся совокупность обмена веществом и энергией в геосистеме называется ее функционированием. Функционирование в природном комплексе протекает своеобразно – в механическом перемещении твердого материала и воды, циркуляции атмосферы, влагообороте, миграции химических элементов, продуцировании и разложении органического вещества и др.

- Одно из важнейших свойств системы – способность создавать нечто новое и приобретать новое качество, не характерное для каждого элемента в отдельности (эмерджентность), в геосистеме это проявляется через способность создавать новое вещество (почва, биопродукция, продукты литогенеза и др.).

Функциональный подход к изучению структуры геосистем предполагает временной аспект исследования, т.к. геосистемы являются пространственно-временными образованиями. Изменения составных частей геосистемы протекают в виде динамики и эволюции. Динамика геосистемы (по А.Г. Исаченко, 1981, 1991) есть совокупность всех обратимых изменений, совершающихся в рамках единой структуры и не приводящих к качественному преобразованию системы. В динамических изменениях проявляется диалектическое единство изменчивости и устойчивости геосистем. Эти изменения – в отличие от эволюционных – указывают на способность геосистемы возвращаться к исходному состоянию, т.е. на ее устойчивость.

Под устойчивостью геосистемы подразумевается ее способность сохранять структуру при воздействии внешних (в том числе техногенных) факторов. Устойчивость геосистемы достигается через способность к саморегулированию. Саморегулирование – важное свойство геосистемы. Оно заключается в сохранении ее типичного состояния – способности к возвращению в исходное состояние. При катастрофическом воздействии на ПТК их способность к саморегулированию снижается, но не исчезает полностью, т.к. не все компоненты в равной степени подвергаются катастрофическим воздействиям, наиболее устойчивые из них (радиационные, литогенные) способствуют восстановлению геосистем.

От динамики отличается эволюционное (направленное) изменение геосистемы, с которым связано ее развитие, т.е. необратимое, поступательное изменение, выражающееся в коренной перестройке структуры. Одни комплексы развиваются медленно, другие – относительно быстро (превращение озера в болото). Скорость развития зависит от ранга ПТК: комплексы локального уровня изменяются на памяти человека, регионального уровня – дольше, глобального – еще дольше. Способность к развитию характеризует такое свойство геосистемы, как ее изменчивость.

Устойчивость и изменчивость – два важных, диалектически взаимоисключающих, и в то же время взаимосвязанных качества ПТК, проявление важнейшего закона диалектики – единства и борьбы противоположностей.

Изучение этих свойств имеет большое значение для хозяйственного освоения территорий, т.к. именно знание степени устойчивости позволяет осваивать геосистемы в нужном для человека направлении, не вызывая их деградации.

В настоящее время в ландшафтной географии используются разные термины для обозначения основного объекта исследования: «природно-территориальный комплекс», «геокомплекс», «геосистема», «ландшафт».

Эти термины существуют как параллельные, и не имея принципиальных различий (природные единства, состоящие из совокупности взаимосвязанных компонентов), тем не менее, они не идентичны.

Во-первых, по мнению А.Г. Исаченко (1981), если в «системе» содержится акцент на упорядоченность, то в «комплексе» - на связь, взаимообусловленность («сплетение»).

Во-вторых, когда В.Б. Сочава (1963) ввел понятие «геосистема», он подразумевал под ним природно-территориальный комплекс, но в настоящее время этот термин имеет более широкое применение. «Всякий комплекс есть система, но далеко не о всякой системе можно сказать, что она представляет собой комплекс». Любой компонент природно-территориального комплекса может участвовать в разных парциальных системах типа: почва – растительность, почва – климат, атмосфера – гидросфера и т.п., а также в любых сочетаниях – парами или триадами – в качестве особых систем, но комплекс при таком подходе разрушается. С точки зрения А.Г. Исаченко, комплекс – понятие более узкое и строгое, это система высокого уровня организации, со сложной структурой и отношениями взаимной обусловленности между компонентами, в то время как система – понятие более широкое (универсальное), родовое по отношению к комплексу.

Природно-территориальный комплекс в то же время – особый тип систем, позволяющий географам принять на вооружение системный язык и внести свой вклад в развитие общей теории систем (Преображенский, 1986).

Термины «геосистема» и «экосистема» объединяет концепция взаимосвязи компонентов, различия состоят в методологическом подходе к объекту исследования. В геосистеме все компоненты рассматриваются с позиций полицентризма (т.е. на равных), в экосистеме подчеркивается роль биоты (биоцентрический подход). На базе объединения этих подходов развивается ландшафтно-экологический подход (рис. 1).

Рис. 1. Простейшие модели экосистемы и геосистемы:

1 – экосистема; 2 – геосистема; А₁, А₂, А₃ – абиотические компоненты,

Б – биота. Линии обозначают межкомпонентные связи (по Исаченко А.Г., 1991).

Таким образом, природная геосистема – это исторически сложившаяся пространственно обособленная совокупность взаимосвязанных компонентов, характеризующаяся морфологической и динамической организованностью, относительной устойчивостью, способностью функционировать как единое целое, продуцируя новое вещество (органическое, биокосное, неорганическое) – по В.А. Николаеву.

ПРИРОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Природные компоненты – основные составные части природной геосистемы любого ранга, взаимосвязанные между собой процессами обмена веществом, энергией и информацией. К природным компонентам относятся фрагменты сфер, слагающих ландшафтную оболочку: литогенная основа (верхняя часть литосферы), приземные воздушные массы, природные (поверхностные и грунтовые) воды, почвы, растительность, животный мир (Николаев, 2000).

Каждый из природных компонентов представляет собой вид вещества – неживое, живое, биокосное. В соответствии с видами вещества природные компоненты объединяются в подсистемы: геома (литогенная основа, воздушные массы, природные воды), биота (растительность и животный мир), биокосная подсистема (почва).

Кроме того, по количеству компонентов геосистемы делят на полные и неполные: полные – включают все компоненты, неполные – некоторые компоненты отсутствуют (например, ледники как особый тип геосистем не содержат в своем составе почву, растительность и др.).

Каждый из природных компонентов обладает определенными свойствами, изменяющимися во времени и от места к месту. Эти изменения природных компонентов при взаимосвязи и взаимозависимости и обусловливают многообразие самих геосистем (ландшафтов). Свойства компонентов носят название природных факторов (слово фактор означает «движение», «сила»). Природные факторы – это количественные и качественные особенности природных компонентов, определяющие характер их взаимодействия с другими компонентами. Например, минералогический состав горных пород, расчлененность рельефа, температура и влажность воздуха, минерализация грунтовых вод, направленность почвообразовательного процесса, флористический состав растительности – все это природные факторы, влияющие на формирование природных геосистем.

Различают внутренние ландшафтообразующие факторы и факторы внешней среды (Николаев, 2000). К первым относятся геологическое строение и рельеф земной поверхности, местный климат, степень увлажнения, характер растительности – все это определяет обособление геосистем в пространстве, их структурную и функциональную специфику. Ко вторым относятся макроклимат, глубинные тектонические структуры и тектонические процессы, а также влияния разнообразного генезиса со стороны других геосистем (смежных или отдаленных) – селевые потоки, пыльные бури и др.

В качестве особого внешнего фактора рассматривают географическое положение (позиционный фактор, по В.А. Николаеву, 2000), от которого зависит специфика рассматриваемой геосистемы на фоне смежных геосистем.

Покажем на примерах влияние каждого из природных компонентов на структуру и функционирование ландшафтов.

Литогенная основа - это геолого-геоморфологический фундамент геосистемы, включающий верхнюю часть литосферы в зоне гипергенеза, где происходит активный обмен вещества под влиянием живых организмов. Ее границей по предложению М.А. Глазовской является нижний горизонт грунтовых вод. Глубина границы значительно изменяется в разных климатических и геолого-геоморфологических условиях – от 5-10 до 20-30 (50 и более) м.

Для понимания свойств ландшафтной оболочки очень важно знание вещественного состава литогенной основы – горных пород. Например, ими могут быть граниты, известняки, песчаники, глинистые сланцы, а также пески, глины, суглинки и т.д. Состав пород оказывает дифференцирующее влияние на другие компоненты. Известно, что в одной природной зоне на разных по механическому составу породах формируется разная растительность. Так, в лесной зоне умеренного пояса ПТК на глинистых и суглинистых породах характеризуются еловыми лесами, а на песках – преобладанием сосновых лесов, на известняках произрастают хвойно-широколиственные леса даже в южной тайге; в северной тайге в таких геоморфологических условиях произрастает лиственница, по песчаным террасам сосна проходит даже в зону полупустынь. Для зоны пустынь выделяют своеобразные эдафические типы: песчаные, глинистые, каменистые, лессовые. На песках обнаруживаются жизненные формы, свойственные другим зонам (деревья, кустарники), которые не встречаются в других эдафических типах пустынь, на глинистых участках больше всего растений, выносящих повышенное засоление, на каменистых – гипсофитов и т.д.

Механический и химический состав горных пород определяют различия в соотношениях и объемах стока поверхностных и подземных водотоков, различия в механическом составе формирующихся на них почв (суглинистые, супесчаные, щебнистые, карбонатные и др.).

Особенности ландшафтов, связанные с литологией, обусловлены различиями в физико-химических свойствах грунта (карбонаты более богаты элементами минерального питания, пески обладают более благоприятным гидрологическим режимом по сравнению с глинами – лучше водопроницаемость и слабее капиллярность).

Характер залегания пород влияет на формирование особенностей рельефа: пластовое залегание обусловливает в процессе денудации рельеф типа плато, моноклинальное – куэстовый рельеф, складчатое залегание – чередование хребтов и понижений и пр.

Влияние рельефа (пластики поверхности, глубины расчленения и т.д.) на формирование ПТК хорошо видно на примере проявления структур высотной поясности в горах в зависимости от высоты и экспозиции склонов. Высота гор оказывает прямопропорциональное воздействие на количество высотных поясов, экспозиция склонов влияет на перераспределение тепла и влаги. Различают экспозицию инсоляционную (например, на Северном Кавказе склоны северной и южной экспозиции) а также циркуляционную (например, на Кавказе западные склоны наветренные с большим количеством осадков, а восточные – подветренные, с меньшим количеством осадков).

Влияние экспозиции склонов на перераспределение тепла и влаги проявляется не только в горах, но и на расчлененных равнинах, например, на Русской. Как правило, на склонах северной экспозиции (относительно холодных) формируются почвы и фитоценозы более северного происхождения (например, в зоне лесотундры тундровые сообщества на склонах северной экспозиции, лесные – на южных, в зоне смешанных лесов дубовые леса на южных склонах, еловые – на северных).

Асимметрия расположения почв и растительности, а, следовательно, ПТК, в зависимости от экспозиции склонов получила название правила предварения (впервые сформулировано В.В. Алехиным).

В результате тектонических движений, приводящих к деформации горных пород, высвобождается внутриземная энергия, приводящая к формированию крупных неровностей рельефа. Это обусловливает проявление гравитационного фактора, в результате происходит усиление разрушения возвышенных форм рельефа и увеличение накопления продуктов разрушения у подножья, в понижениях. Гравитационный фактор определяет перераспределение материала (в высокогорьях коллювия, в средне- и низкогорьях – делювия) и усложнение структуры ландшафтов. Наиболее крупная перестройка ландшафтной структуры в глобальных масштабах последней геологической эпохи была вызвана неотектоническими движениями неоген-четвертичного возраста.

Таким образом, литогенная основа выполняет дифференцирующую роль в формировании ландшафтных комплексов, и чем сложнее рельеф и литология, тем сложнее ландшафтная структура.

Воздушные массы – приземная часть атмосферы, характеризующаяся не только общими особенностями зонального климата (макроклимат), но и свойствами местного климата, который формируется самим ландшафтом (мезо- и микроклимат). В свою очередь, воздушные массы в качестве компонента оказывают воздействие на ландшафт. В зависимости от ранга ландшафтных геосистем мощность воздушной массы в составе геосистемы меняется от десятков (локальный уровень) до сотен и первых тысяч метров (региональный и глобальный уровни), в среднем влияние ландшафта на формирование воздушной массы простирается до 150-200 м. Соответственно в климатической классификации С.П. Хромова (1994) выделяется микро-, мезо- и макроклимат.

Значение воздуха в функционировании ПТК можно рассмотреть в разных аспектах.

Первый аспект – химический состав. Наличие углекислого газа – одно из главных условий осуществления фотосинтеза зеленых растений, кислород необходим для дыхания всем представителям живой природы, а также для окисления и минерализации мортмассы (при этом важно помнить, что свободный кислород воздуха – сам продукт фотосинтеза. Азот – важная составная часть белков и, соответственно, один из основных элементов питания растений. Благодаря наличию углекислого газа и паров воды атмосфера обеспечивает явление «парникового эффекта», проявляющегося в уменьшении теплового излучения планеты и сглаживании температурных колебаний. Атмосфера преобразует энергию, приходящую из мирового пространства, защищает живые организмы от губительной ультрафиолетовой радиации (если на внешней границе атмосферы УФР составляет около 7%, то у земной поверхности – лишь доли %).

Второй аспект – исключительный динамизм воздушных масс. С этим связан перенос тепла и влаги из одних районов в другие и сглаживание гидротермических различий между ними. Ветровые потоки способны формировать мезо- и микроформы рельефа (эоловые формы – барханы, дюны, котловины выдувания).

Воздушные массы своей подвижностью объединяют ландшафты в единое целое, т.е. происходит интеграция территорий (иногда громадных). С этим связаны и многие экологические проблемы. Воздушные массы переносят пыль, песок, соли (особенно в пустынных районах), они же активно участвуют в переносе загрязняющих веществ антропогенного происхождения и кислотных осадков.

Таким образом, в отличие от дифференцирующей роли литогенной основы, воздушные массы проявляют прежде всего интегрирующую роль в ПТК.

Природные воды – важная составная часть ландшафтов. Они могут находиться в трех фазовых состояниях: твердом, жидком, газо- или парообразном. Твердая фаза (снежники, ледники) может рассматриваться в качестве самостоятельных природных комплексов со своей взаимосвязью природных компонентов. Создавая специфические условия для существования организмов, водная среда образует особый тип экосистем. На этом основании ландшафтную оболочку дифференцируют на наземные (суша) и водные геосистемы (ПТК и ПАК).

Отличаясь значительно большей, по сравнению с сушей, теплоемкостью, водные пространства обеспечивают выравнивание температурного режима и играют огромную роль в теплообмене между районами.

Особую роль в ландшафте играет жидкая фаза воды: это главный посредник обмена веществом в геокомплексах, в результате чего формируется и изменяется рельеф, осуществляется поверхностный сток, образуется живое вещество; она представляет собой среду для большинства химических реакций в природе.

Природные воды в совокупности с рельефом создают разные условия увлажнения и этим обусловливают дифференциацию ландшафтов по характеру и степени увлажнения.

Влияние условий увлажнения на ландшафты можно рассмотреть на примере ПТК разного ранга.

Природные зоны отличаются друг от друга режимом увлажнения, который выражается коэффициентом увлажнения и зависит от соотношения выпадающих осадков и испаряемости. Это соотношение определяет водный баланс той или иной территории. В свою очередь, ландшафтные условия влияют на кислотно-щелочные свойства вод.

Геосистемы лесной зоны характеризуются режимом увлажнения промывного типа (воды кислые и слабокислые). При коэффициенте увлажнения >1 значительное количество влаги просачивается вглубь, в почве формируются подзолистый (за счет выщелачивания солей) и иллювиальный (за счет вмывания солей) горизонты (почвы подзолистые). Уровень грунтовых вод располагается близко к поверхности.

Геосистемы степей характеризуются режимом увлажнения непромывного типа (воды нейтральные и слабощелочные). При коэффициенте увлажнения <1 (0,4-0,5) атмосферная влага, просачиваясь вниз, не достигает уровня грунтовых вод, образуется мертвый горизонт иссушения. Происходит накопление карбонатов, сульфатов и хлоридов (почвы черноземные, каштановые, бурые полупустынные). Большое физическое испарение с поверхности почвы и травянистого покрова, грунтовые воды в плакорных условиях глубоко от поверхности.

В зоне пустынь в условиях большого дефицита влаги и высоких температур (коэффициент увлажнения 0,2 и менее) формируется режим увлажнения выпотного типа (воды щелочные и сильнощелочные). Происходит сильное физическое испарение, засоленные грунтовые воды по капиллярам подтягиваются, соли «выпотевают» на поверхности грунтов, особенно в понижениях рельефа – результатом является образование солончаков.

Внутри зон ландшафты по условиям увлажнения делятся на автоморфные (грунтовые воды глубоко от поверхности) и гидроморфные (грунтовые воды близко к поверхности или рядом с поверхностью). В ряде районов с преобладанием плоского рельефа широко представлены полугидроморфные геосистемы (Западно-Сибирская равнина).

На локальном, внутриландшафтном уровне элементарные природные комплексы дифференцируются по степени увлажнения (неустойчивое, нормальное, повышенное, избыточное и др.) в зависимости от типа увлажнения (атмосферное, натечное, грунтовое). На это обратили внимание геоботаники, которые выделяли местоположения фитоценозов, различающиеся характером и степенью увлажнения – гигротопы.(рис 2)

Примеры гигротопов:

А. Сухой (неустойчивое увлажнение)

Б. Свежий (нормальное увлажнение)

В. Влажный (повышенное увлажнение)

Г. Сырой (очень повышенное увлажнение)

Д. Мокрый (избыточное увлажнение)

Рис. 2. Типы гигротопа для песчаного холма в лесной зоне.

Каждому гигротопу соответствует свой фитоценоз. Понятие о гигротопе – зонально-региональное (указанный гигротоп характерен для лесой зоны, для аридных и семиаридных территорий такая классификация по гигротопу не подходит и требует разработки собственной).

Каждое местоположение характеризуется не только своими условиями увлажнения и фитоценозом, но и определенной приуроченностью к элементам рельефа, особенностями микроклимата, своей почвенной разностью. Следовательно, каждый гигротоп – отдельная фация (микроландшафт).

Таким образом, природные воды в формировании и функционировании ландшафтов играют двоякую роль: с одной стороны, активно участвуют в дифференциации ПТК, с другой стороны, текучие воды создают условия для миграции химических элементов и веществ между ПТК, выступая как интегрирующий фактор.

Почвы - это вторичный компонент, «произведение ландшафта», являющийся результатом развития почвообразовательных процессов в ландшафте. По В.В. Докучаеву «всякая почва есть продукт совокупной деятельности материнских горных пород, климата, растительности и рельефа местности» и является «зеркалом ландшафта». Она отражает в себе как прошлые этапы развития ландшафта, так и современные процессы его функционирования.

Почва – это компонент биокосный, в котором переплетается минеральное и органическое (живое и мертвое) вещество. Она характеризуется механическим составом, содержанием гумуса и представителей почвенной фауны, обладает различными физико-химическими свойствами, по-разному противостоит процессам зрозии и дефляции. Она обнаруживает связь со всеми компонентами ландшафта, но наиболее тесную – с растительностью.

Главное качество почвы – ее плодородие, связанное с содержанием гумуса и элементов минерального питания растений. Гумус и разлагающееся органическое вещество являются важным аккумулятором биогенной энергии.

В зависимости от плодородия почв различают категории местообитаний по их трофности:

- олиготрофные (бедные) – примером являются местообитания с подзолистыми песчаными почвами под сосновыми мохово-лишайниковыми, бруснично-вересковыми лесами;

- мезотрофные (средние по плодородию) – примером являются местообтания с дерново-подзолистыми суглинистыми почвами под еловыми зленомошно-травяными и елово-широколиственными травяными лесами;

- мегатрофные или эвтрофные (богатые) – примером являются местообитания с серыми лесными или дерново-карбонатными почвами под широколиственными лесами (Казаков, 2004).

Растительный и животный мир как компоненты природных комплексов образуют биотическую подсистему – биоту. Биота – одна из главных составных частей геосистемы, способная перерабатывать огромный поток солнечной энергии и аккумулировать ее в живом веществе, мортмассе и в виде законсервированного органического вещества осадочных горных пород. Этим она создает основу биогеохимического круговорота и поддерживает его стабильность (Казаков, 2004).

Огромное значение организмов в ландшафтной сфере обусловлено рядом их отличительных черт: большим разнообразием, широким распространением, постоянным возобновлением, высокой химической активностью и исключительным приспособлением к изменяющимся условиям существования в ходе эволюции.

Специфический обмен между живыми организмами и внешней средой (метаболизм) протекает во много раз активней, чем абиогенный обмен, в результате организмы приводят в движение огромные массы материи как бы пропуская ее через себя. Особенность обмена веществом и энергией между живыми организмами – осуществление его через трофическую цепь.

По участию в создании трофической цепи все живые организмы делятся на:

- продуценты (зеленые растения, по способу питания являющиеся автотрофами);

- консументы (травоядные и хищные животные);

- редуценты (низшие организмы, разлагающие отмершее органическое вещество - мортмассу).

Редуценты, участвующие в переработке мортмассы (лесная подстилка, степной войлок и др.), выполняют важнейшую функцию в ландшафте, выступая своего рода санитаром и являясь по сути конечным (завершающим) звеном биологического круговорота.

Живые организмы в значительной степени определяют газовый и ионный состав воздуха, почв, речных и морских вод, обогащают их кислородом и потребляют углекислоту при фотосинтезе. Морские организмы поглощают из воды Ca, Si, K, P, N и другие химические элементы и затем откладывают их при отмирании в осадках, выполняя таким образом геологическую функцию, которую в свое время особенно подчеркивал В.И. Вернадский. Вовлекая в биологический круговорот химические элементы литосферы и накапливая их в почве, организмы препятствуют их выносу из ландшафтов.

Особую роль в ландшафте играет растительность, которую называют «мотором», запускающим функционирование ландшафта. Растительность играет существенную роль в круговороте воды, активно всасывая воду из почвы и транспирируя ее в атмосферу. Фитоценозы участвуют в создании местного климата, стабилизируют состояние ландшафта, обеспечивают его устойчивость (например, в пустынях растительность препятствует движению песков, в приполярных районах способствуют сохранению мерзлотного режима в почвогрунтах, в гумидных ландшафтах препятствуют развитию эрозионных процессов и т.д.). Это свойство фитоценозов используют для решения экологических проблем.

Каждый из природных компонентов занимает определенное положение в пространстве и образует в геосистеме особый геогоризонт. В результате взаимодействия природных компонентов геогоризонты взаимопроникают друг в друга, образуя вертикальный профиль геосистемы. В составе вертикального профиля воздушная масса формирует верхний геогоризонт, на него накладывается биотический компонент, пронизанный воздухом, ниже располагается почвенный геогоризонт, пронизанный с одной стороны, корнями растений (биотический геогоризонт), с другой – веществом литосферы, водой и воздухом, еще ниже располагаются взаимопроникающие литосферный геогоризонт в зоне гипергенеза и геогоризонт водоносного слоя.

Взаимопроникновение и взаимодействие природных компонентов получило название вертикальной структуры геосистемы.

Межкомпонентные связи и их проявление. Основная задача ландшафтоведения – изучение взаимосвязей между компонентами, которые проявляются в обмене веществом, энергией и информацией. В соответствии с этим и связи в ландшафтах подразделяют на типы: вещественные, энергетические и информационные (при этом необходимо знать, что они действуют одновременно и друг без друга не существуют, а их деление производят в целях ландшафтного анализа).

По мере накопления фактического материала и его статистической обработки было установлено, что эти связи не жесткие (детерминантные), а вероятностные (коррелятивные), т.е. не стопроцентные, хотя в ряде случаев очень сильные. Изучению характера взаимосвязей, их механизма способствовало становление геосистемной концепции и развертывание стационарных исследований с применением современных инструментов и методов (например, математического).

Вероятностный характер связей имеет положительное значение для самих геосистем, т.к. способствуют сохранению их устойчивости. Системы, в которых все части жестко пригнаны друг к другу, крайне неустойчивы и даже нереальны (в геосистемах при такой ситуации любые отклонения в воздействии внешних факторов привели бы к ее гибели). Определенная устойчивость природных комплексов поддерживается их пластичностью, т.е. способностью сохранять основные свойства при воздействии внешних факторов, даже неблагоприятных или экстремальных.

Таким образом, геосистемы состоят из элементов, обладающих определенной долей свободы в своем развитии.

Примером, демонстрирующим пластичность связей, является наличие реликтовых растений (или целых сообществ), которые когда-то существовали в определенных условиях, но продолжают сохраняться и в изменившихся условиях за счет способности создавать автономную среду (например, якутские аласы, карпатские кедровые или тисовые леса).

Различные типы связей можно проследить и проанализировать в различных явлениях природы: в передвижении вещества под влиянием гравитационной энергии, в передаче и аккумуляции солнечной энергии в процессе фотосинтеза, развития и отмирания органического вещества, в осуществлении трофической цепи, в приуроченности определенных растительных группировок к тем или иным эдафотопам и многом другом.

Вещественные связи означают обмен веществом и проявляются во взаимодействии между отдельными объектами – растительностью и почвами, климатом и растительностью, воздушными массами и почвами и т.д. Другим примером вещественных связей может служить обмен веществом между геосистемами при посредстве воды, ветра, гравитационных сил и др. Вещественные связи хорошо проявляются в приуроченности тех или иных растительных сообществ к определенным поверхностным отложениям (сосновые боры – пески, еловые леса – суглинки и глины и пр.).

Энергетические связи означают передачу энергии от одного компонента к другому или из одной геосистемы в другую различных видов энергии. Энергия в форме химических связей, тепла, движения и т.д. передается в потоках вещества. Передачу и трансформацию вещества и энергии хорошо демонстрируют трофические цепи.

Информационные связи прослеживаются в передаче информации от одних компонентов к другим. Представление о передаче информации природными объектами стало развиваться с появлением системной концепции и науки кибернетики.

Различают информацию структурную и трансляционную. Проявление данных видов информации в ландшафтоведении глубоко рассматривает В.А. Николаев (2000), который отмечает, что структурную информацию природных компонентов можно наблюдать во многих закономерных свойствах пространственной структуры ландшафтов:

а) в закономерном сочетании форм рельефа (балочно-увалистого, холмисто-гривистого);

б) в чередовании напластований горных пород (например, во флишах – песчаников, глинистых сланцев, мергелей);

в) в мозаичной пятнистости почвенно-растительного покрова (характерного, например, для зоны полупустынь).

Можно говорить и о временной структурной информации, например, в таких явлениях, как смены сезонных аспектов, смены погодных условий (информация о состоянии воздушных масс), смены фациальных условий в процессе зарастания озера и др.

Таким образом, через информационную структурную связь познается мера упорядоченности, организованности ландшафтной структуры.

Трансляционной называется информация, передаваемая от одного объекта к другому. По В.А. Николаеву, «Суть ее состоит в передаче территориального и временного упорядоченного разнообразия одним природным компонентом другому компоненту, и наоборот. Таким образом, компоненты как бы стремятся запечатлеть свою пространственно-временную организацию в других компонентах и геосистеме в целом». Яркий пример информационного влияния рельефа на ландшафт – правило предварения В.В. Алехина, литологии – связь песчаных отложений и сосновых лесов, повышенных условий увлажнения – формирование болот и т.д.

Установление такого рода связей – важная задача ландшафтоведения, которая может помочь в решении многих возникающих проблем экологического характера.

По направленности действия выделяют прямые и обратные связи.

Прямые информационные связи проявляются тогда, когда одни природные компоненты воздействуют на другие и направлены от более активных компонентов к менее активным (примеры: влияние тектоники на рельеф, климата – на режим рек, кислотности почв – на растительность и др.).

Обратные связи возникают как ответная реакция «пассивного» объекта на состояние «активного». При анализе причинно-следственных зависимостей можно проследить множество проявлений обратной связи: понижение температуры воздуха до отметок ниже нуля градусов – выпадение осадков в виде снега – увеличение альбедо – дальнейшее понижение температуры; большое количество осадков – формирование лесной растительности – развитие транспирации – образование облачности – увеличение количества осадков.

Проявление прямых и обратных связей можно рассмотреть на примере функционирования хвойного леса. Хвойный лес возникает при некотором оптимальном для него соотношении тепла и влаги. В случае последующих колебаний тепла и влаги с резкими отклонениями от оптимума лес гасит эти отклонения благодаря тому, что он выравнивает ход температур и влажности, создавая свой микроклимат, сокращает поверхностный сток, накапливает запасы влаги в почве и грунте. Таким образом, сама растительность в этом случае выполняет регуляторную (стабилизирующую) роль в геосистеме, придает ей устойчивость.

Состояние динамической устойчивости системы получило название гомеостазиса (установление равновесия).

Обратная связь – это реакция системы на воздействие внешней среды (поведение системы). Однако не всякая обратная связь способна установить равновесие. В зависимости от ответных реакций обратные связи могут быть положительные и отрицательные.

Положительные обратные связи усиливают, стимулируют первичное прямое воздействие одного компонента на другой (температура воздуха – снег – альбедо – температура воздуха), т.е. поведение системы может усиливать внешнее воздействие. Очень часто проявление прямых обратных связей стимулирует нерациональная человеческая деятельность. Например, на севере, в зоне тундры нарушение растительности и сдирание техникой верхнего, торфяного, горизонта приводит к заболачиванию и появлению травяно-гипновой растительности на месте зональных кустарничково-мохово - лишайниковых группировок. Восстановительный процесс чрезвычайно длительный. В Приаралье такое негативное явление как вторичное засоление пахотных земель также результат проявления положительной обратной связи: неумеренный полив – просачивание воды до уровня грунтовых вод – подтягивание солей к поверхности в результате сильного испарения. Положительная обратная связь действует в том же направлении, что и первичный импульс, усиливая цепные реакции лавинного типа. Следствием проявления положительной обратной связи является изменение ландшафтов.

Отрицательные обратные связи направлены на погашение первичного импульса. Именно они преобладают в естественных ландшафтах и способствуют сохранению динамического равновесия системы через ее способность создавать новое сбалансированное состояние.

Примером, демонстрирующим проявление обратной связи в природе, является проточное озеро, у которого регулирующей величиной (своеобразным «вентилем») является уровень воды – при увеличении притока вод в озеро увеличивается ее расход в русле вытекающей из озера реки, при уменьшении этого притока расход воды в реке уменьшается.

Отрицательная обратная связь поддерживает на среднем уровне количество аллювия в живом сечении живого русла. Отклонение от среднего содержания становится сигналом, включающим усиленную эрозию или аккумуляцию – в результате равновесие восстанавливается.

В природе всегда существуют механизмы проявления отрицательных обратных связей: регуляции численности животных, роста и развития растений, восстановления геосистем в результате нарушений под влиянием неблагоприятных факторов (ураганов, заморозков, засух и др.).

Время прохождения импульса по прямому и обратному каналам и осуществления обратной связи различно:

- мгновенная (например, в упругих сейсмических колебаниях земной коры);

- более или менее продолжительная (несколько дней, месяцев, лет или тысячелетий и т.д.);

- опережающая (связана с живыми организмами: опадение листьев с деревьев осенью, заготовка кормов у животных на зиму и др.).

Время, необходимое для осуществления обратной связи и восстановления динамического равновесия, называется временем релаксации.

Изучение механизма и характера межкомпонентных связей имеет большое практическое значение. Анализируется степень корреляции существующих связей между литогенной основой, характером увлажнения, почвами, растительностью и др. и устанавливается коэффициент корреляции для конкретных районов, поскольку он изменяется от места к месту.

Наиболее велик коэффициент корреляции в ландшафтах с экстремальными условиями среды: в аридных районах (0,8-0,9), где в 80-90% случаев контуры почв и растительности совпадают; в тундрах – в 80-90% случаях обнаруживается закономерная связь между литологией и растительностью; на болотах – связь между растительностью и повышенным увлажнением.

На плакорных поверхностях зоны лесов коэффициент корреляции несколько меньше – 0,5-0,6: например, в пределах Европейской части России, как правило, на зандровых песчаных равнинах – песчаные подзолистые почвы и сосновые леса, на моренных отложениях – суглинистые почвы и еловые леса, на возвышенных водно-ледниковых равнинах – дерново-карбонатные почвы и широколиственные леса. Другой пример – подтаежная зона Западной Сибири: лессовидные суглинки – выщелоченные черноземы – березовые парковые леса; покровные суглинки – дерново-подзолистые почвы – сосново-березовые леса.

Идея использовать существующие взаимосвязи между компонентами послужила основой для создания индикационного ландшафтоведения, большой вклад в развитие которого внесли Е. Востокова, С.В. Викторов, Д.Д. Вышивкин. Суть этого направления состоит в том, чтобы по свойствам видимых (физиономических) компонентов, хорошо различимых на аэро- и космических снимках (рельеф, растительность, водные объекты) определять скрытые (деципиентные) свойства других, нефизиономических, компонентов (почв, глубины и степени минерализации грунтовых вод, литологического состава пород и пр.). Через природные геосистемы дешифрируют геологические структуры, полезные ископаемые, полезные растения и т.д.

В целом, именно индикационное ландшафтоведение открыло путь для широкого использования дистанционных методов в практических целях.

ИЕРАРХИЯ ГЕОСИСТЕМ И МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА

ЛАНДШАФТА

Все природно-территориальные комплексы или геосистемы соподчинены друг с другом, образуя иерархическую систему («иерархия» с греч. – служебная лестница). Принцип иерархического соподчинения объектов исследования широко распространен в науке (например, в геологии: кристалл – минерал – горная порода – тектоническая структура – земная кора; в геоморфологии: нано-, микро-, мезо-, макро-, мегаформы рельефа; и пр.).

По сложности устройства все ПТК образуют единый иерархический ряд или таксономическую систему от элементарных (фаций или микроландшафтов) до ландшафтной оболочки (самой крупной геосистемы). В.Б. Сочава предложил разделять геосистемы по размерности на три основных уровня: глобальный, региональный, локальный (табл. 1).

Иерархическая упорядоченность ПТК проявляется в том, что более крупные из них включают более мелкие по рангу, и таким образом оказывается, что вмещающие природные комплексы выступают средой для подчиненных природных комплексов, или каждый ПТК нижестоящего ранга является структурным элементом ландшафтного комплекса вышестоящего ранга.

Вся мозаика соподчиненных природно-территориальных комплексов образует горизонтальную структуру ландшафтной оболочки.

Иерархические единицы отличаются не только размерами, но и временем существования на Земле: глобальные (континенты) – сотни миллионов лет, региональные (ландшафты) – несколько тысяч лет, локальные (фации) – десятки или сотни лет.

Таким образом, каждому из организационных уровней геосистем свойственны свои пространственно-временные масштабы выраженности. Если единицы глобального уровня занимают площади в сотни и десятки миллионов квадратных километров, то единицы локального уровня измеряются площадью от десятков (первых сотен) квадратных километров до десятков и сотен квадратных метров. Трансформирующее влияние глобальных геосистем вверх простирается до верхних слоев тропосферы (6-12 км), в то время как трансформирующее влияние на атмосферу локальных геосистем не превышает сотен метров.

Геосистемы локального уровня. Наибольших успехов ландшафтоведение достигло в изучении геосистем локального уровня, образующих горизонтальную (морфологическую) структуру ландшафта. Этими исследованиями ознаменовался целый этап в развитии науки, с которым связана разработка теоретических положений о структуре ландшафтов и методике крупномасштабного ландшафтного картографирования. Особая заслуга в этом ученых ландшафтно-географической школы Московского университета (Солнцев, 1949, Анненская и др., 1963, Видина, 1974).

Ряд ученых считает, что в ведении ландшафтоведения находятся единицы таксономической системы от фации до ландшафта включительно, остальные объекты - в ведении физико-географического районирования (Мамай, 2005).

Впервые наиболее полно учение о морфологической структуре ландшафта разработано Солнцевым Н.А. (1949), который выделял элементарные географические комплексы – фации и их сочетания внутри ландшафта по принципу усложнения структуры: подурочища, урочища, местности. С этой точки зрения ландшафт выступает как однородная (по совокупности компонентов) разнородность.

Исследование морфологической структуры ландшафта снизу начинается с изучения его дифференциации на фации.

Фация – это элементарная природная геосистема, формирующаяся на одном элементе мезоформы рельефа и характеризующаяся однородными литологическими условиями, одним микроклиматом, одними условиями увлажнения, одной почвенной разностью и одним биоценозом.

Таким образом, фация - мельчайшая природная территориальная единица, которая характеризуется полной однородностью по всем компонентам и поэтому далее неделима. При дальнейшем делении фация как комплекс теряет свои свойства и распадается на отдельные элементы.

По местоположению фация соответствует какому-либо одному гигротопу. Каждый из гигротопов – это не только участок, характеризующийся различным увлажнением, но и разными геосистемами с определенным составом подстилающих горных пород, определенным микроклиматом, определенными почвообразовательными процессами, определенными фито- и зооценозами (рис. 2).

Фация обычно занимает элемент (или даже часть элемента) мезоформы рельефа – например, верхняя, средняя, нижняя часть склона, либо форму микрорельефа – например, микрозападина. Другим визуальным компонентом при выделении фации служит растительность – фитоценозы.

Размеры фаций небольшие (от нескольких м² до 1-3 км²), хотя могут значительно варьировать в зависимости от свойств литогенной основы (в горах и на расчлененных равнинах, как правило, большая пестрота фациальной структуры).

Как отмечают исследователи (Анненская и др., 1963), однофациальная структура наблюдается лишь при однонаправленности современных природных процессов в молодых по возрасту ПТК. В соответствии с законом системного разнообразия, на площади, превышающей первые квадратные километры, не может долго сохраняться фациальное однообразие: происходит механическое передвижение вещества, развиваются процессы выщелачивания и почвообразование, на происходящие изменения чутко реагирует растительность, с которой тесным образом связан животный мир – в результате фациальная структура осложняется.

Фации образуют территориальные сопряженные ряды, образующие геосистемы следующих рангов внутриландшафтной дифференциации – подурочища и урочища.

Подурочище – природно-территориальный комплекс, состоящий из группы фаций, тесно связанных потоком вещества и энергии, расположенный на элементе мезоформы рельефа одной экспозиции.

Термин «подурочище» предложен Д.Л. Армандом. В 1932 году.

Примеры подурочищ: система фаций, приуроченная к одному из склонов оврага, или к одному из склонов холма, днище балки, поверхность холма и др. Подурочища разной экспозиции подчиняются «правилу предварения». Например, в Западно-Сибирской лесостепи по гривам на склонах северной экспозиции – подурочища березняков, на склонах южной экспозиции – подурочища остепненных лугов.

Топологическое единство группы фаций, слагающих одно подурочище, определяет общность природных условий и процессов, их объединяющих (условий освещенности, рельефообразования, накопления или смыва питательных веществ в почвах и т.д.).

Выделение подурочищ более принято в условиях расчлененного рельефа, где много склоновых поверхностей, в условиях плоского рельефа выделять подурочища не только сложно, но иногда нецелесообразно (например, когда фации в пределах урочища располагаются концентрическими окружностями – рис. 3). Поэтому подурочище – это промежуточная единица ландшафтной дифференциации, не всегда выделяемая.

Рис 3. Простое урочище (заболоченная западина), состоящее их трех фаций:

1 – крупноосоковое болото с торфяно-перегнойно-глеевой почвой; 2 – осоково-влажнотравно-злакового луга с перегнойно-глеевой почвой; 3 – разнотравно-злакового луга на серой лесной глееватой легкосуглинистой почве

(по Л.К. Казакову, 2004).

Совокупность фаций и подурочищ, связанных с определенной мезоформой рельефа, образует урочище. Впервые термин использован Л.Г. Раменским в 1935 году, закреплен в качестве одного из рангов внутриландшафтной дифференциации Н.А. Солнцевым в 1948 году.

Урочищами называются природно-территориальные комплексы, представляющие закономерно построенную систему генетически, динамически и территориально связанных фаций или их групп (подурочищ); обычно урочища формируются на основе какой-либо одной мезоформы рельефа и являются важной составной частью ландшафта (Анненская и др., 1963).

Или:

Урочище – это локальная природная геосистема (ПТК), состоящая из сопряженных между собою потоками вещества и энергии, а также связанных генезисом, природных фаций и подурочищ, формирующаяся на какой-либо мезоформе рельефа.

К числу урочищ могут быть отнесены полностью овраги, или балки, или холмы, или межхолмные понижения и пр.

Примеры урочищ: моренный холм с вариациями елового леса; песчаная гряда с фациями сухого, свежего и влажного соснового бора; блюдцеобразная западина с закономерно сменяющимися фациями низинного болота, сырого осокового луга и мезофитного разнотравно-злакового луга и др.

В зависимости от сложности морфологического строения выделяются урочища простые (включают только фации) и сложные (состоящие из системы фаций - подурочищ).

В ландшафтных исследованиях выделяют еще одну единицу – местность, которая устроена более сложно, чем урочище (включает несколько урочищ), но еще не ландшафт.

Местностью называется наиболее крупная морфологическая часть ландшафта, характеризующаяся особым вариантом сочетания урочищ данного ландшафта.

Обособление местностей может быть связано с разными причинами – с незначительными изменениями геологического фундамента или с особенностями развития геоморфологических процессов и пр., что так или иначе проявляется в наборе и расположении урочищ.

Примеры оснований для выделения местностей в пределах ландшафтов (Казаков, 2004):

а) вариации геологического строения (сочетания урочищ песчаных гряд и заболоченных понижений на мощных отложениях зандровых песков и набор тех же урочищ в сочетании с карстовыми западинами на маломощных песчаных отложениях, подстилаемых известняками);

б) при одном и том же генетическом типе рельефа изменения его морфометрических характеристик: местности с чередованием урочищ крупных моренных холмов и обширных заболоченных котловин и местности с чередованием мелких моренных холмов и небольших сырых понижений;

в) направленность и активность современных геоморфологических процессов: в пойменном ландшафте – местности с параллельно-гривистой поймой, местности с выровненной гривистой поймой, местности с мелковолнистой сегментной поймой;

г) существование в пределах ландшафтов реликтовых урочищ;

д) различия в площадном соотношении одних и тех же урочищ и др.

Местность связана не с одной мезоформой рельефа, а с их совокупностью, выделяется в пределах ландшафта по мере необходимости и не является обязательным иерархическим подразделением.

Местности (или урочища) объединяются в ландшафты.

Ландшафт – сложная природная геосистема, состоящая из закономерно чередующихся на его пространстве сопряженных урочищ. Характеризуется однородным геологическим строением, одним типом рельефа, однородным климатом, однородным почвенным и растительным покровом.

В этом определении указывается на два существенных признака ландшафта: его индивидуальность (вторая часть определения), связанная с вертикальной структурой, и в то же время сложность, внутренняя неоднородность, обусловленная горизонтальной структурой ландшафта.

Ландшафты обычно приурочены к комплексам форм рельефа и связаны с тектоническими структурами 3-4 порядка. Площадь ландшафта обычно несколько сотен квадратных километров.

Еще в 1913 г. Л.С. Берг определял ландшафт как основной объект физико-географических исследований. Причем с самого начала разные авторы вкладывали в этот термин не совсем однозначные понятия (главная причина этого – всесторонние исследования объекта), и разногласия в его понимании не преодолены до настоящего времени.

В настоящее время существует три основных толкования термина «ландшафт»: региональное, общее и типологическое.

Сторонниками регионального понимания ландшафта являются представители московской школы ландшафтоведения (МГУ) и их сторонники (Н.А. Солнцев, В.А.Николаев, И.И. Мамай, А.Г. Исаченко и др.). Согласно этой точке зрения, ландшафт рассматривается как сложно построенная индивидуальная (конкретная) территориальная единица определенного таксономического ранга (самое мелкое региональное подразделение).

Согласно второй точке зрения, ландшафт – понятие общее, применимое в равной степени к любой природной территориальной единице (как ПТК вообще). Сторонниками такого понимания были Д.Л. Арманд, Ю.К. Ефремов, Ф.Н. Мильков, В.И. Прокаев. По Ф.Н. Милькову, «ландшафт» - такое же общее понимание как «климат», «почва», «рельеф», при использовании которых не имеется в виду какая-то конкретная территория.

Согласно типологическому пониманию ландшафта, под этим термином понимается не конкретный участок территории, а одна из классификационных единиц (сторонники Н.А. Гвоздецкий, А.Е. Федина, Б.Б. Полынов, Л.С. Берг и др.). При этом термин «ландшафт» применим к любой классификационной категории (например, класс, тип, вид ландшафтов и т.д.).

Эти трактовки не взаимоисключают, а взаимодополняют друг друга. Действительно, понять ПТК, рассматривая их только в типологическом плане без непосредственного изучения индивидуальных геосистем, слагающих отдельные регионы, невозможно, точно так же типологическое понимание ландшафта не означает отрицания конкретной действительности. С другой стороны, только частное (индивидуальное) не может быть объектом науки, поскольку главная ее задача – обобщение. Что касается общей трактовки, то изначально термин «ландшафт» входил в науку для обозначения природного комплекса.

Разные авторы, проявляя принципиальное единство в понимании места ландшафта в системе иерархических подразделений ПТК, тем не менее, акцентируют внимание на тех или иных его свойствах.

А.Г. Исаченко (1991) выделяет ландшафт как «генетически единую геосистему, однородную по зональным и азональным признакам и заключающую в себе специфический набор сопряженных локальных геосистем» (автор акцентирует внимание на зональной и азональной однородности ландшафта, проявляя при этом идейную связь с позициями Л.С. Берга).

Николаев В.А. (2000): «Природный ландшафт – геосистема региональной размерности, состоящая из взаимосвязанных генетически и функционально локальных геосистем, сформировавшихся на единой морфоструктуре в условиях местного климата (определение раскрывает сущность регионального понимания ландшафта).

Сочава В.Б.: «Ландшафт – наиболее крупная таксономическая единица топологической размерности и наименьшее подразделение региональной размерности». Иными словами, ландшафт, по мнению автора, находится на стыке локальных и региональных геосистем.

Ландшафт – «узловая» единица геосистемной иерархии. С одной стороны, он служит завершающим звеном в ряду локальной иерархической системы и вместе с тем, исходным объектом для анализа региональных физико-географических закономерностей.

Морфологическая структура ландшафта.

Внутренняя неоднородность ландшафта обусловлена сочетанием единиц локальной размерности - фаций, подурочищ, урочищ, местностей, именуемых морфологическими единицами ландшафта.

Состав морфологических единиц, их территориальная организованность, выражающаяся в закономерном пространственном чередовании и взаимном расположении, получила название морфологической структуры.

В зависимости от степени участия в строении ландшафта различают доминирующие, субдоминантные, редкие и уникальные морфологические единицы ранга урочищ. Доминирующие урочища, занимая большую часть площади ландшафта (60-80%), образуют его основной фон; субдоминантные урочища, суммарно занимающие площадь 20-40%, играют тоже большую роль в строении ландшафта, формируя его «рисунок» («узор»); редкие урочища, занимая не более 10% площади ландшафта, дополняют «рисунок» некоторыми деталями; уникальные урочища единичны. Первые две категории – основные урочища, вторые две – второстепенные.

По сложности горизонтальной структуры природные ландшафты могут быть монодоминантными и полидоминантными: в монодоминантных большую часть ландшафта занимает один тип урочищ (прочие – субдоминантные и редкие), в полидоминантных на равных правах выступают два – три вида урочищ, редко больше, и ландшафтная структура их более сложная.

В каждом ландшафте слагающие его морфологические единицы определенным образом пространственно организованы. Закономерно и ритмично повторяясь на пространстве ландшафта, они формируют тот или иной рисунок (узор). Это свойство морфологии ландшафта В.А. Николаев (2000) называет ландшафтной текстурой. Главными факторами ее формирования выступают свойства литогенной основы, в частности, рельеф.

Существует определенное ограничение типов текстур (в соответствии с принципом «природа часто повторяется», по Н.Ф. Реймерсу), Николаев, 2000. Основные типы текстур: дендрический (древовидный), перистый, ячеистый, параллельно-полосчатый, веерный, концентрический и некоторые другие (рис. 4). Представления о свойствах текстуры имеют большое значение для целей дешифрирования видов ландшафтов на аэро- и космоснимках.

Рис. 4. Типы взаиморасположения урочищ (по Макуниной, 1987):

1 – мозаичный; 2 – пятнистый; 3 – полосчатый; 4 – кулисный; 5 – поясный;

6 – древовидный.

Благодаря представлению о ритмической организации пространственной структуры ландшафта в научный обиход введено понятие о «площади выявления ландшафта» (по Раменскому Л.Г.), под которым понималось то наименьшее ландшафтное пространство, которое необходимо исследовать, чтобы получить исчерпывающую информацию о его морфологии. Сходное значение имеет представление о характерном ландшафтном пространстве (минимум-ареал ландшафта). Это ключевой выдел ландшафта, служащий для организации исследовательских работ по изучению особенностей его морфологической структуры с последующей экстраполяцией полученных результатов на всю территорию ландшафта на основе использования аэрокосмических материалов (Николаев, 2000).

Морфологическая структура ландшафта – одна из характернейших его особенностей, помогающая устанавливать границы ландшафта. Смена одной морфологической структуры другой свидетельствует о смене ландшафта.

Благодаря морфологической структуре ландшафт рассматривается как дифференцированная система, и в то же время вследствие постоянно осуществляющегося обмена вещества и энергии между составляющими ландшафт ПТК – это интегрированная система.

Природные компоненты играют разную системообразующую роль. Внутренняя неоднородность (дифференциация) ландшафта при однородном климате обеспечивается, главным образом, литогенной основой, определяющей многообразие местоположений. Объединяющей силой обладают компоненты, отличающиеся мобильностью (воздушные массы, природные воды).

Изучение ландшафта должно осуществляться и со стороны дифференциации (на локальном уровне), и со стороны интеграции (на региональном уровне). Только в этом случае можно получить исчерпывающую характеристику его свойств.

При изучении морфологической структуры ландшафта рассматриваются следующие позиции:

а) состав слагающих ландшафт локальных единиц (фаций, подурочищ, урочищ);

б) их взаимное расположение (т.е. организация ландшафта);

в) их удельный вес (т.е. выявление доминирующих, субдоминантных, редких урочищ);

г) характер сопряжения морфологических единиц (направление потоков вещества и энергии).

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ГЕОСИСТЕМ

Факторы дифференциации геосистем региональной размерности.

Ландшафтная оболочка образует сложную мозаику пространственно дифференцированных геосистем разного порядка: глобального, регионального, локального. В сферу интересов ландшафтоведения входит изучение основных двух уровней физико-географической дифференциации – регионального и локального.

В основе формирования и размещения в пространстве единиц регионального и локального уровней лежат различные факторы. Соответственно различаются и принципы их выделения.

Региональная физико-географическая дифференциация обусловлена соотношением двух важнейших факторов, от которых зависит активность физико-географических процессов: а) лучистая энергия Солнца; б) внутренняя энергия Земли.

Оба фактора проявляются специфично, неравномерно распределяются в пространстве и во времени, обусловливая разные закономерности дифференциации: первый – зональные, второй – азональные (провинциальные).

Непосредственным результатом зонального распределения лучистой энергии Солнца является зональность теплового баланса, температуры, воздушных масс, циркуляции атмосферы, т.е. климата. Климатическая зональность влияет на другие географические явления – процессы стока и гидрологического режима, миграцию химических элементов и формирование коры выветривания, почв, биоценозов.

Таким образом, зональность – универсальное явление (мировой закон) в географической оболочке и в силу взаимосвязи природных компонентов обусловливает зональное распространение природных комплексов в виде полос в пределах географических поясов. Эти природные комплексы получили название природных зон (географических зон, ландшафтных зон).

Внутренняя энергия Земли обусловливает азональные (провинциальные) закономерности дифференциации природных комплексов. Непосредственным результатом действия внутренней энергии является развитие тектонических процессов в литосфере и формирование геоморфологических структур разного порядка: материков и океанов, равнин и гор, возвышенностей и низменностей и т.д. В зависимости от высоты, экспозиции склонов, состава слагающих пород по-разному протекают циркуляционные процессы и распределяются температуры, влияющие на формирование почвенно-растительного покрова. Следствием является формирование многообразия геосистем (ПТК), обусловленных геолого-геоморфологическим (азональным) фактором. Основными геосистемами регионального уровня, установленными по азональным факторам, следует считать физико-географические страны, физико-географические провинции, физико-географические районы и ландшафты (в региональном понимании).

Взаиморасположение материков и океанов обусловливает такую азональную закономерность как секторность, в соответствии с которой выделяются приокеанические (гумидные) и внутриконтинентальные (аридные) природно-территриальные комплексы.

По представлениям физико-географов (Гвоздецкий, 1973) азональность имеет такое же всеобщее географическое значение, что и зональность.

Физико-географическое районирование. Зональность и провинциальность выступают в диалектическом единстве. Именно эти закономерности кладутся в основу подразделения (дифференциации) геосистем регионального уровня – физико-географического районирования.

Физико-географическое районирование – раздел комплексной физической географии (по мнению некоторых исследователей – составная часть ландшафтоведения, Прокаев, 1983), занимающийся выделением, изучением и описанием региональных геосистем.

В основе физико-географического (ф.-г.) районирования лежит выявление объективно существующих в природе индивидуальных территориальных единиц. Важнейшей теоретической базой районирования служит учение о зональных и провинциальных закономерностях территориальной организации. Одновременный равный учет зональных и азональных факторов дифференциации региональных геосистем получил название принципа комплексности (Гвоздецкий, 1973). По Ф.Н. Милькову (1966, 1986), принцип комплексности означает учет всего комплекса природных условий.

Другой важнейший принцип районирования – генетический подход к анализу территории, сущность которого состоит в том, чтобы выяснить время и причины обособления того или иного территориального единства.

В ландшафтной оболочке наряду с процессами дифференциации действуют процессы интеграции геосистем, т.к. многообразные потоки вещества и энергии, осуществляемые посредством циркуляции воздушных масс, стока, склоновых процессов, миграции органического вещества связывают в сложные материальные системы даже разнородные участки земной поверхности.

Таким образом, процесс ф.-г. районирования производится как «сверху» (от крупных единиц к более мелким), так и «снизу» (от мелких единиц к более крупным). Процесс интеграции ПТК «снизу» получил название ландшафтного районирования, поскольку он осуществляется от частного к общему с учетом реально существующей структуры природных комплексов ранга ландшафтов (В.В. Козин, 2007). Районирование – это процесс дифференциации и интеграции природных геосистем одновременно (принцип единства дифференциации и интеграции).

В результате физико-географического районирования устанавливается таксономическая система единиц, имеющих иерархическое соподчинение. Главным критерием объединения ПТК служит не сходство, а связь, пространственные отношения территориальных единиц и общность их исторического развития. Объединяются территории смежные, пространственно сопряженные, связанные в своем развитии. Каждый физико-географический регион территориально единый, и каждому из них присуща индивидуальность (неповторимость в пространстве), которая подчеркивается собственным названием (например, физико-географическая страна Западно-Сибирская равнина, Сургутская провинция и пр.). Иерархически более крупные единицы «поглощают» более мелкие.

Система единиц физико-географического районирования представлена на рис. 5.

Схемы физико-географического районирования находят широкое применение в научных и практических целях для планирования, создания различного рода проектов, разработки мероприятий по оптимизации природной среды. К настоящему времени известно множество карт районирования, составленных в разных масштабах и охватывающих различные по размерам территории - государство в целом или отдельные регионы. Схемы районирования сопровождаются развернутой характеристикой установленных выделов (Физико-географическое районирование СССР, 1968; Физико-географическое районирование Тюменской области, 1973, и др.).

Определения:

Физико-географическая страна – одна из высших таксономических единиц физико-географического районирования, соответствует части материка, характеризующейся единством геоструктуры (платформа, орогеническая область и др.), общими чертами макрорельефа (равнины, горные сооружения и т.д.), определенными особенностями макроклимата, своеобразием широтной зональности (на равнинах) или высотной поясности (в горах).

З

Зона в узком смысле

она в узком смысле

П

Подзона в узком смысле

одзона в узком смысле

П

Провинция

ровинция

О

Область

бласть

П

Подпровинция

одпровинция

Страна

Л

Ландшафт

андшафт

Р

Зона

Подзона

ис. 5. Система таксономических единиц физико-географического районирования

Географическая зона (в широком смысле) – одна из высших ступеней физико-географического районирования земной поверхности, обособляемая в пределах географического пояса. Характеризуется общностью термических условий и увлажнения, однородностью почвенно-растительного покрова, а также определенной направленностью экзогенных геоморфологических процессов.

Географическая зона (в узком смысле) – пространство в пределах физико-географической страны, характеризующееся общностью термических условий и увлажнения и распространением в плакорных условиях определенного зонального типа ландшафтов.

Физико-географическая область – крупная часть физико-географической страны, обособляющаяся по основным чертам геолого-геоморфологического строения под влиянием новейших и современных тектонических и геоморфологических процессов.

Физико-географическая провинция – часть географической зоны в пределах одной физико-географической области, выделяемая по морфологическим структурным признакам и особенностям климата, в горах – по преобладанию того или иного типа высотной поясности.

Часть подзоны в пределах одной зоны называется подпровинцией.

Физико-географический район – геоморфологически и климатически обособленная часть области или провинции с характерным сочетанием растительных группировок и почв. Характерна определенная однородность как в зональном, так и в азональном отношении.

Некоторыми исследователями отождествляется с географическим ландшафтом (в региональном понимании).

Ландшафт – конкретная территория, однородная по происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипными рельефом, климатом, определенным сочетанием почв, биоценозов и определенной морфологической структурой.

В таком понимании ландшафт – основная единица физико-географического районирования.

Факторы внутренней неоднородности ландшафта.

В системе региональных единиц «ландшафт» – самая мелкая и в отличие от высших дальше не делится ни по зональным, ни по азональным признакам. Он лежит в фокусе всей системы и является основной физико-географической единицей.

Как региональная единица, ландшафт характеризуется однородностью, выражающейся в единстве тектонической структуры, типа рельефа, макроклимата. В то же время ландшафт внутренне неоднороден. Неоднородность ландшафта обусловливается его морфологической структурой и носит локальный характер. Внутреннюю неоднородность ландшафта нельзя объяснить действием внешних зональных или азональных факторов (например, чередование на протяжении всего лишь десятков или сотен метров заболоченных участков и сухих боров). Объяснение этой неоднородности следует искать в действии внутренних причин – функционировании и развитии самого ландшафта.

В результате функционирования происходит перераспределение вещества за счет эрозии и аккумуляции, развития суффозионных процессов, процессов выщелачивания, миграции химических элементов и т.д. Таким образом, формируется внутренняя мозаика локальных геосистем – морфологических единиц ландшафта. Совокупность морфологических единиц образует закономерный набор местоположений – участков, отличающихся положением в рельефе, формой, крутизной и экспозицией склонов.

Вследствие перераспределения по местоположения тепла, влаги, минеральных веществ, каждое из них при одних и тех же зонально-азональных условиях отличается своим микроклиматом, водным и солевым режимом, то есть в целом однородными экологическими условиями, поэтому здесь будет формироваться один биоценоз и одна почвенная разность.

В совокупности эти компоненты образуют элементарную геосистему – фацию. При объединении фаций образуются более сложные локальные геосистемы (подурочища, урочища), формирующие закономерный рисунок морфологической структуры ландшафта.

Таким образом, в ландшафте диалектически сочетаются единство и внутренняя разнородность, внешние и внутренние факторы формирования и развития геосистем.

Как объект физико-географического районирования, ландшафт есть генетически однородная в зональном и азональном отношении часть ЛО и всех ее региональных подразделений (стран, зон, провинций и др.), с точки зрения разнородности, ландшафт – сложный комплекс локальных геосистем.

Благодаря этим свойствам ландшафт можно рассматривать как своего рода физико-географический эталон (Николаев, 2000) для изучения местных природных условий.

Действительно, единицы более высокого ранга сложны и не отражают во всей полноте свойства местной природы, а более мелкие, чем ландшафт, единицы по отдельности также не могут характеризовать совокупность местных условий. Только взятые вместе в границах ландшафта, с учетом их взаимных связей, они могут дать целостное, всестороннее представление о физико-географической специфике той или иной территории.

Типологическая классификация ландшафтов.

В процессе дифференциации ЛО на геосистемы ранга «ландшафт» их получается огромное количество, отличающихся друг от друга совокупностью природных компонентов и обладающих индивидуальной морфологической структурой.

В то же время главной задачей ландшафтоведения является не изучение индивидуальных ландшафтных свойств, а их сравнение и установление групп ландшафтов, близких по генезису, структуре и другим свойствам. По сходным чертам генезиса и структуры их типизируют, то есть классифицируют.

В отличие от физико-географического районирования как формы пространственной систематизации смежных региональных единиц, типологическая классификация – форма систематизации геосистем по чертам сходства.

Основой типологической классификации является диалектическое понимание соотношения индивидуального, особенного и общего (в отличие от иерархической классификации, в которой логическим основанием служит соотношение части и целого) – Николаев, 2000.

Классификацию ландшафтов можно сравнить с классификацией живых объектов – растений или животных. По аналогии с этими классификациями приняты и классификационные подразделения ландшафтов: типы, классы, семейства, роды, виды и др.

Типологическая классификация рассматривает геосистемы различного таксономического ранга – фации, урочища, местности, ландшафты. Однако, для каждого ландшафтного таксона существует самостоятельная классификация, и не может быть одной классификации, используемой для всех этих единиц, поскольку они различны по структуре и генезису (как невозможно, например, создать в геологии классификацию, пригодную для кристаллов, минералов и горных пород).

Наиболее разработана классификация ландшафтов, поскольку ландшафт – «узловая» единица геосистемной иерархии.

Ландшафт – это сложная природная система, характеризующаяся множеством признаков, По степени антропогенного влияния различают ландшафты природные, антропогенные, культурные и пр. Поэтому в зависимости от целей исследования, теоретического обоснования и методологического подхода возможно построение нескольких классификационных моделей.

К настоящему времени наиболее разработаны структурно-генетическая и геохимическая классификации. В разработку первой внесли свой вклад Д.Л. Арманд, А.Г. Исаченко, Ф.Н. Мильков, В.А. Николаев и др., вторая -разрабатывалась трудами Б.Б. Полынова, А.И. Перельмана, М.А. Глазовской и др. Есть попытки создания объединенной типологической классификации естественных и антропогенных ландшафтов (Мильков, 1986), классификации эстетических свойств ландшафтов (Николаев, 2003) и др.

Наиболее распространенной в современных ландшафтных исследованиях является структурно-генетическая классификация, наиболее полно разработанная и обоснованная В.А. Николаевым (1979, 2000).

Ландшафты – явления исторические, и современная структура любого из них представляет собой лишь стадию в эволюционном их развитии. Поэтому один из главных принципов классификации является историко-эволюционный. Исторический подход сопряжен с изучением генезиса природных геосистем, под которым понимается генезис не только литогенной основы, но и всего природного комплекса.

В структурном отношении ландшафты выступают, с одной стороны, как объемлющие геосистемы (для локальных единиц), с другой стороны, как элементы более крупных региональных подразделений, что и должно учитываться при составлении классификационных схем. Следовательно, подобная классификация по существу является регионально-типологической.

Принципы классификации ландшафтов основываются на группировке индивидуальных ландшафтов по признакам, отражающим их сущность – это исторический, генетический структурный и позиционный.

Любой научной классификации предшествует отбор признаков, или оснований делений понятий. Отнесение индивидуальных ландшафтов к тем или иным типологическим группам зависит от многих их признаков: внутренних свойств, сопряжения с другими комплексами, совокупности ландшафтообразующих факторов и процессов, своеобразия эволюции и т.д. В связи с этим неизбежна множественность оснований деления и иерархическая многоступенчатость классификации ландшафтов. При этом отбор признаков производится по их относительной роли в формировании и развитии ландшафтов (т.е. ранжированный отбор по их значимости).

Ниже приводится иерархия классификационных категорий (рис. 6).

Рис. 6. Схема соотношения индивидуальных и типологических единиц ландшафтоведения (по Ф.Н. Милькову).

В качестве высшей классификационной категории ландшафтов Земли считают отдел ландшафтов. Основанием для выделения является тип контакта и взаимодействия геосфер (литосферы, атмосферы, гидросферы) по вертикали. Выделяются отделы: наземные (субаэральные), земноводные (речные, озерные, шельфовые), водные (моря, океаны), донные (морские, океанические).

Следующая классификационная категория – разряд. Для выделения разрядов предлагается использовать такой показатель как теплообеспеченность географических поясов. Например, наземные ландшафты Северного полушария состоят из разрядов: арктических, субарктических, бореальных, суббореальных, субтропических и др.

Следующая классификационная категория – подразряд. Он характеризует специфику атмосферной циркуляции географических поясов. Например, в пределах области, занимаемой бореальными ландшафтами России, выделяют с запада на восток умеренно континентальные, континентальные, резко континентальные, приокеанические ландшафты.

Далее выделяют единицу – семейство ландшафтов, отражающую группировку ландшафтов в дифференцированных физико-географических странах (например, бореальные ландшафты западно-сибирского семейства).

Нижестоящая классификационная категория - классы ландшафтов, выделение которых производится по морфотектоническим показателям (например, среди наземных классы равнинных и горных ландшафтов).

Классы разделяются на подклассы в соответствии с ярусной дифференциацией ландшафтной структуры на равнинах и в горах (среди равнинных ландшафтов – подклассы возвышенных, низменных и низинных; среди горных ландшафтов – подклассы предгорных, низкогорных, среднегорных, высокогорных, межгорно-котловинных ландшафтов). Деление на подклассы производится не по формальному гипсометрическому признаку, а с учетом возраста и генезиса их литогенной основы и всего комплекса признаков в целом.

Следом за классами и подклассами в системе классификационных единиц стоит таксон типа ландшафтов, отражающий зональную специфику природных геосистем. Основанием деления типов выступают почвенно-геоботанические характеристики ландшафтов на уровне типов почв (почва – «зеркало» ландшафта) и классов растительных формаций. Например, бореальные и суббореальные континентальные западно-сибирские равнинные ландшафты включают лесной, лесостепной, степной типы ландшафтов.

Тип ландшафта по классификации подразделяют на подтипы в соответствии с подтипами почв и подклассами растительности. Например, таежный тип образован подтипами северотаежных, среднетаежных, южнотаежных ландшафтов.

Род ландшафтов характеризуют геоморфологические критерии (генетические типы рельефа). Геоморфологический фактор во многом определяет текстурные черты морфологии ландшафтов – взаиморасположение слагающих его элементарных природных комплексов, то есть особенности пространственной организации ландшафтов. Например, среди западно-сибирских таежных ландшафтов можно выделить роды ледниковых, водно-ледниковых, озерно-аллювиальных ландшафтов.

Литологические свойства поверхностных пород отражены в подроде ландшафтов. Особенно наглядна его роль в структуре и пространственной организации аридных и семиаридных территорий. Примеры подродов ландшафтов: суглинистые, лессовые, песчаные, каменисто-щебенчатые и др.

Одной из низших классификационных категорий является вид ландшафтов – совокупность однотипных по генезису и структуре ландшафтов. Главный диагностический признак вида – сходство доминирующих в ландшафте урочищ. На уровне вида выявляется такой признак, как единство растительного покрова на уровне групп ассоциаций и формаций и сопряженных с ними почв. Примеры видов: а) западно-сибирские лесные южнотаежные ландшафты пологоволнистых озерных равнин с покровом лессовидных суглинков с елово-пихтово-березовыми лесами на дерново-сильноподзолистых почвах; б) западно-сибирские равнинные возвышенные степные ландшафты с разнотравными степями на черноземах легкосуглинистых.

Дальнейший типологический анализ ландшафтов на основе сравнения морфологической структуры на уровне субдоминантных и даже редких урочищ позволяет выделить подвиды (морфологические варианты) ландшафтов. Это последняя ступень типологической классификации. Например, среди плоских лессовидных суглинисто-глинистых равнин с луговыми степями на лугово-черноземных почвах можно выделить подвиды плоских равнин с западинами, занятыми займищами на лугово-болотных почвах и плоских равнин с гривами, занятыми остепненными лугами на выщелоченных черноземах.

В типологической классификации характеристики всех вышестоящих таксонов имеют определяющее значение для нижестоящих, и таким образом, она является многоступенчатой. При этом по мере движения сверху вниз по иерархической лестнице каждый следующий типологический таксон все более углубленно идентифицирует классифицируемый объект. На верхних ступенях классификации главное внимание уделяется факторам ландшафтогенеза (ассоциативный анализ), на нижних ступенях – структурной сущности ландшафтов (субстативный анализ).

Разработанные классификационные модели применяются для изучения ландшафтной структуры регионов. Результатом является составление систематики ландшафтов определенной территории.

Если классификация – научный подход, логическая операция по упорядочению индивидуальных ландшафтов в типологические подразделения согласно строго обусловленным признакам, то систематика ландшафтов – итог применения классификации к индивидуальным ландшафтам конкретной территории. Систематика представляет систему соподчиненных типологических совокупностей реально существующих ландшафтов регионов (Николаев, 2000).

Территориальные сопряжения геосистем.

В современном ландшафтоведении возрос интерес к исследованию территориальных сопряжений разнородных ландшафтов, объединенных между собою потоками вещества и энергии. Начало таких исследований положено в 60-е гг. ХХ века, когда исследователи от изучения морфологии перешли к изучению функционирования и динамики ландшафтов. Новое направление исследований потребовало разработки новых методических приемов, позволяющих изучать горизонтальные вещественно-энергетические потоки и круговороты в пределах геосистем, организованных на функциональной или градиентной основе.

За счет латеральных (боковых) связей, образованных вещественно-энергетическими потоками, формируются геосистемные совокупности, объединяющие морфоструктурные части разных природных комплексов в единое целое (Казаков, 2004).

Сложилось несколько представлений о территориальных сопряжениях геосистем: парагенетические комплексы, ландшафтно-географические поля, хорионы, ландшафтные катены, экотоны.

Парагенетические комплексы.

Основоположником учения о парагенетических комплексах (с греч. «пара» - возле, рядом) является Ф.Н. Мильков.

Парагенетический комплекс – это система пространственно смежных региональных или типологических комплексов, связанных общностью происхождения и объединенных однонаправленными потоками вещества и энергии.

Примером парагенетического комплекса локального уровня может служить овражно-балочная система, включающая ПТК водосборного понижения, прибалочные склоны, балку, овраг, врезанный в балку, конус выноса. Все эти ПТК (урочища, подурочища, фации) образованы и объединены потоком воды и рыхлого вещества. Сам поток сформировался за счет градиента потенциальной гравитационной энергии, заключенной в рельефе водоразделов и днища местного понижения. Он является наземным звеном в региональном и глобальном круговоротах вещества и энергии.

Парагенетические комплексы (ПГК) могут быть разной размерности и иметь разное происхождение. Можно привести примеры ПГК планетарной размерности, мегасистемы типа «материк-океан»: Анды – Перуанская впадина (происхождение связано с глобальными тектоническими процессами, осуществляется перенос твердого вещества, продуктов разрушения горной системы Анд, и отложение его в Перуанской геосинклинальной впадине); Атлантико-Евразиатская парагенетическая мегасистема климатического происхождения, связанная с западным переносом воздушных масс. Примером ПГК региональной размерности служит макросистема типа «горы-равнины»: Урал – Предуралье, связанные потоками твердого вещества, речного стока, атмосферной циркуляции.

Ландшафтно-географические поля.

Географическое поле есть динамический ареал, область активного воздействия изучаемого объекта (в ландшафтоведении ПТК) на окружающую среду (Мильков, 1986).

Ф.Н. Мильков делил географические поля на закрытые, или стабильные (включают ПТК с развитым биостромом, находящиеся в замедленной, эволюционной фазе развития и обладающие устойчивостью) и открытые, мобильные (включают ПТК с несформированной или нарушенной структурой, обладающими незакрепленными ландшафтными взаимосвязями и создающими благоприятную среду для растекания вещества). Второй тип географических полей он называл свободными.

По характеру воздействия выделяют различные генетические типы ландшафтно-географических полей.

Вулканогенные поля – лавовые покровы, отложения грязевых потоков и тефры (вулканических выбросов). Часто они воздействуют на большие площади и изменяют предыдущие ландшафты до неузнаваемости.

Денудационные поля – водораздельные склоны, характеризующиеся смытыми почвами и горными породами. Ведущую роль в их формировании играет плоскостной смыв. Широкое распространение получили в горных странах и на возвышенных равнинах.

Эоловые поля связаны с деятельностью ветра: выдуванием, навеиванием и перевеиванием. К ним относятся некоторые виды каменистых и щебнистых пустынь (дефляционные поля), пески в различной стадии развеивания (дюны, барханы). В земледельческих зонах эоловые поля обычно связаны с выдуванием верхнего пахотного слоя и способствуют развитию пыльных бурь.

Водно-аккумулятивные поля – приморские низменные равнины, освобождающиеся от вод при регрессиях моря, внешние участки нарастающих речных дельт, песчаные пляжи и косы.

Криогенные поля – морозобойные трещины, бугры пучения, термокарстовые воронки, байджерахи, солифлюкционные оплывины, придающие специфический облик ландшафтам полярных и приполярных областей.

Карстовые поля – стенки свежих провальных воронок, колодцев, понор, карровые поля, Распространены в районах, сложенных карстующимися породами (известняками, гипсами и др.) – в горах (Средиземноморье, Крым) и на равнинах (Валдайская возвышенность, Придонье и др.).

Зоогенные поля – места свежих выбросов землероев, тропы и толоки в местах водопоя копытных, слоновьи тропы в лесах тропического пояса, «площадки отдыха» животных. Образованием свободных полей сопровождается деятельность речных бобров – бобровые рубки в лесу и плотины на речках.

Антропогенные поля – карьерно-отвальные комплексы, лесные вырубки, распашки, пасквально-дигрессионные комплексы и т.д. Кроме того, многие из охарактеризованных ранее свободных полей имеют антропогенное происхождение (эрозионные, эоловые, денудационные и др.). Роль антропогенных полей неизмеримо возросла в современную эпоху.

Свободные поля характеризуются активным обменом веществом и энергией на трех уровнях: внутрикомплексном, межкомплексном и внешнем. Внутрикомплексный обмен осуществляется преимущественно с помощью вертикального перемещения вещества, межкомплексный обмен выражается в горизонтальном перемещении вещества из одного комплекса в другой, внешний обмен выражается в вещественно-энергетическом обмене ландшафтной оболочки с другими ярусами географической оболочки.

Продолжением развития представлений о географических полях является современное учение о хорионах – это учение о геосистемах, состоящих из ядра и его полей (разработано в трудах А.Ю. Ретеюма, 1988 и др., введено в курсы ландшафтоведения В.А. Николаевым, 2000, 2004).

Структура хорионов состоит из ядра и окружающих его в большей или меньшей степени сформированных оболочек.

Ядро, как правило, обладает повышенным вещественно-энергетическим и информационным потенциалом, что позволяет ему создавать вокруг себя поля (оболочки) латерального влияния.

Функции ядра могут выполнять различные объекты: геологические формации, тектонические структуры, геоморфологические и гидрологические объекты, фито- и зооценозы, а также целые природные комплексы.

В зависимости от формы и свойств ядра выделяются хорионы с ядрами-скоплениями и ядрами – потоками. Примерами первых служат геосистемы вулканов, островов, останцовых холмов, западин, озерных котловин (ядерные хорионы). Примерами вторых могут служить речные долины, овраги, балки, гривы (хорионы стержневого характера).

Наглядный пример формирования и функционирования ландшафтных хорионов дают западно-сибирские лесостепные ландшафты плоских лессовидно-суглинистых равнин с гривами и западинами. Роль ядра в них играют березовые и осиново-березовые колки по западинам, их окружают ландшафтно-географические поля, состоящие из оболочек (по мере удаления от ядра): кустарниковая лугово-степная опушка (повышенное увлажнение) – галофитная степная кайма луговых солончаков.

По мере удаления от ядра ландшафтного хориона его воздействие на окружающие оболочки ослабляется и постепенно иссякает. Эта закономерность получила название «правила убывания» или «платы за расстояние».

Ландшафтные катены.

Ландшафтная катена – это ряд или цепь пространственно сменяющих друг друга геосистем, объединенных однонаправленным потоком вещества и энергии в направлении от местного водораздела к местному базису денудации (реке, озеру, днищу депрессии рельефа и т.п.) – Николаев, 2000.

Термин «катена» в переводе с английского означает «ряд», «цепочка», он введен в науку английским почвоведом Дж. Милном.

Как следует из определения, катенарный ряд фаций, подурочищ объединяется в целостную геосистему сверху вниз по склону, осуществляя однонаправленный поток вещества и энергии. В этом потоке участвуют поверхностный и подземный сток (жидкий, твердый, ионный), перемещение почвенно-грунтовых масс под воздействием гравитационных склоновых процессов.

Выделяются микрокатены (объединяют фации от микроповышения до микрозападины, перепад высот при этом не более 0,5-1,0 м), мезокатены (объединяют подурочища и урочища в пределах мезоформ рельефа: от вершины холма к смежной котловине или соседнему оврагу и пр.). Примером катены может служить и речной бассейн, влючающий сверху вниз элементы: водораздел – склон – терраса – пойма – русло.

Представление о катене нашло широкое применение в геохимии ландшафта для изучения миграции химических элементов. Основоположник геохимии ландшафта Б.Б. Полынов предложил называть такой объект геохимическим ландшафтом, который состоит из сопряженных в единую цепь элементарных геохимических ландшафтов (ландшафтных фаций). Согласно М.А. Глазовской (1981), сверху вниз по склону сменяют друг друга: автономные элювиальные, трансэлювиальные, трансаккумулятивные, супераквальные, аквальные, субаквальные элементарные ландшафты (фации).

Элементарные геохимические ландшафты объединяются в три звена: верхнее (элювиальное), среднее (транзитное), нижнее (аккумулятивное) (рис. 6.).

Рис. 6. Основные типы элементарных ландшафтов (по Полынову с дополнениями Глазовской), образующих звенья ландшафтной катены:

1 – поступление веществ в ландшафт (из атмосферы, грунтовых вод);

2 – удаление веществ из ландшафта (в атмосферу, грунтовые и поверхностные воды).

Ландшафтные экотоны.

Экотоны – переходные зоны между смежными геосистемами, объединенными потоками вещества и энергии.

В экотонах особенно напряженно развиваются все физико-географические процессы и особенно активно осуществляется энерго-массообмен. Экотоны могут быть рассмотрены на трех уровнях размерности: локальном, региональном, глобальном.

Примером экотона локального уровня может служить опушка леса. Здесь активней развиваются процессы почвообразования (и выщелачивание минеральных солей, и аккумуляция гумуса), интенсивней осуществляются атмосферные потоки (как горизонтальные, так и вертикальные), разнообразнее растительный и животный мир (лесные и луговые виды).

Экотонами региональной размерности являются переходные природные зоны – лесотундра, лесостепь и др. Например, в лесостепи Русской равнины в плакорных условиях представлены серые лесные почвы и выщелоченные черноземы, лесные и степные растительные группировки, лесные и степные виды животных, разнообразней ландшафтная структура (Л.С. Макунина, 1998).

Экотоном глобальной размерности служит сама ландшафтная оболочка, лежащая в фокусе географической оболочки и характеризующаяся наибольшей напряженностью всей совокупности биогеохимических процессов.

Экотоны обладают большой ресурсовоспроизводящей и средообразующей функцией, поэтому в них наблюдается и большая активность социальной жизни: больше численность и плотность населения, больше крупных городов, активней производственная деятельность. По свидетельству Л.Н. Гумилева (1990), именно такие территории со сложной ландшафтной структурой были центрами этногенеза (предгорья Тибета в Центральной Азии, предгорья Кавказа, на севере – пространства Субарктики и пр.), и наоборот, однообразные обширные территории тайги не дали ни одного этноса (только позднее шло ее заселение уже сформированными этносами).

Таким образом, дифференциация геосистем может быть рассмотрена с разных позиций: 1. выделение индивидуальных региональных единиц, соподчиненных в единой иерархической системе (физико-географическое районирование); 2. типологическая классификация ландшафтов (и более мелких геосистем – местностей, урочищ, фаций); 3. территориальные сопряжения разнородных геосистем, объединенных потоками вещества и энергии.

ИСТОРИЯ И ГЕНЕЗИС ГЕОСИСТЕМ

Факторы эволюционного развития геосистем.

При рассмотрении закономерностей пространственной дифференциации геосистем они выступают как трехмерные системы, обладающие вертикальной и горизонтальной структурой.

Однако, существует еще один аспект изучения геосистем – временной. Поэтому геосистемы выступают как пространственно-временные, то есть четырехмерные образования.

В отечественной географической науке, еще начиная с трудов М.В. Ломоносова, а затем В.В. Докучаева, присутствовал временной аспект исследований с целью изучения генезиса и развития объектов.

Историко-генетический анализ ландшафтной структуры был поставлен уже в 20-е годы первыми представителями отечественного ландшафтоведения Л.С. Бергом, Г.Ф. Морозовым, Б.Б. Полыновым и др. Они рассматривали ландшафт как сложную материальную систему, находящуюся в состоянии постоянного развития. По мнению Л.С. Берга «Понять данный ландшафт можно лишь тогда, когда известно, как он произошел и во что со временем превратится». Б.Б. Полынов, изучая ландшафты Монголии и Среднего Дона, пришел к выводу, что эти ландшафты имеют и древние корни, и зарождающиеся элементы.

Все природные геосистемы – категории исторические. Их становление, развитие, перерождение происходит в определенные отрезки времени в истории Земли. Особенно важен историко-генетический подход в региональных ландшафтных исследованиях, т.к. природа геосистем высокого таксономического ранга обычно имеет довольно длительную и сложную историю развития, и современная структура часто несет информацию о прошлом этих систем.

Исследования исторического развития ландшафтов показывают, что природные и природно-антропогенные системы развиваются под действием внешних и внутренних факторов (причин).

Внешние причины ландшафтных смен многообразны: изменение солнечной активности, изменение общей циркуляции атмосферы, тектонические (приводящие к изменению рельефа), перемещение полюсов Земли, воздействие соседних ПТК. Под влиянием какого-либо одного из этих факторов происходит изменение свойств одного из компонентов – климата, геолого-геоморфологических условий. В результате действия закона взаимообусловленности изменяется весь комплекс.

Палеогеографические исследования показывают, что только на протяжении четвертичного периода, за последний миллион лет, неоднократно менялся климат то в сторону похолодания, то в сторону потепления. В результате менялся и характер ландшафтов: в эпохи оледенений – ландшафты покровных ледников, тундр, тундростепей, тайги; в эпохи межледниковий, а особенно в эпоху голоцена больше распространялись лесные ландшафты, в том числе широколиственные. Наряду с климатическим фактором неотектонический фактор следует признать одним из ведущих в становлении и развитии современных ландшафтов. С ним связано заложение многих черт дифференциации ПТК, усиления неоднородности ландшафтной структуры.

Не менее важное значение для эволюционного развития геосистем имеет фактор саморазвития (спонтанный). Саморазвитие – это развитие под влиянием внутренних причин, без влияния внешних факторов. Любая система, даже независимо от внешней среды, саморазвивается (как и любой живой организм – от рождения до смерти).

Движущей силой саморазвития, согласно принципам диалектического материализма, являются внутренние противоречия, заложенные в самой системе. Сущность процесса саморазвития еще в 50-е годы XX века показал В.Н. Сукачев. Он отмечал, что между компонентами биогеоценоза существуют противоречия, которые служат источником его развития как целого, например, противоречия между растительностью и средой: растительность как наиболее активный компонент самоизменяется и вносит изменения в окружающую среду, создаются новые условия. Растительность теперь приспосабливается к изменившимся условиям, между растительностью и другими компонентами стремится установиться новое равновесие, затем снова нарушающееся самой растительностью. Нарушение равновесия и есть движущая сила развития, а растительность – это мотор, приводящий в движение эту силу.

Классическим примером спонтанного развития служит зарастание озер в лесной зоне, превращение их сначала в низинное, затем в переходное болото, наконец, формирование верхового сфагнового болота с атмосферным питанием, возникновение на нем грядово-мочажинных комплексов и озер с торфянистыми берегами. Вначале на дне озера идет накапливание ила и сапропелей, затем низинного торфа (осокового, тростникового), в дальнейшем в результате потери связи поверхности болота с грунтовыми водами и образования верхового болота происходит накопление сфагновых торфов.

К спонтанной динамике относятся многолетние сукцессии, возникающие на гарях в еловой тайге. Гарь сначала захватывается быстрорастущими и светолюбивыми березой и осиной, через некоторое время под их пологом появляется ель, формируется смешанное елово-березовое насаждение; достигнув верхнего полога, ель создает густое затенение и окончательно вытесняет березу с осиной.

Идея спонтанного развития лежит в основе гипотезы С.И. Коржинского о наступлении хвойной тайги на широколиственные леса, широколиственных лесов на степь. Еще один пример саморазвития – переход пойм, на которых идет накопление аллювия, в надпойменные террасы.

Наилучшим примером спонтанного развития является сама ландшафтная оболочка, за 4 млрд. лет прошедшая большой путь поступательного развития от абиотической стадии до биотической. Воздушная среда из бедной кислородом превратилась в богатую кислородом (за счет развития растительности). По мере развития органического мира постепенно сформировались почвы, в свою очередь способствовавшие увеличению видового разнообразия. Продуктом жизнедеятельности организмов являются целые пласты полезных ископаемых (уголь, нефть, торф, джеспилиты).

В процессе эволюции геосистем переплетается влияние изменяющихся внешних факторов и саморазвития, их трудно разделить. При этом спонтанное развитие происходит главным образом за счет биоты, в то время как развитие геосистем под влиянием факторов внешней среды происходит главным образом за счет климатического и геолого-геоморфологического компонентов.

Таким образом, под эволюцией ландшафтных геосистем понимается направленное развитие, сопровождающееся качественными изменениями природных компонентов и морфологической структуры.

Метахронность компонентной и морфологической структуры ландшафтов.

Характерной особенностью ПТК является его метахронность или разновозрастность. Это относится как к природным компонентам, так и ко всем морфологическим частям.

Компоненты, входящие в состав геосистемы, реагируют на изменения с разной скоростью, каждый из них имеет определенную долю свободы в своем развитии и поэтому разновозрастны.

Из природных компонентов самой старой является литогенная основа, она является фундаментом ПТК. Климат, как правило, моложе литогенной основы. Биота возникает после образования геомы (литогенной основы и климата). Однако отдельные виды растений и животных могут быть реликтовыми. Современные почвы – самое молодое образование ПТК (Мамай, 2005). Под современными почвами автор понимает не весь почвенный разрез, а лишь ту его часть, которая образовалась после последней существенной смены климата (2-2,5 тыс. лет назад).

В связи с разным реагированием компонентов на изменения условий среды введено понятие характерного времени эволюции.

Характерное время эволюции природных компонентов ландшафта – это тот отрезок земного времени, который компонентам необходим для перестройки под воздействием изменившихся условий внешней среды.

Для зонального изменения растительного покрова за четвертичный период требовалась 1-2 тыс лет, почвенный покров перестраивается за 5-7 тыс лет (современные почвы – 2-2,5 тыс. лет), для кардинального изменения господствующих типов рельефа необходимы десятки тысяч лет.

Поскольку компоненты идут эволюционно не в ногу, то в современных ландшафтах слагающие их компоненты разновозрастны: есть остаточные элементы, современные и зарождающиеся.

Даже в пределах одной зоны возраст одного и того же компонента (или его элемента) обнаруживает различия.

Например, на Русской равнине ландшафт моренной равнины зоны московского оледенения имеет в основании литогенной основы морену среднеплейстоценового возраста (150 тыс. лет), поверх которой залегает покровный суглинок валдайского возраста (20-30 тыс. лет). На них сформированы дерново-подзолистые почвы современные (2-2,5 тыс. лет), но несущие на себе отпечаток климата более ранних эпох (эпохи голоцена, 6-7 тыс. лет и более поздних – 3-3,5 тыс. лет). В растительном покрове в плакорных условиях – хвойно-широколиственные леса, включающие разные по возрасту элементы (широколиственные – от предшествующей эпохи голоцена, хвойные – современные, в которых неморальные виды являются реликтовыми).

На локальном уровне метахронность литогенной основы можно проследить на примере ландшафтов правобережной части р. Туры (в окрестностях г. Тюмени).

Ландшафт водораздельной абразионно-аккумулятивной равнины с сосново-березовыми лесами на дерново-подзолистых почвах имеет возраст слагающих озерно-аллювиальных суглинков нижнеплейстоценовый. Ландшафт древнеаллювиальной супесчано-суглинистой равнины третьей надпойменной террасы с чередованием березовых парковых лесов на серых лесных почвах и остепненных лугов на черноземах выщелоченных имеет возраст подстилающих пород среднеплейстоценовый. Ландшафт сниженной аллювиальной равнины с сырыми лугами и низинными осоково-тростниковыми болотами на лугово-болотных почвах, соответствующий второй и первой надпойменным террасам, имеет возраст слагающих пород верхнеплейстоценовый. Ландшафт гривисто-волнистой лугово-кустарниковой поймы сложен современным аллювием (сама пойма формировалась в эпоху голоцена) – Старков, 1994.

В.А. Николаевым (1979, 1986), изучавшим проблемы возраста степной зоны Западной Сибири, рассмотрена метахронность компонентов ландшафтов Тургайского плато. Их рельеф (столовые плато) имеют миоценовый возраст, лессово-суглинистые покровы – средне-позднеплейстоценовый возраст, каштановые почвы с остаточными явлениями былого олуговения-осолонцевания – позднеплестоценово-голоценовый возраст, степная растительность – в основном голоценовый возраст.

В морфологической структуре ландшафта также можно отметить разновозрастность слагающих его единиц – урочищ, подурочищ.

Пример: Степной ландшафт Русской равнины включает урочища основной поверхности – лессовые плато (возраст 10-30 тыс лет), урочища суффозионно-просадочных западин (возраст 8-10 тыс. лет), урочища балок с байрачными дубовыми лесами (возраст 5-7 тыс. лет), урочища оврагов (возраст 0,1-0,3 тыс. лет). Последний вид урочищ связан, главным образом, с распашкой.

В данном примере самый ранний возраст имеет доминирующий вид урочищ, субдоминантные – более поздний. Однако, могут быть ситуации, когда субдоминантные урочища древнее основных (доминантных), например, останцовые поверхности.

В относительно молодых ландшафтах морфологические единицы ближе между собой по возрасту. Так, все многообразие урочищ и фаций пойменно-луговых ландшафтов степной зоны сформировалось лишь за последние 5-7 тыс. лет.

Влияние антропогенной деятельности может привести к тому, что одинаковые морфологические единицы будут находиться в разных фазах развития из-за разного воздействия на них.

Определение: Метахронность структуры природного ландшафта – это последовательная разновременность исторического формирования, разновозрастность его природных компонентов и морфологических единиц.

Таким образом, нынешние ПТК – явление историческое, по структуре они метахронны, Самый консервативный компонент – литогенная основа. Чем древнее литогенная основа современных ландшафтов, тем больший разрыв по возрасту между нею и молодыми компонентами (почвами и растительностью). Пример относительно древних ПТК – степные (рельеф – 150 тыс. лет, растительность – 7-8 тыс. лет). Примером молодых ПТК являются поймы (возрастная амплитуда компонентов почти отсутствует).

Б.Б. Полынов различал в ландшафте элементы реликтовые, консервативные и прогрессивные.

Реликтовые элементы, сохранившиеся от прежних эпох, указывают на предшествующую историю развития ландшафта. Реликтовыми могут быть как отдельные компоненты – формы рельефа (ледниковые), элементы гидросети (сухие русла в пустынях), так и целые геосистемы (тисовые или кедровые рощи в Карпатах). Консервативные элементы наиболее соответствуют современным условиям и удерживают ландшафт в состоянии динамического равновесия. Прогрессивные элементы подчеркивают динамичность ландшафта и указывают на тенденции его дальнейшего развития. (пятна талого грунта в условиях вечной мерзлоты, эрозионные формы рельефа в моренных ландшафтах области последнего оледенения).

Проблема возраста ландшафтов.

Поскольку ПТК метахронны, то возникает проблема определения их возраста. Разные авторы подходят к решению этой проблемы по-разному.

Одни из них высказывают мнение, что возраст ландшафта следует отсчитывать со времени появления территории. Однако, можно резонно возразить, что даже в районах с архейским фундаментом под влиянием изменения климата ландшафты неоднократно менялись прежде, чем обрели современный облик. В ландшафте морено-водноледниковой равнины ЕТС в настоящее время присутствуют разные типы ландшафтов: лесотундровый, таежный, хвойно-широколиственных лесов, широколиственных лесов.

Другие (Исаченко, 1997) начало возникновения нового ландшафта связывали с появлением в нем элементов новой структуры, новых элементов органического мира, почв и других компонентов.

В.А. Николаев (1979) считает, что «ландшафты следует датировать временем, когда природный комплекс приобрел структуру в целом, близкую к современной и функционирует с тех пор в условиях этого инварианта» (с.40).

Согласно И.Н. Мамай (2005), «возраст сложноустроенных ПТК надо определять по возрасту доминантных морфологических единиц (для ландшафта – по возрасту доминантных урочищ)…» (с.100).

Определение: Возраст ландшафта – это время (в геологическом летоисчислении), когда ландшафт в полной мере сформировал свою компонентную структуру и сохраняет ее в динамическом равновесии до настоящего времени.

Поскольку биота формируется после геомы, значит она наиболее молодая, и возраст ландшафта совпадает с возрастом биоты.

Структура ПТК ландшафтной оболочки также разновозрастна. Ландшафты экваториального и субэкваториального поясов не испытывали серьезных колебаний климата на протяжении десятков миллионов лет, ферраллитная кора выветривания существует с неогена (10-20 млн. лет). В то же время ландшафты умеренного пояса изменялись очень сильно уже на протяжении четвертичного периода (за 1 млн. лет). Ландшафты субарктического пояса сформировались на современных пространствах после термического оптимума голоцена (около 2 тыс. лет).

Следовательно, сама ландшафтная оболочка метахронна, и амплитуда возрастных различий составляет миллионы лет.

Практическое значение изучения возраста ландшафта.

Решение вопросов о возрасте ландшафтов имеет большое научное и практическое значение. Оно важно для определения устойчивости геосистемы в целом (как по отношению к естественным, так и антропогенным факторам). Только на основе решения возрастной проблемы ландшафта нужно строить изучение проблемы взаимоотношений человека и природы.

Важно знать, что в ландшафте гармонирует с современными условиями, а что сохранилось с прежних эпох, приспособившись к новой среде. Реликтовые элементы, или целые геосистемы (например, реликтовые леса) в результате серьезного антропогенного нарушения не смогут восстановиться, так как исчезнут сложившиеся связи, нарушится сложившийся круговорот. Даже современные леса после вырубки могут не восстановиться в прежнем виде (например, на месте смешанных лесов на Русской равнине восстанавливаются хвойные, в Западной Сибири на месте вырубленных хвойных лесных массивов могут появиться заболоченные массивы).

Реликтовые черты ландшафта являются «памятью» ландшафта, былой ландшафтной обстановки, они несут информацию об эволюции природной системы и изучаются с помощью ретроспективного анализа в рамках особого направления науки – палеоландшафтоведения.

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ГЕОСИСТЕМ

Понятие о функционально-динамическом подходе.

В теории отечественного ландшафтоведения выделяются структурно-генетическое и функционально-динамическое направления, каждое из которых отражает определенный этап развития ландшафтоведения как науки.

Структурно-генетическое направление – более раннее, зародившееся на основе докучаевской школы (представители С.В. Калесник, Н.А. Солнцев, Ф.Н. Мильков, А.Г. Исаченко и др.), разрабатывает вопросы морфологии, структуры, генезиса и пространственной дифференциации ландшафтов.

Пространственная структура – очень важная сторона организации ландшафта, но она не раскрывает всю сложность его организованности, поскольку необходимо знать способ взаимодействия отдельных его частей.

Как известно, сущность взаимосвязей и взаимодействий между частями геосистемы состоит в обмене веществом и энергией, который сопровождается превращением (трансформацией) вещества и энергии. Вся совокупность обмена и трансформации вещества и энергии в геосистеме получила название функционирования. Результатом функционирования являются динамика и развитие геосистем.

Функционально-динамическое направление в ландшафтоведении формировалось с 60-х годов ХХ века. У его истоков стоял А.А. Григорьев, продолжатели Д.Л. Арманд, В.Б. Сочава, Н.Л. Беручашвили, А.А. Крауклис и др. Основное внимание уделяется изучению функционирования ландшафта, его изменениям во времени.

По А.А. Крауклису, структурно-генетическое направление – «макроскопический» подход к изучению ландшафта, функционально-динамический – «микроскопический». Первый направлен на выявление и картографирование внешних признаков ландшафтов, второй – на глубокое познание процессов внутри ландшафтов и между ними.

Функционирование природных геосистем – совокупность взаимосвязанных процессов переноса, обмена и трансформации вещества и энергии между составляющими геосистему природными компонентами, ее морфологическими частями, а также геосистемой в целом и внешней средой.

Таким образом, наряду с пространственной, выделяется функциональная структура, хотя они друг без друга не существуют.

В задачи функционально-динамического направления в ландшафтоведении входит познание:

- механизма функционирования;

- видоизменения и перераспределения вещества и энергии;

- механизмов передачи информации.

Ландшафт включает вещество в разных агрегатных состояниях, энергию – в разных видах и формах. В нем протекают процессы образования многих новых веществ, происходит трансформация и перераспределение энергии путем включения вещества в потоки и круговороты.

Большой вклад в изучение потоков и круговоротов вещества и энергии в ландшафте вносят специализированные направления науки – геохимия ландшафта, геофизика ландшафта, биофизика ландшафта.

Процессы, обеспечивающие функционирование ПТК, протекают под воздействием 3-х главных источников энергии:

- солнечная радиация;

- внутренняя энергия Земли;

- гравитационная.

Среди этих источников для функционирования ПТК низкого ранга наибольшее значение имеет солнечная энергия, принимающая участие во всех потоках и круговоротах. Внутренняя энергия Земли, возникающая в результате распада радиоактивных элементов, выражается в тектонических процессах и, обусловливая усиление расчленения рельефа, этим предопределяет проявление гравитационной энергии. Гравитационная энергия играет главную роль в процессах перемещения вещества - это так называемые гравигенные потоки вещества в ПТК (обвалы, оползни, осыпи и другие виды вертикального движения вещества под влиянием силы притяжения Земли).

Ландшафт может накапливать и сохранять энергию или, наоборот, отдавать ее. Иногда часть накопленной в ландшафте энергии используется в дальнейшем функционировании (например, энергия, возникающая при разложении мертвого органического вещества, дополнительно обогревает верхний слой почвы) – Макунина, Рязанов, 1988.

Элементарные процессы ландшафтного энергомассообмена.

Функционирование ландшафтов осуществляется в соответствии с законами механики, физики, химии, биологии, поэтому его можно разложить на элементарные составляющие процессы (Исаченко, 1985).

Физико-механические: склоновые, склоново-денудационные, осыпные, оползневые, поверхностный сток, физическое испарение и др. Особенность этого канала – однонаправленный поток вещества и энергии под действием сил гравитации.

Химические - химическое выветривание, почвообразование, химические превращения в живых организмах, Главная особенность – трансформация и перераспределение химических соединений.

Биологические – образование живого вещества, перемещение по трофическим цепям, дыхание, отмирание живого вещества. Биологический метаболизм – важная составляющая в системе межкомпонентных связей в ПТК, благодаря которой вовлекается в обмен вещество всех компонентов. Живое вещество связывает все компоненты в единое целое, и если по гравитационному каналу происходит, главным образом, вынос вещества из ландшафта, то биологический круговорот препятствует их выносу и удерживает их в ландшафте.

Биохимические – разложение отмершего живого вещества, преобразование мортмассы в биоминералогические образование, гумусо- и торфообразование.

Биогеохимический круговорот (биогеоцикл).

Следующая ступень изучения функционирования геосистем – переход от анализа частных географических процессов к их синтезу и получение целостной картины жизнедеятельности природного комплекса. Как отмечает А.Г. Исаченко, это и есть наиболее трудная задача при изучении функционирования. «Аналитическое расчленение ландшафта само по себе еще не содержит объяснения принципов его функционирования. Функции ландшафта – это нечто большее, чем совокупность частных физико-механических, химических и биологических процессов. Физический смысл стока, например, очень элементарен – это всего лишь движение воды под действием силы тяжести. Однако географический смысл стока вовсе не сводится к простому закону механики. Сток – это одновременно процесс гидрологический, геоморфологический (как фактор преобразования рельефа), геохимический (как фактор миграции химических элементов) и географический в широком смысле слова, как звено всеобщего круговорота влаги и один из главных механизмов взаимодействия между всеми компонентами геосистем и между самими геосистемами» (Исаченко, 1979, с 140).

Им предлагается для этих целей исследование функциональных звеньев геосистемы, каждое из которых играет специфическую интегрирующую (системообразующую) роль: 1) круговорот и трансформация солнечной энергии; 2) однонаправленные гравигенные потоки; 3) влагооборот; 4) газооборот и газообмен; 5) биогенный метаболизм.

В конечном итоге, элементарные процессы функционирования переплетаются, интегрируются, образуя биогеохимические процессы, или биогеохимический круговорот – биогеоцикл.

Под биогеохимическим круговоротом понимается совокупность следующих взаимно связанных процессов: биохимический синтез и закрепление химических элементов в органическом веществе растений; превращение химических соединений в цепях питания микроорганизмов и животных; возврат элементов в атмосферу и почву в процессах жизнедеятельности живых организмов и при разложении органических остатков; новообразование почвенного органического вещества и его распад. Биологический круговорот протекает не изолированно, а на фоне и с участием абиотических процессов большого геологического круговорота. Сюда же относятся некоторые геохимические процессы: поступление химических элементов в ПТК с осадками, вымывание их из растений и поступление в почву и т.п.- Макунина, Рязанов, 1988.

Часть вещества выходит из круговорота и накапливается, но не навсегда, при определенных условиях оно вновь вступает в круговорот (гумус, торф и др.).

Сингенетические образования – продукты функционирования ландшафта.

Процессы перемещения и превращения вещества и энергии в геосистемах происходит посредством метаболизма и морфолитогенеза.

В результате биогеохимического круговорота ландшафт как функциональная система создает новое вещество – продукты функционорования. При этом велика роль живого вещества. Примерами нового вещества, создаваемого в процессе функционирования ландшафта, являются почвы, гумус, залежи торфа в болотах, органоминеральные образования в виде сапропелей в озерах, вивианита (фосфорно-железистых соединений) в понижениях речных долин, солей, болотных руд (лимонита) и др.

В разных типах ландшафтов продукты функционирования различны – это черта, специфичная для ландшафтов. Каждый ландшафт формирует свою почву, свою кору выветривания (лессовая, латеритная, элювиальная и др.), свои виды морфоскульптур, свои воды (разные по характеру и степени минерализации).

За счет взаимного расположения мезоформ рельефа образуется морфологическая структура ландшафта, которая также является продуктом функционирования ландшафта.

Таким образом, в процессе функционирования ландшафт самоорганизуется, сам создает свою структуру, при этом непрерывно воспроизводя вещества с новыми свойствами. Новые вещества, возникающие в процессе функционирования, называются сингенетическими образованиями ландшафта (торф, сапропель, почвы, соли и др.).

Каждый тип ландшафта существует в определенных гидротермических условиях, что приводит к образованию в нем специфических «продуктов» функционирования – сингенетических образований. Например, илы в озерах тайги лишены легкорастворимых солей, здесь накапливаются нерастворимые соли железа, марганца, наоборот, в аридных ландшафтах пустынь илы озер засолены хлоридами, сульфатами.

Способность ландшафтов создавать специфические вещества и свойства используется человеком для практических целей (размещение зон отдыха в сосновых лесах, богатых фитонцидами, использование болот как источника торфа, для сбора ягод и др.).

К числу новообразований ландшафта относятся и осадочные горные породы в качестве продукта морфолитогенеза. Однако процесс их формирования длительный, поэтому они несут на себе «печать» прошлого ландшафта, являются его «памятью». По составу отложений осадков можно судить о прошлых ландшафтных условиях, на этом основываются методы палеогеографии как науки и поиски полезных ископаемых (например, известно, что залежи угля связаны с отложениями каменноугольного, юрского, палеогенового периодов; залежи солей связаны с отложениями девона, перми, палеогена и пр.).

Влияние морфологической структуры на порядок функционирования.

Порядок функционирования и накопление продуктов функционирования зависит от внутренней структуры ландшафта.и характера взаимодействия геосистемы с внешней средой. Изучив эти параметры, можно заранее предполагать, какие вещества производятся в ландшафте, преобладает аккумуляция или вынос продуктов функционирования.

Роль морфологической структуры в функционировании ландшафта А.А. Макунина и П.Н. Рязанов рассматривают на примере лесостепных ландшафтов Западной Сибири. Соотношение миграции вещества и морфологической структуры ландшафта хорошо прослеживается по перемещению легкорастворимых солей. В зависимости от морфологической структуры потоки могут быть рассредоточенными и концентрированно направленными.

Например, в ландшафтах плоских суглинистых равнин с чередованием ровных поверхностей с луговыми степями и округлых западин с озерами и с солончаковыми лугами (овально-ячеистый рисунок ландшафта) формируются местные, относительно замкнутые круговороты солей. В понижениях соли аккумулируются, как бы изымаясь из регионального круговорота. Подобные регионы с преобладанием местных круговоротов являются районами континентального соленакопления (рис. 7).

Рис.7. Вид ландшафта: Плоская с западинами лессовидная суглинисто-глинистая равнина с распаханными остепненными лугами на лугово-черноземных осолоделых почвах и березово-травяными лесами на темно-серых лесных осолоделых почвах.

1 – плоская равнина с остепненными лугами на лугово-черноземных осолоделых почвах (распаханная); 2 – плоские участки с березовыми травяными лесами на темно-серых осолоделых почвах; 3 – сниженная плоская поверхность с типчаково-полынными лугами на луговых солончаковатых почвах; 4 – переувлажненные западины с тростниково-лисохвостовыми лугами на лугово-болотных почвах; 5 – котловины озер.

Рис.8. Плоская лессовидно-суглинистая с гривами и ложбинами равнина с луговыми степями на лугово-черноземных солонцеватых почвах.

1 – гривы с выщелоченными суглинистыми черноземами, распаханные в прошлом под разнотравно-злаковыми остепненными лугами; 2 – ложбинообразные плоские поверхности с кермеково-полынными группировками на луговых солончаковатых глинистых почвах; 3 – пологоволнистые суглинистые поверхности под березовыми травяными лесами на серых лесных осолоделых почвах; 4 – сниженные глинистые поверхности с сырыми галофитными лугами и кустарниковыми зарослями на солончаках луговых; 5 – западины под осиново-березовыми широкотравными лесами на солодях; 6 – тростниково-лисохвостовые займища на лугово-болотных солончаковатых почвах.

Особенности их функционирования состоят в том, что в них отсутствуют транзитные миграционные потоки. Следствие – повышенная минерализация озер.

Ландшафт другого вида – гривисто-лощинных глинистых равнин с луговыми степями по гривам и болотами в сочетании с озерами по лощинам, - представляет собой древние долины стока и имеет параллельно-лопастной (в сочетании с овально-ячеистым) рисунок морфологической структуры (рис. 8). Здесь существуют как местные круговороты, так и временные миграционные потоки, выходящие за пределы ландшафта. Это происходит потому, что ряд межгривных

Рис. 9. Вид ландшафта: Увалистая песчано-суглинистая равнина с сосново-березовыми травяными лесами и злаково-разнотравными лугами.

1. Холмисто-волнистые поверхности водораздела с сосново-березовыми лесами на дерново-слабоподзолистых почвах; 2. Полого-волнистые поверхности водораздела с парковыми березовыми лесами на серых лесных легкосуглинистых почвах; 3. Плоская с западинами поверхность равнины с сосново-березовыми широко­ травными, местами заболоченными лесами на дерново-подзолистых глееватых по­чвах; 4. Полого-покатые склоны с сосновыми мелкотравными лесами на дерново-подзолистых песчаных почвах; 5. Пологие склоны с сосново-березовыми лесами и кустарниками на дерново-подзолистых супесчаных почвах; .6. Покатые склоны с березовыми травяными парковыми лесами па серых лес­ных суглинистых почвах; 7. Пологие повышения с разнотравными лугами и парковыми березовыми леса­ми на темно-серых лесных и олуговелых почвах; 8. Плоские западины с березовыми разнотравно-вейниковыми лесами на свет­ло-серых глеевых почвах; 9. Котловинообразные понижения, запятые осоково-ивняковыми болотами на лугово-болотных почвах; 10. Пологие балки и ложбины (глубиной 1-2 м) с намытыми дерновыми почва­ми под злаково-разнотравными с присутствием березы лугами; 11. Террасированные склоны оврага (глубиной 3-4 м) с разреженными травяни­стыми группировками на смытых почвах; 12. Выположенные днища балок, частично заболоченные с сырыми лугами на дерново-глеевых почвах; 13. Заболоченные днища оврагов с канареечниково-осоковыми группировками на дерново-глеевых и перегнойно-глеевых почвах; 14. Пойма ручья с пионерными растительными группировками на аллювиальных отложениях.

понижений, соединяясь в период весеннего стока, дает начало временным водотокам, которые открываются в речные системы или крупные водоемы. Наряду с аккумуляцией, наблюдается частичный вынос вещества за пределы ландшафта. Следствие – меньшая минерализация озер.

Ландшафт с еще более сложной морфологической структурой – эрозионные суглинистые увалистые равнины с распаханной луговой степью и березовыми колочными лесами, - занимают приречное положение и образуют сочетание дендрического и овально-ячеистого рисунков морфологической структуры (рис. 9). Здесь, помимо указанных, существует система открытых миграционных потоков. Часть из них начинается в ландшафте, часть – являются транзитными по отношению к ландшафтам. По системе оврагов, балок, открывающихся в долины рек, происходит вынос легкорастворимых солей из ландшафта.

Таким образом, структура и функционирование ландшафта взаимосвязаны и взаимообусловлены.

ДИНАМИКА ЛАНДШАФТОВ

Представления о динамике ландшафтов.

Любые формы материи могут существовать только в движении. Ландшафтам как материальным объектам свойственно изменение во времени и пространстве. Природная геосистема – система динамическая, поскольку только так она способна существовать, адаптируясь к изменяющимся условиям внешней среды.

До настоящего времени еще не сложилось единого представления о динамике ландшафта, хотя этот термин прочно вошел в географическую науку (от греч. Dynamis – сила). Существует три основных понимания этого термина: 1) любые изменения свойств ландшафта (функционирование и эволюция); 2) изменения ландшафта, не сопровождающиеся сменой его структуры, т.е. происходящие в рамках одного инварианта (А.Г. Исаченко, В.Б. Сочава); 3) процесс, направленный на формирование пространственно-временной организации ландшафта (В.А. Николаев, И.И. Мамай и др,).

Крупным достижением изучения функционально-динамических аспектов ландшафтоведения являются работы ученых МГУ (Дьяконов, Мамай, Авессаломова, 2004).

Динамика ландшафта физиономично проявляется во времени и пространстве в изменении форм и элементов рельефа, в переслаиваниях осадочных пород, сменах растительных сообществ, изменениях структуры и свойств почв. Следовательно, динамика ландшафта в целом выражена через динамику его компонентов. Динамика растительного покрова фиксируется приростом и превращением фитомассы, в ее основе – круговорот вещества и энергии. В динамике литогенной основы различаются процессы почвообразования, выветривания пород и перемещение обломочного материала вниз по склону. В динамике почвообразования основная роль принадлежит круговоротам вещества, а в динамике рельефообразующих процессов – его потокам (твердый и жидкий сток). Динамика водных потоков наблюдается по изменениям расхода стока, динамика воздушных масс – в конвективных потоках и горизонтальных перемещениях.

Общей закономерностью этих процессов является их ритмичность и цикличность во времени (Макунина, 1987).

Закон ритма есть свойство материального мира («ритм» с греческого означает «размерность», «стройность»).

Ритмика природной геосистемы – это повторение в определенной последовательности различных состояний геосистемы, отличающихся спецификой структуры и функционирования. Ритмика – это состояние обратимых изменений геосистем.

Следует различать понятия «ритм» и «цикл».

Ритм – строгая последовательность явлений, имеющая примерно одинаковую продолжительность, наступление одинаковых явлений в близкие сроки.

Цикл означает совокупность процессов или явлений, образующих замкнутый круг, Это изменение системы, в результате которых она приходит в такое состояние, в котором была в начале цикла. Примеры – суточный или годовой циклы, внутри которых проявляются ритмы (Мамай, 2005).

Состояния природных геосистем. Природные ритмы и циклы.

Исходным понятием при изучении ритмической динамики геосистем служит представление об их состояниях.

Согласно определению И.И. Мамай (2005), «Состояние ПТК – это более или менее длительные отрезки времени его существования, характеризующиеся определенными свойствами его структуры (определенным качеством его частей и набором процессов, зависящих от внешних и внутренних причин)».

Причины смены состояний бывают внутренними и внешними.

Внутренние причины – это несходство природных компонентов и морфологических частей ПТК. Оно вызывает образование потоков вещества и энергии, что и приводит к сменам состояния. Примеры смены состояния под влиянием внутренних причин: иссушение почвы и завядание растений за счет потери влаги путем транспирации; обеднение видового состава степных растительных группировок в результате вытеснения разнотравья дерновинными злаками и др.

Внешние причины смены состояний ПТК могут быть как естественными, так и антропогенными. ПТК – открытые системы, в которые свободно проникают потоки вещества и энергии. Воздействующие внешние факторы имеют свою ритмику: поступление солнечной радиации имеет суточную и сезонную изменчивость, поступление осадков, хотя и не имеет четко выраженной динамики, однако связано с общей циркуляцией атмосферы; выделяются смены состояний ПТК, связанные с изменением погоды (кратковременные), с тектоническими процессами (длительновременные или, наоборот, катастрофические).

По длительности состояния ПТК делятся на внутригодовые, годовые, многолетние.

Среди внутригодовых состояний различают внутрисуточные, суточные, погодные (циркуляционные), внутрисезонные и сезонные. Все эти состояния характеризуются обратимыми процессами (прогревание, охлаждение, промачивание, разложение подстилки), в то время как свойства компонентов и морфологических частей могут изменяться как обратимо (промерзание, оттаивание, иссушение, оглеение почв и т.д.), так и необратимо (почвенный смыв, намыв и т.д.).

Внутригодовые состояния ПТК определяются особенностями поступления в них вещества и энергии и могут быть связаны с движением Земли вокруг своей оси (смена дня и ночи), общей циркуляцией атмосферы (смена режима погод), движением Земли вокруг Солнца (сезонные изменения). Годовые состояния складываются из всех внутригодовых состояний (обратимые и необратимые).

Многолетние состояния возникают вследствие направленности развития и характеризуются необратимыми изменениями природных компонентов и морфологических частей (перемещение твердого вещества, сукцессии растительности, смены почв) при обратимости процессов.

Продолжительность состояний может в той или иной мере отклоняться или быть строго фиксированной во времени (суточное и годичное состояния – их продолжительность определяется особенностями движения Земли как планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца).

Один из важнейших природных процессов внутри суток – смена дня и ночи, что определяет ритмичность поступления солнечной энергии в ПТК. В зависимости от того, получает природный комплекс солнечное тепло или, наоборот, теряет, выделяются дневное, вечернее, ночное, утреннее его состояния, С этими состояниями связаны такие природные процессы как образование росы, тумана, изменений в испарении и транспирации, изменения в атмосферной циркуляции (бризы). Длительность этих состояний меняется в зависимости от широты места и времени года (за исключением экваториальных широт). Выделяют еще аэросостояния, зависящие от изменения облачности, продолжительность которых колеблется от нескольких минут до нескольких часов. С ними связаны пасмурные и солнечные состояния (влияют на температуру и влажность воздуха, на интенсивность фотосинтеза и т.д.).

Помимо аэросостояний в течение суток могут проявляться метеосостояния, зависящие от метеоусловий и связанные с изменением погоды – снег, дождь, мороз и др. Их отличие состоит в том, что продолжительность явлений не имеет четкой приуроченности к продолжительности суток, и очень сильно колеблется (от нескольких минут до нескольких суток). Таким образом, метеосостояния могут быть кратковременными и средневременными.

Суточное состояние ПТК имеет строго фиксированную продолжительность – 24 часа. Суточные состояния структуры и функционирования ПТК, связанные с сезонной ритмикой, погодными условиями и динамической тенденцией развития применительно к фации называются стексами (термин принадлежит Н.Л. Беручашвили).

Внутрисезонные состояния связаны с внутригодовым циклом функционирования ПТК Например, для фаций выделяют такие фазы состояний как ранневесенняя (смена отрицательных температур воздуха положительными, снеготаяние, предвегетационные процессы в растительности, прилет первых птиц и др), поздневесенняя (окончание заморозков и оттаивание почвы, активность флювиальных и гидротермических процессов рельефообразования, промачивание почвы, формирование вегетативной части растений, активизация почвенных животных и т.д.). Кроме указанных фаз, выделяются летняя, позднелетняя, осенняя, предзимняя, зимняя фазы состояний.

Эти фазы состояний являются составными частями более длительных отрезков года – сезонов. Смена сезонов вызывает изменения процессов функционирования ПТК. Установить все многообразие сезонных изменений в пределах природных комплексов помогают фенологические наблюдения биологов, собственно ландшафтных исследований, направленных на изучение сезонной динамики, пока еще недостаточно (Макунина, Рязанов, 1988).

Пример сезонных динамических изменений внутри ПТК, расположенного в умеренном поясе:

Зимой наиболее низкие температуры воздуха, устанавливается снежный покров, происходит промерзание почвы и горных пород, отсутствует поверхностный сток, характерны отсутствие фотосинтеза и активных процессов разложения, отсутствие активного образа жизни у животных, находящихся в спячке, уменьшение видового разнообразия птиц и т.д. Связи в ландшафтной катене почти отсутствуют.

Весной температура воздуха становится положительной, происходит интенсивное снеготаяние, усиливаются поверхностный сток и эрозионные процессы, начинает вегетировать растительность, усиливается активность животных, отмечается прилет птиц. Восстанавливаются связи в ландшафтной катене.

Летом наиболее высокая среднемесячная температура воздуха, наиболее активно осуществляется фотосинтез и биогеохимический круговорот в целом (разложение мортмассы, гумификация, минерализация и др.), у большинства растений – цветение и плодоношение, у животных - процессы размножения и выхаживания потомства. Наиболее активны связи в ландшафтной катене.

Осенью понижается температура воздуха, происходит перестройка циркуляционных процессов, снижается активность фотосинтеза, происходит пожелтение и опад листьев на деревьях и кустарниках, снижается активность животных, перелетные птицы отлетают в более низкие широты и т.д. Связи в ландшафтной катене ослабевают.

Четко фиксированным во времени состоянием природных комплексов является годичный цикл, который определяется планетарными причинами и связан с обращением Земли вокруг Солнца. Годичный цикл – это рубеж, отделяющий средневременные состояния от длительновременных. Следует отметить, что рубеж, отделяющий один год от другого, связан не с изменение природных процессов (конец года – в ночь на 1 января), а связан с практической деятельностью человека. Хотя исследователи выделяют сухие и влажные, теплые и холодные и т.п. годы.

Многолетние циклы связаны с длительновременными состояниями ПТК. Это могут быть климатические циклы с колебаниями температурного режима и увлажнения (11-летние, 30-45-летние, 90-летние, 400-летние, 1800-1900-летние, 4500-летние и др.). Климатические циклы вызывают изменения в ходе элементарных процессов функционирования. Природа 11-летних климатических циклов более-менее известна. Они связаны с изменением солнечной активности. Повышение солнечной постоянной даже на 1% уже сопровождается изменениями в климате (эти повышения в истории Земли были и более существенными, например, в палеогене, голоцене четвертичного периода и другие эпохи). Известным исследователем изменения солнечной активности был А.В. Шнитников, на весь мир известны работы А.Л. Чижевского, связанные с изучением реакции живых организмов на повышение солнечной активности. Он известен как основоположник космической биологии (гелиобиологии). Выделяются ритмы продолжительностью в 200-250 млн. лет (тектонические) и др. Природа и причины многолетних (и сверхмноголетних) циклов еще мало изучены, и характер их воздействия на ПТК также не вполне ясен.

Проявление динамики в ПТК.

Проявление форм динамики зависит от морфологической структуры ландшафта, что хорошо видно на примере сезонной динамики. Например, в ландшафте с морфологической структурой, включающей повышения и понижения рельефа, лесные и луговые участки и т.д., сезонные смены в морфологических единицах наступают в разные сроки. В лесу накапливается снега в 1,5-2 раза больше, чем на открытом участке, в оврагах – в 4 раза больше, чем на водоразделах, на склонах южной экспозиции наблюдается радиационное подтаивание. Особенности литологического состава и рельефа влияют на глубину промерзания почв – на песчаных грунтах промерзание глубже, чем на глинистых, на склонах северной экспозиции - глубже, чем на склонах южной экспозиции. Раньше всего снеготаяние начинается на возвышенных элементах рельефа (на вершинах холмов, на повышениях водоразделов), позднее всего – в углублениях рельефа (овраги, балки, западины). На склонах уже ранней весной появляются первоцветы, раньше начинается вегетация растений и т.д.

Таким образом, внутриландшафтные морфологические различия сдвигают наступление сезонных состояний ПТК во времени, что сказывается и на общем состоянии ПТК. Например, в слабодренированных ландшафтах смена сезонных состояний запаздывает.

В связи с ритмическими явлениями в динамическом состоянии геосистем в ландшафтоведении введено понятие о динамическом характерном времени.

Динамическое характерное время – это время, необходимое геосистеме для прохождения определенной серии переменных состояний с возвратом к исходному состоянию, то есть время полного колебания.

Иными словами, динамическое характерное время – это время, необходимое для полного динамического цикла природной геосистемы.

Примечание: следует различать характерное время необратимой эволюционной изменчивости геосистем и характерное время динамических обратимых изменений.

В то же время ритмичность не означает простого повторения одних и тех же явлений. Каждый цикл не является замкнутым. После него в ландшафте неизбежно остаются те или иные необратимые изменения, которые из года в год накапливаются. Например, выносится определенное количество вещества, усиливается эрозионное расчленение, возрастает мощность торфа в болотах, увеличивается накопление наилка в пойме реки и т.д. Таким образом, каждый последующий цикл (суточный, сезонный, годичный и др.) начинается на несколько изменившейся основе. Отсюда следует, что ритмичность является неотъемлемой частью поступательного развития ландшафта.

Динамические колебательные движения как бы нанизаны на общий эволюционный (необратимый) ход развития геосистем. Например, ежегодное накопление аллювия в пойме реки в конечном итоге приводит к поднятию уровня поймы и образованию аккумулятивной речной террасы. Молодое лесонасаждение в результате ежегодного фотосинтеза увеличивает накопление фитомассы и превращается в зрелое насаждение. За счет ежегодного снеготаяния развиваются эрозионные процессы, увеличивается количество выносимого материала, увеличивается площадь оврагов, что зримо проявляется в дендрическом рисунке ландшафта.

Таким образом, можно дополнить определение динамики.

Динамика природной геосистемы – это совокупность современных обратимых (ритмичных) и необратимых (направленных) изменений в ее структуре и функционировании.

Понятие о динамическом тренде геосистем.

Если при прохождении циклов преобладают обратимые (ритмичные) изменения, то геосистема характеризуется устойчивостью (от цикла к циклу происходит повторение состояний). Такие явления чаще повторяются в центральной части геосистем. Здесь система наиболее устойчива. Примером может служить зона тайги: наибольшей устойчивостью обладает средняя тайга (после вырубки лесные массивы как правило восстанавливаются), меньшей устойчивостью обладает северная тайга (в результате вырубки может происходить заболачивание территории) и южная тайга (после вырубки хвойный лес заменяется долговременными сообществами из мелколиственных пород). Другой пример – зона пустынь: в центральной части этот тип геосистемы характеризуется устойчивостью (полынно-солянковые группировки), на границе пустыни и степи – злаково-полынные группировки (опустыненные степи), которые при повышенной пастбищной нагрузке подвергаются деградации в связи с выпадением из травостоя злаков. Наблюдается разрушение почвенного покрова и развевание песков.

Тенденция к такой трансформации получила название тренда («тренд» с английского означает «тенденция»). Если в геосистеме, наряду с колебательными движениями, обнаруживаются направленные, следовательно, наблюдается тренд. Геосистемы, в которых обнаруживаются какие-либо необратимые изменения, отличаются повышенной неустойчивостью.

Современные антропогенные нагрузки часто выводят геосистемы из состояния устойчивости, происходят трансформации (тренд) геосистем.

Сама ландшафтная оболочка оказалась в неустойчивом состоянии, что связано с загрязнением атмосферы, загрязнением и нарушением литогенной основы, сведением растительного покрова и другими причинами антропогенного характера.

Итак, природные геосистемы – образования пространственно-временные, следовательно, их следует изучать и с точки зрения пространственных закономерностей, и с точки зрения временной организации. В связи с этим в теории ландшафтоведения сложилось несколько взаимосвязанных направлений:

- изучение пространственной структуры;

- изучение динамики и эволюции ландшафта;

- изучение функционирования ландшафта.