Які прийнято за діагностичні при визначенні її типу. Так, інваріантом геосистем карстових улоговин є замкнена від'ємна форма рельєфу. Усі зміни геосистем, що не призводять до втрати цієї форми, відносяться до динамічних, а перехід карстової улоговини внаслідок замулення в озеро або степову западину свідчить про еволюцію (зміну одного типу геосистеми іншим). Таким чином під еволюцією геосистеми можна вважати заміщення геосистеми одного типу геосистемою іншого типу, а динамікою — зміни геосистеми в рамках одного типу.

§6.2. ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ДИНАМІКИ

Як уже було сказано, під функціональною динамікою геосистеми розуміється сукупність процесів трансформації, переміщення речовин та енергії в її вертикальній структурі. В результаті цього геосистема здійснює ряд функцій — продукує органічну речовину, забезпечує вологообіг, газообмін, круговорот речовин тощо. Аналіз динамічних процесів геосистеми можливий у двох основних аспектах. Перший має на меті встановити часові закономірності протікання процесу, другий — виявити його механізм, внутрішню структуру.

Часові закономірності процесів. При аналізі часових закономірностей протікання процесу визначається його певна характеристика (змінна) і за деякий часовий інтервал фіксуються її значення. Наприклад, при аналізі біопродуційного процесу геосистеми вимірюється жива фітомаса протягом року, при дослідженні процесу галоморфізації геосистеми — запас солей у грунті за кілька років тощо. Основними часовими закономірностями процесу, які необхідно встановити, є: наявність тренду, ритмічності, циклічності, періодичності процесу, його частота, тривалість періоду, величина амплітуди та деякі інші характеристики. При аналізі кількох процесів або різних характеристик одного процесу необхідно виявити їх корельованість у часі, наявність ефектів інерційності, синхронності.

Періодичним є процес, при якому однакові значення його характеристики повторюються через однакові проміжки часу, які називаються періодом. У геосистемах більшість процесів квазіперіодичні, для яких характерна повторюваність однакових значень характеристики не через строго один інтервал часу (наприклад рік), а через більш-менш однакові його проміжки. Квазіперіодичними процесами в геосистемах є зміна температури поверхневих горизонтів грунту (період — одна доба), хід середньодобових температур повітря (період — один рік).

Циклічність процесу полягає в повторенні однакових значень

146

Характеристики через будь-який часовий Інтервал (в геосистемах— життєві цикли рослин, тварин, цикли ерозії В. Девіса тощо).

Ритмічність полягає в повторенні системою станів, близьких, але не ідентичних початковому, через деякі, не обов'язково близькі, проміжки часу. Ритмічною є динаміка чисельності популяцій, зв'язаних відношенням хижак — жертва, деякі екзогенні рельєфоутворюючі процеси та нагромадження пухких відкладів мають риси ритмічності.

Тренд процесу полягає у. в цілому спрямованій зміні характеристики у бік зростання або зменшення її значень з часом. Наявність тренду може свідчити про еволюційність змін геосистеми.

Часто основна часова закономірність процесу затушована накладеними на неї короткоперіодичними або флуктуаційними змінами. Щоб виявити тренд або довгочастотну квазіперіодичність процесу, необхідно виконати математичну обробку динамічних рядів. Методами згладжування рядів або їх фільтрації можна позбавитись малосуттєвих особливостей динаміки процесу та виявити основну домінуючу його тенденцію. За цією тенденцією динамічні процеси умовно поділяють на три групи — періодичного, перехідного та деструктивного (еволюційного) типів (рис. 35).

Процеси періодичного типу (рис. 35, а) не призводять до суттєвих змін геосистеми, забезпечують її стійкість. Перехідні про-

Рис. 35. Типи динамічних процесів геосистем:

а — періодичний, б — перехідний, в — спрямований еволюційний, χ — змінна; і — час

цеси, для яких характерна фаза затухання, свідчать про перехід геосистеми з одного стану рівноваги до іншого, або про відновлення геосистеми після збурення (рис. 35, б). Такий характер, зокрема, має процес дегуміфікації геосистем — одразу після розорання цілини щорічні втрати гумусу внаслідок мінералізації становлять значну величину, а через деякий час (З0—40 років) зменшуються і вміст гумусу стабілізується, але на нижчому рівні (Г. В. Добровольський, Л. О. Гришина, 1985). Процеси деструк-

147

тивного типу (рис. 35, в) не затухають з часом, Що призводить до руйнації структури зв'язків геосистеми, її заміни іншою. Якщо процес описується експоненційною функцією, він здебільшого катастрофічний. Але в природі процеси такого типу тривають недовго і з часом затухають.

При аналізі взаємозв'язків кількох процесів часто виявляється ефект інерційності — затримка реакції" одного з процесів на дію іншого. Так, поверхневий стік виникає не одразу після дощу,

нього на кілька десятків днів, а глибоких шарів грунту — на кілька місяців. При цьому коливання затухають і амплітуда їх зменшується.

Аналіз механізму процесу. Кожний процес може бути «розкладений» на сукупність простіших процесів та умов, що їх визначають, і протікає не при будь-яких можливих відношеннях між ними, а лише при строго відповідних зв'язках. Ці зв'язки ін-

148

інтегральний процес (вологообіг, засолення геосистем, продуційний процес тощо). Для кожного процесу характерна власна структура (див. рис. 7, 9, 10), проте можна запропонувати загальний підхід до аналізу таких структур. Він грунтується на понятті елементарного ландшафтно-екологічного процесу. Під ним розуміється процес, внутрішній механізм якого для даного дослідження значення не має і який у загальне функціонування геосистеми входить як умова забезпечення складніших процесів. У такому розумінні поняття елементарного процесу широко використовується в ґрунтознавстві (І. П. Герасимов, Μ. А. Глазовська, Μ. Ф. Козловський та ін.), геофізиці ландшафту (Н. Л. Беручашвілі, 1989), інженерній геології (В. С. Сергеев, 1985) та інших природничих науках.

Взаємодія певних елементарних ландшафтно-екологічних процесів у відповідних умовах зумовлює деякий складніший процес, який, у свою чергу, може взаємодіяти з іншим і зумовлювати процес ще більшої складності. Виходячи з цього, структуру інте-

ний процес.

Ефективним методом аналізу таких структур є метод «дерев подій» (англ. — fault-tree method), розроблений X. А. Уотсоном для оцінки надійності системи запуску ракет «Minitment». Згодом цей метод широко використовується і при дослідженні систем іншої природи. Його інтерпретація до аналізу функціональної динаміки геосистем зводиться до побудови «дерева процесів», у якому окремі елементарні процеси та умови, що визначають можливість їх виникнення, з'єднуються логічними операторами «АБО» та «І»,

Рис. 36. Структурна схема процесу забруднення ґрунтових вод атмосферними опадами (фрагмент):

149