5.1. Природные процессы формирования, функционирования и развития ландшафтов

5.1.1. Структурно-функциональные связи ландшафта

В ландшафтеразличаются двесистемы внутренних связей— вертикальные(межкомпонентные) и горизонтальные (территориальные). Вертикальные связи опосредованы через горизонтальную структуру ландшафта, то есть входящих в него элементарныхгеосистем.

Между элементарнымигеосистемамии самими ландшафтами существуют многообразныесвязи,которыеможно классифицировать по их физической природе, направленности, значимости, устойчивости и другим признакам. Первооснову этих связей составляет обмен энергией, веществом и информацией.Геосистемыпронизаны вещественно-энергетическими потокамиразногопроисхождения иразной мощности. Следует различать потоки внешние (входящие и выходящие) и внутренние, односторонние и двусторонние, прямые и обратные.

Суть взаимосвязейв ландшафтене исчерпывается простой передачейвещества и энергии между компонентами или подчинёнными геосистемами разного топологического уровня. Вещественно-энергетические потоки подвергаются преобразованию (трансформации).

Совокупность процессов перемещения, обмена, трансформации вещества и энергии в геосистемеобеспечивает её функционирование.Функционирование ландшафта является интегральным природным процессом, то есть слагается из множества элементарных процессов, имеющих различную физико-механическую, химическую или биологическую природу. Однако элементарные природные процессы, связанные с отдельными формами движения, переплетаются и переходят друг в друга, поэтому их расчленение условно. Так, например, частный географический процесс — сток является одновременно гидрологическим,геоморфологическим,геохимическими служит лишь звеномещё более сложного и комплексного процесса —влагооборота.

Основой формирования, функционирования и развития ландшафта являетсяэнергообменмежду компонентами ландшафта и геосистемами, его образующими. Энергообмен есть особое функциональное звено ландшафта. Влагооборот является важной составной частью механизма взаимодействия между компонентами и одним из главных функциональных звеньев ландшафта. Третьим звеном является вещественный обмен — биогенный иабиогенный— минеральный обмен, или геохимический круговорот,который вместе сэнергообменом,влагооборотоми газообменом обеспечивает все вещественно-энергетические потоки в геосистеме.

Таким образом, формирование, функционированиеи развитие ландшафта обеспечивают энергообмен,влагооборот,биогенныйи абиогенный обмен веществ.

5.1.2. Энергетика ландшафта

Как уже отмечалось, энергетика ландшафта является основойего образования, функционирования и развития. В ходеэнергообменапроисходит поглощение, преобразование, накопление и высвобождениеэнергии.

Первичныеэнергии поступают в ландшафт извне — из космоса (космическая изначальная энергия), от Солнца (лучистая, или электромагнитная, и корпускулярная), энергия от взаимодействиянебесныхтел с Землёй(энергия приливов и отливов), энергия Земли (гравитационная, радиоактивности ряда химических элементов Земли).

Лучистая энергия Солнца, поток котороймногократно превышает всеостальные источники, является важнейшейландшафтообразующейэнергией. Солнечная энергия способна превращаться в иныевиды энергии — тепловую, химическую, механическую, электрическую. За счёт солнечной энергии осуществляются внутренние обменные процессы в ландшафте —влагооборот,биологическийметаболизм (оборот веществ), циркуляция воздушных масс и др. Все вертикальные и горизонтальныеландшафтные связи осуществляются прямо или косвенно за счёт трансформации солнечной энергии.

Поток суммарной солнечной радиации к поверхности суши составляет в среднем около 134 ккал/см²в год, а радиационный баланс — около 50 ккал/см²в год. Энергия современных тектонических движений ничтожна в сравнении с солнечной — 0,0007 ккал/см²в год. Большее значение имеет тепловой поток из недр Земли, связанный с переносом к поверхности продуктов вулканических извержений и термальных вод, — 0,05 ккал/см²в год, что эквивалентно 0,04% суммарной солнечной радиации, однако в вулканических районах эта энергия имеет ландшафтообразующее значение.

Преобразование приходящей солнечной радиации начинается с отражения её части от земной поверхности. Потери радиации на отражение широко колеблются в зависимости от характераподстилающейповерхности ландшафта. Так, наибольшее количество тепла теряют приполярные ландшафты из-за высокого показателя альбедо (арктические пустыни — 87%), затем — тундровые (80%), а такжепустынныеитаёжные(65%, что близко к среднему показателю для всей суши). Наименьшие потери присущи экваториальным лесным ландшафтам (47%), промежуточное значениеимеет альбедо в степных,лесостепныхи широколиственныхсуббореальныхландшафтах (59–62%).

Подавляющая часть полезного тепла, поглощаемого земной поверхностью, то есть радиационного баланса, затрачивается на испарениеи натурбулентнуюотдачу тепла в атмосферу — на влагооборот инагреваниевоздуха. Соотношениеэтих двухрасходныхпоказателейрадиационного баланса существенно различается по ландшафтамиподчинено зональности (см. таблицу 12).

Таблица 12

Затраты тепла на испарение итурбулентный обмен по ландшафтным зонам

Зоны	Радиационный баланс, ккал/см2• год	Затраты тепла на
		испарение		турбулентный обмен
		ккал/см2• год	%	ккал/см2•год	%
Тундра	14,9	11,9	80	3,0	20
Тайга северная	26,3	21,5	82	4,8	18
Тайга средняя и южная	32,3	26,9	83	5,4	17
Смешанные леса (подтайга)	34,7	29,3	84	5,4	16
Широколиственные леса	37,0	31,1	84	5,9	16
Лесостепь	38,2	30,6	80	7,6	20
Степь	43,0	27,0	63	16,0	37
Полупустыня	45,4	14,7	32	30,7	68
Пустыня (туранская)	51,4	9,1	18	42,3	82
Субтропические влажные леса	59,7	47,8	80	11,9	20
Тропическая пустыня	64,5	<4,8	<5	>59,7	>95
Саванна опустыненная	71,7	14,3	20	57,4	80
Саванна типичная	75,3	39,4	52	35,9	48
Саванновые леса (саванна южная)	78,9	57,4	73	21,5	27
Влажный экваториальный лес	83,6	75,3	90	8,3	10

В высоких и умеренных широтах некоторая часть радиационного тепла (порядка 2–5%) расходуется на таяние снега, льда, сезонной мерзлоты в почве и деятельного слоя многолетней мерзлоты. При замерзании воды затраченное тепло выделяется. На физическое разрушение горных пород и химическое разложение минералов в почве уходят сотые или тысячные доли процента от всех затрат солнечной энергии.

В трансформации солнечнойэнергии важнейшая роль принадлежитбиоте,хотя нафотосинтезрастения суши используют лишь0,5% от общего потока суммарной радиации (или 1,3% радиационного баланса). В живойбиомассе суши аккумулируется 5% годовой суммарной радиации (или 14% радиационного баланса). Этот показатель также подчинён зональности. Так,вландшафтах таёжныхтёмнохвойныхлесов илистопадныхшироколиственных лесов запас связанной энергии составляет 40% годового радиационного баланса, постоянно влажных вечнозелёных тропических лесов — 24%, а в ландшафтах североамериканских лесов из секвойи идугласии— более70%.

Некоторая часть аккумулированной солнечной энергии содержится в мёртвом органическом веществе (подстилке, почвенном гумусе, торфе). В гумусе мощных чернозёмов она превышает 24 ккал/см², в торфе составляет более 50 ккал/см².

Важную роль в формировании ландшафта играют также механические энергетические потоки, которыеобразуются за счёт энергии тектонических процессов и энергии солнечных лучей. В надводной части материков накоплено потенциальной механической энергии в 3 раза больше суммарной солнечной радиации, поступающей на сушу. Сюда же входят механическая энергия ветра и всехтекучихвод.