Передмова наукового редактора

Харківська геоморфологічна школа є прадавньою навіть у порівнянні з віком геоморфології. Перші дослідження рельєфу тут було здійснено майже одночасно професорами Харківського університету геологами М.Н. Борисяком, особливо ж І.Ф. Леваковським та його учнем О.В. Гуровим у 70-рр. ХІХ ст., тобто ще до офіційного оформлення геоморфології, що зазвичай співвідноситься з діяльністю У.М. Девіса та Альбрехта й Вальтера Пенків. Але справжній розвиток систематичних геоморфологічних досліджень розпочався у першій чверті ХХ ст. Д. М. Соболєвим, котрий вважається засновником Харківської університетської геоморфологічної школи, та його іменитим колегою М.І. Дмитрієвим. Історію геоморфології у Харківському університеті докладно викладено останнім з нагоди 150-річчя, тобто на середину ХХ ст., тобто у межах класичного етапу ⁹.

Тривалий час – майже протягом 100 років – харківські геоморфологи здійснювали прискіпливе вивчення рельєфу за історико-генетичнною парадигмою, згідно з якою кінцевим пунктом вивчення рельєфу має бути встановлення часу, геолого-географічних умов виникнення його форм та їх походження. На цьому шляху досліджень було досягнуто переконливих результатів. Д.М. Соболєву належить оригінальна інтерпретація відомостей про рельєф Європи і складання скульптурно-структурної карти Європи, що досі залишається, на думку авторів, неперевершеним шедевром наукової думки щодо пояснення будови й походження рельєфу значної частини субконтиненту. М.І. Дмитрієв узагальнив відомості про рельєф України у книзі «Рельєф УРСР», що тривалий час слугувала першим підручником з регіональної геоморфології.

М.І.Дмитрієв разом із Д.М.Соболєвим та послідовниками (Д.П.Назаренко, І.М.Ремізов та ін.) встановили й досконало вивчили номенклатуру терас рік басейнів Дніпра й Сів. Дінця, поступово описавши наявність у них до 9 надзаплавних терас пліоцен-четвертинного віку. В жодній іншій геоморфологічній школі немає такого детального аналізу терас рік Чорноморського водозбору.

Окремою яскравою сторінкою здобутків харківських геоморфологів є наукова діяльність С.І. Проходського, котрий уперше здійснив планомірний (за охопленням території й методикою досліджень) структурно-геоморфологічний аналіз сучасного рельєфу рівнинних регіонів України для виявлення площ, перспективних на пошуки нафти й газу (натепер біля 10 прогнозів ствердилися!) і започаткував історичну геоморфологію як спосіб пізнання етапності геоморфогенезу шляхом дослідження викопних поверхонь. Це надало йому можливості суттєво переінтерпретувати історію геоморфогенезу у межах Дніпровсько-Донецької западини й відтворити етапність формування (починаючи з девону) регіональної геоморфоструктури Дніпровсько-Донецької низовинної рівнини. С.І. Проходському вдалося створити дійовий колектив однодумців і учнів, до числа яких належать і автори цієї книжки. Учениця С.І. Проходського Л.Б. Поліщук детально вивчила історичну геоморфологію неогену цього ж таки регіону, поглибивши й деталізувавши наукові уявлення про неоген Східної України геологів наукової школи Д.М. Соболєва.

Протягом останніх 30 років автори монографії з благословення С.І. Проходського розпочали дослідження, пов‘язані з математичним моделюванням і структурним аналізом флювіального рельєфу, що поступово вилилися у нову парадигму морфології такого рельєфу як певного інтегрального коду, що відображує у згорнутому вигляді усі відомості про рельєф як структурно-інформаційну систему. Ця парадигма дозволяє ставитись до рельєфу як до морфологічної системи, що самоорганізується і тому здатна функціонувати й розвиватися автономно, навіть певною мірою незалежно від зовнішніх умов. У дослідженні структури й самоорганізації такого рельєфу співавтори цієї книжки Б.Н. Воробйов, І.Г. Черваньов разом з колегою М.В. Куценком та сибірським дослідником рельєфу О.В.Поздняковим показали нові обрії пізнання його системної сутності [²⁶]. Доречно зазначити, що ХХУІІ пленум Геоморфологічної комісії РАН (Томськ, 2003) відбувся під гаслами, що суттєвою мірою відображають спрямування досліджень Харківської геоморфологічної школи: «Самоорганизация и динамика геоморфосистем».

У монографії наведено результати тривалої (більше ніж 30-річної) дослідницької діяльності науковців Харківської геоморфологічної школи, що вивчають самоорганізацію флювіального рельєфу у різних її аспектах. Розділи монографії належать авторству різних науковців.

У частині 1 І.Г. Черваньовим подано парадигму і загальну методологію дослідження самоорганізації флювіальних геоморфосистем.

Частина 2, написана С.В. Костріковим спільно з Б.Н. Воробйовим, викладає у більш конкретному вигляді методологію, систему методів і прикладні аспекти структурного аналізу флювіальних мереж (в тому числі - на окремих регіональних прикладах). В цій частині книги також коротко розглядаються оригінальні авторські розробки в галузі комп’ютерного геоінформаційного моделювання довкілля водозбірних басейнів, які, можемо стверджувати без перебільшення, не мають відповідних аналогів у світовій науці й ГІС-технологіях. Тексти, що належать різним авторам, можуть розглядатися, певною мірою, окремо, хоча для повного розуміння змісту положень, що викладаються, доцільно читати їх послідовно.

Науковим редактором збережено стиль, особливості змісту, різні способи подання бібліографічної інформації, притаманні кожному з авторів, і різні позначення математичних величин, що прийняті у різних розділах.

Діяльність авторів прямо чи, принаймні, опосередковано пов‘язана зі створеною С.І. Проходським кафедрою раціонального використання природних ресурсів і охорони природи, котра певний час (протягом 5 років) готувала геоморфологів, а тепер набула назви кафедри географічного моніторингу і охорони природи. Автори мають честь присвятити цю книжку 25-річному ювілеєві рідної кафедри.

ВСТУП

І.

Півтора десятка років тому ми звернули увагу на те, що поняття “рельєф” є багатоаспектним і поліфункціональним ⁴⁴. Наголошувалося, що при кожному погляді на земну поверхню будь-яким спостерігачем, але найчастіше – дослідником земної поверхні визначається то образний рисунок розчленовування, то лише співвідношення висот, а то й розшифровується порядок чергування морфологічних елементів. Отже, задля вирішення при цьому різних кінцевих задач: генетичних, функціональних, діагностичних, системно-структурних, геоекологічних – використовуються різні морфологічні властивості рельєфу. Морфологія рельєфу кожного разу слугує ключем до пізнання різних якостей навколишнього середовища – природно-антропогенного довкілля, бо перерозподіляє речовинно-енергетичні потоки й забезпечує самоочищення земної поверхні від продуктів і форм техногенезу ^31,33,41 та ін..

ІІ.

Дослідники динамічних аспектів рельєфоутворення, механізмів саморегулювання геоморфологічного процесу, факторів і явищ геоморфогенезу неодноразово звертали увагу, що в ряді випадків рельєф земної поверхні поводиться як цілісна система, тобто відповідає на зовнішні впливи певним детермінованим способом, що відрізняє це поводження від випадкового. Наприклад, знижуючись, рельєф одночасно ускладнюється (хоча з загальних розумінь здавалося б природним, якби зі зменшенням потенційної енергії за рахунок зниження висот деградувала б і структура). При збільшенні поверхневого стоку на схилі формується ерозійна мережа, якої раніше не було, що є засобом більш ефективно відводити зі схилу стік і дисиповану енергію. У літературі відомі приклади виникнення в рельєфі систем позитивного і негативного зворотного зв'язку, адаптації до нових зовнішніх умов, що змінилися з певних причин, і т.ін. Тому усе частіше говорять про геоморфосистеми, тобто цілісні утворення рельєфу земної поверхні, та їх особливий клас – флювіальні геоморфосистеми (ФГМС). Саме їм присвячено книжку, вони є предметом дослідження авторів, здійснюваного з різних боків і з певними цілями.

ФГМС демонструють яскравий прояв здатності рельєфу бути доцільно організованим. Йдеться про наявність ерозійної мережі на значній території суходолу, де з кожної точки мережі є один-єдиний шлях до відповідного морського (озерного) басейну. Дослідження показали, що така мережа топологічно та функціонально подібна кровоносній системі високорозвиненого організму в тому відношенні, що вона рівномірно дренує територію (як кровоносна мережа - тканини), забезпечує погоджений (як правило, без розривів і переповнення в нормальних умовах стоку) потік речовини і спрямований її рух протягом шляху, вимірюваного часом тисячами кілометрів, а також дисипацію енергії поверхневого стоку. Дослідження показують, що навіть на обмеженій території важко спроектувати таку штучну мережу, маючи усі інженерно-технічні можливості науково-технічного прогресу.

З пізнавально-психологічного боку, вся ця вражаюча організація земного рельєфу через ієрархічну ФГМС не здається нам дивною тільки через те, що вона звична і відома нам з малолітства. На інших планетах її немає. Їхня поверхня представляється нам, судячи з наявних матеріалів, хаотичним скупченням нерівностей. Коли на Марсі було відкрито лише фрагмент деревоподібної структури, морфологічно схожої із ерозійною долиною, одна ця обставина виявилася настільки значущою, що породила ряд гіпотез про спільність земних і марсіанських умов морфогенезу [⁵⁶]. Такою є пізнавальна "вага" цієї обставини.

Через колосальну складність земного рельєфу зусилля геоморфології досі витрачаються переважно на інвентаризацію форм і ще частіше – територіально значних комплексів форм рельєфу. Цей необхідний етап будь-якої науки, забезпечуючи систематичність знання, не може в той же час вважатися заключним у пізнавальному процесі. На разі рельєф, поряд з вивченням його як об‘єкта природознавчого, розглядається разом з людиною, бо формує умови її життя – тобто як об‘єкт геоекологічний, притаманний сучасній екологічній геоморфології ^{12, 34}.

Суб‘єкт-об‘єктний підхід останнім часом жваво розвивається у провідних дослідженнях та узагальненнях. За визначенням, що наведене в останній із згаданих робіт, екологічна геоморфологія – науковий напрямок про геоморфологічні умови (рельєф, процеси його утворення), які впливають на формування екосистеми людини, на її розвиток та стійке існування. Розгорнуте розуміння змісту екологічної геоморфології уперше наведене В.Стецюком і Т.Ткаченко у вигляді «логічних міркувань щодо визначення харизматичності екологічної геоморфології в Україні», що включають 6 позицій (див.³⁴, с. 18-19). У цих позиціях, зокрема, маємо найбільш заглиблений пошук способу оцінювання властивостей рельєфу як визначального чинника середовища буття людини.

ІІІ.

Тривалий час рельєф оцінювався як досить сталий, врівноважений, такий, що виходить із рівноваги переважно через негативний вплив людської діяльності, котра її порушує. Значна кількість наукових досліджень геоморфологів досі виходить з парадигми рівноваги: рівноважний схил або профіль схилу, рівноважний повздовжній профіль, динамічна рівновага геоморфологічного процесу. Саме такий підхід щодо ерозійного процесу застосовують, визначаючи умови формування екологічно збалансованих ландшафтів ²²,²⁷,²⁸,²⁹.

Приблизно протягом останньої чверті століття стали утверджуватися загальнонаукові уявлення теорії систем і сінергетики про стійку неврівноваженіть природних систем. Вони прийшли, можна вважати, на зміну уявленню про стійку рівновагу і баланс речовини-енергії як норму природного середовища, що й досі панує у методології науки. Об‘єкти сінергетики – дисипативні структури – стали предметом обговорення у численних наукових роботах, водночас набувши статусу предмета конкретно-наукових досліджень ²⁵,⁴⁰,⁴⁸.

Вчення про дисипативні структури знайшло певне відображення й у фізичній географії, і в геоморфології зокрема, хоча досить часто має спекулятивний характер. Цей аспект цікавий (з точки зору розвитку геоморфології) тим, бо дозволяє поглянути на традиційний об'єкт не характерним для традиції даної науки поглядом, скажімо, так, як це зробив би фізик чи математик ⁸. Це надає можливості стрибкоподібного розвитку науки-реципієнта за рахунок здобутків науки-донора, водночас даючи можливість останній розширити обрій власних досягнень ¹⁷,⁵⁸,⁶⁰.

IV.

Ще один аспект досліджень морфології рельєфу у Харківській геоморфологічній школі стосується відповіді на виклики інформаційної ери щодо способів наукових досліджень ¹. Йдеться про визначальну роль інформаційних комп‘ютерних технологій не лише на методичному, але й на більш широкому - парадигмально-концептуальному рівні. Ось певна есенція сучасних уявлень про інформаційну революцію, спроектованих на площину геоморфології.

Нинішню технологічну революцію характеризує не стільки центральна роль знань і інформації, але застосування таких знань і інформації до генерування знань і роботи пристроїв, котрі обробляють інформацію і здійснюють комунікацію, що відбувається у кумулятивній петлі зворотного зв'язку між інновацією і напрямками використання інновацій.

Використання нових високих інформаційних технологій в останні два десятиліття пройшло через три виразних етапи: автоматизації задач, експериментування над використанням, реконфігурації застосувань.

На перших двох етапах технологічна інновація прогресувала через навчання шляхом користування. Але на третій стадії користувачі навчалися технології, роблячи її власноруч, і закінчували, знаходячи нові області застосування.

Зворотний зв'язок між уведенням нової технології, користуванням нею і просуванням її в нові області проходить у сучасній технологічній парадигмі, завдяки чому нескінченно збільшує її міць у міру того, як технологія засвоюється і перевизначається її користувачами.

Нові інформаційні технології є не просто інструментами, які потрібно застосувати, але процесами, які конче потрібно розробляти. Користувач і творець технології об'єднуються в одній особі.

Здобутки у науково-постановчому контексті взаємодіють з новою технологічною системою, котра до того ж має свою власну вбудовану логіку, що характеризується здатністю переводити усю вкладену в неї інформацію в загальну інформаційну систему, вбудовану, врешті решт, у потенційно всеосяжну пошукову й розподільну мережу.

Саме такий шлях демонструють у цій монографії здобутки С.В. Кострікова, Б.Н.Воробйова, бо цим авторам належить саме розробка нових технологій аналізу рельєфу, що впливає, з іншого боку, на спосіб його відображення у цілому.

Важливою рисою інформаційно-технологічної парадигми є те, що вона являє собою технології для впливу на інформацію, а не просто інформацію, що добре впорядкована й призначена для впливу на технологію, як було у випадку попередніх технологічних революцій.

Рисою, що породжена інформаційно-технологічною революцією, є мережна логіка аналізу сукупностей відносин (див. ¹). Схоже на те, що морфологія мережі добре пристосована до зростаючого складності взаємодій. Цікаво й показово, що саме у Харківській геоморфологічній школі ще біля 40 років тому було покладено початок запровадженню мережної логіки до пізнання морфології рельєфу, тобто це відбулося ще задовго до того, як вона набула загального визнання ⁴²,⁴³.

Остання з характеристик цієї технологічної революції щодо пізнання й відображення морфології рельєфу – це зростаюча конвергенція конкретних технологій у високоінтегрованій системі, коли один будь-який елемент неможливо представити без іншого. Саме так дослідницькі системи створені авторами для аналізу морфології рельєфу, потужність котрих увесь час випереджає технічний прогрес у можливостях комп‘ютерів.

Отже, настав час, коли геоморфологія набуває сучасності саме через те, що природні морфологічні системи виявилися схожими за конфігурацією до важливих технологічних структур і через це – сприйнятливими до інформаційних ГІС-технологій. Саме це є науковою новизною досліджень, що надалі подаються авторами на суд читача.

Коротко, як резюме, наведемо такі тези.

1. Геоморфосистеми та їх особливий клас – флювіальні геоморфосистеми (ФГМС) – є найбільш досконалими морфологічними утвореннями земної поверхні і потужним регулятором, котрий управляє речовинно-енергетичними потоками, формуючи середовище буття людини.

2. Через колосальну складність морфології земного рельєфу досі був відсутній адекватний пізнавальний апарат, котрий би забезпечував її дослідження.

3. Морфологію флювіальних геоморфосистем автори досліджують як інформаційний морфологічний код рельєфу. Таке бачення рельєфу є новітньою парадигмою геоморфології і надає можливості технологічного забезпечння пізнавального процесу відповідно до здобутків інформаційної ери.

4. У монографії наведено повний шлях сучасного наукового дослідження - від парадигми до розробки технології аналізу й здобуття якісно нових результатів на основі застосування оригінальних ГІС-технологій.

5. Важливим досягненням технологічної складової досліджень і розробок є цілісна й повністю алгоритмізована методика послідовного відтворення за цифровою моделлю флювіального рельєфу, поверхневого стоку і руслової мережі. С.В. Костріков та Б.Н. Воробйов користуються у цій роботі авторськими оригінальними пакетами комп‘ютерних програм (GIS-Module Ukrainian 1.5 та Amber iQ 2.5)ⁱ – найдосконалішими, за переконанням редактора, у сучасному світовому арсеналі ГІС-технологій щодо можливостей змістовного дослідження складної морфологічної системи рельєфу за формальними правилами. Аналіз геоморфологічних і гідрологічних процесів, у тому числі з огляду на прогнози екстремальних гідрологічних явищ та ерозійних процесів, може стати «Аріадниною ниткою» і водночас – рушійним поштовхом до подальшого розвитку геоморфології на засадах і технологічних можливостях інформаційної ери суспільного розвитку.