1.2.2. Просторово-часові відносини у фгмс

Простір і час виступають у різних іпостасях у залежності від ступеня спільності розгляду явищ. У загальнофілософському сенсі простір і час – невід'ємні атрибути матеріального світу і єдино можлива форма існування останнього. Це проблема діалектики. У філософській літературі відношення до простору і часу різне. Простір тривимірний, він ізотропний, декартовий, час – одномірний, односпрямований, тому необоротний (час розвитку) ²⁰.

Різним, у цілому ж – іншим, є відношення до простору і часу в природничих науках, де простір може мати різну розмірність, різну структуру й організацію, але звичайно розглядається як зовнішня форма існування об'єктів. Час найчастіше визначається в абсолютних шкалах, в основі яких лежить визначене фізичне явище, завдяки чому час тече рівномірно. Точність встановлення часу визначається точністю квантування (шкала часу). У багатьох природничих науках (наприклад, фізика) час оборотний, інтервали часу задаються за певною шкалою розмірностей. Класичним прикладом є механіка, диференціальне й інтегральне зчислення - як засоби рішення фізичних задач.

Таким чином, простір у цих випадках є свого роду вмістилищем об'єктів, явищ, подій, час – шкалою, з якою співвідноситься тривалість і/або послідовність подій.

Однак, у деяких розділах фізики (астрофізика, наприклад) але особливо в історичній геології, еволюційній біології існує більш складне розуміння часу як закономірної послідовності процесів і станів, що лежить в основі розвитку (саморозвитку) об'єктів. Наприклад, в одній з останніх робіт з фізичних основ сінергетики досліджуються перші секунди існування Всесвіту, тому що протягом цього незначного (в абсолютній шкалі) часу густина речовини спала на десятки порядків (Великий вибух); відбувся нуклеосинтез і визначилися властивості Всесвіту на півтора десятка мільярдів років наперед. Навряд чи можливо було б в абсолютній шкалі часу взагалі співставляти явища, котрі за тривалістю розрізняються на 10 математичних порядків. Але за власним часом саморозвитку системи Всесвіту вони виявляються порівнянними.

У геохронології також прийнято зіставляти події, що в абсолютному часі непорівнянні. Наприклад, фанерозой складає ледве більш 1/10 від тектонічної історії Землі, але він вміщає в себе чи ледве не всі основні геологічні події, відомі людству. Ці події іноді зіставляються з деякою абсолютною шкалою (геохронологічна шкала – відносна й абсолютна), але можуть існувати самі по собі.

Досить сучасний аналіз цієї проблеми знаходимо у фундаментальній роботі В.І.Вернадського незважаючи на те, що її було уперше надруковано

понад 75 років тому і перевидано нещодавно ⁶.

1.2.3. Простори фгмс

Простір у більшості природничих наук залишається деяким «мертвим» умістищем, абсолютом та інваріантом (стосовно якісно різних об'єктів). Неявно він вважається декартовим навіть у глобальних геологічних моделях розвитку Землі, хоча загальновідомою є сферичність загальноземного простору (крім хіба що геосферної плитної тектоніки). Через цю неточність, у геології та геотектоніці існують дотепер поняття «глобальної» трансгресії чи регресії, природні на плоскій Землі й неможливі на сфері, бо це означало б переміщення поверхні геоїду по радіусу Землі. Реальніше (з речовинно-енергетичних міркувань) вважати, що міняється форма геоїда (див. 1, гл.3).

Сферичний простір анізотропний через силу ваги. Тут же треба віддати належне тим тектоністам (як І.І. Чебаненко, наприклад), що розглядають сітки розломів на обертовій сфері, тому що останні не могли б утворитися в іншому (несферичному) просторі.

Регіональний рельєф наче «забуває» про сферичність Землі, тому що він спирається на поверхню геоїду, котра є базисом його розвитку так само, як площина базису денудації для схилу. Отже, можна представити регіональний (тим більше локальний) рельєф як розгортку відхилень від нульової поверхні, якою слугує геоїд. Через це, простір такого рельєфу стає декартовим, але в той же час він зберігає анізотропність, властиву сфері.

Значення анізотропії зростає в міру зменшення розмірності форм рельєфу. Так, рельєф континенту практично мало відрізняється від двовимірної поверхні, тому що співвідношення вертикальної протяжності з горизонтальними розмірами таке мале, що першою взагалі можна нехтувати. Середні і малі форми рельєфу, навпаки, мають співвідношення вертикальної і горизонтальної протяжності порівнянні поміж собою, і анізотропія проявляється у них як найважливіший чинник функціонування й саморозвитку.

Рельєф поверхні будь-якого типу формується завдяки властивостям тіл, що контактують, і процесам, що мають місце в зоні контакту. Форми рельєфу залежить також від часу, що пройшов з початку контакту.

Загальні властивості контакту, що виявляються в сучасних умовах:

- нерівна поверхня з позитивними і негативними елементами.

- інтенсивно йдуть різноманітні процеси (річковий стік, підземний стік, еоловий перенос, абразія і багато що інше). Завдяки наявності контактів рельєф здобуває дискретність, а геосистеми – об'єктивність існування як дискретних утворень на неперервній (континуальній) поверхні.

Урахування просторових (у тому числі геометричних) і часових характеристик дозволяє значно уточнити структуру й організацію геосистем, одержати більш репрезентативну інформацію про них. Простір і час можуть розглядатися як особливим образом закодована інформація (див.²,48). У геометрії простору екосистем відображена вся сукупність минулих і сучасних процесів. Метрика простору геосистем – це свого роду їхня структурна пам'ять. Приклади такого роду відомі з літератури щодо інших природних систем, зокрема, з ґрунтознавства («ґрунт-пам‘ять» та «ґрунт-момент» В.О. Таргульяна). У геоморфології неодноразово відзначалося, що структурні лінії різних порядків суть етапи формування каркасу ФГМС (див.³⁸,³⁹).

Рельєф земної поверхні є феноменом особливої природи, що відрізняється від інших «рельєфів». Ці відмінності визначаються характером його просторово-часової структурної організації. Це сукупна «мозаїчна» поверхня, що складається з геоморфосистем. Останні відносно відособлені у цілісні утворення у результаті просторово-часового квантування рельєфу і геоморфологічного процесу. ГМС відображають певний визначений ступінь дискретності природи земної поверхні: чим більше виявляється дискретність, тим більш об'єктивно виділяються ГМС. Вони різного масштабу, творять ієрархічно супідрядну систему – від елементарних поверхонь до найбільшої системи – земної поверхні суходолу. У ГМС співіснують і взаємно перетинаються різноманітні види простору і часу. Існують їхні зовнішні шкали, тобто такі, котрі не залежать від властивостей ГМС (світовий фізичний простір, планетний простір, фізична шкала, що задається годинник, комічними явищами, атомний час, час, що задається числом зовнішніх циклів, геологічний час) і внутрішні шкали, що відображають процеси, котрі протікають іманентно в ГМС (простір, що задається через характер сусідства ГМС; простір, обумовлений формою і симетрією об'єкта та ін.).

Просторові відносини рельєфу складні і не до кінця вивчені. Планетарний рельєф розглядається в сферичному просторі (відносно квазісферичної поверхні геоїда). Цей простір анізотропний і має складну симетрію сфери, що обертається навколо осі (одна вісь, незліченне число меридіональних площин симетрії й одна екваторіальна площина симетрії). Місце розташування в цьому просторі задається географічними координатами.

Тут наводяться твердження, що накопичені в багажі загального землезнавства, планетарної геоморфології і фізики Землі стосовно до фігури Землі, узятої в цілому, і можуть бути основою парадигми ГМС:

- тривимірність і замкненість простору. Просторова замкненість забезпечує зв'язок усіх точок земної поверхні.

- анізотропність простору, тобто перевага одних напрямків над іншими, спричинена наявністю гравітаційного поля, також асиметрією надходження сонячного світла, циркуляції повітря, поверхневого стоку та т. ін.

- обертання Землі і положення її в полі сонячної інсоляції, що призводять до інсоляційної асиметрії рельєфу.

- обертання земної сфери спричиняє силу Коріоліса – могутній фактор земної анізотропії.

Зовсім інші властивості притаманні рельєфові у звичайному розумінні – тобто як поверхні відхилень від геоїду, що утворюють форми рельєфу, зображуються на топографічній карті й вивчаються, відповідно, геоморфологією.

А. Найбільш загальна властивість – розподіл абсолютних висот: розподіл їх кумулятивних ймовірностей, що відображується гіпсографічною кривою (а підводного рельєфу – батиметричною кривою). В основі розподілу висот знаходиться кілька факторів, у тому числі процеси, що змусили розділитися материкові й океанічні брили (планетарна тектоніка – це зовнішній фактор, а не самоорганізація); закони формування подовжнього профілю складових річкових систем і ін.

Б. Структура такого рельєфу є відкритою. Вона виявляється:

1) у визначеному просторовому сполученні елементарних поверхонь (наприклад, сукупності елементарних поверхонь, що творять опуклий схил);

2) у генетично визначеному певному наборі первинних субстратів, на яких формується рельєф;

3) у наборі типів процесів (флювіальних, еолових, радіаційного обміну, карстових і ін.), що залежать від комплексу зовнішніх умов.

В. Рельєфові властива багатовимірність власного простору, хоча упакування форм рельєфу відбувається в тривимірному фізичному просторі.

Г. Ієрархічність рельєфу є іманентною, вона проявляється у природному квантуванні (приклад – структура деревоподібних флювіальних мереж), що виражається через дискретність, доповнену континуальністю поля висот. Дискретність і континуальність є взаємно доповнюючими умовами існування рельєфу земної поверхні.

Д. ГМС у тій мірі об'єктивні, у якій проявляється дискретність рельєфу. В міру зростання континуальності ГМС стають менш явними («розмиваються» фізичними й ін. полями рельєфу).

Е. Регіонально рельєф розглядається в плоскому двовимірному просторі – як визначене сполучення форм, комплексів форм, типів рельєфу, геоморфологічних районів, провінцій і т.п.(тому карта є найбільш адекватним його образом). У цьому просторі звичайною є білатеральна симетрія, що також найбільш ефективно досліджується картографічними засобами. Просторове положення задається переважно топологічно – по взаємному розміщенню елементів на площині (звичайно – проекцією на площину карти, також – космічного знімка).

Ж. На локальному і топологічному рівнях простір стає тривимірним декартовим. У той же час, він усе більш анізотропний в міру зменшення лінійних розмірів. В аналітичній геоморфології, котра, втративши назву, водночас витісняє інші способи подання морфології у комп‘ютерному представленні рельєфу, він може вироджуватися до одновимірного вектора, що відповідає кожній точці рельєфу. Підсилюється роль топології локального простору, відносного положення (відповідно, локальних систем координат). Наприклад, віддаленості від гребеня вододілу, послідовності елементів схилу і т.п., як, скажімо, у роботах А.М. Ласточкіна (див., напр., ¹⁶).

З. Досить часто спостерігається сполучення білатерального простору (планова конфігурація відносно осі річкової системи, де схили кожної річкової долини чи водотоку білатеральні – у формі листа рослини) і конічного простору замкнутих, опуклих і увігнутих форм рельєфу з відповідною симетрією (вісь і площини симетрії, що збігаються з віссю форми рельєфу). Конічна симетрія притаманна формам, що лежать «на боці» - вододіли, долини і т.д. Вона лише неявно використовується у морфологічному аналізі. Наприклад, коли говорять про асиметрію, то мають на увазі конічну модель простору, хоча явно її і не вводять. Тут є можливість додати й ін. форми простору і відповідних типів симетрії, що періодично обговорюються в геоморфології ¹⁰,³⁵ і ландшафтознавстві ¹⁹.