 |
|
Лекция 8. Динамика и развитие ландшафта
1.Эволюция ландшафта. Изучением вопросов динамики и развития ландшафта занимается функционально-динамическое направление ландшафтоведения. Для современного этапа характерно повышенное внимание к изучению временных изменений геосистем. Ландшафт стал рассматриваться как пространственно-временная система (4-х мерная) только в последней четверти ХХ века. Составные части геосистем упорядочены не только в пространстве, но и во времени. Например, снежный покров является временным компонентом геосистем, который присутствует в них только зимой. Чтобы изучать эволюцию ландшафта необходимо дать понятие инвариант. Все пространственные и временные элементы геосистемы составляют ее инвариант. В географической оболочке (ГО) происходят постоянные преобразования и вместе с тем сохраняются некоторые свойства, которые в совокупности и являются инвариантом (по отношению к сдвигам во времени и пространстве).
Инвариант- это совокупность устойчивых отличительных черт системы, придающих ей качественную определенность и специфичность, позволяющих отличить данную систему от всех остальных. Чаще всего инвариантом ландшафта является твердое костное вещество, прежде всего это геологические отличия (рельеф менее устойчив, особенно в городах). Изменения системы, которые происходят в рамках одного инварианта, т.е. имеют обратимый характер и не приводят к перестройке ее структуры называются динамикой ландшафта. Это циклические изменения – суточные или сезонные, например изменение погоды, процесс фотосинтеза. Стихийные бедствия (землетрясения, пожары, цунами) являются обратимыми, после них ландшафт восстанавливается, примерно до состояния, бывшего до катастрофы. От динамики следует отличать эволюционные изменения геосистем
(развитие).
Эволюция (развитие ландшафта) – необратимые изменения, которые происходят со сменой инварианта, сопряжены с появлением качественно новых функций и приводят к перестройке структуры ландшафта. Изменения идут в одну сторону и возврата к прежнему состоянию не происходит. Эволюционные изменения в отличие от динамических протекают тысячи лет. Например, холмисто-моренно-озерный ПТК превращается в холмисто-моренно-эрозионный, происходит смена геологических отложений. Механизм развития ландшафта состоит в постепенном количественном накоплении элементов новой структуры и вытеснением элементов старой. Этот процесс приводит к качественному скачку-смене ландшафтов. В любом ландшафте в процессе эволюции накапливаются реликтовые, консервативные и прогрессивные черты (разновозрастные элементы). Соотношение этих элементов в каждом конкретном ландшафте дает представление о направлении его развития.
Реликтовые элементы сохранились от прошлых эпох, они указывают на предшествующую историю ландшафта. Реликтом может быть: форма рельефа (ледниковые озовые гряды, камовые холмы), геологические отложения (моренные, т.к. сейчас нет ледника), растительность (в РБ очень ограничена- это морошка, карликовая береза).
Консервативные элементы- те, которые наиболее полно соответствуют современным условиям и определяют современную структуру ландшафтов. Это современный климат, почвы, растительность. Они встречаются не только в компонентах ландшафта, но и составляют большинство морфологических единиц.
Прогрессивные элементы наиболее молодые. Они формируются и сейчас и указывают, каким будет ландшафт в будущем. Заметить их достаточно сложно. Например, в РБ на лессах развивается эрозия и если ничего не предпринимать, то со временем разрушится геома ландшафта, а следовательно ландшафт погибнет. Также разрушаются и осушаемые болота. Второй пример: на высоких гривах поймы Припяти распространяется степная растительность (злаковые луга, полынь), тогда как для РБ коренными являются осоковые луга. Так по мере развития ландшафта и формирования гривистого рельефа, может появиться новый тип ландшафта. Таким образом, прогрессивные элементы выявляются появлением новых видов. Деятельность человека ускоряет эволюцию ландшафта и по словам В.И.Вернадского:» Человек превращается в огромную геологическую силу».
2.Закономерности динамики ландшафтов.Существует несколько определений динамики. Мы говорили, что динамика – это изменения, которые совершаются в рамках единой структуры и не приводят к качественному преобразованию ландшафтов, т.е. это обратимые изменения. Динамика – это смена состояния геосистемы в границах одного инвапианта (В.Б.Сочава). Под состоянием ландшафта понимают упорядоченное соотношение параметров структуры ландшафта в определенный промежуток времени. Различают состояния разных порядков по их продолжительности. Н.Л. Беручашвили предложил различат кратковременные состояния (стексы), среднесрочные (от 1 суток до года) и долгосрочные (более 1 года).
Кратковременные состояния могут сменяться через несколько часов и даже минут, но глубоко не затрагивают геосистему. Например, суточная ритмичность свойственна процессам выветривания, фотосинтеза, испарения и конденсации влаги.
Среднесрочные состояния связаны с сезонной динамикой, с различными фазами годового цикла и зависят от положения Земли относительно Солнца и наклона земной оси. Летом, когда количество энергии максимально в ландшафте процессы протекают интенсивно, тогда как зимой, наоборот, минимум энергии приводит к затуханию функций ландшафта. Понятно, что сезонные изменения проявляются резче, чем суточные.
Долгосрочные состояния связаны с проявлениями солнечной активности, которые вызывают возмущения магнитного поля Земли и атмосферы, а следовательно колебания температуры и увлажнения. В целом этот вопрос мало изучен, но известны 11-летние, а также 22-23-летние ритмы этого типа.
Выделяют 3 основные фазы динамики ландшафта: зарождение, устойчивое состояние и смена.
1-Зарождение ландшафта характеризуется формированием биоты, на что уходит несколько десятков и сотен лет.
2-Устойчивое существование характеризуется проявлением взаимосвязи между геомой и биотой и формированием морфологической структуры ландшафта. В это время формируется почва. Продолжительность фазы- тысячи лет. Это самая длительная фаза, и чем дольше она протекает, тем устойчивее ландшафт.
3- Смена ландшафта начинается с разрушения геомы. В РБ выделяется два ландшафта в стадии смены: лессовые и болотные осушенные ландшафты. Все остальные подвержены разрушению не так сильно.
3.Проблемы саморегуляции и устойчивости ландшафта. С динамикой связаны многие другие свойства геосистем. Динамика тесно связана с понятием эволюции ландшафта, так как в ходе динамических изменений формируются направления эволюции ландшафта. Динамика имеет близкое отношение к устойчивости ландшафта, так как именно обратимые динамические изменения указывают на способность ландшафта возвращаться к исходному состоянию, т.е. на его устойчивость.
Саморегуляция обеспечивает относительное равновесие ПТК при непрерывном развитии.
Устойчивость ландшафта – это его способность противостоять внешним разрушительным воздействиям, не прекращая функционировать.
Под устойчивостью системы подразумевается ее способность сохранять структуру при воздействии возмущающих факторов или возвращаться в прежнее состояния после нарушения.
Таким образом, ландшафту свойственна саморегуляция – свойство, позволяющее сохранять на определенном уровне типичные состояния геосистемы и связи между компонентами. Механизм саморегуляции ландшафта обеспечивает устойчивое, равновесное состояние. Устойчивость небезгранична. Ландшафт, как любая геосистема обладает устойчивостью в определенных пределах, однако пределы эти точно не установлены и механизм устойчивости до конца не изучен. Понятно, что устойчивость зависит от нескольких показателей.
1.От структуры элементарного ландшафта (лесистость, распаханность). Так, если лесистость менее 30%, то ландшафт разрушается, что мы наблюдаем на примере лессовых и болотных ПТК, где лесистость 10-15%.
2. От наличия прямых и обратных связей в ландшафте. Если нарушены связи, то происходит разбалансирование всех процессов, развитие ландшафта принимает непредсказуемый характер и он прекращает существование.
Устойчивость можно рассчитать только с конкретной целью: к сельскохозяйственной деятельности, рекреации. Вообще потенциально устойчивость рассчитать невозможно, так как ПТК устойчивый к рекреации неустойчив к другим воздействиям. Следовательно, устойчивость изменяется в зависимости от типа использования ландшафта. Для примера рассмотрим устойчивость белорусских ландшафтов к сельскохозяйственной деятельности. Установлено, что наименее устойчивой оказалась вся группа возвышенных ландшафтов, за исключением камово-моренно-озерного ПТК. Причем, здесь устойчивость не потенциальная, а современная, так как в камово-моренно-озерном ландшафте небольшие площади пашни и если ее увеличить, то ландшафт сразу станет неустойчивым. Следует также отметить, что слабоустойчивы средневысотные ландшафты центральной части РБ, а наиболее устойчивы к сельскохозяйственной деятельности низменные ландшафты, что связано с большой долей естественной растительности. По той же причине устойчив пойменный ландшафт, поскольку поймы используются в основном в качестве пастбищ и доля пашни здесь невелика. Вместе с тем, пойменный ПТК потенциально неустойчив в связи с протекающими аккумулятивными процессами и слабым закреплением почвы растительностью.
4.Функционирование ландшафта. Круговорот вещества и энергии. В геосистемах происходит непрерывный обмен и преобразование вещества и энергии. Совместимость процессов перемещения, обмена и трансформации энергии, вещества, а также информации в геосистеме можно назвать ее функционированием. Этот сложный природный процесс слагается из множества элементарных процессов, имеющих механическую, химическую или биологическую природу. Каждый из процессов изучается отдельной наукой (геофизика, геохимия, биоценология). Например, падение капель дождя, испарение, фотосинтез. Функционирование выражается внутри ландшафтным круговоротом вещества.
Выделяют следующие локальные круговороты: энергетический, водный, биогенный, абиогенный.
Энергетический круговорот слагается из поступления и перераспределения солнечной энергии. Потоки энергии поступают в ландшафт в результате тектонических и вулканических процессов. Количество энергии характеризуют различные показатели: продолжительность вегетативного периода, максимальные и минимальные температуры и др. Закономерности в энергетике геосистем изучены недостаточно. Ясно, что в различных ландшафтах разная энергетика: элювиальные сообщества используют солнечную энергию наиболее эффективно, супераквальные (подводные)-наименее, а субаквальные – занимают в этом отношении промежуточное положение. За счет солнечной энергии осуществляются внутренние обменные процессы в ландшафте, включая влагооборот и биологический круговорот.
Водный круговорот состоит из приходной части – поступление влаги с осадками и расходной части- испарение и сток ( наземный, подземный) влаги. Значительная роль во внутри ландшафтном круговороте влаги принадлежит растительности, особенно лесным сообществам. Древесные кроны задерживают около 20% выпадающих осадков и медленно перераспределяют их на инфильтрацию (транспирацию). Таким образом, от залесенности ландшафта зависит количество воды в ландшафтном круговороте.
Биогенный круговорот определяется двумя противоположными и взаимосвязанными процессами: формирование органического вещества в процессе фотосинтеза и его разрушения с переводом органических соединений в минеральные. В совокупности эти процессы образуют малый биологический круговорот, который является ведущим в почвообразовании и развитии ландшафта. Главный показатель круговорота – биологическая продуктивность – естественная способность ландшафта воспроизводить продукцию. Она различна для каждого ландшафта: тундра-1,5 т/га, лесостепь- 12 т/га, пустыня -1,5 т/га, а в среднем 8-10 т/га органического вещества ежегодно. Биологическая продуктивность способствует удержанию вещества в ландшафте, выполняя стабилизирующую функцию.
Абиотические потоки вещества в ландшафте в большей степени изучены как внешние связи между ландшафтами. Эти процессы обычно изучаются по почвенному покрову и подстилающей поверхности. Под абиотическими потоками имеется в виду латеральный или горизонтальный перенос материала между ландшафтами. Вещество литосферы мигрирует в ландшафте в виде: обломочного материала, который накапливается вдоль склонов; механических примесей в воде в виде взвешенных частиц; в воздухе в виде пыли; водорастворимых веществ (ионов, солей), которые перемещаются с водяными потоками. Таким образом, в отличие от биологической, абиотическая миграция не имеет характера круговоротов, поскольку гравитационные потоки однонаправлены, т.е. необратимы. Среди ландшафтов РБ наиболее интенсивно разрушаются возвышенные, сложенные рыхлыми породами, например лессами, а также равнины подверженные дефляции (рассеванию), например эоловые. Вместе с тем, положительным балансом твердого вещества отличаются только некоторые ландшафты с преобладанием современной аккумуляции (накоплению). Например, низменные аллювиальные районы, подвергаемые частым наводнениям.
5.Вопросы геофизики ландшафта. Количественным отражением круговоротов является баланс вещества отдельных компонентов ПТК. Геофизика ландшафта изучает физические процессы, протекающие в живой и неживой природе и широко применяет метод балансов. Балансом называются сопоставляемые перечни всех видов вещества или энергии за период наблюдений вошедших различными способами в ПТК и вышедших из него.
Разность между приходной и расходной частью баланса называется сальдо или балансовой разностью. Баланс количественно рассчитывает все процессы протекающие в ландшафте это позволяет сравнивать между собой отдельные ПТК, определять направление природных процессов, выяснять тенденции изменения системы. В ландшафтоведении наиболее применимы и разработаны методы составления следующих балансов: радиационного, теплового. водного, биомассы. Геофизические исследования производятся главным образом при стационарных наблюдениях. Так изучается трансформация солнечной энергии, влагооборот, биогеоциклы. В каждом случае проводится следующая работа: составляется предварительный список статей прихода и расхода; выясняются и наносятся на карту ареалы и сроки действия факторов; каждый фактор измеряется количественно; подсчитываются приходные и расходные части и выясняются тенденции изменения системы, а также перспективы ее развития.
6.Геохимические процессы в ландшафтах. В 40-х годах идеи о взаимодействии и взаимообусловленности организмов и среды получили развитие в учении о геохимии ландшафта, созданном Б.Б.Полыновым. Водоразделы, долины, водоемы – это не отдельные, изолированные друг от друга участки земной поверхности, а части взаимосвязанных между собой в едином процессе миграции химических элементов. Б.Б.Полынов вводит понятие «геохимический ландшафт» - участок земной поверхности, отличающийся особенностями миграции химических элементов, которые вызваны комплексом взаимосвязанных и взаимообусловленных природных факторов и процессов. То есть, это тот же географический ландшафт, но рассматриваемый с точки зрения миграции химических элементов. Основным источником вещества для ландшафта служат литосфера, гидросфера и атмосфера. Известно 104 химических элемента и более 40 элементарных частиц.
Элементы активно мигрирующие в почвах и природных водах, и определяющие характерные черты ландшафта, называются типоморфными. Главные из них: Si, Al, H, Na, Cl, Ca, Mg. Причем, каждая поверхность Земли характеризуется преобладанием какого-либо химического элемента: так в таежных болотах типоморфными являются Fe и ионы H, в зоне смешанных лесов – Fe и гидрокарбонаты, в черноземных степях – Ca, характерный для местных вод почв и коры выветривания, в пустынях (солончаках) - Cl и S. От содержания химических элементов в воде зависит питание растений, здоровье человека. Следует также отметить, что остальные элементы составляют менее 1% земной коры. Они делятся на редкие и рассеянные, которые не способны к концентрации (радий, кадмий, индий). Тем не менее эти элементы также играют исключительную роль в различных природных процессах. Единица среднего содержания элемента получила название «кларка».
Развивая идеи Б.Б.Полынова о многообразии миграций, А.И. Перельман в зависимости от формы движения материи, с которой связано перемещение атомов предложил различать несколько видов миграций: водную, воздушную, биогенную, техногенную и механическую.
Водная миграция осуществляется в природных водах. Большинство химических элементов мигрируют в водных растворах в виде ионов, зависящих от растворимости солей, кислотности и окислительно-восстановительных реакций. Каждая зона характеризуется своими типоморфными элементами, которые определяют химические свойства растворов. Так в тайге основной типоморфный ион водорода создает кислую среду, тогда как в степной зоне кальций определяет нейтральную или слабощелочную реакцию почвенных растворов. Таким образом, геохимической миграции присуща широтная зональность.
Воздушная миграция химических элементов в ландшафте также велика. Элементы поступают в осадки за счет растворения газов воздуха, приноса солей из моря, растворения солей и пыли континентального, вулканического и других происхождений. На миграцию элементов в газовой фазе влияют температура, лучистая энергия и вызываемая ею ионизация атомов.
Механическая миграция подчиняется законам механики: перемещение вещества происходит от мест более высоких к местам более низким, причем интенсивность процессов зависит от крутизны склонов, расчлененности рельефа, распаханности территории. Основные процессы, характеризующие механическую миграцию это смыв, транзит и аккумуляция вещества. Эти процессы имеют определенные закономерности распространения.
1. Интенсивный вынос вещества отличает возвышенные ландшафты и приурочены к северо-западным районам РБ. Здесь происходит самоочищение ландшафтов и их экологическое состояние наиболее благоприятное.
2. Вынос средней интенсивности с частичной местной аккумуляцией типичен для средневысотных морено-озерных и вторично-моренных ландшафтов со средним уровнем распаханности.
3. Слабый вынос и транзит вещества характерен для средневысотных морено-зандровых и вторичных вводно-ледниковых ландшафтов, где высокий уровень лесистости. что способствует задержанию влаги.
4. Транзит и аккумуляция имеют место в низменных ландшафтах Поозерья и Полесья.
5. Аккумуляция с последующим транзитом характерна для рек и их поймы.
Биогенная миграция, как уже отмечалось, определяется двумя противоположными и взаимосвязанными процессами. Первый-образование живого вещества, второй- разрушение органического вещества с превращением органических соединений в минеральные. В совокупности эти процессы образуют малый биологический круговорот, который является ведущим в почвообразовании и развитии ландшафта.
Техногенная миграция связана с деятельностью человека и представляет наиболее сложный вид миграции. Воздействие человека на природу во многих случаях превосходит значение некоторых естественных геологических и биологических факторов. Создаются техногенные ландшафты. В разных ландшафтах соотношение видов миграций химических элементов неодинаково.
В зависимости от преобладающих видов выделяют три основных рода (типа) ПТК геохимических ландшафтов.
1.Абиогенные ландшафты, для которых характерны только механические и физико-химические миграции (пустыня, горы).
2.Биогенные ландшафты с ведущим значением биогенной миграции и подчиненной ролью физико-химических и механических процессов ( лес, болото, озеро).
3.Культурные ландшафты, своеобразие которых определяется техногенной миграцией, хотя в них развиваются все остальные виды миграции (парки, зоны отдыха).
Значение геохимического изучения ландшафта.
1. Помогает провести поиски полезных ископаемых.
2. Решает вопросы, связанные с охраной природных комплексов от химического загрязнения.
3.Имеет практическое значение в здравоохранении, сельском хозяйстве, организации культурных ландшафтов.
7. Возраст ландшафта. Возраст – это время с начала которого и до наших дней ландшафт функционирует в условиях одной структуры. Новая структура сменяет старую не внезапно: от появления новых элементов до появления соответствия между ними проходит много времени, причем на определенном этапе старый и новый ландшафт как бы перекрываются. Долгое время считалось, что возраст ландшафта определяется возрастом геологических отложений, на которых он сформировался (в результате регрессии моря или отступления ледника). А.Г.Исаченко считает, что время формирования геологических отложений характеризует только возраст пород, на которых развивается ландшафт, а сами ландшафты намного моложе того фундамента, на котором они возникли. Теоретически возраст ландшафта определяется тем моментом, с которого появилась его современная структура (инвариантное начало). Практически возраст отсчитывается с момента формирования его биоты. Ландшафты РБ в основном имеют голоценовый возраст – это все Поозерские, лессовый, болотный, некоторые ландшафты Полесья. Следует также отметить, что в РБ наиболее зрелые ландшафты: холмисто-моренно-эрозионные, вторично-моренные и морено-зандровые на Полесье, формирование которых связано с днепровским оледенением, а наиболее молодые – пойменные и аллювиально-террасированные.
Таким образом, мы рассмотрели ряд вопросов, связанных с развитием и динамикой ландшафтов.
Вопросы для повторения
1.Понятие эволюции ландшафта; реликтовые, прогрессивные и консервативные элементы.
2.Понятие динамики ландшафта; кратковременные, долгосрочные и среднесрочные состояния.
3.Фазы динамики ландшафта.
4. Проблема саморегуляции и устойчивости ландшафта.
5.Круговорот веществ и энергии в ландшафте.
6. Ряды геохимических ландшафтов.
7.Геохимические процессы в ландшафтах.
8.Геофизические процессы в ландшафтах.
9. Определение возраста ландшафта.