Лекция 1 Введение

Вид материала

Лекция

Содержание Обратные связи Благодаря обратной связи в ландшафте наблюдается саморегулирование Своеобразие геохимических процессов Мощность ландшафтной сферы Верхняя граница ландшафтов Обратная связь

Подобный материал:

• С. В. Шадрина Лекция 5 сентября, 15: 00-16: 30, Введение в геометрию пространства модулей, 5.97kb.
• Первая лекция. Введение 6 Вторая лекция, 30.95kb.
• Текст лекций н. О. Воскресенская Оглавление Лекция 1: Введение в дисциплину. Предмет, 1185.25kb.
• А. И. Мицкевич Догматика Оглавление Введение Лекция, 2083.65kb.
• Лекция введение в экологию (В. И. Торшин), 1146.79kb.
• Конспект лекций н. О. Воскресенская Москва 2008 Оглавление: Лекция Введение в дисциплину, 567.5kb.
• План лекций педиатрический факультет 1 семестр 1 лекция. Введение в анатомию человека., 216.63kb.
• Сидоров Сергей Владимирович Планы лекций Введение в профессионально-педагогическую, 19.81kb.
• Русской Православной Церкви и их особенности. 22 сентября лекция, 30.24kb.
• План лекций: Лекция №1. Введение в тему, общие сведения. Введение, 99.54kb.

Лекция 1

Введение

Быстрое развитие наук об атомах — характерная особенность XX и нашего столетий. Не только физика и химия — эти признанные лидеры современного естествознания, — но и биология, и науки о Земле широко используют «атомистический подход» — изучение природных процессов с точки зрения судьбы атома в данной системе. Прекрасным примером этому служит история геологических наук, среди которых в XX в. возникла геохимия — история атомов Земли. Отражением этой же тенденции является и геохимия ландшафта, изучающая ландшафт¹ на «атомарном уровне».

В создании геохимии ландшафта нашла отражение и другая особенность современного естествознания — возникновение новых научных направлений на границах различных отраслей знания, в которых методы и идеи разных наук взаимно дополняют и обогащают друг друга. Так появились геохимия и геофизика, радиоэлектроника, бионика, биохимия и биофизика, биогеохимия и многие другие дисциплины. Геохимия ландшафта возникла в пограничной области между геохимией и географией. У географии она позаимствовала объект, а у геохимии — метод исследования.

«Ландшафт» — такое же фундаментальное понятие естествознания, как «химический элемент», «живой организм», «почва», «минерал». Большинство природных ландшафтов относится к биокосным системам, в которых живые организмы и неорганическая материя проникают друг в друга, тесно между собой связаны и взаимообусловлены. По степени сложности, «уровню организации материи» выделяется ряд биокосных систем. К низшему — «доландшафтному уровню» относятся биокосные природные тела — подсистемы, ландшафта: почвы, кора выветривания, континентальные отложения, поверхностные и грунтовые воды, приземная атмосфера (рис. 1.1).



Рис. 1.1. Геохимический ландшафт (по Перельману, 1975).

А– приземная атмосфера; Ф– наземный биоценоз; П– почвы: а– эллювиальная, б– супераквальная; И– ил; КВ– кора выветривания; ВГ– водоносный горизонт, КО– континентальные отложения, ПВ– поверхностные воды; связи: 1– водные, 2– воздушные, 3– биотические, 4– биокосные, 5– водные и воздушные, 6– центр ландшафта, 7– нижняя граница ландшафта, 8– коренные породы

Каждое из них является предметом изучения самостоятельной науки. Взаимодействие этих тел создает новое качество, новую систему, поэтому необходима и особая наука для ее исследования — ландшафтоведение. Ландшафт — это большая и сложная неравновесная динамическая система земной поверхности, в которой происходит взаимодействие и взаимопроникновение элементов лито- гидро- и атмосферы. К ландшафтному уровню организации относятся два основных типа систем: «элементарный ландшафт» и «геохимический ландшафт» (см. ниже). К более высокому — «надландшафтному уровню организации» относится биосфера Земли в целом.

Культурные ландшафты относятся к более сложному уровню организации. Здесь, несомненно, существует своя иерархия систем (культурный ландшафт →• • • • • • • → ноосфера).

Для развития теории ландшафта большое значение имеет общая теория систем и, в частности, такие ее понятия, как система, структура, прямая и обратная связь, дифференциация², интеграция³ и др.

Важной характеристикой любых систем является их структура, т. е. совокупность составных частей и способ связи между ними. В определении географии как науки нередко подчеркивают, что это наука о связях между телами и явлениями на земной поверхности (или в земной коре в целом).

По степени совершенства связей ландшафт сильно уступает таким системам, как кристаллы, атомы, организмы. Ландшафт — это система не только, с другой природой связей, но и с более «расшатанными» связями, более слабой интеграцией.

По роли в ландшафте связи разделяются на прямые и обратные, а последние — еще и на положительные и отрицательные.

Для прямой (односторонней) связи характерно однонаправленное влияние отдельного тела (А) на другое (Б): А+Б. К прямым связям относится влияние солнечной энергии на Землю (обратным влиянием Земли на Солнце можно пренебречь), почвенных процессов на формирование коры выветривания, грунтовых вод на питание рек, отработки месторождений полезных ископаемых на потребление элементов в промышленности и т. д. Прямая связь чрезвычайно характерна для ландшафтов, во многих их типах она имеет ведущее значение.

Обратные связи выражаются во взаимодействии тел, когда не только А влияет на Б, но и Б на А ⁴: А_←^→Б. Они также очень характерны для ландшафтов. К ним относится взаимодействие почва — растительность, растение — животное, промышленность — сельское хозяйство и т. д. Обратная связь является положительной, когда результат процесса усиливает его, система развивается и все дальше и дальше уходит от исходного состояния. Примером положительной обратной связи служит процесс засоления почв, при котором каждая новая порция соли, поступившая в почву из грунтовых вод, ухудшает условия жизни растений, способствует изреживанию растительного покрова и благоприятствует испарению с поверхности почвы, т. е. засолению. При зарастании озер также наблюдается положительная обратная связь. Отмирающие ежегодно растения служат материалом для образования сапропеля. В результате глубина озера уменьшается, а зарастание увеличивается, озеро превращается в болото.

При отрицательной обратной связи результаты процесса ослабляют его действие и способствуют стабилизации системы, восстановлению ее исходного состояния. Так, увеличение растительной массы в ландшафте приводит к увеличению продуктов разложения растительных остатков — гумусовых кислот, которые, промывая почву, выщелачивают из нее питательные вещества, ухудшая тем самым условия жизни растений. Это способствует уменьшению растительной массы.

Благодаря обратной связи в ландшафте наблюдается саморегулирование: всякое отклонение от устойчивого стационарного состояния вызывает изменения, уменьшающие это отклонение. В этом находит проявление так называемый «обобщенный принцип Ле-Шателье», согласно которому всякая система подвижного равновесия стремится измениться таким образом, чтобы свести к минимуму эффект внешнего воздействия.

В природных ландшафтах механизм обратной связи играет значительно меньшую роль, чем в живых организмах, машинах, человеческом обществе. В культурных ландшафтах он приобретает ведущее значение.

В природных ландшафтах различают биотические обратные связи (между компонентами биоценоза) и биокосные (между живым и косным веществом).

Кроме характера связи (прямые или обратные), необходимо также учитывать важность тех или иных связей в ландшафте, так как некоторые из них имеют ведущее значение, а другие — второстепенное.

В общей теории систем различают «централизованные системы», для которых характерен «структурный центр», играющий ведущую роль в данной системе (например, Солнце в Солнечной системе). Структурный центр определяет связь и единство всей системы. К централизованным системам относятся высшие животные (центр — мозг), атом (ядро), клетка (ядро), предприятие (дирекция), армия (командующий) и т. д. Ведущая часть системы называется ее центром. Возможны и бицентрические и полицентрические системы. Ландшафты в большинстве случаев относятся к централизованным системам, причем в природном ландшафте центром часто служит почва и растительность водораздельных участков («водораздельный центр»), а в культурном — управление городом, заводом, колхозом и т. д. (см. рис. 1.1).

Связи между отдельными частями ландшафта осуществляются в процессе миграции вещества, энергии и передачи информации.

Уже в конце XIX столетия стало ясно, что в каждой системе надо изучать поток вещества и энергии, т. е. изучать систему на вещественно-энергетическом уровне. Современная научно-техническая революция выявила большое значение информационного аспекта, изучения природы. Нельзя сказать, что этот вопрос полностью игнорировался при изучении ландшафтов. Когда, например, утверждалось, что глинистая пустыня однообразна, а природа влажных тропиков исключительно разнообразна, по существу речь шла о том, что в пустынях количество информации меньше, чем в тропиках. Принципиально новым является то значение, которое информация приобретает в науке. Ныне ее рассматривают как одно из фундаментальных понятий наряду с «веществом» и «энергией». Более того, существует мнение, что главным научным понятием в XXI в. будет именно информация. Утверждается, что ни вещества, ни энергии без информации не существует.

Виды информации, в общем, отвечают формам движения материи. Так, говорят о неорганической информации (информация в неживой природе), биологической и социальной. Этот ряд соответствует увеличению, как количества, так и сложности информации (наибольшее количество и разнообразие видов информации в человеческом обществе).

Во всех ландшафтах протекают информационные процессы, но проявляются они неодинаково. В более простых случаях имеет место только сбор, хранение, передача и выдача информации, а в более сложных — и ее переработка. Воздействие циркулирующей информации на поведение системы называется управлением. Управление играет огромную роль в культурных ландшафтах, которые являются управляемыми системами, меньше его роль в природных ландшафтах. В некоторых природных ландшафтах, возможно, управление отсутствует (в абиогенных ландшафтах).

Информационный характер ландшафтных процессов определяет необходимость использования для их изучения методов кибернетики, в частности, моделирования, алгоритмизации, формализации, ЭВМ.

Характерной особенностью больших систем, к числу которых принадлежит ландшафт, является огромное число случайных факторов, влияющих на их развитие («капризы погоды» и т. д.). В связи с этим многие процессы в ландшафте носят вероятностный характер, что определяет большую роль теории вероятности в их исследовании. С другой стороны, было бы крайностью считать все процессы, протекающие в ландшафте, вероятностными. В этой сложной системе имеется и немало детерминированных процессов⁵.

Ландшафты в своей совокупности образуют особую сферу географической оболочки Земли, в которой процессы взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы, живого вещества, а по мере развития человеческого общества и процессы техногенеза наиболее разнообразны, динамичны и подчинены в своем проявлении географическим закономерностям.

Своеобразие геохимических процессов, протекающих в ландшафтной сфере, обусловлено тем, что они идут при низких температурах поверхности Земли, нормальном атмосферном давлении, при участии воды и свободного кислорода. Но главное, что отличает ландшафтную сферу от более глубоких частей географической оболочки, это высокая плотность живого вещества, фотосинтетическая деятельность наземных растений, с которой связано накопление в ландшафтах солнечной энергии. Последняя консервируется в биомассе живых растений, в массе органических остатков и новообразованных органоминеральных веществ. По мере разложения органических веществ солнечная энергия освобождается в трансформированном виде и в форме химической и тепловой энергии обусловливает многообразие протекающих в ландшафтах геохимических процессов.

Мощность ландшафтной сферы относительно невелика. Ее нижняя граница определяется глубиной расчленения рельефа, и соответственно, мощностью зоны свободного водообмена. На равнинах она лежит в пределах первых десятков метров, в горах, где в водообмене участвуют заключенные в трещинах и полостях твердых пород трещинные воды, — первых сотен метров. Мощность зоны свободного водообмена принята А.И. Перельманом в качестве критерия для выделения родов геохимических ландшафтов.

При изменении базиса эрозии и развитии рельефа изменяется мощность современных ландшафтов. При повышении базиса эрозии она уменьшается, нижние ярусы ландшафтов, а в ряде случаев и весь ландшафт целиком уходят в «ископаемое» состояние. При поднятии территории, понижении базиса эрозии и базиса гидрохимического стока мощность ландшафтов увеличивается. В процессе денудации могут уничтожаться верхние ярусы древних ландшафтов, и современные ландшафты развиваются или непосредственно на малоизмененных коренных (изверженных, плотных осадочных) породах, или на «корнях» древних ландшафтов, например на остаточной древней коре выветривания.

Верхняя граница ландшафтов весьма диффузна и не строго определена. Несомненно, что с ландшафтами наиболее тесно связана приземная часть тропосферы: в наземных ландшафтах — это воздушные массы внутри растительного покрова и непосредственно над его поверхностью, над водоемами — непосредственно прилегающие к водной поверхности слои атмосферы, где идет наиболее активный водообмен, а также обмен влагой и растворенными в ней компонентами между водоемом и прилегающими воздушными массами.


ВНИМАНИЕ! ЛЕКЦИЯ не закончена и будет дорабатываться