Ландшафтно-экологические методы исследований

Переломным в математизации географии был 1960 г., когда на Международном географическом конгрессе в Стокгольме советские географы выступили с рядом докладов о математических методах в географии. После этого появился буквально поток работ по применению математических методов в географии, охвативший и комплексную физическую географию.

Кроме методов математической статистики и теории вероятности, широко используемых в настоящее время в физической географии, применяются также математический анализ, теория множеств, теория графов, матричная алгебра и др. Особенно большие надежды возлагаются на использование теоретико-информационных методов и кибернетики.

А.Д. Арманд (1975) считал, что не так интересен вопрос о том, какие разделы математики применяются в решении тех или иных географических задач, как важно проследить, какие математические методы используются на разных ступенях географического исследования, на разных этапах познания.

Существует также мнение о том, что не только сами географы должны выбирать для решения своих задач те или иные математические методы, а что более естествен и продуктивен путь приспособления самого математического аппарата к мышлению географа для облегчения выполнения наиболее часто повторяющихся операций.

До сих пор еще в географии наиболее широко используются вероятностно-статистические методы, необходимые для анализа протоколов наблюдений и систематизации фактических данных, т.е. на эмпирическом уровне познания. Однако при переходе на теоретический уровень для обобщений и выявления основных закономерностей географы все больше начинают использовать математический и векторный анализ, теорию информации и теорию множеств, теорию графов и теорию распознавания образов, теорию вероятности и теорию конечных автоматов. При этом резко возрастает роль таких познавательных операций, как идеализация, абстракция, гипотеза. Получение результатов исследования в виде карт, графиков, математических формул и т.д. по сути дела уже является моделированием.

Дальнейшие перспективы развития теоретического уровня в географии связаны с использованием математических и логических методов, а также методов моделирования и кибернетики.

Моделирование как метод исследования в последнее время приобретает все более широкое распространение. Оно представляет собой естественный прием познания и практической деятельности, особую форму опосредования. При моделировании между исследователем и интересующим его объектом ставится некоторое промежуточное звено — модель. Модель должна быть похожа на оригинал, но она всегда должна чем-то отличаться от оригинала (размерами, формой, субстратом, структурой, скоростью процессов и т.д.), так как при полном совпадении модели с оригиналом исчезает сам смысл моделирования, ибо модель перестает выполнять свои функции.

В течение столетий люди пользовались моделями без специального теоретического обоснования. Возникновение моделирования как метода теоретического познания связано с появлением в конце XVII в. учения И. Ньютона о подобии. Дальнейшее его становление произошло только в XIX в., после открытия закона сохранения и превращения энергии. Но свои более развитые формы моделирование приобрело в теоретическом естествознании лишь в XX в.

В 60-70-х гг. XX в. проблемам моделирования посвящено большое количество работ, в том числе географических. В физической географии понятие «модель» трактуется очень широко. «Моделью может быть и теория, и закон, и гипотеза, и идея, обладающая определенной структурой. Моделью может быть также и роль, соотношение, уравнение или синтез данных. Для географии особенно важно, что моделями можно считать и суждения о реальном мире, получаемые с помощью переносов в пространстве (пространственные модели) и во времени (исторические модели)». А.Д. Арманд также называет моделью «любую систему, подобную другой системе, которая принимается за оригинал и служит для кого-то в чем-то заместителем оригинала».

Модели и моделирование в таком понимании не являются чем-то принципиально новым для географии. Буквально с первых шагов развития географии в ней использовались элементы моделирования и простейшие модели в виде описаний, зарисовок, а позднее схем и карт. По сути дела любые формы фиксации результатов наблюдений (протоколы наблюдений) - описания, рисунки, таблицы, профили, схемы, графики, фотографии, карты, уравнения и т.д. - являются моделями ПТК.

Классификацию моделей в применении к природным комплексам разработал А.Д. Арманд. Он различает модели природных комплексов по назначению (теоретические, поисковые, портретные);.по логическому пути построения (дедуктивные, индуктивные); по степени отражения действительности (статические, кинематические, динамические); по применению числового материала (качественные, количественные); по характеру реализации (физические, символические, идеальные); по учету случайных отклонений (детерминированные, вероятностные); по учету физической сущности моделируемого процесса (обмен веществом, обмен энергией, обмен информацией).

Значение моделирования для комплексной физической географии заключается в том, что оно позволяет в процессе упрощения изменить масштаб размерности, масштаб времени и масштаб сложности. С масштабом размерности географы имели дело с давних времен при построении карт. Изменение временного масштаба в комплексной физической географии начало практиковаться значительно позже в связи с изучением динамики ПТК. Наиболее интересным и одновременно наиболее трудным является моделирование масштабов сложности ПТК.

Моделирование как процесс познания включает в качестве обязательного этапа исследование построенной модели. Например, ландшафтная карта как модель должна не просто отражать результаты полевой проверки и уточнения предварительной ландшафтной карты, составленной еще до выезда в поле, но и давать дополнительную информацию, допустим, о морфологической структуре ПТК. Здесь уже на первый план выдвигается не образность модели, а ее способность выступать в качестве заместителя оригинала в определенных пределах, важных для исследования. Чтобы моделирование выполняло свою функцию в полной мере, необходима экстраполяция результатов изучения модели на оригинал и последующая проверка полученной информации путем сравнения с природой, с содержанием изучаемого объекта.

На разных этапах комплексных физико-географических исследований моделирование играет различную роль, и применяются, как правило, разные модели. На этапе сбора фактического материала используются преимущественно портретные символические модели, репродукционные, аналоговые. Эти модели применяются давно и широко.

На этапе получения эмпирических закономерностей, в науке обычно возрастает роль физических моделей. Это приемлемо для тех отраслевых географических наук, которые занимаются изучением неживой природы. Создание же физической модели ПТК невозможно как минимум до тех пор, пока не будут созданы модели живых организмов — составных частей ПТК. Поэтому в комплексной физической географии на этапе получения эмпирических закономерностей используются другие модели: символические портретные и поисковые, среди которых все большее значение приобретают математические модели. Находят применение также модели-представления.

На теоретическом этапе познания должны прежде всего использоваться идеальные модели, модели-представления. Перспективным для дальнейшего развития комплексной физической географии представляется использование преимуществ кибернетического моделирования как метода теоретического осмысления сложных динамических систем. Оно опирается на принцип статистической связи функции и структуры и является функциональным. Центральное место в нем занимает не рассмотрение сложной динамической системы самой по себе, а зависимости функционирования системы от среды, характеристика ее поведения в определенной среде. Этот аспект кибернетического моделирования особенно привлекает географов в связи с разработкой географических прогнозов.

Таким образом, модели в географии используются давно, однако в настоящее время резко возросла роль теоретического моделирования, почему и метод моделирования отнесен к новейшим.

С проблемой моделирования тесно перекликается задача построения банка географических данных, который должен представлять собой автоматизированную систему обработки и анализа информации. Нужно, чтобы такая система позволяла хранить, накапливать, систематизировать, комбинировать и перерабатывать географические данные для любых целей и в любой последовательности.

ЛЕКЦИЯ 2

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Географическая оболочка и природные территориальные комплексы

Объектом изучения комплексной физической географии являются географическая оболочка как целостное природное образование, особая планетарная система и слагающие ее природные территориальные и аквальные комплексы разной размерности, которые обособились в процессе развития географической оболочки.

Являясь целостным образованием, географическая оболочка неоднородна внутри себя. В вертикальном направлении она распадается на ряд компонентных (частных) оболочек (литосферу, гидросферу, атмосферу, биосферу, педосферу), в каждой из которых преобладает вещество в определенном агрегатном состоянии или форме его организации. Вещество частных оболочек формирует различные компоненты природы: рельеф с образующими его горными породами, почвы с корой выветривания, водные и воздушные массы, сообщества растений и животных (биоценозы). Между компонентными оболочками происходит обмен веществом, энергией и информацией, объединяющий эти разнокачественные оболочки в качественно новое целостное единство, свойства которого не сводятся к свойствам суммы слагающих его частей. Изучением компонентных оболочек как составных частей более сложного целого занимаются отраслевые физико-географические науки (геоморфология, гидрология, климатология, почвоведение, биогеография), материалы которых физико-географы используют в своих исследованиях.

Горизонтальная неоднородность географической оболочки выражается в существовании природных территориальных и природных аквальных комплексов (соответственно ПТК и ПАК) - исторически обусловленных и территориально ограниченных закономерных сочетаний взаимосвязанных компонентов природы. Их обособление связано с территориальной дифференциацией энергии, обусловленной формой и происхождением планеты Земля: различным количеством лучистой энергии, поступающей из Мирового пространства, и внутренней энергии Земли, получаемой тем или иным участком географической оболочки.

И вертикальная, и горизонтальная неоднородность географической оболочки возникла в процессе ее формирования и развития, но вертикальная дифференциация (на геосферы) обусловлена, прежде всего, дифференциацией вещества, а горизонтальная (на ПТК) связана главным образом с пространственной дифференциацией энергии. Так как подавляющая часть энергии поступает в географическую оболочку извне и подвержена значительным изменениям в пространстве и во времени, горизонтальная дифференциация менее устойчива, более динамична и постоянно усложняется в процессе развития географической оболочки. В результате этого в пределах географической оболочки сформировалось большое количество ПТК разной величины и различной степени сложности, как бы вложенных друг в друга и представляющих собой систему соподчиненных единиц, определенную иерархическую лестницу, так называемую таксономическую систему. Чем крупнее комплекс, чем выше его ранг, тем больше неоднородность внутри него, тем более заметно его внутреннее многообразие, тем ярче выражена его индивидуальность, неповторимость, непохожесть на соседние комплексы.

Общепринятой таксономической системы ПТК в физической географии пока еще нет. Наиболее широко распространенной является следующая система комплексов: географическая оболочка – суша – материк – страна - зона (горная область) - провинция – район – ландшафт - урочище - фация. Наряду с ней существуют и другие системы, в том числе и двухрядные, имеющие на своих верхних ступенях самостоятельные системы зональных (географический пояс – зона - подзона) и азональных (суша – континент - субконтинент - страна) единиц.

Каждый более мелкий комплекс возникает и обособляется в процессе развития вмещающего его более крупного ПТК, поэтому, чем мельче комплекс, тем он моложе, тем проще устроен и тем более динамичен. Исключение составляют лишь реликтовые комплексы, входящие в состав более крупных, но более молодых.

Представление о природных территориальных комплексах зародилось в географии в конце XIX столетия и сформировалось в первой половине XX в. Оно связано с именами таких ученых, как В.В. Докучаев, А.Н. Краснов, Г.Н. Высоцкий, Г.Ф. Морозов, Л.С. Берг, Б.Б. Полынов, И.В. Ларин, Р.И. Аболин, Л.Г. Раменский, А.А. Борзов и др. Разные исследователи называли изучаемые комплексы по-разному: ландшафтные зоны и географические комплексы, ландшафты и микроландшафты, фации и эпифации, эпи-морфы и урочища. Разной была степень внутренней сложности изучаемых объектов, а иногда просто названия, но сущность объектов сохранялась: в любом случае это были территориальные сочетания взаимосвязанных компонентов природы - ПТК.

Естественно, в процессе развития науки и накопления материалов по изучению ПТК представление о них уточнялось, дополнялось, совершенствовалось, уточнялись иерархия и диагностические признаки. Одно из последних новейших определений термина ПТК принадлежит А.Г. Исаченко. Он определяет ПТК как «пространственно-временную систему географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающихся как единое целое». Наряду с термином ПТК в качестве синонима иногда используются названия «геокомплекс», «геосистема», «географический комплекс», «ландшафтный комплекс» и даже «ландшафт». Можно дискутировать по поводу полного или неполного совпадения этих терминов, но от использования термина «ландшафт» в качестве синонима ПТК следовало бы отказаться, так как многие исследователи под ландшафтом понимают не любой ПТК, а одну строго определенную единицу в ряду соподчиненных ПТК. Такой трактовки ландшафта придерживаемся и мы.

Объектами полевых комплексных физико-географических исследований обычно служат относительно небольшие и достаточно просто устроенные ПТК - ландшафт и его морфологические единицы.

Простейший, элементарный ПТК называется фацией. По определению Н.А. Солнцева, «фация - это природный территориальный комплекс, на всем протяжении которого сохраняется одинаковая литология поверхностных пород, одинаковый характер рельефа и увлажнения, один микроклимат, одна почвенная разность и один биоценоз». Из определения следует, что основным диагностическим признаком фации служит пространственная однородность слагающих ее компонентов. Эта однородность может нарушаться только воздействием человека, в результате чего возникают антропогенные модификации фаций, занимающие целиком или частично природные фации.

Причиной обособления фаций чаще всего бывает изменение рельефа, т.е. изменение местоположения. В связи с тем, что рельеф земной поверхности очень неровный, его изменение происходит на небольших расстояниях, и фации имеют, как правило, малые площади.

Обычно фация занимает элемент или часть формы микрорельефа. Примерами фаций могут быть склон оползневого бугра с осинником крупнотравным на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах; центральная часть суффозионной западины с влажнотравно-осоковым лугом на дерново-глеевых тяжелосуглинистых почвах и т.д. Часто встречаются фации, занимающие часть элемента формы мезорельефа, например подножие делювиального склона, притеррасную избыточно влажную часть поймы, верхнюю выпуклую часть моренного холма, межложбинное пространство на приба-лочном склоне и т.д. Иногда фация занимает весь элемент формы мезорельефа или целиком всю форму микрорельефа. В качестве примера можно привести фацию неглубокой блюдцеобразной западины, отличающуюся от окружающего ее выровненного пространства несколько повышенным увлажнением, глееватостью почвы, более влаголюбивой растительностью. При этом ровная поверхность междуречья при однородной литологии и одинаковом почвенно-растительном покрове также будет являться фацией, хотя и более обширной по размерам.

Иногда обособление фаций может быть вызвано сменой литологии слагающих пород. Так, если овраг прорезает толщу пород разного литологического состава, то на частях склона, сложенных различными породами, формируются свои, отличные друг от друга фации. В обособлении фаций определенную роль может играть крутизна или экспозиция склона, которая обусловливает различия в инсоляции, а, следовательно, в нагревании склонов разной экспозиции.

Как видим, первопричиной фациальной дифференциации является изменение литогенной основы. Оно, в свою очередь, вызывает изменение теплового режима, глубины залегания грунтовых вод, баланса влаги и т.д. Это приводит к возникновению новых условий местообитания (экологических условий) и формированию нового биоценоза.

Подурочище - это ПТК, состоящий из ряда фаций, приуроченных к одному элементу формы мезорельефа. Фации, слагающие подурочище, отличаются ярко выраженной общностью местоположения, связаны генетически и динамически и вследствие этого имеют много общего в отношении природных свойств и процессов, их изменяющих (гравитационных, поверхностного стока и др.). Следовательно, основным диагностическим признаком подурочища является приуроченность к определенному элементу формы мезорельефа одной экспозиции: к склону оврага, вершине моренного холма, плоской поверхности террасы и т.д. Все фации, входящие в подурочище, обладают, таким образом, топологическим единством (единством местоположения), следствием которого является их сходство в отношении поступающего тепла и света. Нередко фации подурочища обладают и литологической общностью, так как все пространство в границах подурочища может быть сложено одной литологической разновидностью поверхностных отложений: аллювиальными песками, балочным аллювием, делювиальными суглинками, опесчаненной мореной и т.д. Однако литологическая общность фаций подурочища не является обязательной. В пределах подурочища пофациально могут варьировать механический состав почв, условия почвенно-грунтового увлажнения и водного режима почв, а подчас и литологический состав пород. Это обусловливает разную степень смытости, оглеенности, оподзоленности почв, существование различных группировок растений и т.д.

Примерами подурочищ могут служить покатый прибалочный склон северной экспозиции, сложенный с поверхности покровными суглинками, с серыми лесными средне- и тяжелосуглинистыми почвами слабой и средней смытости, распаханный; коренной склон долины реки, сложенный покровными суглинками, подстилаемыми мореной, залегающей на известняках карбона, поросший лесом; склон моренного холма южной экспозиции, покрытый берёзово-еловым лесом, с дерново-подзолистыми почвами разной степени оподзоленности и завалуненности.

Урочище - более сложный ПТК, представляющий собой систему генетически, динамически и территориально взаимосвязанных фаций и подурочищ. Как правило, урочища бывают четко обособлены в пространстве, так как каждое из них обычно занимает целиком всю форму мезорельефа. Особенно четко оконтуриваются урочища в условиях расчлененного рельефа с частым чередованием положительных и отрицательных форм: холмов и котловин, балок и межбалочных пространств, гряд и ложбин и т.д.

Пространственное совпадение урочищ с определенными формами рельефа является важнейшим диагностическим признаком при их выделении.

Кроме рельефа, причиной обособления урочищ может явиться изменение геологического строения (глубины залегания и характера коренных пород, подстилающих рыхлые наносы, состава рыхлых отложений и т.д.) или глубины залегания грунтовых вод. Если по простиранию одной формы мезорельефа наблюдается смена подстилающих пород, вскрываемых этой формой, то урочище будет занимать лишь часть, вернее отрезок формы мезорельефа, характеризующийся одинаковым геологическим строением. Например, если овраг в верховьях прорезает только покровные суглинки, в средней части, прорезав суглинки, врезается в морену, а в низовьях вскрывает и подстилающие морену известняки, то в его пределах формируются три различных урочища. Верховье будет представлять собой сухой полузадернованный овраг в покровных суглинках; средняя часть - сырую балку со склонами, сложенными в верхней части покровными суглинками, а в нижней - мореной; нижняя часть - сухую балку со ступенчатыми склонами. Внутренняя структура такого оврага будет неизменно усложняться при движении от верховья к его устьевой части.

Что касается приуроченности биокомпонентов к ПТК ранга урочища, то они не могут являться диагностическим признаком при выделении урочищ. Почвы и растительность в пределах урочища могут существенно изменяться от фации к фации (пофациально) вплоть до принадлежности к различным типам. Так, осоково-пушицевые низинные болотца с торфянисто-глеевыми почвами днищ балок могут сменяться злаковыми степными ассоциациями на черноземах или дубравами на серых лесных почвах по склонам балок. В Притомье влажнотравные луга или ивняковые заросли днищ балок нередко сменяются еловыми или берёзовыми лесами по склонам.

В связи с тем, что каждое урочище представляет собой закономерное сочетание слагающих его фаций, выделение урочищ может производиться путем изучения их внутренней структуры. Особенно важен такой подход к изучению урочищ в условиях однообразного слабо расчлененного рельефа, где основной диагностический признак (рельеф) визуально улавливается плохо, поэтому оказывается недостаточным для разграничения урочищ.

В зависимости от своего морфологического строения урочища делятся на простые и сложные. Если в урочище каждый элемент формы рельефа занят только одной фацией, мы имеем дело с простым урочищем. Если же хоть один из элементов занят группой фаций (подурочищем), такое урочище будет сложным. Наиболее сложным является урочище, в котором каждый элемент рельефа представлен подурочищем.

В любом ландшафте встречаются весьма разнообразные урочища, но не все они в равной мере определяют внешний облик и природные свойства ландшафта. Урочища, наиболее часто встречающиеся в ландшафте и определяющие его структуру, называют основными. Среди них выделяются фоновые урочища, или доминанты, занимающие наибольшие площади в ландшафте и образующие его фон. Обычно фоновыми являются урочища междуречных пространств, т.е. исходной поверхности территории, в большей или меньшей степени измененной последующими процессами.

Наряду с урочищами-доминантами в ландшафте часто встречаются более мелкие урочища, вкрапленные в основной фон, которые тоже играют важную роль в его морфологическом строении, хотя и не занимают больших площадей. Это - субдоминанты. Они более молоды, чем фоновые, так как возникли на исходной поверхности под влиянием более поздних геологических и рельефообразующих процессов, изменяющих эту поверхность. Субдоминантами часто бывают урочища растущих оврагов и мокрых балок, карстовых воронок, степных западин и т.д. Если фоновое урочище в каждом ландшафте часто одно, то субдоминантных может быть и два, и три. Встречаются полидоминантные ландшафты, в которых фонового урочища (доминанты) нет.

Состав основных (фоновых и субдоминантных) урочищ и их взаимное расположение характеризуют происхождение ландшафта, направленность современных процессов и типичные черты различных компонентов, поэтому его изучение чрезвычайно важно для познания ландшафта.

Кроме основных урочищ в каждом ландшафте имеются урочища, мало распространенные или встречающиеся единично. Они не определяют морфологической структуры ландшафта, но придают ей своеобразные черты. Это - дополняющие или второстепенные урочища. Среди них выделяются редкие и уникальные. Часто такие урочища проливают свет на историю развития ландшафтов изучаемой территории (реликтовые урочища) и раскрывают тенденции их будущего развития.

Характерные сочетания закономерно повторяющихся урочищ образуют более крупные ПТК - местности и ландшафты.

Местность в иерархии ПТК занимает положение между урочищем и ландшафтом и состоит из закономерного сочетания урочищ. Как и подурочище, это факультативная единица. Местности могут встречаться в пределах одного ландшафта и отсутствовать в другом.

Происхождение местностей связано с некоторыми изменениями литогенной основы на пространстве ландшафта. Эти изменения не столь велики, чтобы вызвать формирование различных ландшафтов, но достаточны, чтобы придать некоторые специфические черты отдельным его частям. Обособление местностей может быть вызвано варьированием на пространстве ландшафта литологического состава поверхностных отложений (покровные суглинки - водно-ледниковые пески и т.д.), характера подстилающих пород (известняки - глины), комплексов форм рельефа (гривисто-ложбинная - бугристо-западинная пойма), интенсивности современных рельефообразующих процессов (интенсивная овражная эрозия на приречной равнине - замедленное развитие овражно-балочной сети на удаленных от рек участках ландшафта) и т.д.

Каждый из таких вариантов отличается от соседних участков либо набором урочищ, либо их специфическими чертами, либо особенностями их размещения, например крупнохолмистый и мелкохолмистый участки в пределах холмисто-моренного таежного ландшафта. Нередко фоновые урочища остаются теми же, а изменения касаются субдоминантных или второстепенных урочищ.

В основе обособления внутри ландшафта местностей лежат генетические причины, вполне объяснимые в каждом конкретном случае.

Ландшафт представляет собой довольно крупный (площадью в десятки и сотни квадратных километров) и сложный ПТК, состоящий из динамически сопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ. Ландшафт обладает генетической однородностью, имеет одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа и одинаковый климат, что и определяет специфику его морфологической структуры (набора и взаимного расположения морфологических единиц).

Все эти особенности ландшафта включены в его определение, данное коллективом ландшафтной лаборатории МГУ: «Ландшафт - это генетически однородный природный территориальный комплекс, имеющий одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственного только данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ». Уже в самом определении намечен путь к практическому распознаванию ландшафтов, их изучению и картографированию, впервые указанный Н.А. Солнцевым в 1947 г.

Основным диагностическим признаком ландшафта является его морфологическая структура, которая придает ландшафту характерный внешний облик (физиономические черты), позволяющий отличать один ландшафт от другого. В связи с этим изучение любого ландшафта в поле должно начинаться с изучения его морфологической структуры. Такой подход позволяет не только вскрыть наиболее существенные особенности ландшафта и взаимосвязи между его составными частями, но и провести границы ландшафта. В отличие от фаций и урочищ, границы которых обычно хорошо улавливаются визуально, ландшафты оконтуриваются, как правило, по характерному сочетанию урочищ на основании анализа его морфологической структуры, так как визуальное проведение границ комплекса, занимающего площадь в десятки и сотни квадратных километров, оказывается весьма затруднительным, а подчас просто невозможным.

При работе в поле исследователь может быть уверен, что находится в пределах одного ландшафта до тех пор, пока видит однотипное сочетание одних и тех же урочищ. Как только появляются новые урочища или изменяются закономерности размещения тех же самых урочищ, нужно быть очень внимательным, ибо где-то здесь проходит граница ландшафтов или их крупных морфологических частей - местностей. Чтобы окончательно решить вопрос о ранге разделяемых границей комплексов, нужно проанализировать весь фактический материал, характеризующий территорию исследования.

Представляя собой систему взаимосвязанных сравнительно простых ПТК (перечень которых может не исчерпываться рассмотренными выше единицами), ландшафт в то же время сам является составной частью более сложных ПТК и, в конечном счете, частью географической оболочки. Из этого исходил, давая свое определение ландшафта, А.Г. Исаченко: «Ландшафт - это генетически обособленная часть ландшафтной области, зоны и вообще всякой крупной региональной единицы, характеризующаяся однородностью как в зональном, так и в азональном отношении и обладающая индивидуальной структурой и индивидуальным морфологическим строением».

Зонально-азональная однородность находит свое выражение в общности фундамента ландшафта, макрорельефа и климата. Она включает и генетическое единство, так как лишь в результате всей предшествующей истории развития формируется современный облик ландшафта.

Таким образом, оба приведенных определения исходят из одних и тех же черт ландшафта и как бы дополняют друг друга. В 1991 г. А.Г. Исаченко дал близкое по смыслу краткое определение ландшафта, базирующееся на системном подходе: «Ландшафт - генетически единая геосистема, однородная по зональным и азональным признакам и заключающая в себе специфический набор сопряженных локальных геосистем».

Примером ландшафта может служить западная часть Томь-Яйского междуречья, расположенная на правом берегу р. Томь - притока Оби.

Ландшафт занимает в ряду соподчиненных ПТК особое (узловое) положение. Это отмечали в своих работах Н.А. Солнцев, А.А. Григорьев, А.Г. Исаченко, В.Б. Сочава и ряд других исследователей. Н.А. Солнцев считал ландшафт основной единицей географии, с которой собственно и начинается система таксономических единиц, а более мелкие, чем ландшафт, комплексы он называл морфологическими частями ландшафта,

А.А. Григорьеву принадлежит мысль о том, что зональность и азональность как основные закономерности дифференциации географической оболочки прослеживаются лишь до уровня ландшафта. Позднее ее развивал А.Г. Исаченко, отмечая, что все более мелкие ПТК обособляются в соответствии с местными закономерностями, изменяющимися от ландшафта к ландшафту.

Согласно В.Б. Сочаве, ландшафт (макрогеохора), с одной стороны, венчает ряд ПТК топологического уровня, а с другой — им начинается ряд единиц регионального уровня, а на стыке единиц регионального и планетарного уровня подобное ландшафту узловое положение занимает физико-географическая страна, или область, по терминологии В.Б. Сочавы.

Таким образом, в единой иерархической системе таксономических единиц намечаются три уровня организации - планетарный (глобальный), региональный и топологический (локальный), обусловленные разными закономерностями дифференциации географической оболочки на каждом из этих уровней. Это положение признается сейчас многими физико-географами. Наиболее резко против него выступал лишь Д.Л. Арманд, считая, что природа нераздельна, а поэтому таксономическая система не имеет «площадок» или «основных единиц».

Закономерности физико-географической дифференциации на разных уровнях и ступенях выявлены еще далеко не достаточно, что приводит к параллельному созданию таксономических систем ПТК, отличающихся как по количеству ступеней, так и по их соподчиненности.

В зависимости от масштаба работ в центре внимания исследователя могут быть не только ландшафты и их морфологические единицы, но и более крупные природные территориальные комплексы: физико-географические районы, провинции, зоны (отрезки зон внутри равнинных стран, называемые часто зональными областями) или горные области, физико-географические страны. Комплексы планетарного уровня вплоть до географической оболочки в целом вместе с аквальными комплексами также изучают физико-географы.

Разные уровни организации ПТК влияют и на специфику их исследования. Изучение ПТК топологического уровня (ландшафта и его морфологических единиц) базируется главным образом на первичной информации, собираемой непосредственно в поле, и ведется преимущественно индуктивным методом (от частного к общему). Планетарный уровень исследования строится в основном на использовании метода дедукции (от общего к частному) и вторичной (переработанной и обобщенной) информации о всей географической оболочке в целом и об отдельных компонентных оболочках. Комплексы этого уровня изучаются в камеральных условиях. При изучении ПТК регионального уровня исследование ведется путем сочетания дедуктивного (от более крупных единиц к более мелким, обособившимся в их пределах) и индуктивного (анализа внутренней структуры изучаемых ПТК) методов и основывается преимущественно на вторичной информации о различных компонентах природы и ПТК планетарного и топологического уровней. Исследование ПТК регионального уровня проводится преимущественно в камеральных условиях, доля полевых исследований при этом сокращается по мере возрастания ранга изучаемых комплексов. Основным методом их изучения является физико-географическое районирование.

В связи с тем, что специфика более крупных ПТК определяется особенностями ландшафтов, их слагающих, изучение любых комплексов регионального уровня не может производиться на основе только компонентного анализа без внимательного рассмотрения ландшафтной структуры территории, раскрывающей степень разнообразия и внутреннее строение каждого региона.

В понятие структура ПТК входит не только состав его элементов, но и связи — вещественные, энергетические, информационные. Каждый ПТК обладает своей специфической структурой - устойчивой упорядоченностью свойств, сохраняющейся при различных внутренних и внешних изменениях. Внутренние связи ПТК - связи между его структурными (составными) частями, т.е. между компонентами природы и между входящими в его состав более мелкими комплексами - определяют целостность и индивидуальность ПТК. Внешние связи - это связи между соседними одноранговыми комплексами, между изучаемым комплексом и вмещающим его более сложным ПТК и т.д. Они обеспечивают связи изучаемого комплекса с окружающей средой.

Следовательно, каждый ПТК любой размерности - открытая система, получающая вещество, энергию и информацию извне (от своей среды, окружения) и передающая ее другим ПТК (геосистемам). Различают связи прямые и обратные. Обратные связи в свою очередь делятся на положительные и отрицательные. При положительных связях эффект внешнего воздействия усиливается системой и может привести к ее быстрому разрушению, ибо она сама работает на разрушение. Примером может служить образование лавин. Отсюда и выражение - лавинообразный процесс. При отрицательной обратной связи эффект внешнего воздействия ослабляется, «гасится» системой, а сама система продолжает оставаться в пределах своего инварианта. Отрицательные обратные связи — это сопротивление системы внешнему воздействию. Они обеспечивают устойчивость ПТК, его способность оставаться самим собой, несмотря на внешние воздействия.

При вычленении ПТК необходимо руководствоваться как закономерностями внутренних взаимосвязей комплекса, создающих его качественную определенность, так и взаимодействиями изучаемого комплекса с окружающими его ПТК.

Внутренние закономерности лучше прослеживаются при ближайшем рассмотрении и детальном изучении ПТК. Чтобы их познать, исследователь должен находиться внутри комплекса. А чтобы обнаружить его отличие от соседних комплексов, нужно взглянуть на него со стороны, сравнить с другими комплексами, охватить единым взглядом весь комплекс на фоне окружающих его ПТК. Долгое время такой «взгляд со стороны» оказывался возможным лишь в отношении самых мелких ПТК — фаций, подурочищ и урочищ. В то же время достаточно крупные ПТК можно было изучать, лишь находясь внутри комплекса и не имея возможности взглянуть на него с некоторого расстояния, увидеть его на фоне окружающих ПТК.

Использование авиации позволило исследователям «подняться над» крупными урочищами, местностями и ландшафтами, следствием чего явилась большая объективность в проведении границ этих комплексов. И лишь выход человека за пределы географической оболочки, в Космос, позволил даже на такие крупные комплексы, как физико-географические страны, взглянуть «со стороны» как на части географической оболочки, увидеть их в сравнении друг с другом, в результате чего многие границы между довольно крупными и сложными ПТК, которые при наземных исследованиях считались переходными полосами, оказались хорошо заметными, четкими, линейными на аэрофото- и космоснимках.

Таким образом, сложность разграничения ПТК заключается в том, что исследователь должен одновременно учитывать множество как внутренних, так и внешних связей комплекса.

Стремление глубже познать отдельные специфические черты ПТК или влияние определенного фактора на его особенности нередко заставляет исследователя сосредоточить внимание на ограниченном наборе свойств и связей комплекса. В связи с этим появилось представление о различных структурах ПТК: пространственных, временных, функциональных и др. Внутри каждой отдельной структуры связи теснее, чем между разными структурами. Именно этим и вызвано относительное обособление самих структур, их вычленение из сложного клубка разнообразных связей ПТК, относительная их самостоятельность. В то же время все структуры в ПТК тесно переплетены между собой, взаимосвязаны и взаимообусловлены. Они образуют не случайный конгломерат структур, а единую интегральную структуру. Благодаря ей и возникает качественная определенность и пространственная ограниченность ПТК, его внутренняя упорядоченность и своеобразие. Эта сложная интегральная структура ПТК, включающая все многообразие его связей, может быть названа ландшафтной структурой.

Сложность и многоплановость ландшафтной структуры создают объективные предпосылки для возникновения разных направлений ее исследования, обусловливают необходимость сочетания различных аспектов изучения ландшафтной структуры для глубокого познания сущности ПТК, разработки научно обоснованных географических прогнозов и рекомендаций по рациональному использованию различных ПТК.

2.3 Взаимодействие природных и природно-антропогенных геосистемс глобальными факторами

Как отмечал Н.А. Солнцев, геолого-геоморфологическая основа играет особую роль в ПТК. Она квазистационарна (почти постоянна) для остальных компонентов. Как твердое тело, она довольно стабильна, и в случае превышения энергетического порога воздействия разрушается катастрофически. Разрушения носят необратимый характер, причем как для разрушения, так и для восстановления требуются максимальные, по сравнению с другими компонентами, энергетические затраты. Биота - живая часть геосистемы. Геома и биота - главные составляющие ПТК, при этом вторая гораздо более мобильна, чем первая. Поэтому, приступая к картографированию геосистем, мы в первую очередь обращаем внимание на геолого-геоморфологическую основу. Но мы были бы неправы, унаследовав на все времена и все случаи жизни лишь результат, а не методы его получения.

Метод, благодаря которому Н.А. Солнцев сделал свои выводы, - это метод попарного сравнения компонентов, исследования на максимум и минимум и противопоставления их прямо противоположных свойств. В чем «сила» геомы? В большой потенциальной энергии связей твердого вещества, в том, что период ее изменения по отношению к длительности человеческой жизни стремится к очень большим числам (для нас как бы к бесконечности). Мы можем сейчас наблюдать на земной поверхности породы, образовавшиеся миллиарды лет назад. Наоборот, многие представители биоты способны дать несколько поколений в день. Период изменений очень мал, но частота (величина, обратная периоду) также может стремиться к большому числу. Да еще их продукцию надо умножить на количество организмов. Таким образом, «сила» биоты заключается в скорости ее изменения, в частоте повторения циклов размножения. Следует проводить эту операцию в каждом конкретном случае, уметь переходить от абсолютных утверждений типа «биота всегда слабее» к относительным, по отношению к определенному периоду, определенным объектам. Геосистема взаимодействует со всеми глобальными факторами. Внешние воздействия на геолого-геоморфологическую основу передаются ею всем другим компонентам ПТК не только непосредственно, сразу (как, например, нагрев поверхности Солнцем), но и большей частью через какое-то время в суммированном виде, значительно преобразованном участием других компонентов (например, изменение морфологической структуры ландшафта под влиянием эрозии). Геолого-геоморфологическая основа наиболее самостоятельна (наиболее независима от глобальных факторов в пределах характерного времени существования большинства конкретных ПТК) и более инерционна (опять-таки, смотря в каком случае).

Похожими чертами обладает почва. Однако это принципиально другое, биокосное тело, обладающее свойствами как неживого, так и живого вещества (биохимический продукт, как тесто для хлеба). Почва есть функция от солнечного тепла на поверхности Земли, при активном участии биоты. Она способна к самовосстановлению (до известного предела), однако менее самостоятельна, разрушается не только механически, но и может потерять биоту («стерильная» почва). Время инерции почвы (реакции на изменение среды), как правило, значительно меньше, чем у геолого-геоморфологической основы в целом. Остальные компоненты еще менее самостоятельны: они все время зависят от состояния циркуляции атмосферы и влагопереноса. Самое малое время инерции у атмосферы.

Под «давлением жизни» (выражение В.И. Вернадского) имеется в виду всеобщая распространенность жизни по поверхности Земли, способность организмов к размножению, к заселению свободных мест, к занятию «экологических ниш», иногда даже как бы вопреки неблагоприятным условиям существования. Именно из-за высокой частоты циклов размножения «давление жизни» может быть очень существенным.

За счет работы механизма обратных связей в цикле биологического (биогеохимического) круговорота природная геосистема и особенно ее «центр», «фокус» (насыщенная биологическими объектами тонкая среда раздела и взаимопроникновения земля – вода - воздух) как бы «сама себя строит», создает свою вертикальную (компонентную) и горизонтальную (морфологическую) структуру. Влияние глобальных факторов на геосистему огромно, но и геосистема, в свою очередь, влияет и на земную поверхность, и на атмосферу, и на банк организмов. И хотя это влияние от каждой отдельной геосистемы в короткий промежуток времени незначительно, оно может суммироваться как в пространстве (если много геосистем оказывают одно и то же воздействие), так и во времени, приобретая значение фактора, определяющего дальнейшую эволюцию ландшафтной оболочки. Именно этот кумулятивный эффект работы относительно «слабых», но «устойчивых» связей, привел к созданию атмосферы и всех геологических осадочных пород. Таким образом, мы должны учитывать сумму, или интеграл по времени и (или) по пространству. Н.А. Солнцев предупреждал о необходимости не путать интегрированное и мгновенное значение. Мгновенное, «сиюминутное» значение, наблюдаемое при однократном экспедиционном посещении объекта, превращается в некоторый отрезок времени при стационарных наблюдениях. Это уже другие методики. От абсолютных значений приходится переходить к работе с приращениями: со скоростями процессов, с ускорениями, т.е. к первой и второй производным от каждой переменной. В этом случае обнаруживается неточность жесткой абсолютизации «силы» и «слабости» компонентов.

В связях отдельных природных геосистем (ПТК) с общим вещественно-энергетическим обменом в масштабе всей Земли управляющим блоком служит земная поверхность, и содержание картографической модели этого блока меняется в зависимости от масштаба карты (глобального, регионального или локального). Реальная иерархия вложенных и объемлющих геосистем более сложная и может быть разная в различных регионах. Она изучается методами систематизации, классификации, районирования. Названные три ранга - наиболее общие, бесспорные. Сейчас можно не стремиться совместить в одной карте все три модели - глобальную, региональную и локальную, так как для этого есть ГИС. В то же время желательно каждую карту снабжать врезками более крупного («ключевые» участки) и более мелкого (схемы районирования) масштабов.

Если мы захотим отразить взаимодействие природно-антропогенной геосистемы (антропогенно измененного ПТК) с глобальными факторами, то нужно добавить аналогично «давлению жизни» еще блок «антропогенного давления». Это банк видов культурных растений и других организмов, в том числе самого человека, энергетическое и вещественное воздействие (перераспределение вещества и энергии). Под «социально-экономическим давлением» также имеются в виду социально-экономические условия, которые заставляют как человечество в целом, так и отдельные государства, группы людей взаимодействовать с природой определенным образом.

Например, нельзя перестать обрабатывать землю вообще, но можно это делать иначе, в зависимости от научно-технических достижений и материальных средств; можно ослабить нагрузку на конкретных участках и на определенное время, хотя возможность такого локального маневра все уменьшается. Часто (но далеко не всегда) «давление жизни» оказывает действие, противоположное действию «социально-экономического давления»; таким образом оно как бы «залечивает раны», нанесенные антропогенным воздействием географической оболочке. Если понимать ноосферу по В.И. Вернадскому как разумное сосуществование и управление природой в условиях социальной справедливости, то этого на Земле еще нет. Но можно понимать ноосферу как социально-экономическое давление.

Антропогенный прессинг - это и есть пример взрывного по геологическим меркам развития «слабого» компонента - биоты, меняющего все остальные компоненты, когда к достаточно высокой частоте циклов размножения добавилось новое качество - повышенная способность к передаче опыта. В результате этого популяция научилась «уплотняться». Во время узкоспециализированной охоты на мамонта, чтобы прокормить одного человека, требовалась территория около 100 км2, при подсечно-огневом земледелии - около 10 га, теперь, по разным подсчетам, - 0,35 - 0,40 га.

Природно-антропогенный комплекс понимают в основном как ПТК, у которого изменен хотя бы один компонент. Классификация таких ПАТК впервые разработана Ф.Н. Мильковым. За ее основу взят традиционный для географии, казалось бы, самый простой признак: степень измененности в баллах (слабая, средняя, сильная; градаций может быть и больше), и характер воздействия разных отраслей человеческой деятельности (промышленной, лесохозяйственной, сельскохозяйственной, рекреационной и т.д.).

Еще выделяют обратимые и необратимые изменения, т.е. может геосистема при снятии нагрузки вернуться к прежнему своему состоянию или ее развитие пошло по другому пути. Это уже системные, кибернетические понятия. Такие категории опять-таки не абсолютны. Например, обратимо или необратимо изменены территории городов, если они зачастую сохраняют даже все водосборы? Обратимо или необратимо изменена географическая оболочка, если человек вынужден изымать ресурсы и поддерживать режимы геотехнических систем?

Возможно, более конструктивными были бы классификации по вещественно-энергетическому принципу, т.е. по материало- и энергоемкости воздействия. Однако мешают, по-видимому, не только трудность определения геомасс, неточность и трудоемкость балансовых методов, но и все еще слабая освоенность системных, информационных подходов. Здесь ключевым является осознание механизма цикла, включающего понятия «системный регулятор» и «обратная связь».

География как комплексная, синтетическая наука вынуждена много заимствовать из смежных дисциплин. Рационально было бы из естественных наук заимствовать методы, а из гуманитарных оформление, например драматургию, красоту описаний. К сожалению, нередко бывает наоборот: из естественных берется внешняя оболочка (формулы, сложные новые термины), а их объяснение не из первоисточника, а из гуманитарных, художественных трактовок. Такой путь может привести к созданию псевдонауки, либо потребует долгих усилий по освоению термина. Классический пример — понятие обратной связи, которую подавляющее большинство географов воспринимали лишь как ответную реакцию, что было даже закреплено в справочнике. Недоразумение остается и до сих пор, поэтому требует тщательного разбора, как ключевое.

Обратная связь — не просто однократный акт ответной реакции. Главное, что благодаря этой связи реализуется алгоритм цикла, т.е. программа, по которой действие может неограниченно повторяться. Вся изюминка в том, что с помощью этой связи замыкается причинно-следственная цепочка: результат первого прохождения цикла (следствие) влияет на свою же причину в следующем обороте цикла. Результат, полученный в следующем витке, опять подмешивается в начальные условия и т.д.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5