Свойства геосистем и ландшафтов. Пространственная и временная организация ландшафтов (стр. 2 из 3)
Природным процессам свойственна изменчивость во времени (например, динамика влагозапасов, уровней воды, запасов солей, содержания загрязняющих веществ). Динамика определяется действующими силами, проводимостью природных тел, а кроме того — способностью вмещать в себя вещество и энергию. Вмещающая способность природных тел не всегда сводится к исчислению геометрических объемов, свободных для вмещения. В природных телах существует равновесное насыщение, когда количе
ство вмещаемого вещества/энергии является результатом действия суммы удерживающих и вытесняющих сил. В качестве примера можно назвать запас влаги в капиллярной кайме, который определяется балансом между капиллярно-каркасным и гравитационным потенциалами.Емкость — способность природного тела вмещать и удерживать определенное количество вещества или энергии при равновесии всех действующих сил. Так, почву можно характеризовать коэффициентом влагоемкости, который показывает, как меняется влажность (содержание влаги в единице объема почвы) в зависимости от полного напора (т.е. суммы всех действующих сил).
Емкостные свойства изменчивы и зависят от состава свойств природного тела (для влагоемкости почвы — от относительного объема порового пространства и размеров пор). Возможность управления емкостными свойствами можно проиллюстрировать на примере теплоемкости почвы. Теплоемкость единицы объема почвы как системы, состоящей из твердых частиц, воздуха и воды, можно записать в виде:
С =стфVтф+свозVвоз+сводVвод,
где стф, своз, свод — теплоемкости фаз (твердой, воздуха и воды; стф = 0,8... 1,3Дж/ (смэ *К); своз = 0,0013Дж/(см3 *К); свод = 4,2 Дж/(см3 * К)); Vтф, Vвоз и Vвод - относительные объемы фаз, Vтф + Vвоз + Vвод = 1.
Меняя соотношение влаги и воздуха в почве увлажнением или дренированием, можно многократно менять ее теплоемкость за счет очень разных удельных теплоемкостей воды и воздуха.
В гидрогеологии при рассмотрении неустановившегося движения грунтовых вод используются емкостные, по сути, показатели — коэффициент водоотдачи δ (при опускании уровня грунтовых вод — отношение объема вытекшей воды к объему осушенного грунта) и недостаток водонасыщения (при подъеме УГВ). Емкостные свойства определяют инертность потоков. Мерой инертности потока грунтовых вод является коэффициент уров-непроводности а и характерное время стабилизации t, в течение которого на расстоянии Lот границы потока происходит примерно 90 % возможного изменения уровня, вызванного изменением напора на указанной границе,
a= kT/ δ, t= δL²/kT
Последние исследования процессов засоления и рассоления почв (А. И. Голованов) показали, что при стабильных внешних воздействиях (местном климате и базисе эрозии) наступает стабильное засоление. Это дало основания говорить о галогеохимической емкости почв, которая характеризуется стабилизировавшимися средне - многолетними запасами солей. Они подвержены годовым изменениям, зависят от влагоемкости и емкости поглощения почв. Учет галоемкости почв позволяет более адекватно описывать многолетние процессы засоления и рассоления почв. Мелиорация засоленных почв по существу сводится к управлению галоемкостью почв.
2.Пространственная и временная организация ландшафтов
Различают пространственную, временную и пространственно-временную организацию ландшафтов. Понятие «организация» (от фр. organisation — совокупность процессов или действий, ведущих к образованию и совершенствованию взаимосвязей между частями целого) ориентирует на поиск закономерностей механизма соединения разнородных компонентов, комплексов в единое целое. Организация рассматривает вопросы структуры ландшафта и его функционирования, т. е. изменений, обеспечивающих устойчивость.
2.1. Пространственная организация
Она может быть горизонтальной и вертикальной.
Горизонтальная организация ландшафтов. Изучать ее начинают с рассмотрения морфологической структуры. Для этого рассматривают комплексы более низкого ранга, чем ландшафт: фации, подурочища, урочища, местность. Пространственная организация комплексов включает: сочетание фаций, подурочищ, типов урочищ и местностей, пропорции площадей, закономерности чередования, неравенство и группы комплексов, характер их границ и соседство, связи между комплексами низшего ранга. Выявляют характерные черты горизонтальной структуры, зависящие от сформировавших их условий: зональные, азональные, пойменные, террасовые, моренные и т.д. Устанавливают воздействие осадков на внутриландшафтные процессы: поверхностный, внутрипочвенный, грунтовый сток и связанное с ним перемещение вещества. Представление об иерархии в горизонтальной структуре и горизонтальных связях между комплексами помогает раскрыть механизм формирования и возможности сохранения и управления организацией ландшафтов. Учитывая направления связей в моделях с односторонним или двусторонним перемещением вещества, можно объяснить и упорядочить комбинации горизонтальной территориальной организации ландшафтов, их границ и границ, выполняющих функции мембран или барьеров (частью или полностью). Горизонтальную систему внутренних связей природных комплексов в ландшафтоведении определяют как межсистемную, характеризующую взаимное расположение частей и способы их соединения.
Вертикальная организация ландшафтов. Она выражается в ярусном расположении компонентов в соответствии с плотностью слагающего их вещества. Контактное взаимопроникновение и взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы обеспечило формирование производного компонента — почв. Взаимосвязь между компонентами географической оболочки (литосферой, атмосферой, гидросферой, почвой и биотой) в пределах конкретных ландшафтов изучают уже давно. Различия же вертикальной организации в пределах выделенных морфологических структур ландшафта основательно еще не раскрыты. Пока ясно, что ландшафт — сложная интегральная система элементарных вертикальных структур, и анализ межкомпонентных связей, в конечном счете, нельзя сводить к простым элементарным составляющим, к редукции целого в геосистеме. Поэтому проблема изученности совокупности процессов, ведущих к образованию вертикальных взаимосвязей между компонентами ландшафта, отстает от изученности горизонтальной составляющей. В механизмах вертикальной организации ландшафтов большое значение имеют круговороты веществ и энергии, вертикальные потоки тепла и влаги, движение почвенных растворов, миграция органики и т. д.
2.2. Временная организация ландшафтов
Существование пространственных элементов ландшафта распространяется и на время. Изменения в ландшафте происходят с некоторой устойчивой повторяемостью, ритмичностью и цикличностью. У человека создается впечатление постоянства объекта, хотя часть его состояний изменяется ежедневно и ежечасно (внутрисуточные изменения). Поэтому возникла проблема единства разновременных процессов. Ландшафт как сложное образование формируется за счет связей и процессов. Совокупность устойчиво повторяющихся процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии, связей и состояний называют функционированием.
При расчленении всех временных изменений, происходящих в ландшафте и с ландшафтом, выделяют три временные группы: краткопериодичные (функционирование), среднепериодичные (динамика), длиннопериодичные (эволюция). Разномасштабные процессы и явления: функционирование, динамика, эволюция, объединяются общим понятием «изменение».
Функционирование ландшафта. Это интегральный природный процесс, который складывается из множества элементарных процессов механической, физической, химической, биологической природы.
В краткопериодичной размерности, длительностью от суток до года включительно, отмечают переходы одного состояния в другое: дневного в ночное, осеннего в зимнее и т.д. Во временную организацию механизма функционирования ландшафта включены пять составляющих: влагооборот, трансформация солнечной энергии, перенос твердых масс, движение воздушных масс, био- и геохимический цикл. В функционировании, наряду с простым протоколированием состояний отдельных элементов, требуются обобщающие взаимосвязи процессов, характеризующих функционирование в увязке с космическими ритмами. При такой классификации временной организации будут выражены космические и планетарные циклы, ритмы, биотическая активность и человеческая деятельность.
Динамика ландшафта. Это вторая группа понятий во временной размерности организации ландшафтов. С одной стороны, динамика перекрывается функционированием, так как высокочастотные колебания до года включительно относятся к функционированию. Более длительные временные колебания — многолетние, вековые уже ближе к эволюции, хотя и не тождественны ей. Масштаб динамической смены находится в интервале от десятков до 500...600 лет. В период динамических изменений закладываются связи будущих коренных трансформаций ландшафта. Динамика ландшафта диалектически связана с его устойчивостью. Так, многолетние обратимые динамичные смены состояний ландшафта указывают на его способность возвращаться в исходное состояние, т.е. на устойчивость. В процессе динамичной смены состояний ландшафт может оставаться «самим собой» до тех пор, пока его устойчивость не будет нарушена внешними или внутренними причинами. К внешним причинам относятся: период климатических изменений, биологических циклов, тектонических движений, изменения уровня моря, воздействие человека.