Принципы хроноорганизации природных явлений были сформулированы В.Н. Солнцевым (1981), которые он видит аналогично представлениям об их пространственной организации. Одна из главных идей здесь сводится к тому, что процессы разной длительности, подобно процессам разного пространственного масштаба, характеризуются качественным своеобразием, приводящим к возникновению в объектах, охваченных этими процессами, новых качеств. Однако, несмотря на известную аналогичность, временные построения не обладают такой же простотой и убедительностью, как пространственные.
Временная изменчивость процессов, идущих на земной поверхности в пределах географической оболочки, довольно хорошо известна. Найти в этой изменчивости черты упорядоченности, устойчивости, структуризованности - это основное содержание хроноорганизации географической реальности, которое и было сформулировано В.Н. Солнцевым (1981) в нескольких постулатах.
1. Хроноизменчивости географических явлений (процессов и объ
ектов) свойственен колебательный характер. Это объясняется тем, что
все географические объекты «можно рассматривать как области разно
образных динамических физико-химических равновесий, стремящихся
достигнуть устойчивого состояния, непрерывно нарушаемого вхожде
нием в них чуждых данному динамическому равновесию проявлений
энергии» (Вернадский, 1934).
2. Хроноизменчивость географических явлений свойственно внут
реннее разнообразие, выражающееся в очень пестром спектре наблю
даемых колебаний. Это объясняется тем, что географические объекты
характеризуются огромным разнообразием агрегатных и фазовых со
стояний. В связи с этим выделяются:
- интервалы с периодом менее долей секунд, характерные для
«глубинных» (атомных, молекулярных и т.п.) явлений;
- мелкомасштабные явления (периоды от долей секунд до десятков
минут);
- мезомасштабные (периоды от часов до суток);
- синоптические (периоды от нескольких суток до месяцев);
- сезонные (внутригодовые периоды);
- междугодичные (периоды в несколько лет;
- внутривековые (периоды в десятки лет);
- междувековые (периоды в сотни лет);
- сверхвековые (периоды в тысячи лет).
3. Хроноизменчивости всех географических процессов в целом
свойственна квазипериодичность, т.е. отсутствие строгой периодично
сти. Это объясняется тем, что любые объекты обладают инерционно
стью, что приводит к «смазыванию» их начальной периодичности и от
сутствию четкой границы между хроноинтервалами.
4. Среди источников хроноизменчивости географических явлений
есть воздействия, носящие строго периодический характер. К ним отно
сится инсоляция с двумя периодами колебаний (суточным и годовым), а
также воздействие гравитационного поля земной поверхности, которое
является постоянным в эти отрезки времени.
5. Внешние (по отношению к геооболочке) периодические инсоля-
ционные и гравитационные воздействия играют роль фактора упорядо
чивания, согласования, синхронизации колебаний географических явле
ний. Тем самым они сильнейшим образом определяют всю хроноорга-
низацию географической реальности.
Функционально-динамические свойства природных ландшафтов
Изменение ландшафтов
Изменение ландшафта - это приобретение им новых или утрата прежних свойств в результате внешнего воздействия (природного, антропогенного) или под влиянием внутренних процессов, которые действуют, как правило, одновременно.
К внешним причинам изменения ландшафта относятся космические, тектонические, антропогенно-техногенные, эволюционные, связанные с эволюцией ПТК более высокого ранга.
Внутренние причины - это противоречивые взаимодействия компонентов в процессе функционирования ландшафта, которые являются движущей силой саморазвития ландшафта. Саморазвитие - это поступательное прогрессивное самоизменение, которое определяется внутренними противоречиями. Сущность их состоит в стремлении компонентов к достижению равновесия и в то же время - в неизбежном его нарушении. Например, в процессе взаимодействия растительности с абиотическими компонентами растения стремятся приспособиться к среде, но своей жизнедеятельностью эту среду постоянно меняют (Мар-цинкевич, 1986).
В процессе изменения географических объектов противоречивыми силами являются экзогенные и эндогенные процессы, снос и отложение, поглощение и отдача тепла, испарение и конденсация, взаимодействие почвы и растений, организмов и среды и т.д. При этом влияние внешних факторов всегда опосредовано через внутренние источники изменений.
Практически любое воздействие на ландшафт, вследствие тесной взаимосвязи его компонентов, сопровождается целой цепью изменений. Характер изменений зависит от многих факторов - от типа воздействия, его продолжительности и режима, от характера зависимостей свойств внутри ландшафта. Изменения ландшафта классифицируют чаще всего по источнику (эндогенные и экзогенные), интенсивности (слабые, сильные), направленности (регрессивные, прогрессивные, обратимые и необратимые), охвату (изменение ландшафта в целом или его отдельных элементов), скорости (постепенные, резкие) (Хромых, 2008).
Все изменения в ландшафте можно разделить на три группы: функционирование, динамика и развитие.
Функционирование ландшафтов
Функционирование (от латинского function - деятельность) ландшафта - устойчивая последовательность постоянно действующих процессов обмена и преобразования вещества, энергии и информации,
обеспечивающая сохранение состояния ландшафта в течение значительного промежутка времени.
В процессе функционирования геосистемы создается динамическое равновесие основных ее параметров. Несмотря на постоянные изменения температуры, влажности и других энергетических, вещественных и информационных характеристик, основные параметры структуры удерживаются на относительно постоянном уровне, испытывая лишь периодические колебания.
Функционирование носит цикличный, и поэтому обратимый характер. Каждый цикл имеет свою продолжительность во времени (суточные, сезонные и многолетние циклы). В период циклов осуществляется функционирование ландшафтов посредством круговорота и трансформации солнечной энергии, влагооборота, газооборота и газообмена, миграции химических элементов, биологического метаболизма и т.д. Так, могут быть ночные и дневные фазы в суточном цикле, осенние, зимние, весенние и летние - в сезонном цикле. При этом ландшафт и его морфологические части приобретают свойства, которые зависят от динамической фазы того или иного цикла и выражаются в определенном состоянии. Эти состояния ПТК представляют собой временнýю структуру ландшафта, которая обратима во времени (Марцинкевич, 1986).
А.Г. Исаченко (1991) выделил три главных процесса функционирования ландшафта: 1) влагооборот, 2) минеральный обмен или геохимический круговорот, 3) энергообмен, в каждом из которых необходимо различать биотическую и абиотическую составляющие. В результате единства функционирования геосистемы как целого три основных звена функционирования практически всегда перекрываются. Например, транспирация растений - составной элемент влагооборота и одновременно биологического метаболизма и энергетики ландшафта. Поэтому разделение всего процесса функционирования на звенья имеет условный характер.
В каждом звене важно различать внешние (входящие и выходящие) потоки и внутренний оборот. Функционирование геосистем имеет квазизамкнутый характер, т.е. форму круговоротов с годичным циклом. Степень замкнутости цикла может сильно варьировать, представляя важную характеристику ландшафта. От интенсивности внутреннего энергомассообмена зависят многие качества ландшафта, в частности его устойчивость к возмущающим внешним воздействиям (Исаченко, 1991).
Ниже рассмотрим основные процессы, протекающие в ландшафте и характеризующие его функционирование.
Влагооборот.
Сложная система водных потоков пронизывает ландшафт. Посредством потоков влаги происходит основной минеральный обмен между блоками ландшафта, а также преимущественно осуществляются внешние вещественные связи геосистемы. Перемещение влаги сопровождается формированием растворов, коллоидов и взвесей, транспортировкой и аккумуляцией химических элементов; подавляющее большинство геохимических (в том числе биогеохимических) реакций происходит в водной среде.
Схематично влагооборот в ландшафте представлен на рисунке 23.
Рис. 23. Схема влагооборота в широколиственном лесу (в мм) (по А.Г. Исаченко, 1991)
Ежегодный запас влаги, обращающейся в ландшафте, составляют атмосферные осадки - жидкие и твердые, а также вода, поступающая в почву за счет конденсации водяного пара. Часть осадков перехватывается поверхностью растительного покрова и, испаряясь с нее, возвращается в атмосферу; в лесу некоторое количество стекает по стволам деревьев и попадает в почву. Влага, непосредственно выпадающая на поверхность почвы, частично уходит за пределы ландшафта с поверхностным стоком и затрачивается на физическое испарение, остальное количество фильтруется в почвогрунты. Небольшая доля воды расходуется на абиотические процессы в почве, участвует в гидратации и дегидрата-
ции, часть почвенно-грунтовой влаги выпадает из внутреннего оборота (подземный сток); при иссушении почвы влага поднимается по капиллярам и может пополнить поток испарения. В большинстве ландшафтов почвенные запасы влаги в основном всасываются корнями растений и вовлекаются в продукционный процесс.
Интенсивность влагооборота и его структура специфичны для разных ландшафтов и зависят от количества осадков и энергообеспеченности, подчиняясь зональным и азональным закономерностям (табл. 1).
Таблица 1
Основные элементы водного баланса ландшафтов в различных природных зонах, мм/год (по А.Г. Исаченко, 1991)
| Ландшафты | Осадки | Испарение | Сток |
| Тундровые восточноевропейские | |||
| Северотаежные восточноевропейские | |||
| Среднетаежные восточноевропейские | |||
| Южнотаежные восточноевропейские | |||
| Подтаежные: восточноевропейские западносибирские | 700 550 | ||
| Широколиственнолесные: западноевропейские восточноевропейские | 750 650 | 525 520 | 225 130 |
| Лесостепные: восточноевропейские западносибирские | 510 410 | ||
| Степные восточноевропейские | |||
| Полупустынные казахстанские | |||
| Пустынные: туранские тропические североафриканские | 150 10 | 150 10 | 0 0 |
| Субтропические влажные лесные восточно-азиатские | |||
| Саванновые: опустыненные североафриканские типичные североафриканские влажные североафриканские | 250 750 1200 | 240 675 960 | 75 240 |
| Влажные экваториальные: центральноафриканские амазонские | 1800 2500 | 1200 1250 | 600 1250 |
Биогенный круговорот веществ.
Биогеохимический цикл, или «малый биологический круговорот», -одно из главных звеньев функционирования геосистем. В основе его лежит продукционный процесс, т.е. образование органического вещества первичными продуцентами (зелеными растениями). Около половины создаваемого при фотосинтезе органического вещества окисляется до С02 при дыхании и возвращается в атмосферу. Оставшаяся фитомасса -первичная продукция, частично поступает в трофическую цепочку - потребляется растительноядными животными и далее плотоядными животными, а частично отмирает.
Органическая масса после отмирания разрушается животными-сапрофагами, бактериями, грибами, актиномицетами. В конечном счете, мертвые органические остатки минерализуются микроорганизмами. Конечные продукты минерализации возвращаются в атмосферу (С02 и другие летучие соединения) и в почву (зольные элементы и азот). Процессы созидания и разрушения биомассы не всегда сбалансированы -часть ее (в среднем менее 1%) может выпадать из круговорота на более или менее длительное время и аккумулироваться в почве (в виде гумуса) и в осадочных породах.
Важнейшие показатели биогенного звена функционирования - запасы фитомассы и величина годовой первичной продукции, а также количество опада и аккумулируемого мертвого органического вещества. Продуктивность биоты определяется как географическими факторами, так и биологическими особенностями различных видов (табл. 2).
Таблица 2
Запасы и продуктивность фитомассы плакорных сообществ различных зон и подзон (по А.А. Исаченко, 1991)
| Зоны (подзоны) | Фитомасса, т/га | Продукция, т/га в год |
| Полярные пустыни | 1,6 | 0,2 |
| Арктическая тундра | ||
| Субарктическая тундра | ||
| Лесотундра | ||
| Северная тайга (темнохвойная) | ||
| Средняя тайга (темнохвойная) | 6,5 | |
| Южная тайга (темнохвойная) | ||
| Подтайга западносибирская | ||
| Широколиственные леса восточноевропейские | ||
| Широколиственные леса новозеландские | ||
| Луговые степи европейско-сибирские | ||
| Типичные суббореальные степи | 10-13 | 10-13 |
Продолжение таблицы 2
| Зоны (подзоны) | Фитомасса, т/га | Продукция, т/га в год |
| Сухие суббореальные степи | ||
| Пустыни суббореальные | 1,2 | |
| Пустыни тропические | 1,5 | 0,5 |
| Влажные субтропические леса | ||
| Субтропические секвойевые леса | >1000 (до 4250) | до 27 |
| Саванны типичные | ||
| Сезонно-влажные саванновые леса | ||
| Влажные экваториальные леса | 30-40 |
Абиотическая миграция веществ.
Абиотические потоки вещества в ландшафте в значительной мере подчинены воздействию силы тяжести и в основном осуществляют внешние связи ландшафта. В отличие от биологического метаболизма абиотическая миграция не имеет характера круговоротов, поскольку гравитационные потоки однонаправлены, т.е. необратимы. Ландшафт-но-географическая сущность абиотической миграции вещества состоит в том, что с нею осуществляется латеральный перенос материала между ландшафтами и между их морфологическими частями и безвозвратный вынос вещества в Мировой океан. Значительно меньше участие абиотических потоков в системе внутренних (вертикальных, межкомпонентных) связей в ландшафте.
Вещество литосферы мигрирует в ландшафте в двух основных формах: 1) в виде геохимически пассивных твердых продуктов денудации - обломочного материала, перемещаемого под действием силы тяжести вдоль склонов, механических примесей в воде (влекомые и взвешенные наносы) и воздухе (пыль); 2) в виде водорастворимых веществ, т.е. ионов, подверженных перемещению с водными потоками и участвующих в геохимических и биохимических реакциях.