Определение динамики ландшафта.

В процессе функционирования в ландшафтах происходят разнообразные структурные изменения. Различают прежде всего два основных типа изменений: а) обратимые и б) необратимые. К первым относятся сезонные смены, а также изменения катаст­рофического характера, не приводящие к изменению структуры ландшафта, его инварианту (совокупности устойчивых отличи­тельных черт геосистемы). При необратимых изменениях воз­врата к прежнему состоянию не происходит: изменения идут в одну сторону, в определенном направлении. Все обратимые из­менения образуют динамику ландшафта, иначе определяемую как смену состояний геосистемв рамках одного инварианта.

Под состоянием геосистемы подразумевается упорядочен­ное соотношение параметров ее структуры и функций в опреде­ленный промежуток времени (Беручашвили). Смена одного состояния другим сопровождается изменением структу­ры и функционирования геосистемы.

С динамикой ландшафта связаны многие другие свойства геосистем. С одной стороны, динамика по существу перекрыва­ется с функционированием: динамические колебания до года от­носятся к функционированию, а колебания с более длительным временным диапазоном можно рассматривать как многолетние и вековые флуктуации функционирования. С другой стороны, ди­намика имеет близкое отношение к эволюции и развитию, хотя и не тождественна им, т.к. в ходе динамических изменений закла­дываются тенденции будущих коренных трансформаций ланд­шафта. Наконец, динамика тесно связана с устойчивостью: именно обратимые динамические смены указывают на способ­ность ландшафта возвращаться к исходному состоянию.

Природные геосистемы постоянно меняются. Любая геосис­тема в своей структуре и функционировании изменяется адап­тивно, т.е. подстраивается к новым условиям. Пример: приуро­ченность цветения большинства растений в средней полосе к периоду после таяния снега. Часто при адаптации к разным ус­ловиям одна и та же геосистема может быть представлена раз­личными вариантами своей вертикальной и горизонтальной структуры, т.е. система меняет свои состояния.

Различают несколько видов ландшафтной динамики (Нико­лаев):

1. Динамика природных ритмов. Ритмика (от греч. rtythmos - размеренность, стройность) природной геосистемы - по­вторяемость в определенной последовательности различных ее состояний, отличающихся спецификой структуры и функциони­рования. Эти состояния периодически повторяются, т.е. ритмика геосистемы - обратимые изменения. Существует иерархия ди­намических состояний природных геосистем: многовековые, ве­ковые, 30-летние, 11-летние, квазидвухлетние, годичные, сезон­ные, подсезонные, синоптические (погодные), суточные (стексы, Беручашвили). Ландшафтные ритмы с различными харак­терными временами накладываются друг на друга. Ритмичность природных процессов, связанную с солнечной активностью, подробно изучал А.Л. Чижевский.

2. Динамика ландшафтных трендов. Когда природная гео­система, помимо обратимых колебательных изменений, характе­ризуется определенной направленностью развития (например, прогрессирующее заболачивание таежного ландшафта, опусты­нивание степи или тундры и т.п.), направленной динамикой, то можно сказать, что системе свойственен динамический тренд. Ландшафтный тренд(от англ. trand- общее направление, тен­денция) - современные направленные изменения природной геосистемы (например, заболачивание, осолончакование, опус­тынивание), прослеживаемые на фоне колебательной ритмики.
Тренд есть реакция системы на изменения внешней среды (кли­матические, неотектонические, гидрологические) или следствие спонтанного развития геосистемы (например, постепенное превращение озера в верховое болото, или постепенное превраще­ние пойменной геосистемы в надпойменно-террасовую).

3. Динамика природных катастроф. К природным катастро­фам относятся лавины, сели, обвалы, ураганы, извержения вулка­нов, наводнения, лесные пожары и т.п. Динамика природных ка­тастроф происходит в сравнительно сжатые отрезки времени и влечет за собой разрушение или полное уничтожение биоты и почвенного покрова, некоторые изменения литогенной основы.

4. Динамика восстановительной сукцессии. После природ­ной катастрофы ландшафт в течение нескольких десятков и даже сотен лет восстанавливает свою вертикальную и горизонталь­ную структуру. Этот процесс называется восстановительной сукцессией (пример отрицательной обратной связи), а период, в течение которого он длится - периодом релаксации. Ландшафт­ная сукцессиия- стадийные изменения природной геосистемы, возникающие вследствие природных или антропогенных нару­шений и направленные на ее восстановление, приведение ее в относительно устойчивое (климаксовое) состояние. Характер­ное время природной геосистемы — время, необходимое для прохождения геосистемой серии состояний с возвратом к услов­но исходному состоянию, т.е. время полного колебания.

5. Антропогенная динамика геосистем. Такая динамика обу­словлена хозяйственной нагрузкой на геосистему- ускоренной эрозией и дефляцией почв, вторичным засолением почв на оро­шаемых участках в аридных условиях, дигрессией пастбищ, вы­рубкой лесов, заболачиванием подтопленных побережий водо­хранилищ, опустыниванием, загрязнением (евтрофикацией) сре­ды и т.д. Антропогенная динамика геосистем в большинстве слу­чаев осуществляется природными процессами (эрозией, дефляци­ей, заболачиванием), но стимулированными человеком. Как правило, антропогенная динамика ведет к разрушению геосистем. Часто деятельность человека играет роль «спускового крючка», стартера, вслед за которым по закону положительной обратной связи развертывается цепная реакция разрушения ландшафта.

Динамики природных ритмов и восстановительных сукцес­сий являются видами стабилизирующей динамики ландшафта, остальные виды динамики ведут к необратимому качественному изменению или даже разрушению ландшафта.

2. Природные ритмы ландшафтов и их иерархия.

В литературе достаточно широко принято говорить о рит­мичности природных явлений. Под ритмом в данном случае по­нимается ход периодической и циклической динамики. Динами­ка ландшафта обусловлена преимущественно (хотя и не исключительно) внешними факторами, прежде всего планетарно-астрономическими. Из обширной шкалы иерархии ритмов мы рассмотрим наиболее изученные.

Суточная ритмика. Смена дня и ночи влечет за собой изме­нения в температуре, влажности, движении воздуха. В наших широтах внутрисуточная смена погоды наглядно прослеживает­ся летом в антициклональных условиях: солнечное и тихое утро - кучевые облака в полдень - грозы с порывами ветра во второй половине дня. При циклональной погоде общий фронтальный перенос тепла и влаги ослабляет и сильно нарушает суточную ритмику погоды.

Смена освещения и погоды также определяет суточную ди­намику биоты. У растений происходят изменения в организме (фотосинтез, транспирация и др.), животные мигрируют в зави­симости от времени суток, отдыхают или ведут активный образ жизни. В высоких широтах суточная ритмика ослабевает и пол­ностью теряет свое значение вблизи полюсов.

Сезонная ритмика. Она связана со сменой сезонов года. Степень ее выраженности неодинакова в разных широтах. Наи­более полно она проявляется в умеренном поясе, где хорошо выражены все четыре сезона года. Здесь определяющим факто­ром ритмики служит термический режим. В зоне тропических саванн ведущим фактором уже служит режим увлажнения. В зо­не влажных тропических лесов температура воздуха и количество осадков мало меняются в течение года и выделение сезонов здесь теряет смысл.

Годовая ритмика легко обнаруживается в годовом ходе климатических элементов, гидрологических явлений (ледостав, ледоход, половодье, межень), почвообразовательных и геомор­фологических процессов (карстообразование в полярных странах идет только в теплое время года), в миграциях рыб и переле­тах птиц, зимней спячке, смене растительности.

Внутривековые ритмы. Эти ритмы связаны с проявлениями солнечной активности. Из внутривековых ритмов наиболее чет­кими оказались циклы продолжительностью в 11 и 20-50 лет. Они подмечены во многих явлениях, например, во вспышках эпидемических заболеваний, толщине годичных колец у деревь­ев, массовых размножениях саранчи и др.

Многими учеными установлено, что почти везде на земном шаре климат испытывает циклические колебания. Средняя дли­тельность одного цикла 30 - 35 лет; за это время серия влажных и прохладных лет сменяется серией теплых и сухих. Были най­дены ритмы в колебаниях многих озер, уровней морей, температуры океанов и их ледовитости.

Сверхвековой ритм. Особенно хорошо выражен сверхвеко­вой ритм продолжительностью 1800-1900 лет. В каждом таком цикле, по Шнитникову, обособляются три фазы: фаза прохладно влажного климата, развивается быстро и энергично, она корот­кая — 300 - 500 лет, фаза сухого и теплого климата, продолжи­тельность - 600 - 800 лет, развивается медленно и вяло, пере­ходная фаза - 700 - 800 лет. Причинами сверхвековых циклов часто называют изменения приливообразующих сил, когда через каждые 1800 лет Солнце, Луна и Земля находятся в одной плос­кости, причем расстояние между Солнцем и Землей наименьшее, силы тяготения достигают максимума, происходит нарушение равновесия водных масс.

Геологические циклы. Если считать, что в истории земли все циклично: накопление осадочных толщ, деятельность вулканов, землетрясения и т.п., то историю Земли в фанерозое можно раз­делить на три этапа: каледонский (кембрий, ордовик, силур) длительностью 200 млн. лет. герцинский (девон, карбон, пермь)- 150-190 млн. лег и альпийский (весь мезозой и кайно­зой) - около 240 млн. лет. При всем различии этих этапов в них есть и общие черты, которые и позволили говорить о циклично­сти: начало каждого этапа ознаменовалось общим опусканием земной коры, а конец - общим поднятием. В эпоху опускания господствует морской режим и однообразный климат, в эпоху поднятий - широкое распространение суши, горообразование, дифференциация климатов. От геологических циклов неотдели­мы и мегаритмы в развитии органического мира. Можно гово­рить о так называемых «волнах жизни». Например, в развитии животных выделяют следующие волны: трилобитов - ордовик, панцирных рыб — (силур - девон), амфибий и рептилий (карбон-триас), мезозойских рептилий (юра-мел), млекопитающих, птиц (кайнозой).

В отношении растений выделяется эра слоевцовых водорос­лей (до середины девона), эра папоротникообразных (до середи­ны перми), эра голосеменных (до середины мела), эра покрыто­семенных (с середины мела и поныне).

Различные ритмы проявляются в ландшафте одновременно, накладываются друг на друга, что затрудняет выявление их зна­чения.

Помимо функционального аспекта динамики выделяют про­странственный аспект. Хорологическая динамика - это динами­ка ареала, пространственное изменение ландшафтных комплек­сов. Классический пример хорологической динамики - смещение природных зон. Пространственные изменения претер­певает береговая линия морей, кромка ледника, незакрепленный овраг и т.д.

3. Генетические виды динамики ландшафтов.

Существует несколько видов генетической динамики ланд­шафтов (Мильков).

Спонтанная динамика - динамика саморазвития, протекаю­щая в силу внутренних причин, без влияния внешних факторов.

К спонтанной динамике относятся многолетние сукцессии, возникающие на гарях в еловой тайге. Сначала гарь захватыва­ется быстрорастущими березой и осиной, через некоторое время появляется ель, а затем ель вытесняет березу.

Климатогенная динамика - обусловлена колебаниями кли­мата различной продолжительности. Пример - ритмы Шнитникова.

Тектогенная динамика - вызвана тектоническими движе­ниями. Под влиянием тектоники происходит непрерывный про­цесс трансформации ландшафтов.

Экзогенная динамика — обусловлена гравитационно - склоно­выми процессами, водной и ветровой эрозией.

Зообиогенная динамика - связана с деятельностью живот­ных. Причем у этой динамики различают циклическую динамику и динамику функционирования.

Циклическая динамика обусловлена колебаниями численно­сти популяций с чередованием подъемов и спадов через опреде­ленные интервалы.

Биогенная динамика функционирования свойственна ланд­шафтам с относительно устойчивой численностью популяций. Птицы, насекомые и млекопитающие принимают активное уча­стие в обмене веществом и энергией.

Антропогенная динамика — вызвана деятельностью челове­ка. Создание культурных ландшафтов (посевов, садов, лесокуль­тур, прудов) сопровождается активизацией многих динамиче­ских процессов, ведущих к образованию, чаще всего акультурных ландшафтов - оврагов, оползней, вторичных солончаков. Антропогенным ландшафтам свойственна та же структура ди­намики развития, что и естественным. Так, у карьерно-отвальных комплексов фаза ускоренного развития совпадает со време­нем антропогенной аккумуляции - насыпки отвалов из вскрыш­ных пород. Замедленная фаза начинается с ускоренного этапа: на протяжении 15 - 20 лет происходит усадка и стабилизация отвалов, биоценозы претерпевают ряд коротких сукцессионных смен. Ослабевают геоморфологические процессы, формируются устойчивые биоценозы, сходные с зональными.