Генетический принцип в ландшафтоведении — в зависимости от происхождения ландшафта происходит их типизация (выделение зональных ландшафтов, обоснование ландшафтных провинций и районов и др.).

Метахронность развития природных компонентов и геосистем различного таксономического ранга.

Инертность природных компонентов и геосистем разного таксономического уровня, т. е. разновозрастное происхождение ландшафтов или его структур почвообразующей породы, четвертичные отложения 20-30 тыс. лет, коренные породы 150 тыс. лет, биота 2-4 тыс. лет, воздух – неделя (см. рис.1).

Метахронность морфологические структуры ландшафта: возраст компонентов и структурных частей ландшафта – разный, как правило наиболее молодые эрозионные ландшафты, оползневые, аллювиальные, абразионные и др.

Возраст ландшафта.

Какое время принимать за возраст всего ландшафта? Или возраст его компонентов или морфологических структур? Если возраст его компонентов, тот каких: возраст горных пород, либо возраст почв и растительного покрова. Если за возраст ландшафта принимать возраст отдельного компонента, то при этом теряется комплексность, системность. При этом игнорируется возраст других компонентов.

Можно определять возраст ландшафта по возрасту одной из его мофологических единиц. Но какой?

Возраст ландшафта — это отрезок времени с начала которого и до наших дней ландшафт функционирует в условиях одного инварианта.

Инвариант — этот структура ландшафта, которая остается относительно неизменной при различных преобразованиях ландшафта.

Понятие функционирование. Энергетические факторы функционирования.

Функционирование, т. Е. Жизнедеятельность.

Функционирование – это совокупность всех процессов обмена со средой веществом, энергией и информацией, а также формирование и усложнение внутренней структуры и организации геосистем за счет процессов саморазвития.

Важнейшее условие функционирования — внешние энергетические факторы (источники поступающей энергии в ландшафт см. лекцию 10).

• Солнечная энергия: от 334 · 10⁴ кДж/м² в год (Арктика и Субарктика) до

836 · 10⁴ кДж/м² в год ( (Сахара , Аравийский п-в),

Крым 490 · 10⁴ кДж/м² в год —532 · 10⁴ кДж/м² в год.

• Внутренняя энергия Земли 1,43 ± 0,52 мккал/см² в год, т.е. в 1000 раз меньше солнечной энергии.

• Энергия географической оболочки: атмосферной циркуляции, потенциальная энергия рельефа, горных пород, вод и др.

• Энергия ландшафтной сферы: ледников, перераспределение энергии связанной с соседними ландшафтами со стоком, минеральными потоками, биоценотическими, воздушными и др.

Элементарные процессы функционирования, протекающие в ландшафте:

• физико-механические (изменение внешних параметров геосистем под влиянием геофизических процессов (изменение температуры, влажности, давления и др.). Например, физическое выветривание, склоновые процессы (осыпные, делювиальные, оползневые) сток, испарение, перенос воздушных масс и изменение температуры и влажности в ландшафте и др.)

• химические (в любой ландшафтной сфере происходит химические реакции, реакции обмена, окисления и др., процессы химического выветривания и минералообразование)

• биогеохимические, связанны с живым веществом, его функционированием (гемусообразование, торфообразование, образование многих минералов в ландшафтной сфере и др. ).

• биологические, протекают в живом вещества (процессы фотосинтеза, процессы формирования белков, жиров, углеводов и др. в живом веществе, передача биологической энергии трофическими цепями. Закон 10% — остальная энергия возвращается в окружающую среду. )

Функционирование ландшафтов определяется круговоротом вещества и энергии: влагооборотом, водным режимом, формированием горных пород и рельефа в ландшафте, биологическим круговорот и т. д.

Влагооборот в геосистемах

(можно сравнить с кровооборотом ). С помощью водных потоков осуществляется минеральный обмен меду ландшафтами и их составными частями. Перемещение влаги сопровождается: формированием растворов, трансформированием и аккумуляцией химических элементов, геохимическими процессами.

Основные процессы влагооборота (см. рис.1 и рис.2):

• выпадение атмосферных осадков;

• поверхностный сток;

• инфильтрация и подземный сток;

• поднятие почвенных растворов по капиллярам (до 8 м);

• испарение; транспирация;

• конденсация влаги в атмосфере и выпадение новых осадков.

Водный режим

В соответствие с влагооборотом водным балансом влаги в ландшафта формируется его водный режим

Функционирование и морфолитогенез

Морфолитогенез состоит в формировании ландшафтом горных пород и форм рельефа, т.е. литогенной основы. Литогенная основа наряду с другими факторами определяет пространственную организацию ландшафта.

Вспомните лекцию 5 о формировании компонентов ландшафта. Например, формирование известняков из скелетов морских организмов. Формирование глинистых минералов (бейбелит, монтмориллонит) имеет биогенное происхождение (Б.Б.Полынов). М.А.Глазовской доказано, что происхождение песка, пыли, щебня связано и микроорганизмами и мельчайшими организмами. Впервые В.И.Вернадским было доказано, что в формировании всех горных пород принимает участие живое вещество.

Ландшафт участвует в формировании форм рельефа, а некоторые полностью формирует (аккумулятивные — конуса выноса, оползни и др., денудационные — поверхности выравнивания, эрозионные — овраги, балки и др. аллювиальные — цокольные террасы, террасы, поймы и др.), определяет скорость выветривания, крутизну склонов. Создает микроскульптуры рельефа (формы выветривания, карстовые формы и др.).

Биогеохимический круговорот и биопродуктивность ландшафтов.

Биогеохимический круговорот— это вся совокупность элементарных процессов. Иногда его именуют метаболизмом системы.

Можно говорить о размерностях биогеохимического круговорота: малый круговорот — между геогоризонтами ландшафта); региональный — между ландшафтными системами; глобальный (планетарный) — большой геологический круговорот — биогеохимический круговорот, объединяющий материки и океаны.

Продуктивность ландшафта зависит от скорости биогеохимического круговорота (определяется энергетикой ландшафта).

Таким образом, в результате функционирования ландшафта создается новое вещества (горные породы, почвы, коры выветривания живое вещество, формируется неорганический и органический состав вод, воздуха), формируется рельеф. Все это говорит о том, что ландшафт целостная система, способная за счет процессов самоорганизации как создавать свои составные части, так и их восстанавливать.

Обратимые и необратимые изменения структуры. Инвариант ландшафта.

Все состояние геосистем характеризуются обратимыми процессами (прогревание, охлаждение, промачивание, иссушение, разложение подстилки и др.), но свойства компонентов и подсистем геосистемы могут иметь как обратимые (промерзание, оттаивание, иссушение, увлажнение, оглеение почвы др.) так и необратимые изменения. (эрозия почв, засоление почв и др., процессы ксероморфизации).

Обратимые изменения — это изменения в структуре ландшафта, при которых ландшафт может самостоятельно достигать своего исходного состояния. Обратимые изменения могут быть вызваны:

• Ритмическими изменениями окружающей среды (суточная, сезонная, многолетняя ритмика)

• Изменениями, вызванными внешними причинами, имеющими катастрофический характер: резкое изменение макроклимата (ливни, паводки и др.), оползни, селевые потоки, деятельность человека

Обратимы процессы протекают в ландшафтах на основании обратных отрицательных связей.

Необратимые изменения — это изменения, которые ведут к качественной смене структуры геосистемы, т. е. Сопровождаются сменой его инварианта.

Необратимые изменения – протекают главным образом на основании обратной положительной связи. При этом происходят необратимые изменения структуры и организации ландшафта связанные с причинами:

• Внутренними — саморазвитие ландшафта (заболачивание, эрозионное расчленение, т.е. перестройка структуры ведет к возникновению нового ландшафта.

• Изменения, связанные с однонаправленным действием внешнего фактора (тектоническими поднятиями, похолоданием и увеличением количества осадков и др.)

• Изменения, обусловленные деятельностью человека. (Например: влажный муссонный лес 5-10 тыс. мм осадков  мощная кора выветривания , около 10 км  подсечно-осневая система земледелия  эрозия  смыв почв и коры выветривания  панцирная кора выветривания  каменная пустыня.

Динамика природных геосистем. Динамический тренд геосистем.

Динамика геосистем — этот изменения состояний геосистемы в рамках одного инварианта. Инвариант геосистемы — это совокупность ее свойств, которые остаются относительно постоянными при различного рода преобразованиях. Например, геолого-геоморфологическая основа городского ландшафта и есть инвариант исходного естественного ландшафта.

Пример динамических изменений — суточные, сезонные, сукцесионные изменения.

Характерное время и временные масштабы анализа геосистем.

Характерное время – время необходимое для полного динамического ритма природной геосистемы.

Характерное время релаксации – связано с внешними возмущениями. Время восстановления системы после внезапного импульсивного возмущения.

Саморегуляция, саморазвитие и устойчивость природных геосистем.

Способность геосистем возвращаться в свое исходное состояние связана с ее устойчивостью.

Устойчивость ландшафтов — это свойство сохранять свою структуру и тип функционирования при различного рода природных и антропогенных нагрузках, т.е. это изменения ландшафта в пределах его инварианта.

В каждом ландшафте одновременно сосуществуют обратные положительные и отрицательные связи. В зависимости от того, какой тип связей превалирует, говорим или о саморегуляции или о саморазвитии.

Устойчивость ландшафта определяется его свойствами саморегуляции (при господстве обратных отрицательных связей). Когда превалируют обратные положительные связи, то говорим о саморазвитии ландшафта.

Ритмика природной геосистемы.

Ритмичность — это повторение в определенной последовательности различных ее состояний. Отличающихся спецификой структуры и функционирования. Ритмика геосистемы – изменения связаны с периодичными повторениями внешних воздействий.

Типы ритмических состояний:

• Многовековые (1800-2000-летние)

• Вековые (90-100-летние)

• 30-летние

• 11-летние

• Квазидвухлетние

• Годичные

• Сезонные

• Синоптические (погодные)

• Суточные

Состояния природных геосистем

В русском языке под состоянием понимают положение в котором находится тот или иной объект в данный момент времени. Относительно человека говорят о его состоянии, самочувствии.

С 70-х, 80-х годов это понятие приобретает научное значение (Сочава, 1968, 1978, Краукликс, 1979 Беручашвилли, 1976, Мильков, 1985, Мамай, 1991).

Состояние геосистемы — этот более или менее длительные отрезки времени ее существования, характеризующиеся определенными свойствами структуры геосистемы (определенным качеством составных частей и набором процессов, зависящих от внешних и внутренних причин).

Иными словами, в течение одного состояния в геосистеме отмечается определенный набор процессов разной интенсивности (вид функционирования) и соответствующее качество каждого из природных компонентов. Например, описание различных состояний урочища гидроморфных низменностей с галофитными лугами на каштановы сильно засоленных почвах (Присивашье): в жаркий летний день здесь идет прогревание воздуха и почв, испарение, транспирация, фотосинтез, миграция солей к поверхности почвы; в дождливою холодную погоду происходит выхолаживание почвы, уменьшается транспирация, фотосинтез, появляется внутренний сток, окисные соединения переходят в закисные.

Состояние геосистемы описывается геофизическими и геохимическими параметрами свойств ее компонентов (t⁰, Р, влажность, состояние воздуха и тип погоды, показатели свойств почв), выделяются также структурные части геосистемы, характеризующиеся одинаковыми свойствами.

Причины смены состояний могут быть внешними и внутренними. Так как геосистемы отрытые системы, в которые свободно проникают потоки вещества, энергии и информации, то вслед за изменением свойств потока изменяется и состояние геосистемы. Это, прежде всего неравномерное поступление солнечной энергии, имеющее суточную и сезонную изменчивость, а также поступление осадков, связанных с общей циркуляцией атмосферы, или изменение погоды и т.д.

Внутренние причины смены состояний связаны с процессами функционирования сомой геосистемы при относительном постоянстве среды. Например, потеря влаги за счет транспирации и испарения приводит к иссушению почв и завяданию растительности.

Чтобы появилась смена состояний геосистемы необходимо чтобы соответствующие изменения произошли в каждом ее компоненте (например, поступление влаги после дождя в атмосферный воздух, почвы, растения.

Типы состояний. Состояние геосистем имею различную длительность: внутригодовые, годовые, многолетние (сукцессионные изменения). Внутригодовые подразделяются на внутрисуточные, суточные (стексы), погодные (или циркуляционные), внутрисезонные и сезонные.

Факторы и история формирования природно-антропогенных ландшафтов

Формирование антропогенных ландшафтов связано с развитием человека как социального существа. Начало формирования антропогенных ландшафтоов можно отнести к верхнему палеолиту (примерно 40 тыс. лет назад).

Процессы антропогенизации ландшафтной сферы

• Обезлесивание

• Ускоренная эрозия почв

• Антропогенное опустынивание

• Антропогенное загрязнение (металлизация и химизация ландшафтной сферы)

• Урбанизация

• И др.

Процессы антропогенизации ландшафтной сферы приводят к изменению ее структуры и информационных свойств и нарушению биогеохимического круговорота. Как следствие потери устойчивости ландшафтов и способности к самовосстановлению. Это и есть основная причина современного экологического кризиса.

Понятие «природно-антропогенный ландшафт», «природно-хозяйственная система» (ПХС), «природно-техническая система» (ПХС), «природно-хозяйственная территориальная система» (ПХТС)

Современный ландшафт формируется при активном влиянии человека и первозданных ландшафтов практически нет. Современные ландшафты это или преобразованные, либо заново созданные.

Антропогенные ландшафты по Ф. Н. Милькову — это или созданные человеком ландшафты, или природные ландшафты, в которых хотя бы один компонент природы изменен хозяйственной деятельностью человека.

А.Г. Исаченко считал, что все ландшафты природные и мы имеем дело лишь с антропогенными модификациями природных ландшафтов.

Московская школа (В.А.Николаев), примеряя эти две точки зрения выделяет природно-антропогенные ландшафты

Возникли природно-технические геосистемы

ПХТС – это целостные системы, в которых хозяйственная и природная подсистемы тесно взаимосвязаны между собой и образуют целостность в природном, хозяйственном и административном отношении. В ПХТС выделенный контур должен быть однородным как в природном, так и в хозяйственном значении. Хозяйственное значение определяется по типу использования и одной и той же административной принадлежности.

Понятие ПХС близкое к ПТС, но по мимо технического блока включает также социальный.

Современные антропогенные ландшафты в большей степени представляют собой системы кентаврического типа, т.е. системы, в которых отсутствует целостность.

Целенаправленные и побочные, обратимые и необратимые антропогенные изменения

Антропогенные изменения происходят в 2-ух направлениях:

• Целенаправленные изменения, которые планируются, разрабатываются, финансируются, внедряются (создание конструктивных ландшафтов);

• Побочные изменения, те которые не планируются, не разрабатываются, не финансируются, а образуются в зоне влияния ландшафтных полей конструктивных ландшафтов.

Производные ландшафты, те которые формируются в зоне воздействия конструктивного ландшафта

При любом проектировании ПХС необходимо учитывать негативные процессы, которые формируются при возникновении производных ландшафтов.

Обратимые и необратимые антропогенные изменения базируются на обратимых и необратимых процессах.

В основе обратимых процессов – обратные отрицательные связи

В основе необратимых процессов – обратные положительные связи (геосистема трансформируется в заданном направлении (например, под антропогенным воздействием на месте подзоны лесостепи северного предгорья сформировалась степь).

Пример обратимых антропогенных изменений. Темнохвойная (еловая тайга)  Лесозаготовки (сплошные вырубки)  Высокотравная лесосека (иван-чай, вейник и др.)  Заросли кустарников и мелколесье  Вторичный мелколиственный лес (осина, береза) Светлохвойная тайга  Условно коренная темнохвойная тайга.

Пример необратимых антропогенных изменений. Субэкваториальный муссоновый лес на плато с ферралитными почвами и каолоновой корой выветривания  Подсечно-огневая система земледелия  Пахотные угодья  эрозия почв, деградация с.-х. земель  Уничтожение почв и рыхлых пород коры выветривания  Обнажение латеритного панциря  Травянисто-кустарниковая каменная пустыня  Разрушение почв и дефляция песков  Песчано-эоловая бугристая пустыня.

Процессы антропоэкотонизации ландшафтной сферы

В связи с хозяйственным воздействием на ландшафт, а также вследствие существования ландшафтных полей конструктивных (антропогенных) геосистем, формируются обширные переходные зоны между различными типами ландшафтов.

Особенности переходных зон:

• Упрощение организации и структуры ландшафта;

• Размеры полей могут в несколько раз превышать ядро, т.е. сам антропогенный ландшафт;

• Снижение ландшафтного разнообразия, информативности.

Эти переходные зоны напоминают экотоны, но имеют как бы обратные свойства экотоны.

Например: природная зона города, зона влияния водохранилищ, зона влияния промышленного предприятия. Происходит антропоэкотонизация ландшафтной сферы.

Цепные реакции деструктивных ландшафтных изменений

Очень часто в результате природопользования первоначальное воздействие человека на определенный ландшафт приводит к дальнейшим цепным реакциям, т. е. последовательной системе деструктивных (негативных) преобразований исходного ландшафта.

См. выше описанный пример: разрушение влажных субэкваториальных лесов идет не только за счет необратимых процессов, но и представляет собой пример цепных реакций.

При проектировании геосистемы мы обязательно должны прогнозировать деструктивные изменения (при начальном проектировании Северо-Крымского канала, не было учтено облицевание канала, что вследствие цепных реакций привело к: утечке воды (проникновение в более глубокие горизонты) растворение погребенного соленостного горизонтаподъем воды по капиллярамзасоление почв.

Аппликативные процессы

Аппликативные процессы, т. е. наложенные процессы, когда тенденция влияния антропогенных процессов накладывается на тенденцию развития природных процессов (например: на ЮБК развиты в естественные оползневые процессы, а деятельность человека (подрезка склонов, увлажнении склонов, способствует активизации оползневых процессов и увеличивает их амплитуду).

Существует 3 вида аппликативных процессов:

1. Когда направление движения (развития) природных и антропогенных процессов совпадают, что ведет к увеличении амплитуды процесса;

2. Когда направление движения природного и антропогенного процессов не совпадают. (Например, озеленение эрозионных склонов);.

3. Нейтральный – антропогенный процесс не влияет не активизацию природного. (Например, капельная система орошения).

Классификация современных ландшафтов (по В.А.Николаеву) см. рис1.

1. Природные геосистемы

• заповедные (объекты ПЗФ)

• охраняемые и антропогенно-регулируемые (водоохранные зоны, водоохранные леса)

• Слабо эксплуатируемые или неэксплуатируемые

1. Природно-антропогенные геосистемы(созданные с участием человека)

• Саморазвивающиеся, слабоэксплуатируемые и неэксплуатируемые (образованные в зоне влияния другого)

• Побочные в ландшафтно-географических полях (пригородах, вдоль каналов)

• Постхозяйственные, производственные (ландшафты пещерных городов)