1.6.6. Вторинні відносини у фгмс

Вторинними є такі, що віддзеркалюють первинні відносини тальвегів або породжуються останніми.

Відносини вододілів. Якщо тальвеги, починаючи з первинних балок стоку, утворюють цілісну систему, то самі по собі вододіли такої не створюють з тієї причини, що не включені в який-небудь загальний процес, що був би для них системоутворюючим. Системні властивості вододіли здобувають разом з тальвегами і схилами.

У той же час, топологічні властивості вододільних мереж багато в чому подібні з властивостями мереж тальвегів. Вододіли творять зв'язну мережу в межах цілого континенту (тобто вони однозв'язні за винятком окремих подробиць, наприклад, наскрізних долин). Континент завжди розчленований декількома ерозійними системами. Як і в системі тальвегів, характерними структурними елементами вододілів будуть відрізки (гребені), вузли, трійники. Але на відміну від мережі тальвегів, серед вододілів часто зустрічаються вузли, що включають більш ніж три гребені (вододільні вузли у власному смислі слова).

Вододіли істотно відрізняються від тальвегів у структурному відношенні відсутністю дихотомії (вододіли нижчого порядку, сходячись, не породжують вододіл більш високого порядку, скоріше за все - навпаки), а в топологічному відношенні - відсутністю орієнтованості гребенів. Тільки статистично можна спостерігати наявність визначеного збільшення висот від вододілів нижчих порядків до вищих, хоча це правило не позбавлене виключень.

На відміну від тальвегів, вододіли реалізують функцію розчленовування і відокремлення поверхневого стоку, тобто окреслюють територіальні осередки системи стоку. Однак ці осередки формуються не стільки вододілами, скільки активністю тальвегів.

Таким чином, відносини вододілів визначити так само чітко, як тальвегів, не вдається. Їх приходиться розглядати в залежності від мережі стоку спільно і залежно від тальвегів. Зокрема, порядки вододілів доцільно визначати за залежною схемою В.П. Філософова, дотримуючись правила: між двома тальвегами завжди знаходиться вододіл, порядок якого аналогічний порядкові молодшого з тальвегів.

Відносини в системі схилу. Грань - це частина поверхні рельєфу, що знаходиться між двома суміжними структурними лініями довільного типу чи порядку. Грані можуть пролягати:

• поміж тальвегом і вододілом. Якщо схил не розчленовується структурною лінією перегину схилу, то він називається простим (елементарним). У інших випадках маємо складний схил, що утворений декількома гранями;

• між тальвегом і підошвою схилу ерозійної форми (днищем ерозійної форми);

• між підошвою схилу і лінією перегину схилу (нижня частина схилу ерозійної форми);

• між лінією перегину схилу і брівкою схилу ерозійної форми (верхня частина схилу);

• між брівкою і вододільною поверхнею плато (схил вододілу);

• на поверхні плато (вододільна поверхня).

Якщо розглядати схил у поперечному напрямку, то картина буде подібна до тільки що описаної, але в ній візьмуть участь у якості елементів грані молодшого (стосовно даного схилу) порядку.

Тут, на схилах, образно говорячи, знаходиться "передній край" рельєфотворення.

Описані відносини в системі схилу реалізують функцію саморегулювання площинного змиву і струмкової ерозії. Остання утворює ефемерну мережу, що може закріплюватись, утворюючи «фронт ерозії». Це відбувається у залежності від темпу вивітрювання, характеру діяльної поверхні, рослинного покриву, експозиції, крутості схилу, господарської діяльності тощо. Фронт ерозії служить сполучною ланкою між зовнішніми умовами існування й активної взаємодії ФГМС з зовнішнім середовищем, з одного боку, і самим процесом її власного функціонування - з іншого. Саме на рівні елементарних схилів відбуваються так звані сучасні геоморфологічні процес, концентрують на собі проблеми кліматичної геоморфології, ерозіознавства, боротьби з ерозією, станом водойм і навіть охорони підземних вод.

Елементи системи самоорганізації ФГМС пристосовуються до тих темпу і спрямованості процесів енерго-масопереносу, що їх задають схилові процеси, котрі, у свою чергу, інтегрують сукупність зовнішніх природних передумов і характер господарювання.

Відносини 2-го порядку творяться поміж системами 1-го порядку, що опанували механізмом саморегулювання. Наприклад, система схил-тальвег-схил елементарної ерозійної форми рельєфу представляє таку систему 2-го порядку. Такі системи добре відомі й неодноразово досліджувались, тому тут не розглядаються.

Функціональні відносини виявляються у впливах одних елементів на інші і взаємодіях топологічних елементів між собою, а також із зовнішнім середовищем. В ВГМС універсальними функціональними відносинами є:

• вплив текучої води на субстрат;

• односпрямований потік енергії - кінетичної, механічної, теплової, що завершується дисипацією, паралельною із процесом енергопереносу;

• односпрямований речовинний потік (водний і твердий, також іонний стік) до ерозійної мережі, а в мережі - від молодших (топологічно) елементів до старших.

Досліджуються функціональні аспекти просторових відносин, що складаються у взаємодії чи координації однопорядкових елементів і субординації елементів різнопорядкових.

Територіальні (просторові) відносини в цілому являють собою форму існування матеріальних об'єктів географічної оболонки, що виявляються диференційовано в залежності від рангу об'єкта. При цьому просторові відносини в системі більш високого рангу впливають на відносини в підсистемах як зовнішня умова (але не фактор безпосередньо). При переходах від одного рівня просторових відносин до іншого міняються і ті ж таки відносини, і самі властивості простору. Просторовим відносинам геосистем притаманна багатомірність. Тривимірні моделі простору (наприклад, прямокутна чи сферична системи координат) дозволяють ефективно здійснювати просторову прив'язку чи адресацію об'єктів, однак вони недостатні для цілей морфологічного аналізу. ФГМС формують у зонах свого впливу особливі просторові відносини, унаслідок чого простір у кожній точці стає багатовимірним. Такий простір об'єкта разом зі сферою впливу останнього А.Ю. Ретеюм назвав хоріоном (рис. 1.7).

Кожна геосистема знаходиться в сфері впливу (хоріоні) безлічі об'єктів, що формують з нею просторові відносини. Для будь-якої частини місцевості важливе віддалення від екватора (широта місця), півкуля, далекість від океану, положення стосовно циркуляційних систем атмосфери, інсоляції, положення на схилі стосовно структурних ліній рельєфу, їхніх порядків і т.ін.

На рис. 1.9 продемонстроване співвідношення метричних і позиційних мір на двох профілях, що мають різну довжину, але однаковий набір і чергування місць розташування, тобто топологічно інваріантних поміж собою. Вони характеризуються схожими фізико-географічними умовами: зволоженням, характером ерозійно-акумулятивного процесу, структурою горизонтальних зв'язків. У той же час, можна було б навести приклади двох метрично подібних профілів, що топологічно не еквівалентні (наприклад, один схил прямий, інший складний). На таких профілях і функціональні процеси, як відомо, відбуваються по-різному. Яскравий приклад такого роду - інсоляційна і циркуляційна асиметрії, відомі в ландшафтознавстві (див.¹⁸,¹⁹.).

Рис. 1.7. Простір хоріона (склав В.О. Боков): а - ізотропний простір,

б -- анізотропний простір. Щільність штрихування пропорційна інтенсивності впливу об'єкта на оточення (у дискретній мірі)

Поряд з мірністю простору як властивістю геосистем, необхідно мати на увазі види та форми відображення просторових відносин чи просторові міри, використовувані в географії. Загальновідомі метричні і кутові міри, що служать для координатної прив'язки, побудови математичної основи географічних і топографічних карт, фізико-географічних профілів і т.д. Розвиток просторових уявлень у геоморфології й особливо – у геодезії й топографії - призвів до розробки і введення в науковий побут мір, що характеризують також інші зрізи географічних просторових відносин.

Інший вид нетрадиційних просторових мір – позиційні. Під такими розуміються місця розташування, що утворюють просторові позиційні ряди. Розглянемо як приклад позиційний ряд місць розташування на схилі (рис. 1.8). Він включає усім відомий ряд, притаманний ФГМС: бровку, підбровочну частину схилу, верхню, середню, нижню частини схилу й підніжжя.

Конкретне місце розташування є елементарний неподільний (на даному рівні розгляду) об'єкт. Нас може не цікавити метрична довжина кожної перерахованої частини схилу, оскільки для багатьох процесів головне значення мають не розміри, а характер взаємного розташування і сполучення останніх, визначальний характер зв'язків і функціонування. Сполучення місць розташування визначає на такому схилі шлях руху води, ґрунтових мас, солей, унаслідок чого відбувається перерозподіл названих елементів і їхнє переміщення схилом у цілому. Оскільки в такому випадку внутрішні відміни в межах місця розташування не розглядаються, його можна вважати географічним аналогом геометричної точки, а відповідну зону схилу - одиницею "відстані" у топологічному сенсі.

Сукупність місць розташування, що творять позиційний ряд, складає позиційну топологічну відстань. Її величина визначається числом місць розташування (у даному випадку зон схилу).

Позиційний підхід до оцінки топологічної відстані застосовується в багатьох випадках. Наприклад, О.Г. Топчієв в геоекологічних дослідженнях використовує взаємне розміщення як показник ландшафтної структури, а ще раніше ввів поняття топологічної відстані для характеристики транспортно-географічного положення міст. При розгляді схилових процесів і явищ ерозії й акумуляції на водозборі приходиться враховувати місце розташування точки щодо тих чи інших структурних елементів (тальвегу або гребеня, лінії перегину схилу, берегової лінії) чи функціональних частин (базису денудації або ерозії). Такі поняття, як "близько", "далеко", "середина", "біля", "перед", "навітряний", "затінений", і подібні їм здобувають у відповідному контексті позиційного підходу глибокого сенсу, виступаючи в якості найважливіших топологічних понять, зміст яких не залежить від метричних характеристик схилів (тобто вони є топологічно інваріантними).

Невідповідність функціональних і метричних мір топологічним підкреслює специфічність просторових відносин у геосистемах, високий ступінь складності вирішення таких задач як пояснення ерозійно-акумулятивного процесу на основі фізичних моделей, зокрема.

Рис. 1.8. Схиловий ряд місцеположень (склав В.О. Боков) Частини схилу: а - привододільна, b - верхня, з - середня, d - нижня, е - підніжжя. Відстань L відповідає 5 позиційним одиницям.

Рис. 1.9. Співвідношення метричних мір (1, 2, ... 5) і позиційних мір (а, ..., е) на схилі (склав В.О. Боков)

У ФГМС має місце не тільки деформація відстаней, але і кривизна найкоротших ліній. Стосовно рельєфу земної поверхні це було відоме давно. Ще Гаусом введені поняття геодезична лінія, геодезична (Гаусова) кривизна. Наприклад, поверхневий стік звичайно переміщається по складній траєкторії, хоча фізично вода повинна спрямовуватися за напрямом найшвидшого спуску. Траєкторія повітряного потоку, викликаного градієнтом тиску, виявляється спіральною, тобто не відповідає градієнту, крім того, відхиляється орографічними особливостями території.

У рамках викладеного можна, видимо, запропонувати наступну трансформацію однієї з аксіом Евклідової геометрії: у геосистемах на земній поверхні найкоротшою відстанню між точками є траєкторія найшвидшого чи найпростішого (у сенсі витрат енергії, часу, інших ресурсів системи) подолання дистанції між об'єктами, що мимовільно обирається потоком відповідно до топологічної структури системи і позиції даної точки в ній.

Просторово-часові відносини, узяті разом. Простір і час розглядаються роздільно тільки в методичних цілях заради спрощення дослідження. Реальні географічні об'єкти характеризуються нерозривністю просторово-часових відносин. Часові відносини має сенс розглядати стосовно до явищ, між якими є просторові відносини (впливу, взаємодії), а просторові - стосовно до одночасних явищ.

Єдність просторових і часових відносин у геосистемах виявляється в декількох формах. Динаміка й еволюція геосистем відбуваються в більшості випадків через просторові взаємодії, причому зміна геосистем у часі часто відповідає їх просторовому чергуванню. У геології і палеогеоморфології відомий закон Головкінського-Вальтера, відповідно до якого послідовність фацій у вертикальному розрізі відкладень відповідає їх чергуванню (зміні по напрямку) латерально стосовно окремо узятої часової епохи. Приблизно те ж саме можна сказати і про просторово-часові ряди геосистем. Наприклад, при зміні клімату географічні зони будуть зміщатися чи переважно до полюса, чи до екватора, при цьому в кожній конкретній точці буде відбуватися прослизання суміжних зон по черзі. Про це свідчать релікти цих зон, що зустрічаються повсюдно.

В флювіальному рельєфі таке ж значення мають річкові тераси, кожна з який являє собою релікт визначеної просторово-часової обстановки.

Одна з форм прояву в геосистемах просторово-часових відносин - їхня ергодичність. Відповідно до ергодичної теореми, при стаціонарних процесах, тобто в умовах, коли стан системи не залежить від часу (ми їх називаємо умовами функціонування), спостерігається рівність середніх часових і просторових змін. Ю.Г. Симонов [³⁰] показав, що просторово-часові відносини деяких географічних явищ задовольняють умові ергодичності. Завдяки цьому за просторовою структурою можна відтворити часову мінливість і навпаки. Цей висновок, отриманий теоретично, добре підтверджується емпіричними даними. Уже давно географи прагнуть зіставляти аналогічні об'єкти, що знаходяться на різних стадіях розвитку в момент їхнього спостереження, поєднуючи їх у часові ряди з метою аналізу і прогнозу розвитку. Геоморфологічним прикладом такого роду є вивчення процесів саморозвитку форм рельєфу шляхом розташування їх у часовий ряд.

Користуючись зазначеним принципом, В.О.Боков сформулював позиційно-еволюційний принцип: послідовність еволюційних змін геосистем визначається через виявлення просторової послідовності геосистем, що творять у даний момент часу позиційний ряд (див. ^2,3).

Відома, як приклад, будова акумулятивної серії відкладень, де у вертикальному розрізі спостерігаються ті ж фації, що й у горизонтальному. В ерозійній формі через кожну точку подовжнього (і в ряді випадків поперечного) профілю послідовно прослизають ділянки, що характеризуються то активною ерозією, то акумуляцією.

Єдність просторово-часових відносин виявляється також у формі ймовірнісно-стохастичної інтеграції явищ геоморфогенезу, що мають різні просторово-часові масштаби. Уже відзначалося, що час життя, тривалість періодів становлення, розвитку і згасання форм, що складають ФГМС, істотно різні для кожної з них. Те ж саме стосується і просторових масштабів.

Отже, інтеграція явищ різного просторово-часового масштабу в природі відбувається тим способом, який можна назвати ймовірнісно-стохастичним. Його зміст полягає в тому, що випадкове спочатку сполучення явищ і властивостей, характерне для кожної точки земної поверхні, згодом заміщається таким статистичним набором форм, що забезпечує функціонування цілої ФГМС у певних межах зовнішніх умов. Образно говорячи, у ФГМС відбувається "притирання" різномасштабних у просторово-часовому відношенні явищ: ті з них, що не можуть "вписатися" у систему, повинні чи зруйнуватися, чи перебудуватися; інші, що виявились придатними для сформованого у ній сполучення явищ, можуть надто бурхливо розвиватися, захоплюючи територію і, можливо, переформовуючи на свою користь зв'язки, що виникли в системі раніше.

Напрошується конкретизація цих положень стосовно до схилових процесів. Наприклад, на схилі, де відсутні форми лінійної ерозії, але відбувається поверхневий стік, досить "зародка" лінійної форми (стежки, борозни), яка б створила початкову концентрацію стоку, як відразу почнеться процес перебудови всієї схилової системи за принципом позитивного зворотного зв‘язку.

Ймовірнісно-стохастична інтеграція виявляється у природних системах, що виникають у результаті взаємодії різночасних і різномасштабних утворень. Це географічні і геоморфологічні ландшафти, інші територіальні комплекси різного рангу, у тому числі географічна і топографічна структури ґрунтового покриву, різні ландшафтно-геофізичні і геохімічні процеси. Виникнення таких сполучень, кожне з який реалізується у визначеному типі (навіть індивіді) територіальних комплексів, породжує, у свою чергу, відносини між суміжними чи просторово-співпадаючими системами (явищами). Унаслідок цього з'являються нові просторово-часові відносини, усе більш ускладнюючи природу будь-якої ФГМС. Вони тим самим підвищують ступінь її автономності щодо зовнішніх умов і відносно сукупності оточуючих систем.

Ймовірнісно-стохастичне пристосування характерне для рельєфу, просторова структура якого складається з різнопорядкових і різночасних (у відношенні віку та характерного часу) форм і елементів, примхливо сполучених на земній поверхні. Представити цю систему як детерміновану можна тільки в генеральних рисах. У цілому ж система форм рельєфу ФГМС створюється структурно-еволюційно, тобто послідовно, ймовірнісно-стохастичним шляхом: "притиранням" чи, навпаки, відчуженням виниклих форм і елементів стосовно сформованої раніше структури.

Конкретною реалізацією просторових відносин виступають просторові структури. Аналіз початкових станів первинних ділянок, що вийшли з-під рівня моря, свідчить про первісну однорідність земної поверхні, що потім, вже в ході подальшого розвитку, здобуває диференційованості і усе зростаючої складності.

Просторові структури географічної оболонки і рельєфу земної поверхні відображаються в плановій упорядкованості географічних і геоморфологічних явищ, у парагенетичних і парадинамічних рядах геоморфосистем, у характері сусідства природних об'єктів і т. ін.

Характер просторових відносин виявляється й у територіальному рисунку ФГМС. Він відображає як сучасні, так і колишні просторові відносини. Деревоподібний малюнок зв'язаний з водно-ерозійними процесами на однорідному схилі, складеному розмивними породами; ґратчастий - обумовлений тріщинуватістю твердих гірських порід, використаною ерозійною мережею. Плямистий і плямисто-кільцевий рисунки спричинені суфозією, карстом; смугастий рисунок виникає в долинах рік на молодих терасах і в береговій зоні і т.д. В аналізі рисунків географічного і геоморфологічного ландшафтів закладені не тільки розпізнавальні можливості, але і значний конструктивний потенціал. Проектування штучного ландшафту, створення рельєфу, стійкого стосовно визначених видів природокористування, не можуть не спиратися на виявлення і дослідження, а потім відтворення стійких топологічних структур.

Причому для цілей дослідження анізотропії рельєфу (див. п. 1.3.5) одна з таких моделей подається на кольоровій ілюстрації нижче (рис. 2-В) у тому ж самому вигляді який вже обговорювався вище (стор. 37) – як прямий й зворотній тривимірні образи рельєфу. У даному випадку автори скористувались цифровою моделлю ділянки території США, отриманою з Інтернету. Це класичний флювіальний рельєф басейну р. Колорадо. Функціональність такої моделі полягає в адекватному наочному відтворенні регіональних характеристик флювіального рельєфу, генеральних процесів рельєфоутворення й гідрологічного стоку на ділянці річкового водозбору. Зворотний вигляд флювіального рельєфу забезпечує наочне дослідження анізотропних властивостей останнього і слугує доказом того, наскільки важливим для дослідника морфології є знання походження рельєфу.