Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
№34. Триада понятий "функционирование-динамика-эволюция" геосистем. Понятие характерного времени и временные масштабы анализа геосистем. Понятие о состояниях геосистем, пространство состояний, фазовые портреты геосистем, инварианты геосистем. Типы динамических процессов в геосистемах (циклические, периодические, ритмические, трендовые).
В геосистемах происходит непрерывный обмен и преобразование вещества и энергии..
Всю совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации энергии, вещества, а также информации в геосистеме можно назвать ее функционированием. Функционирование ландшафта слагается из множества элементарных процессов, имеющих физико-механическую, химическую или биологическую природу (например, падение капель дождя, растворение газов в воде, поднятие почвенных растворов по капиллярам, испарение, фотосинтез, разложение органической массы микроорганизмами и т. п.). Все географические процессы могут быть в конечном счете сведены к подобным элементарным составляющим, но это означало бы редукцию, не отвечающую задачам познания геосистемы как целого и привело бы к потере этого целого.
С этой точки зрения геосистема есть сложная (интегральная) физико-химико-биологическая система. Функционирование геосистем слагается из трансформации солнечной энергии, влагооборота, геохимического круговорота, биологического метаболизма и механического перемещения материала под действием силы тяжести. В каждом из названных звеньев необходимо различать биотическую и абиотическую составляющие. Важно различать внешние (входные и выходные) потоки и внутренний оборот. Функционирование геосистем имеет квазизамкнутый характер, т. е. форму круговоротов с годичным циклом. От интенсивности внутреннего энергомассообмена зависят многие качества ландшафта, в частности его устойчивость к возмущающим внешним воздействиям. Функционирование геосистем сопровождается поглощением, преобразованием, накоплением и высвобождением энергии.
Структура геосистемы . сложное, многоплановое понятие. Ее определяют как пространственно-временную организацию (упорядоченность) или как взаимное расположение частей и способы их соединения. Соответственно различаются две системы внутренних связей в ПТК . вертикальная, т. е. межкомпонентная, и горизонтальная, т. е. межсистемная. Те и другие осуществляются путем передачи вещества и энергии (отчасти также информации).
Структура геосистемы имеет помимо пространственного и временной аспект. Составные части геосистемы упорядочены не только в пространстве, но и во времени. Функционирование геосистем имеет циклический характер и подчинено цикличности поступления солнечной энергии. Каждому компоненту присуща определенная инерционность, т. е. большее или меньшее отставание ответных реакций на внешние (астрономические) причины внутригодовых изменений, в силу чего эти изменения не синхронны в отдельных процессах и явлениях. Достаточно вспомнить о снежном покрове - это специфический временный (сезонный) компонент многих геосистем, присутствующий в них только зимой. С другой стороны, зеленая масса растений в умеренных широтах присутствует и «работает» только в теплое время года. Таким образом, в понятие структуры геосистемы следует включить и определенный, закономерный набор ее состояний, ритмически сменяющихся в пределах некоторого характерного интервала времени, которое можно назвать характерным временем или временем выявления геосистемы. Таким отрезком времени является один год: это тот минимальный временной промежуток, в течение которого можно наблюдать все типичные структурные элементы и состояния геосистемы. Фенологи и ландшафтоведы предложили различные схемы деления годичного цикла на сезоны, подсезоны, фазы, этапы и т. п. С инерционностью компонентов связан эффект последействия, т. е. зависимость состояния геосистемы от характера предшествующих сезонных фаз. Годичный цикл с его сезонными фазами, может быть «разложен» на более дробные временные составляющие. Но, с другой стороны, осредненный (средний многолетний) годичный цикл не выявляет полного диапазона колебаний отдельных параметров функционирования ландшафта, его многолетней изменчивости, возможных аномалий, экстремальных ситуаций и трендов. Динамика ландшафта обусловлена преимущественно, но не исключительно, внешними факторами и имеет в значительной степени ритмический характер. Суточный и сезонный ритмы, с которыми мы встречаемся повседневно, связаны с планетарно-астрономическими причинами. Более или менее достоверно установлены различные ритмы большей продолжительности. Даже в тех случаях, когда факторы ритмических колебаний изменяются строго периодически (что относится ко всем астрономически обусловленным ритмам, в том числе суточному и годичному), их географическим проявлениям не свойственна строгая повторяемость через одни и те же интервалы. Это объясняется очень сложным, опосредованным проявлением внешних импульсов в географической оболочке и ее ландшафтах ,прежде всего в силу неодинаковой инерционности .
Все пространственные и временные элементы структуры геосистемы составляют ее инвариант. Инвариант –это совокупность устойчивых отличительных черт системы, придающих ей качественную определенность и специфичность, позволяющих отличить данную систему от всех остальных. Все обратимые изменения ландшафта образуют его динамику, тогда как необратимые смены составляют сущность его развития. Динамика, таким образом, входит в понятие инварианта ландшафта, в ней выражается временная упорядоченность
состояний ландшафта как его структурных элементов. Поэтому динамику иначе можно определить как смену состояний геосистем в рамках одного инварианта, в то время как развитие есть смена самого инварианта. Под динамикой подразумеваются изменения системы, которые имеют обратимый характер и не приводят к перестройке ее структуры. Сюда относятся главным образом циклические изменения, происходящие в рамках одного инварианта (суточные, сезонные), а также восстановительные смены состояний, возникающих после нарушения геосистемы внешними факторами (в том числе и хозяйственным воздействием человека).
Под состоянием геосистемы подразумевается упорядоченное соотношение параметров ее структуры и функций в определенный промежуток времени. Состояние геосистемы находится в соответствии с входными (внешними) воздействиями (например, потоком лучистой энергии
Солнца, атмосферными осадками). Устойчивую смену состояний геосистемы в пределах суточных и годовых циклов можно назвать режимом функционирования геосистемы.
Динамические изменения говорят об определенной способности геосистемы (пока внешние возмущения не перешли некоторого критического порога) возвращаться к исходному состоянию, т. е. о ее устойчивости. Устойчивость и изменчивость два важных качества геосистемы, находящиеся в диалектическом единстве. От динамики следует отличать эволюционные изменения геосистем, т. е. развитие. развитие . направленное (необратимое) изменение, приводящее к коренной перестройке структуры, т. е. к появлению новой геосистемы. Прогрессивное развитие присуще всем геосистемам. Перестройка локальных ПТК может происходить на глазах человека, об этом свидетельствуют такие процессы, как зарастание озер, заболачивание лесов, возникновение оврагов. Время трансформации систем регионального уровня измеряется геологическими масштабами. Развитие геосистем . сложный процесс, познание которого требует специфических подходов в зависимости от ранга геосистемы.
на прогрессивное движение накладываются ритмические колебания и регрессивные сдвиги.
№35. Формы устойчивости геосистем (инерционность, восстанавливаемость, пластичность) и критерии их оценки.
Под устойчивостью системы подразумевается ее способность сохранять структуру при воздействии возмущающих факторов или возвращаться в прежнее состояние после нарушения. Проблема устойчивости ландшафта приобретает важное практическое значение в связи с нарастающим техногенным «давлением». Ландшафт, как и любая геосистема, несомненно обладает устойчивостью в определенных пределах. Однако пределы эти пока еще не установлены и механизм устойчивости не изучен.Устойчивость не означает абсолютной стабильности, неподвижности. Напротив, она предполагает колебания вокруг некоторого среднего состояния, т. е. подвижное равновесие.
В саморегулировании геосистем особенно большую роль играет биота - важнейший стабилизирующий фактор благодаря ее мобильности, широкой приспособляемости к абиотическим факторам, способности восстанавливаться и создавать внутреннюю среду со специфическими режимами световым,
тепловым, водным, минеральным.Высокая интенсивность биологического круговорота и соответственно биологическая
продуктивность служат одним из существенных условий и показателей устойчивости геосистемы.
Роль других компонентов в поддержании устойчивости неоднозначна и подчас противоречива. Климат и влагооборот быстро реагируют на входные воздействия и сами по себе крайне неустойчивы, но быстро восстанавливаются. Твердый фундамент один из наиболее устойчивых компонентов, но в случае нарушения не способен восстанавливаться, и поэтому его нарушение (в основном в результате денудации) ведет к
необратимым изменениям в ландшафте. Стабильность твердого фундамента, таким образом, важная предпосылка устойчивости ландшафта. Но основным стабилизирующим фактором, поддерживающим гравитационное равновесие в
системе и препятствующим денудации, служит растительный покров.
Устойчивость всякого ландшафта, разумеется, относительна и имеет свои пределы. Рано или поздно ландшафт подвергнется трансформации в ходе своего развития.
Любая система устойчива при сохранении важнейших параметров внешней среды. При сохранении определенной стабильности зональных и азональных условий все современные ландшафты будут оставаться устойчивыми, и
диапазон параметров внешней среды, от которых зависит их устойчивость, в общих чертах известен. Но в каждом отдельном случае порог устойчивости, т.е. критические значения каждого конкретного возмущающего фактора, предстоит выяснить. В этом состоит одна из нерешенных задач ландшафтоведения.
Степень устойчивости геосистем пропорциональна их рангу. Фации наименее устойчивы к внешним воздействиям и наименее долговечны. Ландшафт - система значительно более устойчивая, о чем наглядно свидетельствуют наблюдения над его реакцией на преднамеренное и непреднамеренное вторжение человека с его хозяйственной деятельностью.
Каждому компоненту присуща определенная инерционность, т. е. большее или меньшее отставание ответных реакций на внешние (астрономические) причины внутригодовых изменений, в силу чего эти изменения не синхронны в отдельных процессах и явлениях. С инерционностью компонентов связан эффект последействия, т. е. зависимость состояния геосистемы от характера предшествующих сезонных фаз.
Различные ритмы проявляются в ландшафте совместно и одновременно, интерферируя, т. е. накладываясь один на другой. Это обстоятельство затушевывает четкость ритмов и затрудняет их расчленение. Не все ритмы в равной степени актуальны для ландшафтоведческого изучения.
Особый тип динамических изменений представляют восстановительные (сукцессионные) смены состояний геосистем после катастрофических внешних воздействий вулканических извержений, землетрясений, ураганов, наводнений, пожаров, нашествий грызунов и т. п. Для геосистемы локального уровня подобные воздействия часто оказываются критическими, т. е. ведут к необратимым изменениям. Постоянные, но более или менее кратковременные нарушения, не затрагивающие инварианта,приводят к появлению различных переменных состояний фаций, или серийных фаций, по В. Б. Сочаве. Серийные фации обычно недолговечны и представляют собой те или иные стадии формирования коренной структуры.
устойчивость к техногенным нагрузкам.
Пластичность,одна из особенностей геосистемы, - способность ландшафта изменяться под воздействием внешних факторов, сохраняя при этом основные характеристики, обеспечивающие его устойчивость. Пластичность способствует сохранению его целостности (особенно биоты) даже в экстремальных условиях (при засухе, избыточном увлажнении и т. п.). На пластичности геосистем. основана возможность хоз. освоения природного ландшафта или перевода его в оптимальное для выполнения той или иной социально-экономич. функции состояние.
Всякая геосистема, как нам уже известно, приспособлена к определенной природной среде, в рамках которой она устойчива и нормально функционирует. Многие техногенные факторы,
особенно так называемые загрязнения, т. е. искусственные геохимические нагрузки, не имеют аналогов в природе, и устойчивость геосистем к подобным возмущающим факторам имеет специфический характер. Разнообразие техногенных воздействий на геосистемы намного превосходит набор
возможных возмущений природного происхождения. В каждой конкретной ситуации механизмы устойчивости и ее порог имеют свои особенности, и в каждом случае следует искать «слабое звено» и стабилизирующие факторы.Критерии устойчивости к химическому и механическому воздействию в значительной степени исключают друг друга. Даже такой общепризнанный стабилизирующий фактор, как растительный покров, может играть при химическом загрязнении отрицательную роль, поскольку способен аккумулировать вредные соединения и элементы. Один из аспектов этой проблемы устойчивость геосистем к загрязнению биохимически активными техногенными веществами (нефтепродуктами, пестицидами)
В целом перечисленные факторы изменяются зонально. Что касается интенсивности выноса продуктов техногенеза из геосистем, то она зависит от величины стока, водопроницаемости почвогрунтов, уклонов поверхности и дренированности территории, ветрового режима (скорость и направление ветра, температурные инверсии, штили). Иные сочетания свойств геосистем и иные структурные собенности
определяют степень устойчивости к механическим нагрузкам, вырубке, пожарам, выпасу и т. д.
Вряд ли возможно найти единый показатель «интегральной» устойчивости геосистем к техногенному воздействию. Можно, однако, указать некоторые наиболее общие критерии, имеющие силу в большинстве случаев. Это прежде всего высокая интенсивность функционирования и сбалансированность
функций геосистемы, включая биологическую продуктивность и возобновимость растительного покрова. В свою очередь эти качества определяются оптимальным соотношением тепла и влаги. Основными факторами неустойчивости геосистем являются недостаток тепла и влаги, гравитационная и тепловая (в условиях многолетнемерзлых пород) неустойчивость твердого фундамента. Эти общие критерии устойчивости (и неустойчивости) должны конкретизироваться не только применительно к различным формам и факторам воздействия, но и к различным уровням и типам геосистем. Иначе говоря, при анализе устойчивости геосистем к техногенным воздействиям необходимо опираться на региональные и локальные ландшафтно-географические закономерности, на таксономию и классификацию геосистем.
Устойчивость геосистем в зависимости от конкретной задачи исследования можно рассматривать на зональном, собственно ландшафтном и фациальном уровнях. При самых широких сравнениях отчетливо выявляются различия в
устойчивости ландшафтов различных типов.
При более детальном анализе в пределах каждого типа может быть обнаружено большое разнообразие условий, связанное со спецификой отдельных ландшафтов и их видов.
№36. Флуктуации состава и структуры геосистем. Сукцессии геосистем. Типы автогенных (сингенез, эндоэкогенез) и аллогенных (гологенез, гейтогенез) сукцессий.
Первые изменения фитоценозов В.Н. Сукачев (1942) предложил называть динамикой фитоценозов, вторые – смену одного фитоценоза другим – динамикой растительного покрова. Несомненно, изменения второго рода подготавливаются изменениями, протекающими в пределах определенного фитоценоза, хотя и качественно отличны от них.
В растительном сообществе можно выделить следующие типы изменений (Александрова, 1964): 1) суточные, 2) сезонные, 3) погодичные или разногодичные (флюктуационные), 4) возрастные, 5) изменения, определяемые процессами возобновления, 6) изменения, обусловленные микроэволюцией видов растений.
Флюктуационные (погодичные или разногодичные) изменения связаны с различиями в условиях среды обитания фитоценоза в разные годы, т.е. с изменением метеорологической обстановки по годам. От нее зависит интенсивность и особенности деятельности животных, обитающих в фитоценозе, а также урожайность семян, развития вегетативной массы растений и других особенностей биотопа и биоценоза, меняющихся по годам.
Признаками флюктуации следует считать не только обратимость изменений, но и их глубину: если в фитоценозе сохраняются основные компоненты, хотя бы в латентном состоянии, то это флюктуация. Если же одни компоненты сменяются другими, то речь идет о смене одного фитоценоза другим, т.е, о сукцессии.
Не всякое изменение фитоценоза является флюктуационным, а лишь такое, при котором флористический состав оказывается устойчивым.
Флюктуации, по Т.А. Работнову, могут вызываться погодичными изменениями метеорологических и гидрологических условий и различиями в воздействии человека. Эти первичные причины влияют не только на саму растительность, но и на животных и микробов, изменения которых также могут стать причинами (уже вторичными) флюктуаций.
По степени выраженности различают флюктуации:
а) скрытые, обнаруживающиеся лишь при точных учетах и не имеющие существенного значения для жизни фитоценозов;
б) краткосрочные – осцилляторные (осцилляции), длительностью 1-2 года, изменения в соотношении компонентов и в продукции;
в) дигрессионно-демутационные – более продолжительные (длительностью 3-10 лет), вызываемые более глубокими изменениями условий и обязательно сопровождающиеся массовым отмиранием одного или нескольких компонентов и соответственно разрастанием эксплерентов.
Выраженность флюктуаций определяется глубиной изменений условий среды.
Смены и сукцессии растительного покрова
Различают ненаправленные и направленные смены растительного покрова.
Ненаправленные представляют собой дальнейшее углубление процесса погодичных (разногодичных) изменений в пределах фитоценоза.
Направленные смены представляют собой необратимые изменения растительного покрова, при которых одни сообщества сменяются другими. И это уже сукцессии.
Сукцессия растительности – это последовательный ряд смены серийных (временно существующих) растительных сообществ на конкретном местообитании после выведения конкретной экосистемы из состояния динамического равновесия.
При этом конкретная экосистема возвращается в свое исходное состояние и пребывает в нем до тех пор, пока не изменятся климат, рельеф, гидрологический режим, пока вновь не пройдет пожар, или не случится какая-то другая катастрофа. И вновь начнется новая сукцессия, которая либо приведет к восстановлению исходного сообщества, либо нет. В результате сукцессии на конкретном местообитании восстанавливается исходное растительное сообщество, называемое геоботаниками климаксовым, или коренным. Коренное сообщество растений устойчиво и в данных климатических условиях не изменяется.
Необратимость процесса – обязательное свойство любой сукцессии. Смены растительности на вырубках или на залежах, приводящие к восстановлению коренной растительности, считают сукцессиями.
Всю конкретную сукцессию в целом называют серией. Каждое сообщество, которое в процессе сукцессии сменяет другое, называют стадией этой сукцессии, или серийным сообществом. Заключительное сообщество, находящееся в относительном соответствии с условиями существования, называют климаксом или узловым сообществом . В одном и том же месте однотипная серия может повторяться неоднократно, если повторяются нарушения растительного покрова или его уничтожение, или резко меняются условия существования.
3. Типы развития и фазы развития сукцессий
По типу развития растительного покрова сукцессии бывают первичными и вторичными.
Сукцессии могут начинаться на участках, полностью свободных от растительного покрова и не сохранивших семенных зачатков растений (первичные сукцессии).
Сукцессии накладываются на изменения, происходящие в растительном сообществе (суточные, сезонные, разногодичные, определяемые микроэволюцией видов, онтогенетические и возобновительные), а также на разногодичные смены растительных сообществ.
Для того чтобы различить, каким изменениям соответствуют те или иные явления в жизни растительного покрова, необходимы стационарные исследования и сравнение фитоценозов, существующих в различных условиях и представляющих как бы проекцию в пространстве тех изменений, которые осуществляются в растительном покрове в течение определенного времени.
Вторичные сукцессии – смена одного фитоценоза другим
Сукцессия автогенная(сингенез,эндоэкогенез) - упорядоченный процесс развития сообщества, связанный с изменениями во времени и пространстве видовой структуры и протекающих в ней процессов; саморегулирующаяся сукцессия, к-рая может изменить физич. среду сообщества. Сукцессия автогенная происходит одновременно с сукцессией аллогенной(процесс развития сообщества, происходящий под воздействием физико-химич., геохимич., геологич., антропогенных и др. сил извне.(гологенез,гейтогенез))
На самых первых этапах развития сообщества преобладал процесс, который В.Н. Сукачев (1942) назвал сингенезом. Это процесс первоначального формирования растительного покрова, связанный с вселением растений на данную территорию, их приживанием (эцезисом), а затем и конкуренцией между ними из-за средств жизни. Затем начинается другой процесс, названный В. Н. Сукачевым эндоэкогенезом. Это процесс изменения фитоценоза под влиянием среды, изменененной им самим. Эндоэкогенез постепенно усиливается и, в конце концов, становится основным процессом, определяющим ход смен фитоценоза.
На эти два процесса налагается третий, названный В. Н. Сукачевым (1954) гологенезом. Это «процесс изменения растительного покрова под влиянием всей географической среды или отдельных ее частей: атмосферы, литосферы и т.п., т.е. изменения более крупного единства, в состав которого входит данный биогеоценоз..
Все три процесса идут одновременно, но на разных стадиях развития преобладающее значение приобретает один из них.
Такой ход развития фитоценоза продолжается большее или меньшее время до тех пор, пока какие-то внешние силы, случайные по отношению к ходу развития фитоценоза, резко не нарушают его. Тогда смена, вызванная внутренним развитием самого фитоценоза (эндодинамическая), прерывается, и начинается смена, вызванная внешним толчком (экзодинамическая).
Гейтогенез- аллогенная смена растительности, вызванная локальными влияниями. Гейтогенез может протекать десятилетия и столетия. Различают гейтогенез обратимый и необратимый, постоянный и непостоянный, прогрессивный и регрессивный, природный и антропогенный