Лонтрольная работа По Ландшафтоведению. Методы исследования применяемые в ландшафтоведение. Функционирование ландшафтов. Динамика ландшафтов.
Страница 2 из 2
3 Динамика ландшафтов.
Динамика — изменения обратимого характера, не приводящие к коренной перестройке структуры, выражается в смене состояний геосистемы в рамках одного инварианта (инвариант — неизменность по отношению к какому-либо преобразованию). Например, эволюционный процесс мелководного озерного ландшафта, постепенно преобразующий его в болотный, не зависит от суточных изменений или сезонных циклов. Если эволюционный процесс ландшафта принять за основную тенденцию развития, то динамичные изменения — это отклонения от общей тенденции. Динамика ландшафта в основном обусловлена внешними факторами, и ей присуща ритмичность.
Динамика ландшафтов связана с планетарно-астрономическими причинами. Сезонные, внутривековые и вековые ритмы связаны с солнечной активностью, вызывают возмущения магнитного поля Земли и циркуляцию атмосферы, определяющую колебания температуры и увлажнения.
Динамика ландшафтов имеет близкое отношение к эволюции. Сверхвековой 1850-летний ритм объясняется изменчивостью приливообразующих сил, зависящих от взаимного расположения Земли, Солнца и Луны, и выражается в планетарных колебаниях климата. Ритмы продолжительностью 21, 42...45, 90, 370 тыс. лет связаны с колебаниями эксцентриситета земной орбиты, а также с чередованием ледниковых и межледниковых эпох.
Сезонные флюктуации функционирования ландшафта — далеко не единственное проявление его изменчивости во времени. Изменчивость наблюдается как в более узком, так и в более широком диапазоне времени, чем годичный цикл. Хорошо известен суточный ритм. Смена дня и ночи сопровождается колебаниями освещенности, температуры, влажности воздуха, что, в свою очередь, влечет пульсацию вертикальных (конвекционных) и латеральных (склоновых, горно-долинных, бризовых) потоков воздуха, отчасти также атмосферных осадков (послеполуденные дожди в экваториальных широтах), процессов замерзания и оттаивания, физического выветривания, фотосинтеза, дыхания.
Годичный цикл с его сезонными фазами, таким образом, 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.
Для Ленинграда, например, при средней температуре самого холодного месяца— 7,9° С и самого теплого + 17,8° С зафиксированы экстремумы — 36 и +34° С, т. е. годовая амплитуда средних температур составляет 25,7, а экстремальных — 70° С. Годовое количество осадков составило в 1920 г. 417 мм, а в 1935 г.— 825 мм. Средняя дата последнего заморозка в воздухе приходится на 5 мая, но самая ранняя — на 9 апреля, а самая поздняя — на 28 мая; первый заморозок наблюдается в среднем 9 октября, крайние даты— 15 сентября и 17 ноября. Следовательно, продолжительность безморозного периода для отдельных лет колеблется от 118 до 190 сут. при средней многолетней 156. Еще более разителен диапазон межгодовых колебаний даты образования устойчивого снежного покрова: от 27 октября до 20 февраля (средняя дата — 6 декабря), т. е. разница составляет 116 сут. Отклонения
Фенодат от средних многолетних в основном около ±20 сут, причем наиболее сильные колебания наблюдаются весной, летом же даты более устойчивы.
Известны аномальные в гидротермическом отношении отдельные годы и многолетние периоды. Так, в конце XIX — первой половине XX в. наблюдалось общее потепление климата по сравнению с предыдущими десятилетиями; за последние 30 лет фенологические явления наступали на 8 — 12 сут раньше, чем 100 лет назад. Но на общем фоне потепления выделялись годы с аномально холодным вегетационным периодом и очень суровой зимой (1955/56, 1965/66, 1978/79, 1986/87) Чередование сухих и влажных периодов и отдельных лет особенно характерно для семигумидных и семиаридных ландшафтов. В полупустыне и сухой степи Восточной Европы засухи повторяются в среднем через год, в типичной степи — через 2 — 3 года, в лесостепи — через 3 — 4 года.
В 1972 г. засуха охватила обширную территорию европейской части СССР, над которой летом образовался устойчивый антициклон. Средняя температура воздуха была на 2 — 4° С выше нормы, а количество осадков составило от 30 до 80% средней многолетней величины. В лесной части Русской равнины в этот, год фенологические явления протекали быстрее, чем обычно, особенно на юго-западе (в зоне широколиственных лесов), где основные фенодаты наступили на 10 — 20 дней раньше. В дубравах запасы почвенной влаги расходовались очень быстро, ассимиляция была сильно подавлена, уменьшилась продуктивность древесного и травяного ярусов, пожелтение листьев началось раньше обычного, усилилось их поражение вредителями и грибковыми заболеваниями. Однако массовое пожелтение
Березы и ряда других деревьев и кустарников наступило позже средних сроков.
Влияние гидротермических аномалий на биоту зависит от сочетания многих условий. Специфика данного вегетационного периода сама по себе еще не определяет реакции растений, так как многое зависит от характера предшествующих сезонов. Так, высокая тепло-обеспеченность летом, теплая и сухая осень благоприятствуют последующей перезимовке. Но сильная засуха может способствовать снижению зимостойкости у незасухоустойчивых видов Влияние сильных засух на древесную растительность может сказаться через несколько лет. По наблюдениям А. А. Крауклиса, изменения в количестве осадков проявляются в продуцировании биомассы деревьев с опозданием на 5 лет.
Когда сухие или влажные периоды следуют по нескольку лет подряд, в ландшафтах наблюдаются более существенные изменения. Так, по данным В. А. Фриша, в степных ландшафтах Юго-Восточного Забайкалья с 1952/53 гг. начался влажный период. Если в 1940— 1951 гг. среднее количество осадков вегетационного периода составляло 247 мм, то в 1952 — 1963 гг.— 309 мм, а в 1958 г. сумма осадков в 3 раза превысила норму. Это привело к трансгрессии озер, активизации родников и мерзлотно-наледных явлений. В доминирующих пижмовых и вострецовых сообществах усилилась роль мезофильного разнотравья, увеличилась биологическая продуктивность. (В сухие и жаркие годы наблюдается наступление более конкурентоспособных ковыльных сообществ.)
Климатические аномалии имеют обычно макрорегиональный характер и охватывают территории целых секторов. При этом нередко наблюдается гетерохронность процессов в соседних секторах, например, наступление аномально влажных лет в Восточной Европе сопровождалось усилением сухости в Западной, что связано с установлением меридионального типа циркуляции атмосферы.
Многолетняя изменчивость неоднозначно проявляется в разных ландшафтах, а в одних и тех же ландшафтах — у разных компонентов и морфологических подразделений. К. Н. Дьяконов определил изменчивость некоторых зональных типов ландшафтов Западной Сибири по трем показателям с помощью коэффициента вариации.
Оказалось, что С годового количества осадков возрастает от 12,0 в северной тайге до 19,5 в лесостепи, а годового стока — в том же направлении от 20 до 45 — 70. Прирост сосны по диаметру обнаружил наименьшую изменчивость в южной тайге (С = 21), а наибольшую — в лесостепи (С = 33) . В целом изменчивость возрастает от тайги к лесостепи, а на топологическом уровне — от автономных фаций к подчиненным.
Изменчивость ландшафтов обусловлена многими причинами, она имеет сложную природу и выражается в принципиально различных формах.
Прежде всего, следует различать в ландшафтах два основных типа изменений, которые Л. С. Берг еще более полувека назад назвал обратимыми и необратимыми. К первым он относил сезонные смены, которые, по его выражению, «не вносят, в сущности, ничего нового в установившийся порядок вещей», а также изменения катастрофического характера (землетрясения, сильные пожары и т. п.), после которых «ландшафт восстанавливается приблизительно до состояния, бывшего до катастрофы». При необратимых, или прогрессивных, сменах «возврата к прежнему состоянию не происходит: изменения идут в одну сторону, в определенном направлении».
Изменения первого типа не приводят к качественному преобразованию ландшафта, они совершаются, как отметил В. Б. Сочава, в рамках одного инварианта, в отличие от изменений второго типа, которые ведут К Трансформации структур, т. е. к смене ландшафтов. 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 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. Закономерный переход одного состояния в другое (например, дневного в ночное, осеннего в зимнее) дал основание Н. Л. Беручашвили ввести понятие о поведении природных территориальных комплексов.
Важно различать состояния разных порядков по их продолжительности. Н. Л. Беручашвили выделяет состояния кратковременные (продолжительностью до 1 сут), средневременные (от 1 сут до 1 года) и длительновременные (более 1 года). Кратковременные состояния могут сменяться через несколько часов и даже минут (например, при переменной облачности — закрытости или открытости диска Солнца), но не затрагивают глубоко геосистему. Длительновременные состояния мало изучались. Ландшафтоведу на практике чаще всего приходится иметь дело со средневременными состояниями ландшафта и подчиненных ему геосистем. Они связаны, прежде всего, с сезонной динамикой (фазы годового цикла), кроме того, с различными погодными ситуациями преимущественно циркуляционного происхождения. Н. Л. Беручашвили ввел понятие о стексах как среднесуточных состояниях геосистем, обусловленных главным образом положением данных суток в годовом цикле функционирования и колебаниями циркуляционных процессов в атмосфере.
В отличие от сезонных фаз, сменяющихся в строго обязательной последовательности, стексы не образуют последовательного временного ряда. Фаза снеготаяния, например, следует строго после зимней стабилизации и предшествует весеннему оживлению природных процессов. Но каждая из этих фаз складывается из ряда суточных состояний, которые могут меняться местами. После снеготаяния может образоваться временный снежный покров на несколько дней (как бы регрессивный стеке); весной возможны возвраты холодов, ясные дни чередуются с дождливыми, зимой бывают теплые вторжения и оттепели, предзимняя фаза характеризуется частым и нерегулярным чередованием снежных и бесснежных состояний, морозных дней и оттепелей и т. д.
Стексы, следовательно, представляют собой более дробные категории состояний, подчиненные сезонным фазам и в то же время раскрывающие их структуру. Стексы классифицируются по тем признакам, что и фазы годового цикла, т. е. по термическим условиям и увлажнению, и их высшие классификационные объединения— типы стексов (морозные снежные, прохладные влажные, жаркие сухие и т. п.) — по существу совпадают с фазами годового цикла. Надо заметить, что практически стексы изучаются на уровне фаций.
Динамика ландшафта обусловлена преимущественно, но не исключительно, внешними факторами и имеет в значительной степени ритмический характер. Рассмотренные ранее суточный и сезонный ритмы, с которыми мы встречаемся повседневно, связаны с планетарно-астрономическими причинами. Более или менее достоверно установлены различные ритмы большей продолжительности. Внутри-вековые и вековые ритмы — гелиогеофизические по происхождению, т. е. связаны с проявлениями солнечной активности, которые вызывают возмущения магнитного поля Земли и циркуляции атмосферы, а через последнюю — колебания температуры и увлажнения. Наиболее известны 11-летние, а также 22 — 23-летние ритмы этого типа, кроме того, намечаются ритмы в 26 месяцев, 3 — 4,5 — 6,80 — 90, 160 — 200 лет.
Сверхвековой 1850-летний ритм обусловлен изменчивостью приливообразующих сил в зависимости от взаимного перемещения Земли, Солнца и Луны и выражается в планетарных колебаниях климата. Более продолжительные ритмы (21, 42 — 45, 90, 370 тыс. лет) объясняют колебаниями эксцентриситета земной орбиты; с этими ритмами некоторые исследователи связывают чередование ледниковых и межледниковых эпох. Наконец, геологические ритмы измеряются миллионами лет. Самые большие геологические циклы (165 — 180 млн. лет) проявились в главных орогенических эпохах фанерозоя — каледонской, мезозойской и кайнозойской.
Природа многих ритмов, особенно большой продолжительности (низкочастотных), еще не вполне ясна и механизм их географических проявлений изучен недостаточно. Надо заметить, что большинство из них имеет квазипериодический характер. 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 компонентов, о чем уже говорилось. В результате наблюдаются большие или меньшие сдвиги по фазе в ритмах отдельных компонентов, а, кроме того, гетерохронность ритмических колебаний в разных регионах. При этом у разных параметров амплитуда колебаний оказывается неодинаковой — вплоть до полного затухания (например, амплитуда сезонных колебаний температур в почве меньше, чем в воздухе, и постепенно затухает с глубиной).
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. Геологические и сверхвековые циклы, проявляющиеся в планетарных масштабах, перекрывают время существования отдельных ландшафтов и имеют отношение к динамике эпигеосферы в целом, они обычно служат объектами палеогеографических исследований.
Наряду с экзодинамическими («вынужденными») ритмическими колебаниями, обусловленными внешними факторами, в эпигеосфере наблюдаются автономные колебания, возникающие из-за инерционности тех или иных компонентов и действия прямых и обратных отрицательных связей. Наибольшее планетарное («надландшафтное») значение имеют многовековые автоколебания в подсистеме океан — ледники — атмосфера. Ледники и особенно Мировой океан отличаются высокой инерционностью и медленно реагируют на изменения солярного климата. В результате действия отрицательных обратных связей в подсистеме возникают собственные колебания, проявлением которых, возможно, служит пульсация оледенений. Автоколебания, накладываясь на экзодинамические колебания, еще более усложняют ритмику природных процессов. Примером собственно эндодинамических колебаний в более ограниченных пространственных и временных масштабах могут служить возрастные смены поколений древостоя в лесных ландшафтах.
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. В конечном счете, пройдя ряд сукцессионных смен, они достигают эквифинального состояния, т. е. устойчивого динамического равновесия. Совокупность всех переменных (динамических) состояний фации, подчиненных одному инварианту, В. Б. Сочава называет эпифацией. Здесь мы пока не касаемся нарушений, вызываемых деятельностью человека. Многие вопросы динамики и пространственно-временного анализа геосистем, включая понятия о состояниях, динамических (сукцессионных) сменах и др., разработаны в основном на примере элементарных единиц — фаций.
Познание динамики ландшафта как интегрального процесса, охватывающего все подчиненные локальные геосистемы, и как важного аспекта его пространственно-временной организованности — сложная и еще не решенная задача. Существенную помощь могут оказать графические пространственно-временные модели, аналогичные той, которая применена к характеристике зональных закономерностей изменения сезонных структур ландшафтов, а также динамические ландшафтные карты.
Приведем (с некоторыми упрощениями) пример, относящийся к динамике ландшафта Мюссерской возвышенности в Колхидской ландшафтной провинции.
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: Надо полагать, что чем шире естественный, «привычный» диапазон состояний, тем меньше риск подвергнуться необратимой трансформации при аномальных внешних воздействиях. Например, ландшафты экваториальных лесов, существующие длительное время в стабильных и узко ограниченных условиях теплообеспеченности и увлажнения, менее приспособлены к резким аномалиям этих условий, чем ландшафты умеренных широт. Однако противостоять подобным аномалиям позволяют внутренние механизмы саморегулирования, присущие различным ландшафтам. Благодаря отрицательным обратным связям эффект внешних воздействий «гасится» или, во всяком случае, ослабляется. Один из простых случаев: уменьшение стока в бессточное озеро вызывает сокращение площади зеркала, а тем самым — испарения, и таким образом восстанавливается водный баланс (устанавливается новое 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. Так, упомянутый экваториальный лес противостоит интенсивному вымыванию элементов минерального питания из почвы путем накопления их в биомассе и интенсификации внутреннего оборота элементов. (Это свойство присуще в большей или меньшей степени и другим лесным сообществам.) Отсюда следует, что 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. Следовательно, и с этой точки зрения следует признать, что в механизме саморегулирования ландшафта биоте принадлежит ведущая роль.
Вопрос о мере устойчивости ландшафта, по существу, еще не обсуждался. Исходя из сказанного, можно в первом приближении считать косвенной мерой устойчивости запасы биомассы в ландшафте и ее продуктивность. Поскольку же эти показатели определяются в первую очередь соотношением теплообеспеченности и увлажнения, то оптимальное соотношение этих двух факторов должно, по-видимому, рассматриваться также как важный критерий устойчивости ландшафта.
Устойчивость всякого ландшафта, разумеется, относительна и имеет свои пределы. Рано или поздно ландшафт подвергнется трансформации в ходе своего развития, которое будет предметом нашего дальнейшего рассмотрения. 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.
Список литературы:
1.А. И.Голованов, Е. С.Кожанов «Ландшафтоведение»
2.А. Г. Исаченко «Ландшафтоведение и физико-географическое районирование»
Романцовой Татьяны Николаевны
