7_dinamika


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

Лекция 7 Динамика и функционирование ландшафтов История изучения динамики и функционирования ландшафтов Значительный вклад в становлении динамического направления внесли труды европейских естествоиспытателей и философов, обосновавших всеобщую взаимосвязь предметов и явлений и развитие материального мира (И. Кант, Ч. Лайель, Ч. Дарвин, Г. Гегель, М. В. Ломоносов, А. Гумбольдт, К. Риттер, Ф. Энгельс и др.). Основоположник ландшафтоведения В. В. Докучаев. Ученики В.В. Докучаева (Л. С. Берг, Г. Н. Высоцкий, Г. Ф. Морозов, Р. И. Аболин и др.) считали необходимым познание генезиса и истории развития географических объектов. Уже в конце XIX в. в России были начаты стационарные исследования ландшафтов (В. В. Докучаев - в Каменной степи, 1892-1895 гг.; Г. Н. Высоцкий - в Великом Анадоле, 1892-1904 гг.). Первый этап (1912-1941 гг.) Осознание основных закономерностей развития ландшафтов и первых полевых опытов их изучения. В этот период остро стоял вопрос о движущей силе развития ПТК. Такой силой считали рельеф (И. М. Крашенинников, 1923; А. И. Пономарев, 1937), климат и рельеф (Б. Б. Полынов, 1925), климат (А. А. Григорьев, 1937), растительность (И. К. Пачосский, 1915; В. Р. Вильяме, 1927; А. Д. Гожев, 1929). А. Г. Исаченко (1953) справедливо отметил, что ошибка исследователей состояла в том, что развитие ПТК пытались объяснить только ведущим фактором, без учета взаимодействия всех природных компонентов. И. М. Крашенинников(01.10.1884 – 27.09.1947 гг.) «Географические работы» -ГИЗ Географической литературы , Москва 1951 год Были высказаны и частично доказаны положения о том, что эволюцию ландшафта определяет процесс взаимодействия между его компонентами (Б. Б. Полынов, 1925), о внутренних и внешних факторах развития ПТК (А. Д. Гожев, 1929; Л. С. Берг, 1931; А. А. Григорьев, 1937), о саморазвитии ПТК (Р. И. Аболин, 1914; Б. Б. Полынов, 1925; М. А. Первухин, 1932), об обратимых и необратимых изменениях в ПТК (Л. С. Берг, 1931), о наличии в ландшафтах реликтовых, консервативных и прогрессивных элементов (Б. Б. Полынов, 1925), об общности происхождения эпифаций, т. е. морфологических единиц (Л. Г. Раменский, 1938). Все эти положения не потеряли своего значения до настоящего времени. Были выполнены первые полевые ландшафтные исследования и картографирование ПТК. Это работы по изучению болот Р. И. Аболина (1914), песков Нижнего Дона Б. Б. Полынова (1926-1927), песчаных массивов Среднего Дона, Предкавказья и Средней Азии А. Д. Гожева (1929, 1930, 1932). Второй этап (1942-1960 гг.) Проведена детализация теоретических представлений об основных закономерностях развития ПТК. Появились первые комплексные физико-географические и биогеоценологические стационары. В теоретическом отношении этот этап ознаменовался: признанием большинством географов внешних и внутренних причин развития ландшафтов, саморазвития ПТК, поступательного и взаимосвязанного развития составляющих географической оболочки, наличия обратимых и необратимых изменений в природе, прогрессивых, консервативных и реликтовых элементов в ландшафтах. A. А. Григорьев (1934) высказал мысль о существовании единого, сложного физико-географического процесса, который складывается из множества частных процессов. На эти взгляды ныне опираются исследователи функционирования ПТК. B.Н. Сукачев (1942,1947,1948) в развитии биогеоценозов предложил различать: 1) биоценогенезис (становление типов биоценозов и биогеоценозов); 2) динамику биогеоценозов, в которую входят онтогенез эдификаторов, самовозобновление, сезонные и погодные изменения; 3) динамику или сукцессии растительности - собственно ее развитие под влиянием внешней среды и саморазвития. Сукачев Владимир Николаевич (26.05.1880— 9.02.1967)   Сукачев Владимир Николаевич — основоположник биогеоценологии, один из основоположников учения о фитоценозе, его структуре, классификации, динамике, взаимосвязях со средой и его животным населением. Тесно связаны с исследованиями по фитоценологии работы Сукачев Владимир Николаевич по дендрологии и луговедению, а также по палеоботанике и стратиграфии. Труды Сукачев Владимир Николаевич по болотоведению, дендрологии, геоботанике, по систематике растений и экспериментальному изучению форм естественного отбора получили широкое применение на практике.  А. Г. Исаченко, вслед за Б. Н. Городковым и В. Н. Сукачевым, предложил выделять две стадии в развитии ландшафта, возникающего вследствие изменения геолого-геоморфологической основы. Первая - характеризуется относительно быстрым формированием его структуры, вторая - относительно медленным развитием. По-прежнему спорным оставался центральный вопрос динамики ландшафтов - о движущих силах развития ПТК. Преобладало мнение, что в этом процессе главную роль играет ведущий фактор (один или два природных компонента). С отличной точкой зрения выступил Н. А. Солнцев. Он признавал, что развитие ландшафтов идет под воздействием всех взаимосвязанных природных компонентов, но сила влияния их друг на друга неравнозначна. Все природные компоненты располагаются в следующий ряд: земная кора, воздух, вода, растительность, животный мир. В этом ряду сила воздействия компонентов друг на друга ослабевает от первого члена к последнему. Работы Н. А. Солнцева (I960,1961) о ритмичности и периодичности экзогенных процессов. В них рассмотрены суточный и годичный циклы в развитии ПТК, их роль в поступательном развитии, введены понятия о нормальных, опасных, критических и катастрофических амплитудах ритмов в природе. В пятидесятые годы появились первые комплексные физико-географические и биогеоценологические стационары. Их пред­шественниками были многочисленные отраслевые стационары -метеорологические, гидрологические, заповедники и др. В 1954 г. Институтом географии АН СССР была открыта Тянь-Шанская физико-географическая станция. Первый биогеоценологический стационар организован В. Н. Сукачевым в Московской области, в Серебряноборском лесничестве (1957). Позднее появились еще 53 биогеоценологических стационара и несколько физико-географических станций: Курская полевая экспериментальная база (1965) и Северо-Кавказская научная горная станция (1978) Института географии АН СССР, Биосферная станция Института почвоведения и агрохимии АН СССР в Пущино на Оке (1975), Средне-Сихотэ-Алинский стационар Тихоокеанского института географии ДВНЦ АН СССР (1972). На биогеоценологических стационарах внимание концентрируется вокруг биотических связей. Изучаются состав и строение биоты, трофические связи, биопродуктивность, биологический кругооборот веществ. Изучению же абиотических связей (рельефу, отложениям, водам, климату) уделяется недостаточное внимание. На комплексных физико-географических станциях, напротив, центр тяжести направлен на изучение абиотических факторов (кругообороты тепла, влаги, веществ). Но и на тех, и на других стационарах в исследованиях обычно не учитывается морфологическая структура ландшафтов, а процессы изучаются не в комплексе, а по отдельным компонентам. Третий этап (1961-1991 гг.) Появляются многочисленные специально созданных ландшафтные стационары. Результаты их работы послужили основой для новых теоретических выводов - формирования представлений о состояниях, сменах и эволюционно-динамических рядах ПТК, для разработки первых классификаций динамических состояний ландшафтов. Активизация изучения динамики ландшафтов на основе системного подхода связана с именем В. Б. Сочавы. Он рассматривает ПТК как пространственно-временные геосистемы, обладающие целостностью, иерархичностью, структурой (взаимосвязь между компонентами), функционированием, устойчивостью. Ядро учения В. Б. Сочавы - представление об инварианте (неизменной структуре) геосистемы. К динамике он относит все изменения в геосистеме в пределах одного инварианта. Геосистемы, затронутые такими изменениями, находятся в переменных состояниях: эквифинальных или климаксовых (среди них различаются коренные, условно коренные, мнимокоренные) и серийных. Сумма всех переменных состояний одной фации образует эпифацию. Если же необратимые изменения нарушили инвариант, то происходит эволюция. В. Б. Сочава различает в динамике две стороны - преобразовательную и стабилизирующую. Заслугой В. Б. Сочавы и его учеников является создание сети первых ландшафтных стационаров: Приангарского (1963), Харанорского (1958), Нижне-Иртышского (1966), Тугрского (1963), Северо-Обского (1978), Южно-Минусинского (1971). На них изучались сопряженные по гипсометрическому профилю фации. Для этого был разработан метод комплексной ординации: все наблюдения осуществлялись сопряженно и синхронно группой отраслевых специалистов при руководящей роли физико-географа. Программа наблюдений близка к используемым на биогеоценологических стационарах. Наблюдения проводились 4-8 раз в год на трансектах, размерами 1-3 км х 50-100 м, где имеется 25-50 опорных точек. Нижне-Иртышский ландшафтный стационар Материалы собранные по точкам обрабатывались геохимическими, геофизическими методами и т. д. Четвертое измерение ландшафта - времяВозраст. Н. А. Солнцев предложил исчислять возраст ландшафта от момента образования литогенной основы (1948, 1960), а позднее (1973) - со времени установления геоматических условий (литогенной основы, климата). А. Г. Исаченко (1953, 1965) различает возраст типа ландшафта и возраст конкретного ландшафта. Последний исчисляется от начала появления элементов его новой структуры. Еще один центр изучения динамики ландшафтов возник в конце шестидесятых годов на Кавказе - Марткопский стационар Тбилисского университета, работавший под руководством Н. Л. Беручашвили. Здесь использовались преимущественно геофизические методы. Исследовались не только взаимосвязи между природными компонентами ПТК и их морфологическими частями, но состояния ПТК. Под состоянием ПТК Н. Л. Беручашвили (1972, 1983, 1986) понимал соотношение параметров его структуры и функционирования в какой-либо промежуток времени. Структура ПТК рассматривается им как вертикальное членение фации на геогоризонты (различные ярусы растительности, почвенные горизонты и т. д.), горизонтальное - на парцеллы и морфологические части. Состояния ПТК характеризуются через массу вещества разного качества (аэро-, гидро-, лито-, педо-, морт-, фито-и зоомассы). На Марткопском стационаре изучались суточные (рассматриваются как основные), циркуляционные и сезонные состояния. На нескольких фациях были организованы единственные в стране ежедневные круглогодичные наблюдения. Изучалась динамика не только фаций, но и ПТК более высоких рангов, правда, по упрощенной программе. Предложены интересные методы обработки собранных материалов. Впервые закономерности смены состояний были использованы в прикладных целях - для установления сроков начала пастбищного сезона в разных районах Большого Кавказа. После VII Всесоюзного ландшафтного совещания (1974) интерес к изучению динамики ландшафтов значительно возрос. Сотрудники кафедры физической географии СССР географического факультета Московского университета начали в 1976 г. изучение динамики ландшафтов на Сатинском учебном полигоне (Калужская область) под руководством А. А. Макуниной (работы имели геохимическую направленность). В Центральной Мещере в 1978 г. К. Н. Дьяконовым и его сотрудниками были организованы полустационарные наблюдения для выявления изменений, вызванных осушением (изучались тепловой и водный баланс, биопродуктивность, миграция химических элементов). В юго-восточной Мещере с 1976 г. (Лесуново) и с 1978 г. (Окский заповедник), под руководством Н. А. Солнцева и И. И. Мамай стала разрабатываться методика изучения динамики ПТК разных рангов, их внутригодовых и многолетних состояний. К. Н. Дьяконов Работы по изучению динамики ландшафтов в этот период начались в Нижнем Поволжье сотрудниками Саратовского университета, которые разработали экспресс-методы получения количественных характеристик (суммарной и отраженной радиации, влажности почв, запасов и прироста надземной и подземной биомассы). Сотрудники Львовского университета под руководством Г. П. Миллера на Расточском и Черногорском стационарах приступили к изучению внутригодовой динамики фаций. На этом же этапе появилась монография В. Н. Солнцева (1981), в которой теоретически рассмотрена хроноорганизация географи­ческих явлений и объектов. Им предложено различать следующие хроноинтервалы: характерное, минимальное, полное и фоновое вре­мя. Для ПТК это, соответственно, год, сутки, несколько десятков и сотен лет. Подобное членение, как будет показано ниже, плохо со­гласуется с реальностью.В 1985 г. Ф. Н. Мильков предложил различать динамику разви­тия, хорологическую, структурную и временную. Под последней понимается динамика функционирования (процессы обмена веще­ством и энергией), циклическая (суточная, лунно-суточная, сезон­ная) и периодическая. Такое деление создает впечатление, что все эти виды динамики проявляются независимо друг от друга, чего в действительности нет. Только понятие «состояние ПТК» разных рангов дает возможность преодолеть этот недостаток, однако Ф. Н. Мильков почему-то суживает рамки понятия «состояние» средней динамикой функционирования ПТК в течение года. В 1985 г. Ф. Н. Мильков предложил различать динамику развития, хорологическую, структурную и временную. Под последней понимается динамика функционирования (процессы обмена веществом и энергией), циклическая (суточная, лунно-суточная, сезонная) и периодическая. Такое деление создает впечатление, что все эти виды динамики проявляются независимо друг от друга, чего в действительности нет. Только понятие «состояние ПТК» разных рангов дает возможность преодолеть этот недостаток, однако Ф. Н. Мильков почему-то суживает рамки понятия «состояние» средней динамикой функционирования ПТК в течение года. Ф. Н. Мильков Четвертый этап (с 1992 г. и до настоящего времени) Произошло сокращение количества ландшафтных стационаров, появлением новых методов изучения динамики ландшафтов, дальнейшим развитием теории. С распадом Советского Союза и ухудшением экономического положения страны часть центров по изучению динамики ПТК ока­алась за рубежом. Почти прекратили существование сибирские стационары. К настоящему времени по-прежнему функционируют стационары Московского университета в Мещере и в Приэльбрусье, но объем работ на них сокращен. В 1994 г. К. Н. Дьяконовым был организован ландшафтный полу стационар на юге Архангельской области. Некоторые работы по изучению динамики ландшафтов ведутся также в Ленинградском университете. Среди новых методов изучения динамики ландшафтов - ландшафтно-археологический, разработанный В. А. Низовцевым(1997). Он позволил реконструировать особенности некоторых ландшафтов Подмосковья на разных этапах их развития (от неолита до средневековья) и проследить их антропогенную эволюцию. К. Н. Дьяконовым и Т. А. Абрамовой впервые были использованы палеоботанические и радиоуглеродные методы изучения эволюции некоторых ландшафтов Центральной Мещеры и юга Архангельской области в голоцене. Стали разрабатываться компьютерные технологии обработки полученных материалов. Из основных теоретических выводов этого периода главными являются следующие. Изменчивость характеристик геосистем на «входе» (солнечная радиация, температура воздуха, осадки и т. д.) меньше изменчивости на «выходе» (сток, фитопро-дуктивность и т. д.). Параметры функционирования ПТК разных рангов во времени и в пространстве бывают синхронны, мета-хронны и асинхронны. Изменчивость во времени в фациях отражает флуктуацию внешних факторов, а в пространстве - внутриландшафтное разнообразие (К. Н. Дьяконов, А. Н. Иванов, И. А. Авессаломова). Выявлены основные закономерности эволюционно-динамических рядов ландшафтов. Показано, что свойства новых ПТК зависят от особенностей их предшественников, вида и силы воздействия (в том числе антропогенного), приведшего к возникновению новых комплексов. Установлено, что устойчивость ПТК зависит не только от его инерционности и саморегуляции, но и от скорости развития комплекса и от того, в какой фазе и подфазе развития он находится. Сделан первый опыт определения вклада погодных состояний ПТК в их развитие. Разработана генетико-динамическая классификация ландшафтов (И. И. Мамай). Сформировано представление о состояниях и сменах ПТК. Создана таксономическая система внутригодовых и многолетних состояний. Выявлены разные типы смен старых ПТК новыми. Показано, как формируются эволюционно-динамические ряды ПТК, какие факторы определяют свойства новых ПТК, пришедших на смену старым. Разработаны представления о потоках вещества и энергии в ПТК. Созданы различные методы изучения динамики и функционирования ПТК с использованием геофизических, геохимических, ландшафтно-археологических, палеоботанических и радиоуглеродных подходов, новые методы обработки материалов, в том числе на основе компьютерных технологий. Собран обширный фактический материал по изучению динамики и функционирования ландшафтов разных регионов. Выполнены первые опыты использования полученных знаний о динамике ПТК в прикладных целях. Еще предстоит установить: вклад каждого внутригодового и многолетнего состояния вразвитие ПТК;установление синхронности и асинхронности наступления со­стояний и смен ПТК;выявление четких количественных пределов изменений, за которыми наступают новые состояния и смены ПТК;изучение взаимосвязей между ПТК, а также между ПТК, атмосферой и земной корой;создание классификации процессов, действующих в ПТК и между ПТК и внешней средой;создание методики комплексного изучения всех процессов вПТК и между ПТК и внешней средой, с учетом их воздействия друг на друга (усиления, ослабления, стабилизации).Нужно найти способы выявления вклада каждого ПТК в функционирование ландшафтной и географической оболочек.Выявить особенности эволюции ландшафтов, региональную специфику динамики и функционирования ландшафтов. решения проблема использования полученных знаний о динамике и функционировании ландшафтов в прикладных целях, с выходом на управление ПТК. Основные понятия Характерное время. Для оценки скорости изменения ПТК и его структурных частей используют понятие «характерное время». Однако содержание этого понятия неоднозначно. Поэтому в каждом конкретном случае надо определять, какой смысл вкладывает в него тот или иной автор. Существуют следующие толкования термина характерное время. Во-первых, характерное время рассматривается, как время, за которое система, испытавшая возмущение, возвращается к исходному состоянию (В. О. Таргульян, А. Д. Арманд). Во-вторых, характерное время рассматривается, как время становления какого-либо объекта (ПТК, фитоценоза, почв). При этом вовсе не обязательно, чтобы сформировался комплекс со свойствами исходного ПТК. Важно, чтобы вместо одного ПТК, фитоценоза, почвы и т. д. сформировался другой ПТК, фитоценоз, почва и т. д, с другими свойствами (Ю.Г. Пузаченко, А.Н. Геннадиев, К.Н. Дьяконов и др.). В-третьих, характерным временем называют отрезок времени, который необходим тому или иному объекту для перестройки под воздействием факторов внешней среды. Так, для образования нового рельефа называют цифры в несколько десятков тысяч лет, для почв - 5-10 тыс. лет, для растительности - 1-2 тыс. лет. Это наиболее распространенная точка зрения. В-четвертых, за характерное время считают год, в течение которого происходит набор целостных проявлений объекта (набор внутригодовых состояний). Этот взгляд принадлежит В. Н. Солнцеву. Кроме того, В. Н. Солнцев выделяет еще ряд хроноинтервалов. Это минимальное время — сутки, в течение которых в ПТК протекают все простые процессы.Полное время (несколько десятков лет, в процессе которого реализуются все существенные переходы из одного состояния в другое). Фоновое время, в течение которого разворачивается жизнь того или иного объекта. Эти взгляды В. Н. Солнцева представляются достаточно спорными, так как полный набор целостных проявлений объекта и все существенные переходы из одного состояния в другое осуществляются только за время от появления ПТК до его смены другим ПТК. Простые же процессы достаточно полно проявляются и во внутрисуточных состояниях. Аналогия пространственных и временных границ Развитие ПТК Развитие в русском языке понимается двояко: как итог (произошло такое-то изменение) и как процесс (идет какое-то изменение). Развитие как итог Развитие как итог - это необратимое, направленное и закономерное изменение. Обратимыми считаются процессы и явления, которые через определенный промежуток времени исчезают, а затем снова появляются. Однако полной обратимости в природе, видимо, не существует. Всегда происходят едва заметные необратимые изменения (необратимый остаток), иначе не было бы поступательного развития комплекса. Говоря об обратимых процессах, надо четко оговорить время, в которое они могут проявиться. Обратимость процессов и явлений Для ПТК обратимыми следует считать только те процессы, которые действуют на протяжении его жизни, от момента образования до смены другим ПТК. Необратимыми называются такие изменения, которые после их появления в ПТК уже не исчезают до конца его существования, а иногда и наследуются новыми ПТК. Пойма реки превращается в надпойменную террасу, низинное болото замещается верховым, происходит образование оврага. При направленных изменениях развитие идет по единственно возможному пути при данных условиях. Если сохраняются условия для болотного процесса, то идет сначала нарастание низинного торфа, который сменяется верховым. Ненаправленные изменения происходят случайно (случайные изменения). Вследствие пожара на болоте в сухое лето выгорает часть торфа. Как только засуха кончается, здесь снова начинает накапливаться торф. При закономерных изменениях развивающийся объект проходит все «заложенные в программе его развития» стадии. Например, прежде чем образуются сильноподзолистые почвы, они пройдут этапы подзолистых слаборазвитых, слабоподзолистых и среднеподзолистых. Незакономерные изменения чаще всего наступают в результате случайных причин. Например, избыточное внесение удобрений приводит к появлению окультуренных почв, которые исчезают спустя некоторое время после прекращения удобрения почв. Развитие как процесс Развитие можно рассматривать как сложный процесс. В нем с точки зрения диалектического материализма происходит переход количественных изменений в качественные, случаются перерывы постепенности, происходит гибель старого и нарождение нового, возврат к старому. Спираль эволюции Формы развития эволюционное (медленное, постепенное) и катастрофическое или революционное (быстрое развитие). Среди других форм развития различают развитие ритмическое и циклическое. Кроме того, выделяют развитие, которое происходит от внутренних причин ПТК. Оно называется саморазвитием. 1) изменение количества пыльцы Picea obovata; 2) изменение количества пыльцы Abies sibirica; 3) изменение количества пыльцы Pinus sylvesrtis и Larix sibirica; 4) изменение количества пыльцы Betula sect Betula; 5) изменение количества пыльцышироколиственных пород; 6) изменение количества пыльцы деревьев и кустарников. Динамика Динамика ПТК. Как известно, динамика - раздел механики, посвященный движению тел под воздействием приложенных сил. В географии существует три толкования термина «динамика ПТК».Динамика синоним любого быстрого изменения в ПТК.Динамика ПТК - область обратимых (циклических) измене­ний при неизменной структуре (в пределах одного инварианта). В. Б. Сочава, А. А. Крауклис, А. Г. Исаченко, А. А. Макунина и др.Динамика ПТК - процесс его развития (необратимые, направленные и закономерные,обратимые, случайные и незакономерные изменения, которые имеют как рит­мический, так и неритмический характер (В. И. Орлов, В. А. Ни­колаев, И. И. Мамай и др.)Динамика синоним функционирования. Функционирование Понятие «функционирование» ПТК имеет двоякий смысл: это и совокупность всех процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии в ПТК (Исаченко, 1991); функционирование ПТК- процессы и их результаты (создание биомассы, почв и т. д.). Функционирование ПТК Функционирование (движение вещества и энергии) обусловлено несходством природных компонентов внутренней и внешней среды ПТК. Если бы не было функционирования, не было бы и целостности объектов, природные компоненты не взаимодействовали бы друг с другом. В процессе функционирования идет преобразование современных ПТК, приводящее к появлению новых (ландшафтных единиц) и обеспечивается их однородность-разнородность. Интеграция процессов по формам движения материи Каждый из процессов изучается специалистами особых направлений в науке: геофизика ландшафта; геохимия ландшафта; биотика ландшафта (биогеоценология). Они изучают функционирование ландшафта с позиций соответствующих фундаментальных наук. В реальности элементарные природные процессы, связанные с отдельными формами движения переплетаются и переходят друг в друга. Их разделение искусственно и условно. Частные географические процессы (например, сток, почвообразование) нельзя считать только физическими, только химическими или биологическими. Так, физическая сущность стока элементарна – это движение воды под действием силы тяжести. Географическая сущность стока, не сводится к простым законам механики. Это одновременно процесс гидрологический, геоморфологический, геохимический и ландшафтный. Это звено комплексного процесса влагооборота. Функционирование - работа ПТК Величина поступления – «трансформация и аккумуляция» - потеря или вынос во внешнюю среду. Стрелочки! От интенсивности функционирования (внутреннего энергообмена) зависит устойчивость к внешним воздействиям. Количественно оценить функционирование позволяет балансовый метод. Следует разделять входные и выходные потоки и внутренний оборот. Энергооборот (энергетика ландшафта) Приход: солнечная энергия (суммарная радиация в среднем 5600 МДж./мІ в год, радиационный баланс 2100 МДж./мІ в год); энергия приливного течения; энергия тектонических движений и внутреннего тепла Земли (геотермическая). Аккумуляция (внутренний оборот): тепловой обмен поверхности с почво-грунтам (интенсивность выше в континентальных ландшафтах), биохимическая реакция фотосинтеза (0,5% от общего потока суммарной солнечной радиации или 1,3% от рад. баланса). Количество связанной энергии можно рассчитать умножив величину брутто-продукции на 3,8 ккал (15,9 кДж - расход на ассимиляцию 1г углерода), поддержание определенных термических условий живыми организмами. Накопление энергии в гумусе. Расход: эвапотранспирация, турбулентная отдача тепла в атмосферу, эффективное излучение, альбедо, высвобождение энергии при дыхании продуцентов и разложении органических остатков. Энергия Солнца способна превращаться в различные виды энергии: тепловую, химических процессов, механическую, биогенную. Определяет пространственно-временную упорядоченность, интенсивность функционирования (при равной влагообеспеченности). Содержание энергии в фитомассе определяется по калорийности (теплоте сгорания) органического вещества (среднее значение 4,5 ккал или 18,5 к ДЖ на г сухого вещества). Коэффициент использования ФАР (фотосинтетически активная радиация). Все связи в ландшафте реализуются по средствам трансформации энергии. При переходе от одного трофического уровня к другому происходят потери энергии. Влагооборот обеспечиваетминеральный обмен между блоками. Приход : атмосферные осадки, конденсация водяного пара. Расход: сток(поверхностный и подземный), суммарное испарение, биогенный оборот влаги (транспирация, десукция.). Внутренний оборот: участие воды в фотосинтезе и продукционном процессе. Здесь основную роль играет биота (биологический влагооборот) На единицу продуцируемой фитомассы в среднем тратится 400 массовых единиц воды. Из этого количества в состав живого организма входит менее 1% (0,75% свободной воды и 0,15 связанной воды в виде водородных атомов,связанных при фотосинтезе с атомами углерода). Интенсивность влагооборота и его структуры зависит от количества осадков и энергообеспеченности. (3 000 мм приходит и 3 000 мм испаряется). В плакорных условиях наибольшее количество влаги перекачивает в атмосферу влажный экваториальный лес. Таблица 5. Основные элементы водного баланса типичных ландшафтов в различных зонах (средние годовые показатели) Ландшафты Осадки,мм Испа­рение, мм Сток,мм Коэффи­циент стока Тундровые восточноевропейские 500 200 300 0,60 Северотаежные восточноевропейские 600 300 300 0,50 Среднетаежные восточноевропейские 650 350 300 0,45 Южнотаежные восточноевропейские 675 400 275 0,40 Подтаежные восточноевропейские 700 450 250 0,35 Подтаежные западносибирские 550 475 75 0,15 Широколиственнолесные западноевропейские 750 525 225 0,30 Широколиственнолесные восточноевропейские 650 520 130 0,20 Лесостепные восточноевропейские 600 510 90 0,15 Лесостепные западносибирские 425 410 15 0,04 Степные северные восточноевропейские 550 480 70 0,12 Ландшафты Осадки,мм Испа­рение, мм Сток,мм Коэффи­циент стока Полупустынные казахстанские 250 245 5 0,02 Пустынные туранские 150 150 <1 <0,01 Субтропические влажные лесные восточно- азиатские 1600 800 800 0,50 Пустынные тропические североафриканские <10 <10 <1 <0,01 Саванновые опустыненные североафриканские 250 240 10 0,04 Саванновые типичные североафриканские 750 675 75 0,10 Саванновые влажные североафриканские 1200 960 240 0,20 Влажные экваториальные центрально- африканские 1800 1200 600 0,35 Влажные экваториальные амазонские 2500 1250 1250 0,50 Продолжение таблицы В аридных ландшафтах доля внутреннего оборота растет, внешнего сокращается.В гумидных доля внешнего оборота(сток) растет, - внутреннего (испарение) сокращается.В эваториальных ландшафтах наиболее интенсивный влагооборот. Массообмен (литогенный оборот, минеральный обмен, геохимический круговорот) Приход:геохимически пассивные твердые продукты денудации, водорастворимые вещества (в виде ионов участвующих геохимических и биохимических реакциях, вулканизм, космическая пыль. Внутренний оборот: склоновый перенос, аккумуляция в русле, геохимические и биохимические реакции, биогенный круговорот вежества. Расход: твердый сток (сток взвешенных наносов), механический вынос твердого материала, химический сток. Биологический (биогенный) оборот В основе продукционный процесс(образование органического вещества первичными продуцентами). Приход: углерод из атмосферы, зольные элементы и азот с водными растворами из почвы, вода. Расход: около 50% органического вещества (брутто-продукции)окисляется до с СОІ, часть биомассы (около1%) аккумулируемая в почве, конечные продукты минерализации. Внутренний оборот: чистая первичная продукция, поступающая на разные трофические уровни, вторичная продукция. Таблица 8 из Исаченко Показатели Запасы фитомассы- наземная и подземная фитомасса. Запасы биомассы тем больше, чем ближе к оптимуму соотношение тепла и влаги. Чистая первичная продукция (годичная продукция)- биомасса сформировавшаяся за вегитационный период. Отношение чистой первичной продукции к запасам фитомассы. Отношение живой фитомассы к мертвому органическому веществу. Эффективность роста - отношение вторичной продукции к потреблению(2-15%).Скорость трансформации органического вещества (г.п.:м.р.о.) Емкость биологического круговорота – количество вовлекаемого в оборот минерального вещества (самая низкая в приполярных районах, высокая в суббореальных луговых степях и максимальная во влажных экваториальных лесах). Степень замкнутости биологического круговорота. Элементный состав звездного и солнечного вещества при сопоставлении с составом растений и животных (Виноградов, 1957) Химический элемент Содержание, % звездное вещество солнечное вещество живое вещество растения животные Водород (Н) 81,8 87,0 10,0 10,0 Гелий (Не) 18,2 13,0 - - Азот (N) Углерод (С) Магний (Mg) 0,3 3,0 0,08 3,0 18,0 0,05 Кислород (О2) 0,03 0,25 79,0 65,0 Кремний (Si) Сера (S) Железо (Fe) Другие элементы 0,001 0,04 7,49 3,696 Особенности функционирования. Их познание есть исследование как внутренних, так и внешних взаимосвязей ПТК. Среди внутренних взаимосвязей изучаются связи между природными компонентами. Например, связи между воздушными массами и почвами, между грунтовыми водами и растительностью, между химическим составом растительности и почв. Эти связи существуют между разными ярусами или геогоризонтами ПТК и потому называются вертикальными или радиальными. Внутри ПТК изучаются также связи между его морфологическими частями. Например, между склоном и днищем балки, между вершиной междуречной равнины и ее склонами. Это связи горизонтальные или латеральные. Они осуществляются через поверхностный сток, ветровой, гравигенный, биогенный перенос. Среди внешних связей ПТК исследуются как вертикальные (связи ПТК с атмосферой, земной корой), так и горизонтальные (между ПТК любого ранга). Изменение чисел солнечных пятен по реконструкции Эдди Условные обозначения к рисунку 1 – изменение концентрации 14С в годичных кольцах; 2 – числа Вольфа; 3 – солнечные пятна по данным восточных летописей; 4 – солнечные пятна по данным о годичных кольцах. Заштрихованные участки соответствуют шпёреровскому и маундеровскому минимумам солнечных пятен. Все взаимосвязи в ПТК являются вещественно-энергетическими, так как процессы - это перемещение вещества и энергии. Иногда говорят и о передаче информации. Однако не следует считать информацию особым родом материи. Просто, при получении нужного количества вещества и энергии, которое и выступают в качестве информации, в ПТК включается механизм нового процесса. Например, почва оттаяла, температура воздуха достигла 4-5°С - начинается вегетация растительности. Знание такого рода сигналов очень важно для понимания механизмов развития ПТК, для прогноза и управления им. Сезонный ритм графически правило Иверсена-Гричук Виды связей Связи бывают односторонними и двусторонними, прямыми и обратными. Прямая связь - прямой результат воздействия. Например, повышение температуры воздуха вызывает усиление таяния снега. Понижение температуры воздуха приводит к промерзанию почв. Обратная связь - «обратное воздействие результатов процесса на его протекание» (БСЭ, т. 18, 1974, с. 222). положительные и отрицательные обратные связи. Если результаты процесса усиливают сам процесс, то обратная связь является положительной. Например, накопление лесной подстилки приводит к увеличению в почве питательных веществ, что вызывает прирост биомассы. Ее отмирание вызывает дальнейшее накопление лесной подстилки. Положительные обратные связи усиливают процесс развития. При отрицательных обратных связях результаты процесса ослабляют сам процесс. Например, процесс проникновения влаги в почву приводит к возникновению ортзандов. Они задерживают дальнейшее поступление влаги в почву вниз по профилю. Отрицательные обратные связи ослабляют процесс развития. Саморегуляция С обратными связями тесно связано понятие «саморегуляция». Под саморегуляцией понимается свойство системы устанавливать и поддерживать на определенном уровне те или иные параметры системы. В качестве примера можно назвать свойство ПТК восстанавливать нарушенную растительность через сукцессионные смены. Например, после пожара на месте ельника возникают заросли кипрея и малины. Они сменяются травяными березняками, а затем снова ельниками. ПРИМЕР САМОРЕГУЛЯЦИИ.Временная структура годового цикла по данным метеостанции о. Диксон (нумерация лет снизу вверх, последовательность фаз – слева направо). Рис. Романа по саморегуляции Временная структура годового цикла по данным метеостанции Петрозаводск. Схема абиогенного переноса веществ 1 - границы ПТК; 2 - поверхность почвы, Ос -принос вещества с осадками. Пв - поступлениевеществ в почву с влагой, Эп - эоловый перенос веществ, Пс - перенос вещества с поверхностным стоком, Сп - перенос веществ с подземным стоком, Бп - биогенный перенос вещества, Кп - поступление вещества из Космоса, Гр - гравигенное поступление вещества, Кл - вынос вещества с поверхности почвы, Вр - поступление веществ из почвы в растения, Вм - метелевый перенос вещества. Схема абиогенного переноса веществ Территориальное сопряжение ландшафтов. Воздействие соседних комплексов на функционирование ПТК Функционирование любого ПТК зависит от его местоположения. Б. Б. Полынов (1956), исходя из оценки условий миграции химических элементов, выделил три группы элементарных ландшафтов (фаций) - элювиальные, супераквальные и субаквальные. Элементарные и частные процессы, потоки и кругообороты В ПТК действует огромное количество процессов. Все природные процессы можно расположить в следующую таксономическую систему: элементарные природные процессы, частные географические процессы, потоки и кругообороты (Исаченко, 1991), единый физико-географический процесс, о котором писал А. А. Григорьев. Элементарные природные процессы - это самые простые физические, химические, биологические процессы. Например, проникновение влаги в почву, испарение, рост растений, растворение солей. Эти процессы, как заметил А. Г. Исаченко (1991), можно рассматривать на уровне соответствующих наук (физических, химических, биологических). Их изучением занимаются особые научные направления - геофизика и геохимия ландшафта, биогеоценология Потоки и кругообороты - более высокая ступень объединения частных географических процессов в одно целое. Выделяют разное число потоков и кругооборотов. А. А. Макунина и П. Н. Рязанов (1988) выделили энергооборот, влагооборот, гравигенные потоки, газооборот, биогенный метаболизм (он же биогеохимический круговорот, или биогеоцикл). В этом списке потоков и круговоротов явно не достает морфолитогенеза. В настоящее время лучше всего изучен влагооборот, несколько хуже — энергооборот и биогеохимический круговорот (их характеристики даны ниже). Очень слабо изучены гравигенные потоки и газооборот. В. Н. Солнцев (1997) выделяет всего три кругооборота- геологический, климатический и биологический. А. А. Григорьев рассматривал совокупность процессов, происходящих в природе, как единый физико-географический процесс. Он показал ведущую роль тепла и атмосферной влаги в возникновении природной зональности и разработал балансовый метод изучения обмена вещества и энергии. Значителен вклад в функционально-динамическое направление М. И. Будыко (изучение радиационного баланса), Ю. Л. Раунера (теплообмен атмосферы с растительностью), В. Р. Волобуева (энергетика почв), Н. И. Базилевич (изучение структуры и функционирования растительных сообществ). Познание функционирования ПТК глубоко изучалось на биогеоценологических стационарах. Среди ландшафтоведов в изучение функционирования ПТК много было сделано В. Б. Сочавой, А. А. Крауклисом, Н. Л. Беручашвили, Г. П. Миллером, К. Н. Все потоки и кругообороты самым тесным образом связаны друг с другом. В природе они по отдельности не существуют. Без влагооборота невозможно существование растений, почвообразование, минеральный обмен, геохимический кругооборот. Все потоки и кругообороты составляют единый физико-географический процесс.

Приложенные файлы

  • ppt 18241950
    Размер файла: 7 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий