Классификация природных экосистем биосферы на ландшафтной основе.

Арендный блок

Биосфера - область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в т. ч. человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создано Вернадским.

Области развития живого вещества на Земле могут ограничиваться пятью параметрами: количеством углекислого газа и кислорода; наличием воды в жидкой фазе; термическим режимом; наличием «прожиточного минимума» - элементов минерального питания; сверхсоленостью вод. На поверхности Земли очень мало участков, где бы перечисленные факторы препятствовали развитию живых организмов. Весь Мировой океан заселен организмами. Они есть и в Марианской впадине, и подо льдами Ледовитого океана и Антарктиды. В атмосфере жизнь выявлена не только в пределах тропосферы, но и в стратосфере: жизнеспособные организмы были обнаружены на высоте около 80 км. Однако активная жизнь большинства организмов проходит в атмосфере до высот, где существуют насекомые и птицы. Выше встречаются бактерии, дрожжевые грибки, споры грибов, мхов и лишайников, вирусы, водоросли и т.д. Большинство из них на таких высотах находятся в состоянии анабиоза. В пределах континентов нижняя граница биосферы проходит по меняющимся глубинам, которые контролируются в основном особенностями подземных вод. Активные и разнообразные формы микрофлоры обнаружены на глубинах свыше 3 км, причем живые бактерии имелись в водах с температурой 100° С.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Эта тема принадлежит разделу:

Геохимия

Геохимия геосфер. Литосфера. Атмосфера. Гидросфера. Педосфера. Факторы миграции химических элементов в земной коре. Геохимия ландшафтов. Геохимическая классификация ландшафтов.

Поверхность земного шара во всем её многообразии была в прошлом и является сейчас предметом изучения многих естественных наук (геологии, физической географии, биологии, почвоведения и др.). В процессе развития этих наук по мере накопления знаний поверхность земного шара стали понимать как результат сложного взаимодействия четырёх составляющих её сфер: литосферы (твёрдой, каменной), атмосферы (воздушной), гидросферы (водной) и биосферы (живого вещества). В итоге появилось новое понятие - географическая оболочка Земли как наиболее обширное комплексное природное образование, состоящее из четырёх взаимопроникающих частных физико-географических оболочек.

Планете Земля свойственно оболочечное строение (оболочка - понятие трёхмерное, объёмное). Одна из оболочек - географическая - имеет ряд отличительных черт, указывающих на её более сложную структуру по срав­нению с другими. Отличительные особенности географической оболочки Земли: наличие в её составе вещества в трёх агрегатных состояниях (твёр­дом, жидком и газообразном), одновременное присутствие космических и земных источников энергии, наличие органической материи - жизни. Впервые на географическую оболочку Земли, состоящую из четырёх частей (оболочек, или сфер), указал русский естествоиспытатель П. И. Броунов. Он писал, что все эти сферы (литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера), проникая одна в другую, обусловливают своим взаимодействием наружный облик Земли. Изучение этих взаимодействий - одна из важнейших задач современных наук естественного профиля.

Главное свойство географической оболочки 3емли - постоянный об­мен веществом и энергией не только между нею и внешним миром - кос­мическим пространством, но и между основными частями самой оболочки: субстратом, воздухом, водой, биомассой. Этот обмен определяет постоянное развитие географической оболочки, а изменчивость её состава и строение делает всё более высокой и сложной организацию природных компонентов и их комплексов (комплекс в переводе с латинского - сплетение, то есть тесное соединение частей целого).

Географическая оболочка Земли обладает значительной мощностью, но относительно границ её существуют разные взгляды. Согласно наиболее распространенному мнению, верхняя граница её проходит в атмосфере по верхнему пределу распространения жизни на высоте примерно 25-30 км. До этого предела сказывается тепловое воздействие земной поверхности и атмосфера обогащена озоном (0 3). Озоновый слой перехватываетизбыток ультрафиолетовой радиации Солнца, предохраняя тем самым жизнь на земной поверхности.

В состав географической оболочки Земли входит вся толща океанических вод. Нижняя граница проникновения жизни на материках, видимо, проходит по нижнему пределу слоя земной коры, который находится в непрекращающемся взаимообмене веществом и энергией с гидросферой и атмосферой, что находит своё выражение в тектонических движениях, включая землетрясения и извержения вулканов. Общая мощность географической оболочки Земли, охваченной жизнью, составляет 35 - 40 км.

Характерная особенность географической оболочки Земли - неодно­родность, контрастность слагающих её частей - сфер. Слой непосредствен­ного взаимодействия между ними выделяется в особую ландшафтную сферу, которая служит местом трансформации солнечной энергии в различные виды земной энергии, средой, наиболее благоприятной для развития жизни. Мощность её составляет от нескольких десятков до 250 м над океанами и земной поверхностью (как над равнинами, так и над горами). В этих пределах формируются ландшафты на суше и в океанах в результате прямого соприкосновения и активного взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы. В ландшафтную сферу на суше входят современная кора выветривания 1 , почва, растительность, живые организмы и приземные слои воздуха. Иными словами, ландшафтная сфера - это совокупность природных комплексов на земной поверхности.

В ландшафтной сфере Земли, занимающей центральную часть геогра­фической оболочки, находится биологический фокус (по В. И. Вернадскому) - наиболее бурное проявление жизни на суше и в воде. Как часть географической оболочки, эта сфера имеет глобальный характер и является предметом изучения особой науки - ландшафтоведения. Ландшафтную сферу отличает от других геосфер нашей планеты исключительная сложность внешнего и внутреннего строения, существование и деятельность человеческого общества. Свойства геокомплексов, составляющих ландшафтную сферу, определяются процессами, протекающими как непосредственно в ландшафте, так и происходящими в недрах Земли и Мировом пространстве.

В научной и учебной литературе употребляют термины, являющиеся синонимами, или дополняющие друг друга, или имеющие совершенно различное содержание. Так, действительными синонимами термина "географическая оболочка" служат географическая сфера, ландшафтная обо­лочка, эпигеосфера. Встречаются работы, в которых ставится знак равенства между понятиями ландшафтная оболочка и географическая среда. Это неверно, так как географическая - ландшафтная - оболочка стала географической средой человеческого общества после его возникновения и то только на том пространстве, где это общество трудилось. Для древнего человека периода палеолита географической средой была лишь незначительная часть ландшафтной оболочки. Сейчас деятельность человека вышла за пределы географической оболочки (полеты космонавтов, глубокое бурение). Под географической средой понимается та часть земного природного окружения человека, которая в данный исторический момент наиболее связана с его производственной деятельностью.

ЛЕКЦИЯ 11

БИОСФЕРА. ПОНЯТИЕ О ГЕОГРАФИЧЕСКОМ ЛАНДШАФТЕ.

Учение В.И. Вернадского о биосфере. Биосфера, ее границы, состав. Биостром. Биологический круговорот. Понятие о географическом ландшафте. Природные и антропогенные ландшафты.

Биосфера – оболочка планеты, населенная живым веществом. Живое вещество одно из самых древних известных на Земле природных тел. В химическом строении биосферы главная роль принадлежит кислороду, углероду и водороду, составляющим по весу 96,5% живого вещества, а также азоту, фосфору и сере, которые называются биофильными.

Понятие биосферы появилось в биологии в 18 в., однако первоначально оно имело совсем иной смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине 19 ст., в биологии уточняются позиции научных представлений о реальных органических клетках, и термин «биосфера» утрачивает свой прежний смысл. К идее биосферы в ее современной трактовке пришел Ж.-Б. Ламарк (1744-1829), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком к современному смысле понятие «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс, который в книге «Происхождение Альп» (1875) определил ее как особую, образуемую организмами оболочку Земли. В настоящее время для обозначения этой оболочки используются понятия «биота», «биос», «живое вещество», а понятие «биосфера» трактуется так, как его толковал академик В.И. Вернадский (1863-1945). Основной труд В.И. Вернадского «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» был опубликован после его смерти.

Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе «Биосфера» (1926). В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли . В физико-химическом составе биосферы В.И. Вернадский выделяет следующие компоненты:

-живое вещество – совокупность всех живых организмов;

-косное вещество – неживые тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения и т.п.);

-биокосное вещество – разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.д.);

-биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);

-радиоактивное вещество (образуется в результате распада радиоактивных элементов радия, урана, тория и т. д.);

-рассеянные атомы (химические элементы, находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии);

-вещество органического происхождения (космическая пыль метеориты).

Учение В.И. Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей к целостному восприятию природных систем.

С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Структура биосферы представляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Несмотря на различную концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Максимальная концентрация молекул озона (трехатомного кислорода) приходится на высоту 20-25 км, где толщина озонового слоя составляет 2,5-3 км. Озон интенсивно поглощает радиацию на участке солнечного спектра с длиной волны менее 0,29 мкм.

Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая размножение, они осуществляют в литосфере, гидросфере и на границе этих сред с атмосферой (только споры и бактерии заносятся на высоту до 20 км, в толще литосферы на глубине 4,5 км в скважинах найдены только анаэробные бактерии).

В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды, ледники), мощность которой составляет 11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне , куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Глубже начинается дисфотическая зона , где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.

Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана (верхний слой земной коры с давлением 4 х 10 7 Па и температурой 100 0 С).

Возникновение жизни и биосферы представляет собой крупнейшую проблему современного естествознания. Можно говорить о двух гипотезах – о возникновении (самозарождении) жизни и о появлении жизни из космоса.

Согласно первой гипотезе о самозарождении жизни на Земле на поверхности безжизненной планеты происходил медленный абиогенный синтез органических веществ, которые образовались из вулканических газов при разрядах молний. Примитивные организмы сформировались из белковых структур в конце раннего архея, около 3 млрд. лет назад. Первые одноклеточные организмы, способные к фотосинтезу, возникли около 2,7 млрд. лет назад, а первые многоклеточные – не менее чем на 1 млрд. лет позже. В условиях отсутствия озонового экрана жизнь могла развиваться только в прибрежных частях морей и внутренних водоемах, на дно которых проникал солнечный свет. Из органических соединений возникали многомолекулярные системы, взаимодействующие со средой, благодаря эволюции они приобретали свойства живых организмов.

Сейчас на первое место вышла космохимическая гипотеза происхождения жизни в пределах Солнечной системы (теория панспермии). Есть данные, свидетельствующие о том, что жизнь существовала на Земле намного раньше, чем 3 млрд. лет (по А.И. Опарину). Наиболее древним участком земной коры является комплекс Исуа в Западной Гренландии, возраст которого не менее 3,8 млрд. лет. В горных породах Исуа обнаружены явные следы геохимического характера, указывающие на присутствие биосферы с фотоавтотрофными организмами, следовательно, на существование жизни в это время. Однако автотрофным организмам должны предшествовать гетеротрофные, как более примитивные, поэтому начало жизни отодвигается за пределы даты в 4 млрд. лет, т.е., возможно, что жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама планета. Получены данные, указывающие на существование жизни в космических условиях – обнаружены органические соединения в метеоритах и осколках астероидов, исследованиями подтверждено их биогенное происхождение.. вероятно, образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее эволюции было типичным и массовым явлением.

Длительное время жизнь размещалась по планете «пятнами», «пленка жизни» была прерывистой. Широкому и быстрому распространению жизни на Земле способствовали удивительная приспособляемость организмов к среде, разнообразие видов и поразительные потенциальные возможности размножения. Разнообразие видов живых организмов обеспечило заполнение всех экологических ниш. Микроорганизмы найдены в промерзающих почвах и в воде с температурой 100 0 С, они переносят большую концентрацию кислот, существуют в щелочной среде, микроорганизмы найдены в теплоносителях атомных реакторов.

Биостром . На границе атмо-, гидро- и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биостромом (биогеосферой), или пленкой жизни. Только в ее пределах возможны жизнедеятельность и существование человека. Синонимами биогеосферы являются «эпигенема» (Р.И. Аболин), «витасфера» - сфера жизни (А.Н. Тюрюканов и В.Д. Александров), «биостром», «фитогеосфера» (Е.М. Лавренко), «фитосфера» (В.Б. Сочава), «биогеоценотический покров» (В.Н. Сукачев) и другие близкие по содержанию термины.

В структурном отношении биостром слагается из фитострома, зоострома и микробиострома. Зоостром в создании органического вещества не участвует. Роль микробиостврома в этом процессе невелика и осуществляется с помощью некоторых, в основном водных, фотосинтезирующих бактерий, хемосинтезирующих бактерий (растущих за счет химического окисления неорганического вещества) и сероводородоокисляющих бактерий (обитают в гидротермальных источниках или вблизи их на разных глубинах Океана, включая абиссаль). Основным продуцентом, создателем первичного органического вещества, был и остается фитостром. Он создает его в процессе фотосинтеза в дневные часы, закрепляя в себе в форме потенциальной энергии пищи часть энергии солнечного света.

В.И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки и сгущения жизни. Жизненные пленки, занимающие огромные пространства, приурочены к границам раздела фаз. В частности, отличительной особенностью океанического биострома является наличие в нем двух пленок жизни: водно-поверхностной (эвфотической или планктонной) и донной . Планктонная пленка приурочена к эвфотической зоне Мирового океана, границе соприкосновения атмосферы и гидросферы, где с помощью фтосинтеза фитопланктон создает органическое вещество – пищу для подавляющей части организмов на всех глубинах океана. Донная пленка жизни занимает дно (бенталь) океана (заселен бентосом), находится на разделе жидкой и твердой фаз вещества. Водно-поверхностный и донный слои биострома вблизи берегов, на мелководье, смыкаются, образуя здесь единый океанический биостром, отличающийся в равной мере богатым и разнообразным планктоном и бентосом.

На суше существуют две пленки жизни – наземная и почвенная . Наземная пленка (наземный биостром) находится на поверхности почвы и полностью включает растительный покров (фитостром) и животное население суши (зоостром и микробиостром). Почвенная пленка приурочена к тонкому поверхностному слою литосферы, преобразованному почвообразующими процессами. С позиций анализа структурных частей ГО почва представляет верхний преобразованный биостромом слой современной коры выветривания. Она – вместилище подземной части биострома, место сосредоточения корневых систем и среда обитания богатой и разнообразной фауны – от крота и слепыша, до множества беспозвоночных и микроорганизмов. На суше пленки жизни имеют непосредственный контакт, и резкой границы между ними не существует.

Живое вещество в биосфере распределено неравномерно не только по вертикали, но и по площади, образуя сгущения жизни. На суше такими сгущениями жизни являются леса, болота, поймы рек и озера; в океане выделяют следующие типы сгущения жизни: прибрежное (возникает там, где перекрываются планктонная и донная пленки жизни – побережье, шельф и эстуарии рек); саргассовое (приурочено к участкам океана, занятым бурой водорослью саргассум); рифтовое (массовое мелководное поселение коралловых полипов и других морских организмов с твердым известняковым скелетом – Большой Барьерный риф в Тихом океане); апвеллинговое (образовано там, где ветры отгоняют теплую поверхностную воду от берегового склона в субтропических и тропических широтах, в результате чего на поверхность поднимается холодная глубинная вода, богатая биогенными элементами; чаще всего наблюдается у западных берегов континентов); абиссальное рифтовое (оазисы небольших размеров в глубоководных желобах и вне их, населенные рифтиями, полихетами, двухстворчатыми моллюсками, слепыми крабами и рыбами при полном отсутствии растений – открыто к северо-востоку от Галапагосских островов, на глубине 2450 м).

Функции живого вещества в биосфере. Суммарная биомасса живого вещества биосферы составляет 2-3 трл. т, причем 98% ее – это биомасса наземных растений. Биосферу населяют около 1 500 000 видов животных и 500 000 (350 000 – растений и 1 700 000 – животных по Ф.Н. Мильков, 1990) видов растений (Г.В. Войткевич, В.А. Вронский, 1989). В процессах самоорганизации биосферы живое вещество играет ведущую роль и выполняет следующие функции:

Энергетическую – перераспределение солнечной энергии между компонентами биосферы;

Средообразующую (газовую) – в процессе жизнедеятельности живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, метан и др.; живые организмы участвуют в миграциях газов и их превращениях; делятся на кислородно-диоксидуглеродную, диоксидуглеродную, азотную, углеводородную, озонную и пероксидводородную),

Концентрационную – извлечение и накопление живыми организмами биогенных элементов (кислорода, углерода, водорода, азота, натрия, магния, калия, алюминия, серы и др.) в концентрациях, в сотни тысяч раз превышающих их содержание в окружающей среде (в углях содержание углерода больше, чем в среднем для земной коры; в кораллах концентрируются карбонаты, формируется органогенный известняк; в диатомовых водорослях концентрируется кремний, в водорослях ламинариях – йод);

Деструктивную (проявляется в минерализации органического вещества);

Окислительно-восстановительную (заключается в химическом превращении веществ биосферы);

Биохимическую (связана с жизнедеятельностью живых организмов – их питанием, дыханием, размножением, смертью и последующим разрушением тел; в результате происходит химическое превращение живого вещества сначала в биокосное, а затем, после отмирания, в косное)

Биогеохимическая деятельность человечества (приводит к видоизменению всей планеты).

Водная функция живого вещества в биосфере связана с биогенным круговоротом воды, имеющим важное значение в круговороте воды на планете.

Выполняя перечисленные функции, живое вещество адаптируется к окружающей среде и приспосабливает её к своим биологическим (а если речь идёт о человеке, то и социальным) потребностям. При этом живое вещество и среда его обитания развиваются как единое целое, однако контроль над состоянием среды осуществляют живые организмы.

Процесс создания органического вещества в биосфере происходит одновременно с противоположными процессами потребления и разложения его гетеротрофными организмами на исходные минеральные соединения (воду, углекислый газ и др.). Так осуществляется круговорот органического вещества в биосфере при участии всех населяющих ее организмов, получивший название малого , или биологического (биотического), круговорота веществ в отличие от вызываемого солнечной энергией большого, или геологического, круговорота , наиболее ярко проявляющегося в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Большой круговорот происходит на протяжении всего геологического развития Земли и выражается в переносе воздушных масс, продуктов выветривания, воды, растворенных минеральных соединений, загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных.

Малый (биологический) круговорот начинается с возникновения органического вещества в результате фотосинтеза зеленых растений, то есть образования живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Фотосинтез осуществляется наземными растениями, пресноводными водорослями и океаническим фитопланктоном. Образовавшиеся в листе органические вещества перемещаются в стебли и корни, где уже в синтез включаются поступившие из почвы минеральные соединения – соли азота, серы, калия, кальция, фосфора. Растения (продуценты ) извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные (консументы первого порядка ) поглощают соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы второго порядка ) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д. Останки животных и отмершие растения перерабатываются насекомыми, грибами, бактериями (редуцентами ), превращаясь в минеральные и простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Так начинается новый виток биологического круговорота.

В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты. Биологические круговороты вещества не замкнуты. При отмирании органического вещества в почву возвращаются не только те элементы, которые из нее забирались, но и новые, образованные самим растением. Некоторые вещества надолго выходят из круговоротов, задерживаясь в почве или образуя осадочные горные породы.

Образование и разрушение органического вещества – противоположные, но неотделимые друг от друга процессы. Ускорение или отсутствие одного из них неизбежно приведет к исчезновению жизни. Если будет происходить только накопление органического вещества, то атмосфера вскоре лишится углекислого газа, литосфера – фосфора, серы, калия. Следовательно, фотосинтез прекратится, и растения погибнут. С другой стороны, если увеличится скорость разложения, все органическое вещество быстро разложится до минеральных соединений и жизнь прекратится.

Понятие биогеохимического цикла. Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между различными структурными частями биосферы и определяющийся жизнедеятельностью микроорганизмов, называется биогеохимическим циклом. Именно с введением В.И. Вернадским понятия «биогеохимический цикл» перестало существовать представление о круговороте веществ как о замкнутой системе. Все биогеохимические циклы составляют современную динамическую основу существования жизни, взаимосвязаны друг с другом и каждый из них играет свойственную ему роль в эволюции биосферы.

Отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот веществ в биосфере, не являются полностью обратимыми. Одна часть веществ в повторяющихся процессах превращения и миграции рассеивается или связывается в новых системах, другая возвращается в круговорот, но уже с новыми качественными и количественными признаками. Часть веществ может также извлекаться из круговорота, перемещаясь вследствие физико-геологических процессов в нижние горизонты литосферы или рассеиваясь в космическом пространстве. Продолжительность циклов круговорота тех или иных веществ чрезвычайно различна. Время, достаточное для полного оборота углекислого газа атмосферы через фотосинтез, составляет около 300 лет, кислорода атмосферы тоже через фотосинтез – 2000 – 2500, воды через испарение – около 1 млн. лет.

В большом и малом круговоротах участвует множество химических элементов и их соединений, но важнейшими из них являются те, которые определяют современный этап развития биосферы, связанный с хозяйственной деятельностью человека. К ним относятся круговороты углерода, серы и азота (их оксиды – главнейшие загрязнители атмосферы), а также фосфора (фосфаты – главный загрязнитель вод суши). Большое значение имеют круговороты токсичных элементов – ртути (загрязнитель пищевых продуктов) и свинца (компонент бензина).

Вмешательство человека в природные круговороты приводит к серьезным изменениям в состоянии биосферы. Возвращаясь к учению В.И. Вернадского, необходимо отметить, что он оценил появление человека на Земле как огромный шаг в эволюции планеты. Ученый считал, что с возникновением человека и развитием его производственной деятельности человечество становится основным геологическим фактором всех происходящих в биосфере планеты изменений, приобретающих глобальный характер: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой». Дальнейшее неконтролируемое развитие деятельности людей таит в себе большую опасность и потому, считал В.И. Вернадский, биосфера должна постепенно превращаться в ноосферу , или сферу разума (от греческих ноос – разум, сфериа – шар).

Основателями концепции ноосферы можно считать трех ученых – видного французского математика, антрополога и палеонтолога Э. Леруа (1870-1954), французского теолога, палеонтолога и философа П. Тейяра де Шардена (1881-1955) и выдающегося российского ученого естествоиспытателя В.И. Вернадского.

Под понятием «ноосфера» В.И. Вернадский подразумевал высшую форму развития биосферы, определяемую гармонично существующими процессами развития общества и природы. Учение Вернадского утверждает принцип совместной эволюции человечества и природной среды (сейчас этот процесс называют коэволюцией), нацеливает на поиск практических путей обеспечения общественно-природного равновесия.

Понятие «ноосфера» отражает будущее состояние рационально организованной природы, новый этап развития биосферы, эпоху ноосферы, когда дальнейшая эволюция планеты будет направляться разумом в целях обеспечения необходимой гармонии в сосуществовании природы и общества.

Качественные отличия ГО ноосферного этапа развития:

Оболочка характеризуется разнообразием вещественного состава, первичное вещество преобразовывается, возникают новые почвы, породы и минералы, культурные растения и животные;

Возрастает количество механически извлекаемого материала литосферы, оно уже превышает массу материала, выносимого речным стоком;

Происходит массовое потребление продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох, преимущественно в энергетических целях; в ноосфере начинается уменьшение содержания кислорода и увеличение углекислого газа, среднегодовая температура планеты увеличивается (примерно на 1-1,5 0), что обуславливает разогрев планеты;

Присутствуют различные виды энергий, используются ядерная и термоядерная энергия;

В пределах ноосферы наблюдается тесное взаимодействие всех компонентов, приводящее к созданию новых систем: природно-территориальных и антропогенных;

В ноосфере проявляется разумная деятельность человека, благодаря появлению разума возникает общество (совокупность индивидуумов, личностей, способных к совместному труду);

Ноосфера выходит за пределы биосферы в связи с огромным прогрессом НТР: появляется космонавтика, обеспечивающая выход человека за пределы планеты.

Таким образом, биосфера – развивающееся образование, причём в процессе его развития можно выделить следующие этапы:

собственно биосфера (воздействие человека на природную среду не приобрело глобального масштаба);

биотехносфера – биосфера сегодняшнего дня, результат длительного преобразующего влияния технически вооружённого человеческого общества на природу Земли;

ноосфера – состояние биосферы, характеризующееся гармонией и единством природы и общества на основе позитивной и созидательной научной мысли.

Дифференциация ГО. Природный комплекс. Понятие о географическом ландшафте.

Дифференциация ГО – разделения единого планетарного комплекса на объективно существующие природные комплексы разного ранга. Дифференциация зависит от зональных и азональных причин.

Природный комплекс (ПК) – саморегулируемая и самовоспроизводимая система взаимосвязанных компонентов и комплексов более низкого ранга (определение Ф.Н. Милькова). Природные комплексы делятся на природно-территориальные (ПТК) и природно-аквальные (ПАК). Наиболее изучены ПТК суши. ПК характеризуется относительно однородным участком поверхности, единство которого обусловлено географическим положением, единой историей развития, происходящими в его пределах природными процессами.

Все ПК образованы взаимодействием компонентов: горные породы, вода, воздух, растения, животные, почвы. Роль компонентов в ПК учеными оценивается по-разному. Н.А. Солнцев отводит литогенной основе (комплекс геолого-геоморфологических особенностей изучаемой территории, включая стратиграфию, литологию горных пород, тектонику, рельеф) роль ведущего фактора в формировании и устойчивости ПК. Впервые мысль о равнозначности всех компонентов была высказана В.В. Докучаевым, применительно к почве. Ученый считал, что почва есть результат взаимной деятельности климата, растительности, животных, грунтов.

ПК по своим размерам и сложности подразделяются на планетарные (ГО), региональные (материки, физико-географические страны и области, географические пояса и зоны), локальные (приурочены к мезо- и микроформам рельефа – оврагам, речным долинам, моренным холмам).

Основной единицей в ландшафтоведении предлагается считать ландшафт, т.е. такой полный ПТК, в структуре которого непосредственно участвуют все основные компоненты, начиная с земной коры и заканчивая животными, населяющими данный ПТК.

Термин «ландшафт имеет» международное признание. Он взят из немецкого языка (Land – земля и schaft – взаимосвязь).

В научную литературу термин ландшафт был введен в 1805 г. немецким ученым А. Гоммейером. Под ландшафтом он подразумевал совокупность обозреваемых из одной точки местностей, заключенных между ближайшими горами, лесами и другими частями земли. В нашей стране развитие ландшафтоведения связано с трудами выдающихся географов Л.С. Берга, А.А. Григорьева, С.В. Калесника, Ф.Н. Милькова и др.

Известны три трактовки географического ландшафта.

Ландшафт – территориально ограниченный участок земной поверхности, характеризующийся генетическим единством и тесной взаимосвязью слагающих его компонентов (А.А. Григорьев, Н.А. Солнцев. С.В. Калесник, А.Г. Исаченко).

Ландшафт – обобщенное типологическое понятие физико-географических комплексов. Эта точка зрения развивалась в трудах Б.Б. Полынова Н.А. Гвоздецкого. В одну типологическую единицу включаются территориально разрозненные, но сходные относительно однородные комплексы. Ландшафт характеризуется однотипной растительностью, увлажнением, но территориально может находиться на разных континентах (ландшафт степей существует на разных материках в Северной Америке и Евразии).

Изложены основы геоэкологических знаний, показано значение междисциплинарного научного направления, изучающего взаимосвязанные геосферы в тесной интеграции их с социальной сферой. Освещены природные и социально-экономические последствия изменения геосфер под влиянием антропогенного фактора. Рассмотрены природные и социально-экономические факторы экосферы, проблемы глобальных изменений, геоэкологические проблемы атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы. Даны геоэкологические аспекты природно-техногенных систем. С геоэкологических позиций оценены современное состояние и устойчивость биосферы.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по экологическим специальностям.

В научной литературе встречается разнозначное толкование понятий, обозначаемых словом «биосфера ». Согласно одному, более широкому, биосфера – это область существования живого вещества. В этом смысле биосферу понимал В. И. Вернадский и в этом же смысле оно часто встречается в литературе, в особенности популярной. Понятие «биосфера» во многом совпадает с понятием или географической оболочки, или экосферы, и потому в таком смысле в этой книге не используется. В более узком смысле биосфера – одна из геосфер Земли. Это область распространения живого вещества, и именно в таком смысле мы рассматриваем биосферу.

Биосфера сконцентрирована в основном в виде относительно тонкой пленки на поверхности суши и преимущественно (но не исключительно) в верхних слоях океана. Она не может функционировать без тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и литосферой, а педосфера без живых организмов просто не существовала бы.

Наличие биосферы отличает Землю от других планет Солнечной системы. Особо следует подчеркнуть, что именно биота, то есть совокупность живых организмов мира, создала экосферу в том виде, как она есть (или, точнее, какой она была до начала активной деятельности человека), и именно биота играет важнейшую роль в стабилизации экосферы. Кислородная атмосфера, глобальный круговорот воды и ключевая роль углерода и его соединений связаны с деятельностью биоты и характерны только для Земли. Биота играет значительную, если не определяющую, роль во всех глобальных биогеохимических циклах. В основном благодаря биоте обеспечивается гомеостазис экосферы, то есть способность системы поддерживать ее основные параметры, несмотря на внешние воздействия, как естественные, так и, в возрастающей степени, антропогенные.

Лекция 1. Место ландшафтоведения

Среди наук о Земле. Ландшафтоведение и геоэкология

Место ландшафтоведения среди наук о Земле. Ландшафтоведение и геоэкология.

Соотношение понятий «географическая оболочка», «ландшафтная оболочка, «биосфера».

Определение термина «ландшафт», «природно-территориальный комплекс (ПТК)» и «геосистема».

Экосистема и геосистема.

Ландшафтоведение - часть физической географии, входящая в систему физико-географических наук (общее землеведение, страноведение, палеогеография, частные физико-географические науки), составляющая ядро этой системы.

Ландшафтоведение, объектом изучения которого является ландшафтная сфера, имеет свой ряд ландшафтоведческих наук: общее ландшафтоведение, морфология ландшафтов, геофизика ландшафтов, геохимия ландшафтов, ландшафтное картографирование.

Самую тесную связь ландшафтоведение имеет с частными физико-географическими науками (геоморфологией, климатоло­гией, гидрологией, почвоведением и биогеографией).

Кроме собственных географических дисциплин, к ландшафтоведению близки другие науки о Земле, особенно геология, геофизика и геохимия. Так возникли науки геофизика ландшаф­та (изучает энергетику геосистем) и геохимия ландшафта (изу­чает миграции химических элементов в ландшафте)

Помимо этого ландшафтоведение опирается на фундаментальные природные законы, установленные физикой, химией и биологией.

Разберем последний аспект этой темы - связь ландшафтоведения и геоэкологии. Термин "экология" в буквальном переводе с греческого означает "наука о местообитании". Он был предло­жен еще в 1866 году немецким биологом Эрнстом Геккелем и стал применяться для характеристики взаимоотношения расте­ний и животных с окружающей природной средой. Затем в рам­ках биологии зародилось учение об экологии, которое стало бы­стро развиваться на основе исследования взаимоотношений организмов и среды, сообществ и популяций этих организмов, а с 30-х годов прошлого века - и экосистем как природных ком­плексов, состоящих из совокупности живых организмов и окру­жающей их среды. Несколько позднее, с 50 - 60-х годов XX ве­ка, к экологическим стали относить все проблемы взаимо­отношения человеческого общества и окружающей среды. Экология вышла за рамки биологии и превратилась в межпред­метный комплекс научных направлений. Классическую эколо­гию стали предлагать именовать биоэкологией. Ввиду того, что термин "экология" стал многозначным, прибавление к нему кор­ня "гео" подчеркивает связь с географией. Термин "геоэкология" возник на Западе в 30-х годах прошлого века. Хотя интерес гео­графии к подобной проблематике появился гораздо раньше. Собственно, именно география с самого начала своего возник­новения занималась изучением среды обитания людей, взаимо­отношениями человека и природы.

Из советских географов первым обратил внимание на необ­ходимость исследования взаимосвязей географии и экологии акад. В.Б. Сочава в 1970 году. Постепенно сложилось и совре­менное представление о геоэкологии, как о составной части большого междисциплинарного комплекса экологических про­блем и сферы перекрытия географии и экологии. Геоэкологию можно определить как науку, изучающую необратимые процес­сы и явления в природной среде и биосфере, возникшие в ре­зультате интенсивного антропогенного воздействия, а также близкие и отдаленные во времени последствия этих воздействий.

Исходя из этого определения геоэкологии, ее связь с ландшафтоведением видится прежде всего в следующем. Ландшаф­товедение изучает строение, морфологию, динамику природных ландшафтов, а геоэкология изучает ответную реакцию природ­ных систем на антропогенное воздействие, используя достиже­ния ландшафтоведения. Однако между геоэкологией и ландшафтоведением можно усмотреть и область перекрытия интересов, т.к. помимо природных, в курсе ландшафтоведения изучаются и природно-антропогенные ландшафты, созданные при непосред­ственном участии человека. К настоящему времени учение о геоэкологии нельзя считать сложившимся. Существует еще мно­го неясностей в определении ее задач и границ и в формирова­нии понятийного аппарата.

Соотношение понятий

"географическая оболочка", "ландшафтная оболочка", "биосфера

Термин "географическая оболочка" предложил академик А.А. Григорьев в 30-х годах прошлого века. Географическая оболочка - особая природная система, в которой взаимодейст­вуют и находятся в единстве земная кора, гидросфера, атмосфе­ра и биосфера. При более развернутом определении под геогра­фической оболочкой (ГО) понимают сложную, но упорядо­ченную иерархическую систему, отличающуюся от других оболочек тем, что материальные тела в ней могут находиться в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном. Физико-географические процессы в этой оболочке протекают под воздействием как солнечной, так и внутренних источников энергии. При этом все виды энергии, поступающие в нее, пре­терпевают трансформацию и частично консервируются. В пре­делах ГО происходит непрерывное и сложное взаимодействие, обмен веществом и энергией. Это относится и к населяющим ее живым организмам. Верхнюю и нижнюю границы географической оболочки разные ученые про­водят по-разному. Согласно наиболее общепринятой точке зре­ния, верхняя граница ГО совпадает с озоновым слоем, располо­женным на высоте 20 - 25 км. Нижнюю границу ГО совмещают с границей Мохоровичича (Мохо), отделяющей земную кору от мантии. Расположена граница Мохо в среднем на глубине 35 -40 км, а под горными массивами - на глубине 70 - 80 км. Таким образом, мощность географической оболочки составляет 50-100 км. Впоследствии были предложения о заменах термина "географическая оболочка". Так, А.Г. Исаченко (1962) предло­жил именовать географическую оболочку эпигеосферой (эпи - поверх), подчеркивая, что это наружная земная оболочка. И.Б. Забелин термином "биогеносфера" подчеркивал ее важнейшую особенность - жизнь в оболочке. Ю.К. Ефремов (1959) предло­жил географическую оболочку называть ландшафтной.

Нами принято, что ландшафтная оболочка (сфера) не тождественна географической, а имеет более узкие рамки. Ландшафтная оболочка (сфера) - наиболее весомая часть географической оболочки находящаяся у земной поверх­ности на контакте атмосферы, литосферы и гидросферы, своеоб­разный фокус сгущения жизни (Ф.Н.Мильков). Ланд­шафтная оболочка представляет собой качественно новое образование, которое нельзя отнести ни к одной из сфер. По сравнению с ГО ландшафтная оболочка очень тонкая. Ее мощ­ность от нескольких десятков метров до 200 - 250 м и зависит от мощности коры выветривания и высоты растительного покрова.

Ландшафтная оболочка играет важную роль в жизни челове­ка. Все продукты органического происхождения человек полу­чает из ландшафтной оболочки. За пределами ландшафтной оболочки человек может находиться только временно (в космо­се, под водой).

С понятием биосферы вы уже знакомы. Основные моменты, касающиеся зарождения, становления этого термина и самого учения о биосфере очень хорошо освещены в пособии Б.В. Пояркова и О.В. Бабаназаровой "Учение о биосфере" (2003). Напомню только, что само слово "биосфера" впервые появилось в трудах Ж.-Б. Ламарка, но он вкладывал в него совсем другой смысл. Термин биосфера связал с живыми организмами австрийский геолог Э. Зюсс в 1875 году. Только 60-х годах прошлого века выдающимся русским ученым В.И. Вернадским было создано стройное учение о биосфере как сфере распространения жизни и особой оболочке нашей планеты.

По В.И. Вернадскому, биосфера - это общепланетарная обо­лочка, та область Земли, где существует или существовала жизнь и которая подверглась и подвергается ее воздействию. Биосфера охватывает всю поверхность суши, всю гидросферу, часть атмосферы и верхнюю часть литосферы. Пространственно биосфера заключена между озоновым слоем (20 - 25 км над поверхностью Земли) и нижним пределом распространения живых организмов в земной коре. Положение нижней границы биосфе­ры (примерно 6 - 7 км в глубь земной коры) менее определенно, чем верхней, т.к. наши знания об области распространения жиз­ни постепенно расширяются и примитивные живые организмы находят на глубинах, где, как предполагалось, их быть не долж­но из-за высоких температур горных пород.

Таким образом, биосфера занимает практически то же про­странство, что и географическая оболочка. И этот факт некото­рыми учеными рассматривается как основание для сомнений в целесообразности существования самого термина "географиче­ская оболочка", были предложения объединить эти два термина в один. Другие ученые считают, что географическая оболочка и биосфера - разные понятия, т.к. в понятии биосфера внимание акцентируется на активной роли живого вещества. Аналогичная ситуация и с ландшафтной оболочкой и биосферой. Многими учеными ландшафтная оболочка рассматривается как равное биосфере понятие.

Несомненно, термин "биосфера" имеет больший вес для ми­ровой науки, используется в различных отраслях знания и зна­ком каждому более или менее образованному человеку в отли­чие от термина "географическая оболочка". Но при изучении дисциплин географического цикла представляется целесообраз­ным использовать оба этих понятия, т.к. термин "географическая оболочка" предполагает равное внимание ко всем сферам, вхо­дящим в ее состав, а при употреблении термина "биосфера" ак­цент изначально делается на изучение живого вещества, что не всегда справедливо.

Важным критерием разделения этих сфер может стать время их возникновения. Сначала возникла географическая оболочка, затем дифференцировалась ландшафтная сфера, после чего био­сфера стала приобретать все большее влияние среди других сфер.

3. Определение терминов "ландшафт",

"природно-территориальный комплекс (ПТК)" и "геосистема"

Термин "ландшафт" имеет широкое международное призна­ние.

Слово "ландшафт" заимствовано из немецкого языка (land -земля, schaft - взаимосвязь). В английском языке это слово обо­значает картину природы, во французском - соответствует слову "пейзаж".

В научную литературу термин "ландшафт" был введен в 1805 году немецким географом А. Гомменером и означал сово­купность обозреваемых из одной точки местностей, заключен­ных между ближайшими горами, лесами и другими частями Земли.

В настоящее время имеется 3 варианта трактовки содержа­ния термина "ландшафт":

1. Ландшафт - общее понятие, аналогичное таким, как поч­ва, рельеф, организм, климат;

2. Ландшафт - реально существующий участок земной по­верхности, географический индивидуум и, следовательно, исход­ная территориальная единица в физико-географическом райони­ровании;

При всех различиях определений ландшафта между ними есть сходство в самом главном - признании ландшафтных взаи­мосвязей между элементами природы в реально существующих на земной поверхности комплексах.

Ландшафт - относительно однородный участок географи­ческой оболочки, отличающийся закономерным сочетанием ее компонентов и явлений, характером взаимосвязей, особенностя­ми сочетания и связей более мелких территориальных единиц (Н.А.Солнцев). Природные компоненты - основные составные части природных систем (от фации до ландшафтной оболочки вклю­чительно), взаимосвязанные между собой процессами обмена веществом, энергией, информацией. Под природными компо­нентами понимают:

1) массы твердой земной коры;

2) массы гидросферы (поверхностные и подземные воды на суше);

3) воздушные массы атмосферы;

4) биоту - сообщества организмов;

Таким образом, ландшафт пятикомпонентен. Часто вместо масс твердой земной коры в качестве компонента называют рельеф, а вместо воздушных масс - климат. Это вполне допус­тимо, но необходимо помнить, что и рельеф, и климат не явля­ются телами материальными. Первое - это внешняя форма зем­ли, а второе - совокупность определенных метеорологических характеристик, зависящих от географического положения терри­тории и особенностей общей циркуляции атмосферы.

Ученому - ландшафтоведу для характеристики ландшафта необходимы сведения из геоморфологии, гидрологии, метеоро­логии, ботаники, почвоведения и др. частных географических дисциплин. Таким образом, ландшафтоведение "работает" на интеграцию географических знаний.

Природно-территориальный комплекс (ПТК) можно опре­делить как пространственно-временную систему географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и раз­вивающихся как единое целое.

ПТК имеет сложную организацию. Для него характерна вер­тикальная ярусная структура, которую создают компоненты, и горизонтальная, состоящая из природных комплексов более низ­кого ранга.

Во многих случаях термины "ландшафт" и "природно-территориальный комплекс" взаимозаменяемы и являются сино­нимами, но есть и отличия. В частности, термин "ПТК" не ис­пользуется при физико-географическом районировании, т.е. не имеет иерархической и пространственной размерности.

Термин ПТК, в отличие от ландшафта, значительно реже используется как общее понятие.

В 1963 году В.Б. Сочава предложил именовать объекты, изучаемые физической географией, геосистемами. Понятие "гео­система" охватывает весь иерархический ряд природных геогра­фических единств - от географической оболочки до ее элемен­тарных структурных подразделений. Геосистема - более широкое понятие, чем ПТК, т.к. последнее применимо лишь к отдельным частям географической оболочки, ее территориальным подразделениям, но не распространяется на ГО в целом.

Такое соотношение геосистемы и ПТК является следствием того, что понятие системы имеет более широкий характер, чем комплекс.

Система - совокупность элементов, находящихся в отноше­ниях и связях между собой и образующих определенную цело­стность, единство. Целостность системы также называют эмерджентностью.

Всякий комплекс есть система, но не о каждой системе можно сказать, что она представляет собой комплекс.

Чтобы говорить о системе, достаточно иметь хотя бы два объекта, с которыми существуют какие-либо взаимоотношения, например, почва - растительность, атмосфера - гидросфера. Один и тот же объект может участвовать в различных системах. Различные системы могут перекрываться, и в этом проявляется связь различных предметов и явлений. Понятие же "комплекс" (с лат. "сплетение, очень тесное соединение частей целого") пред­полагает не любой, а строго определенный набор взаимосвязан­ных блоков (компонентов). В ПТК должны входить некоторые обязательные компоненты. Отсутствие хотя бы одного из них разрушает комплекс. Достаточно представить себе ПТК без гео­логического фундамента или без почвы. Комплекс может быть только полным, хотя в целях научного исследования можно из­бирательно рассматривать частные связи между компонентами в любых сочетаниях. И если элементы системы могут быть как бы случайными один по отношению к другому, то элементы комплекса, по крайней мере, природно-территориального, должны находиться в генетической связи.

Любой ПТК можно именовать геосистемой. Среди геосистем существует своя иерархия, свои уровни ор­ганизации.

Ф.Н. Мильков различает три уровня организации гео­систем:

1) Планетарный - соответствует географической оболочке.

2) Региональный - физико-географические зоны, секторы, страны, провинции и др.

3) Локальный - относительно простые ПТК, из которых по­строены региональные геосистемы - урочища, фации.

Геосистема и ПТК характеризуются рядом свойств и ка­честв.

Важнейшее свойство любой геосистемы - ее целостность . Из взаимодействия компонентов возникает качественно новое образование, которое не могло бы возникнуть при механическом сложении рельефа, климата, природных вод и т.д. Особое каче­ство геосистем - их способность продуцировать биомассу.

Своеобразным "продуктом" наземных геосистем и одним из ярких проявлений их целостности служит почва. Если бы сол­нечное тепло, вода, материнские породы и живые организмы не взаимодействовали между собой, то никакой почвы бы не было.

Целостность геосистемы проявляется в ее относительной ав­тономности и устойчивости к внешним воздействиям, в наличии объективных естественных границ, упорядоченности структуры, большей тесноте внутренних связей по сравнению с внешними.

Геосистемы относятся к категории открытых систем, это значит, что они пронизаны потоками вещества и энергии, связы­вающими их с внешней средой.

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 геосистемы слагается из трансформации солнечной энергии, влагооборота, геохимического круговорота, биологического метаболизма и механического перемещения ма­териала под действием силы тяжести.

Структура геосистемы - сложное понятие. Ее определяют как пространственно-временную организацию или как взаимное расположение частей и способы их соединения.

Пространственный аспект структуры геосистемы состоит в упорядоченности взаимного расположения ее частей. Различают структуру вертикальную (или радиальную) и горизонтальную (или латеральную). Но понятие структуры предполагает не про­сто взаимное расположение составных частей, а также способы их соединения. Соответственно, различают две системы внут­ренних связей в ПТК - вертикальную, т.е. межкомпонентную, и горизонтальную, т.е. межсистемную.

Примеры вертикальных системообразующих связей (пото­ков) в геосистеме:

1) Выпадение атмосферных осадков и их фильтрация в поч­ву и грунтовые воды.

2) Взаимосвязь между содержанием химических элементов в почвах и почвенных растворах и в растениях, на них произра­стающих.

3) Осаждение различных взвесей на дне водоема.

Примеры горизонтальных потоков вещества в геосистеме:

1) Водный и твердый сток различных водотоков.

2) Эоловый перенос пыли, аэрозолей, спор, бактерий и т.д.

3) Механическая дифференциация твердого материала вдоль склона.

В понятие структуры геосистемы следует включить и опре­деленный закономерный набор ее состояний, ритмически сме­няющихся в пределах некоторого интервала времени (сезонные изменения). Этот отрезок времени называется характерным временем геосистемы и им является один год: минимальный промежуток, в течение которого можно наблюдать все типичные структурные элементы и состояния геосистемы.

Все пространственные и временные элементы структуры геосистемы составляют ее инвариант. Инвариант - это совокуп­ность устойчивых характерных черт системы, позволяющая от­личить данную систем от всех остальных. Еще короче можно сказать, что инвариант - это каркас или матрица ландшафта (А.Г.Исаченко).

Например, для Среднерусской возвышенности характерен тип урочищ карстовых воронок. Инвариантом этого типа урочиш является его диагностический признак - резко выраженная на местности замкнутая отрицательная форма рельефа в виде конусообразной воронки.

Эти карстовые воронки могут быть образованы в отложени­ях писчего мела или в известняках, могут быть облесены или быть покрыты луговой растительностью. В этих случаях мы имеемразные варианты или разновидности одного и того же инварианта - урочища карстовых воронок.

В процессе функционирования видовые варианты могут сменить друг друга - не заросшая растительностью меловая во­ронка трансформироваться в лугово-степную, а лугово-степная в лесную, инвариант же при этом (карстовая воронка как тако­вая) останется неизменным.

Но при определенных условиях наблюдается и смена инва­рианта. В результате заиления карстовая воронка в одном случае может превратиться в озеро, в другом - в неглубокую степную западину. Но эта смена инварианта означает и смену одного ти­па урочищ другим. У локальных геосистем размерности урочища или фации инвариантом чаще всего явля­ется литогенная основа.

Динамика геосистемы - изменения системы, которые имеют обратимый характер и не приводят к перестройке ее структуры. К динамике относят главным образом циклические изменения, происходящие в рамках одного инварианта (суточные, сезон­ные), а также восстановительные смены состояний, возникаю­щие после нарушения геосистемы внешними факторами (в т.ч. хозяйственной деятельностью человека). Динамические измене­ния говорят об определенной способности геосистемы возвра­щаться к исходному состоянию, т.е. об ее устойчивости. От ди­намики следует отличать эволюционные изменения геосистемы, 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 - зарастание озер, заболачивание лесов, воз­никновение оврагов, осушение болот и т.д.

В процессе своего развития ПТК проходят 3 фазы. Первая фаза - зарождения и становления - характеризуется приспособ­лением живого вещества к субстрату, причем воздействие биоты на субстрат невелико. Вторая фаза - активное и сильное воздей­ствие живого вещества на условия его местообитания. Третья фаза - глубокая трансформация субстрата, приводящая к появ­лению нового ПТК (по К.В. Пашкангу).

Кроме внутренних причин, на развитие ПТК влияют и внешние: космические, общеземные (тектоника, общая циркуля­ция атмосферы) и местные (влияние соседних ПТК). Совокупная деятельность внешних и внутренних факторов приводит в ко­нечном итоге к смене одного ПТК другим.

Большое влияние на ПТК стала оказывать человеческая дея­тельность. Это приводит к тому, что ПТК изменяются, появился даже термин природно-антропогенный комплекс (техногенный комплекс), в котором наряду с природными компонентами появ­ляется общество и явления, связанные с его деятельностью. В настоящее время ПТК нередко рассматривают как сложную сис­тему, состоящую из 2 подсистем: природной и антропогенной.

С развитием идей о воздействии человека на окружающую среду возникла концепция природно-производственной геосис­темы, где сопряженно изучаются природная и производственная составляющие в природно-антропогенных ландшафтах. Здесь человек рассматривается в социальной, культурной, экономиче­ской и техногенной сферах.

Экосистема и геосистема

Одна из особенностей современной географии - ее экологи­зация, особое внимание к изучению проблем взаимодействия че­ловека и природной среды.

Экосистема - любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое на ос­нове взаимозависимости между отдельными экологическими компонентами. Экосистемы изучаются экологией, входящей в состав дисциплин биологического цикла. Выделяют микроэкосистемы (кочка на болоте), мезоэкосистемы (луг, пруд, лес), макроэкосистемы (океан, континент), есть также глобальная экосистема - биосфера. Часто экосистема рассматривается как синоним биогеоценоза, хотя биогеоценоз - часть биосферы, од­нородная природная система функционально взаимосвязанных живых организмов с абиотической средой.

В результате активной хозяйственной деятельности общест­ва происходят значительные изменения экосистем и превраще­ние их в техногенные (осушенные болота, подтопленные земли, вырубленные леса).

Природная система, изучаемая географией, называется гео­системой - особого рода материальной системой состоящей из природных и социально-экономических компонентов, террито­рии.

Экосистема и геосистема имеют сходства и различия. Сход­ство состоит в одинаковом составе биотических и абиотических компонентов, входящих в обе эти системы.

Различия этих систем выражаются в характере связей. В гео­системе связи между компонентами равнозначные, т.е. в равной степени изучаются рельеф, климат, воды, почва, биота. В экоси­стеме заложена идея о принципиальном неравенстве компонен­тов, входящих в нее. В центре изучения экосистемы раститель­ные и животные сообщества и все связи в экосистеме изучаются по линии растительные и живые сообщества - абиотический компонент природы. Связи между абиотическими компонентами остаются вне поля зрения.

Другое отличие экосистемы от геосистемы состоит в том, что экосистема как бы безразмерна, т.е. не имеет строгого объе­ма. В экосистеме рассматривается и берлога медведя, нора лисы, водоем. При таком широком и неопределенном объеме некото­рые категории экосистем могут не совпадать с геосистемами.

Последнее различие может проявляться в том, что в геосис­теме в отличие от экосистемы появляются новые компоненты, такие как население, хозяйственные объекты и др.

Воздушные массы и климат.

Природные воды и сток.

Урочища и подурочища.

4. Географическая местность как самая крупная морфоло­гическая часть ландшафта.

Планетарный, региональный и локальный уровень геосистем.

Природные системы могут быть образованиями различной размерности, либо очень обширными, сложно устроенными, вплоть до ландшафтной оболочки, либо сравнительно незначи­тельными по площади и более однородными внутренне. Все природные геосистемы по своим размерам и сложности устрой­ства подразделяются на три уровня: планетарные, региональные и локальные.

К планетарному уровню геосистем относится географиче­ская оболочка в целом, материки, океаны и физико-географи­ческие пояса. Так, Шубаев в своей книге по общему землеведению дифференцирует географическую оболочку на материковые и океанские лучи: три материковых - Европейско-Африканский, Азиатско-Австралийский, Американский и три океанских - Ат­лантический, Индийский и Тихоокеанский. Далее он рассматри­вает географические пояса. Другие географы (Д.Л. Арманд, Ф.Н. Мильков) начинают планетарный уровень геосистем счи­тать с ландшафтной оболочки (сферы), далее идут географиче­ские пояса, материки, океаны. Геосистемы планетарного уровня являются сферой научных интересов общего землеведения.

Региональный уровень геосистем включает в себя физико-географические страны, области, провинции, у некоторых географов физико-географические пояса, зоны, подзоны. Все эти единицы изучаются в рамках курсов региональной физической географии и ландшафтоведения.

Локальный уровень геосистем включает в себя природные комплексы, как правило, приуроченные к мезо- и микроформам рельефа (оврагам, балкам, речным долинам) или их элементам (склонам, вершинам, днищам). Из иерархического ряда геосис­тем локального уровня выделяются фации, урочища и местно­сти. Эти геосистемы являются предметом изучения ландшафто­ведения, особенно его раздела, касающегося морфологии ландшафта.

Основным источником получения новой информации о ПТК являются полевые исследования, в центре которых находится ландшафт. Но конкретных индивидуальных ландшафтов на Зем­ле великое множество. По приблизительным подсчетам их об­щее количество должно выражаться пяти- или шестизначной цифрой. Что же сказать о местностях, урочищах, фациях! По­этому, как и всякая другая наука, география не может обойтись без классификации изучаемого объекта. В. настоящее время ши­роко принятой считается такая группировка геосистем, в кото­рой сверху вниз перечисляется несколько геосистемных таксо­нов (рангов) и каждый нижестоящий входит структурным элементом в вышестоящий. Такой способ упорядочивания объ­ектов называется иерархия (от греч. "служебная лестница").

Региональные геосистемы

(физико-географические провинции, области и страны)

Основным объектом изучения в курсе региональной физиче­ской географии является физико-географическая страна. Физико-географическая страна - это обширная часть материка, соответ­ствующая крупной тектонической структуре и достаточно еди­ная в орографическом отношении, характеризующаяся климати­ческим единством (но в широких пределах) - степенью континентальности климата, климатическим режимом, своеоб­разием спектра широтной зональности на равнинах. А в горах - системой типов высотной поясности. Страна занимает площадь в несколько сот тысяч или миллионов квадратных километров. Примерами физико-географических стран Северной Евразии являются Русская равнина. Уральская горная страна, Западно-Сибирская равнина, Альпийско-Карпатская горная страна. Все страны могут объеди­няться в две группы: горные и равнинные.

Следующей географической единицей в иерархии геосистем является физико-географическая область - часть физико-географической страны, обособившаяся главным образом в нео­ген-четвертичное время под влиянием тектонических движений, материковых оледенений, с однотипным рельефом и климатом и своеобразным проявлением горизонтальной зональности и вы­сотной поясности. Примерами физико-географических областей являются Мещерская низменность. Среднерусская возвышен­ность. Окско-Донская низменность, степная зона Русской рав­нины, зона тайги Западно-Сибирской равнины, Кузнецко – Алтайская область.

Далее при районировании территории выделяют физико-географическую провинцию - часть области, характеризующуюся общностью рельефа и геологического строения, а также био­климатическими особенностями. Обычно провинция совпадает с крупной орографической единицей: возвышенностью, низмен­ностью, группой горных хребтов и др. Примеры: Мещерская провинция смешанных лесов Русской равнины, лесостепная провинция Окско-Донской равнины, Салаиро – Кузнецкая провинция.

Физико-географический (ландшафтный) район - сравнитель­но крупная, геоморфологически и климатически обособленная часть провинции, в пределах которой сохраняются целостность и специфика ландшафтной структуры. Каждый район отличается определенным сочетанием форм мезорельефа с характерным для них микроклиматом, почвенными разностями и растительными сообществами. Район является низшей единицей регионального уровня дифференциации географической оболочки. Примеры: Кузнецкая котловина, Салаир, Горная Шория, Кузнецкий Алатау.

При анализе картографических материалов были вычислены примерные размеры геосистем разного уровня. В общем, чем выше иерархическая ступень геосистемы, тем больше ее пло­щадь (табл. 2).

Таблица 2

Примерные размеры геосистем различных рангов на равнинных территориях

Вертикальную мощность геосистем В.Б. Сочава оце­нивает следующими величинами:

Фация - 0,02 - 0,05 км

Ландшафт -1.5- 2,0 км

Провинция - 3,0 - 5,0 км

Физико-географический пояс - 8,0 - 18,0 км

Но в таких оценках много неопределенного, т.к. нет ком­плексных данных и даже теоретически достаточно четко разра­ботанных критериев для установления как верхней, так и ниж­ней границ геосистем разных иерархических уровней.

Ландшафтная зональность.

3. Географическая секторность и ее влияние на региональ­ные ландшафтные структуры.

4. Высотная поясность как фактор ландшафтной диффе­ренциации.

I. Эрозионно-денудационные расчлененные низкогорья с широкими плоскими водоразделами, куполовидными вершинами или отдельными уплощенными увалами с темнохвойными и смешанными лесами на горно-лесных бурых, реже дерново-подзолистых почвах.

24. Темнохвойные и смешанные леса на горно-лесных дерново-подзолистых, подзолистых и бурых почвах.

25. Темнохвойными лесами на горно-лесных бурых, реже дерново-подзолистых почвах.

II. Поверхности водораздельные с широкими выпуклыми и гребневидными водоразделами, со скалами, вершинами с редкостойными смешанными (пихтово-кедрово-мелколиственными) лесами на горно-лесных бурых почвах.

26. пихтово-кедровые, березово-кедровые леса на горно-лесных бурых почвах.

27. кедрово-пихтовые леса с березой на горно-лесных бурых и горных дерново-подзолистых почвах.

Д. Речные долины.

I. Террасированные долины сложенные песчано-галечниково-валунным, суглинисто-гравийно-галечным материалом с согровыми и ивово-тополе­выми лесами, чередующимися с пойменными лугами, кустарниками и бо­лотами на аллювиально-луговых и болотных почвах.

28. лиственнично-еловые леса на торфянисто-глеевых почвах, в сочетании с заболоченными березовыми, елово-березовыми лесами (сограми) на торфяно-глеевых, перегнойно-глеевых почвах.

29. сочетание мелколиственно-хвойных лесов, болот, кустарниковых за­рослей, лугов на дерново-луговых, торфянисто-перегнойных, местами торфяно-глеевых почвах.

30. разнотравно-злаковые луга, чередующиеся с ивовыми и тополевыми лесами на аллювиальных дерновых и луговых почвах.

31. травяные, моховые болота с сочетанием заболоченных лесов на пере­гнойно-торфянистых почвах.

32. Граница Кемеровской области

33. Граница ландшафтов

Среднегорные экзарационные и эрозионно-денудацион­ные ландшафты.

Гляциальные ландшафты в Алатауско-Шорском нагорье занимают относительно небольшие площади. В этом горном районе обнаружен 91 ледник общей площадью 6,79 км 2 . Ареал распространения ледников простирается от горы Большой Таскыл на севере до Терень-Казырского хребта на юге Кузнецкого Алатау в пределах Тегир-Тышского горного массива. Ледники располагаются группами, образуя отдельные очаги оледенения, которые, в свою очередь, можно объединить в районы. Северный – ледники у горы Большой Таскыл общей площадью 0,04 км 2 . Центральный – ледники у горы Крестовая, горы Средний Каным, горы Большой Каным, горы Чексу общей площадью 2,65 км 2 . Южный – ледники, лежащие к северу и югу от горного массива Тигиртиш общей площадью 4,1 км 2 .

Основная физико-географическая особенность Кузнецкого Алатау – чрезвычайно низкий гипсометрический уровень размещения гляциальных ландшафтов. Большинство из них расположено на высоте 1400-1450 м. некоторые ледники оканчиваются на высоте 1200-1250 м. В южном районе отдельные ледники спускаются до 1340-1380 м. Наиболее низко залегают присклоновые ледники. Некоторые из них располагаются в пределах верхней границы леса. Ледники Кузнецкого Алатау лежат ниже, чем в других внутриконтинентальных горных районах северного полушария на той же широте.

Определяющий фактор существования гляциальных ландшафтов Кузнецкого Алатау – ветровое перераспределение и метелевая концентрация снега на подветренных склонах гор. Ледники занимают подветренные уступы нагорных террас, подветренные склоны за обширными площадками водоразделов и платообразных вершин, формируются в карах и на затененных стенах, у подножия крутых склонов и в эрозионно-нивальных ложбинах. В Кузнецком Алатау ледники не спускаются в долины, а располагаются на склонах, поэтому наиболее распространенный тип ледников в этом районе – присклоновый.

Существование современных ледников на Кузнецком Алатау объясняется совокупностью благоприятных для оледенения климатических и орографических факт