Формирование ландшафтного баланса Земли

Основные особенности  функционирования ландшафта:

1. Биомасса существенно  варьирует в разных природных  зонах.

2. При длительном (многовековом) устойчивом состоянии ландшафта  его функционирование приводит к образованию свойственной ему не только почвы, но и коры выветривания.

3. Длительно функционирующий  ландшафт практически формирует  свой мезорельеф, микрорельеф и  нанорельеф того или иного  генетического типа – морфоскульптуру  рельефа. Этот процесс называется морфогенезом.

4. Формируя микро- и  мезорельеф ландшафт самоорганизуется. Самоорганизация геосистемы также  называется ее синергетикой. Плановая  структура либо создается одним  ландшафтом в ходе его эволюционной  самоорганизации, либо наследуется,  воспринимается от предшествующих эпох ландшафтной эволюции.

5. Следствием функционирования  природных геосистем является  формирование осадочных горных  пород: аллювия, озерных или  болотных отложений, делювия,  пролювия, коллювия, эоловых накоплений. Эти осадочные образования несут на себе определенный отпечаток биологических круговоротов тех ландшафтов, в которых они сформировались.

К осадочным полезным ископаемым относятся:

- осадочные железные  руды (Керченское);

- осадочные марганцевые  руды (Чиатура);

- бокситы (месторождения Урала, Казахстана);

- торф, каменные угли;

- строительные материалы  – пески, гравий, глины.

Таким образом, функционирующим  ландшафтам свойственны морфогенез и литогенез, или морфолитогенез.

4. Динамика ландшафта

 

Природные геосистемы постоянно меняются. Любая геосистема в своей структуре и функционировании изменяется адаптивно, т. е. подстраивается к новым условиям. Пример: приуроченность цветения большинства растений в средней полосе к периоду после таяния снега. Часто при адаптации к разным условиям одна и та же геосистема может быть представлена различными вариантами своей вертикальной и горизонтальной структуры, т. е. система меняет свои состояния. Состояние природной геосистемы – определенный тип ее структуры и функционирования, ограниченный некоторым отрезком времени. Динамика природной геосистемы – смена ее состояний. Различают несколько видов ландшафтной динамики:

1. Динамика природных  ритмов. Ритмика природной геосистемы  – повторяемость в определенной  последовательности различных ее  состояний, отличающихся спецификой структуры и функционирования. Эти состояния периодически повторяются, т. е. ритмика геосистемы – обратимые изменения. Существует иерархия динамических состояний природных геосистем: многовековые, вековые, 30-летние, 11-летние, квазидвухлетние, годичные, сезонные, подсезонные, синоптические, суточные. Ландшафтные ритмы с различными характерными временами накладываются друг на друга. Ритмичность природных процессов подробно изучал А. Л. Чижевский.

2. Динамика ландшафтных  трендов. Ландшафтный тренд – современные направленные изменения природной геосистемы (например, заболачивание, осолончакование, опустынивание). Тренд – есть реакция системы на изменения внешней среды (климатические, неотектонические, гидрологические) или следствие спонтанного развития геосистемы. Тренд – современный срез ландшафтной эволюции, ее современное звено.

3. Динамика природных  катастроф. К природным катастрофам  относятся лавины, сели, обвалы, ураганы,  извержения вулканов, наводнения, лесные  пожары и т. п. Динамика природных катастроф происходит в сравнительно сжатые отрезки времени и влечет за собой разрушение или полное уничтожение биоты и почвенного покрова, некоторые изменения литогенной основы.

4. Динамика восстановительной  сукцессии. После природной катастрофы ландшафт в течение нескольких десятков и даже сотен лет восстанавливает свою вертикальную и горизонтальную структуру. Этот процесс называется восстановительной сукцессией (пример отрицательной обратной связи), а период, в течение которого он длится – периодом релаксации. Ландшафтная сукцессиия – стадийные изменения природной геосистемы, возникающие вследствие природных или антропогенных нарушений и направленные на ее восстановление, приведение ее в относительно устойчивое (климаксовое) состояние. Характерное время природной геосистемы – время, необходимое для прохождения геосистемой серии состояний с возвратом к условно исходному состоянию.

5. Антропогенная динамика  геосистем. Такая динамика обусловлена  хозяйственной нагрузкой на геосистему  – ускоренной эрозией и дефляцией почв, вторичным засолением почв на орошаемых участках в аридных условиях, дигрессией пастбищ, вырубкой лесов, заболачиванием подтопленных побережий водохранилищ, опустыниванием, загрязнением (эвтрофикацией) среды. Как правило, антропогенная динамика ведет к разрушению геосистем.

Динамика природных  ритмов и восстановительных сукцессий  являются видами стабилизирующей динамикой  ландшафта, остальные виды динамики ведут к необратимому качественному  изменению или даже разрушению ландшафта.

Антропогенная динамика геосистем обусловлена хозяйственной  нагрузкой на геосистему – ускоренной эрозией и дефляцией почв, вторичным  засолением почв на орошаемых участках в аридных условиях, дигрессией пастбищ, вырубкой лесов, заболачиванием подтопленных побережий водохранилищ, опустыниванием, загрязнением (эвтрофикацией) среды. Как правило, антропогенная динамика ведет к разрушению геосистем. Динамика природных ритмов и восстановительных сукцессий являются видами стабилизирующей динамикой ландшафта, остальные виды динамики ведут к необратимому качественному изменению или даже разрушению ландшафта. Антропогенезация ландшафтной сферы Земли происходит не только в результате целенаправленной хозяйственной деятельности, но и в результате всевозможных косвенных воздействий, дестабилизирующих природную среду – так называемых цепных реакций. Обратная связь – реакция природных компонентов или природной геосистемы в целом на прямую связь. Понятие об обратной связи было сформулировано в виде закон Н. Винером (основной закон кибернетики). Обратная связь может быть положительной и отрицательной. При положительной обратной связи природные компоненты или природная геосистема в целом под влиянием прямого воздействия воспринимают это воздействие и реагируют на него согласно с ним. При этом фактор прямого воздействия может еще усилиться. Такое воздействие может вызвать цепную реакцию изменений (например, опустынивание Сахеля, вызванное засухой в 1970-1980-е годы). При отрицательной обратной связи природные компоненты и природная геосистема в целом в ответ на прямое воздействие стремится защитить себя от этого воздействия, отринуть его. Такая закономерность называется принципом Ле-Шателье-Брауна. Пример: образование конвективных облаков, осадки и понижение температуры воздуха во второй половине дня при сильной жаре в первой половине. Отрицательная связь способствует устойчивости геосистемы.

Устойчивость ландшафта  – способность ландшафта сохранять  свою структуру и функционирование в режиме нормальных природных ритмов и в обстановке изменяющейся внешней среды или под воздействием антропогенных нагрузок. Устойчивость природных геосистем подчиняется принципу относительности:

1) к одним нагрузкам  геосистема может быть устойчива,  к другим нет;

2) разные геосистемы  обладают разным потенциалом устойчивости к одним и тем же воздействиям. Пример: верхние звенья степной катены лучше переносят загрязнение, чем нижние, а нижние лучше переносят эрозию, чем верхние.

Относительно малая  устойчивость к возмущающим внешним  воздействиям характерна для геосистем реликтового характера (пример: островные леса в степи), находящихся в дисгармонии с внешней средой. Также неустойчивые геосистемы, находящиеся на ранних стадиях формирования (пример: только начинающие зарастать пески). Гораздо более устойчивы климаксовые геосистемы. Устойчивость ландшафтов во многом зависит от того, какой вид динамики у них преобладает. Господство стабилизирующей динамики значительно повышает устойчивость. Очень сильно падает устойчивость, если динамический тренд усугубляется наложением однонаправленных антропогенных нагрузок. В таком случае происходит ландшафтный резонанс – внутренние колебания системы усиливаются внешними колебаниями (например, опустынивание Сахеля из-за засухи усиливалось перевыпасом скота).

Различают три основных механизма ландшафтной устойчивости:

1. Инерционная устойчивость  – устойчивость геосистемы, отсутствие  реакции на нагрузки до каких-то  пороговых значений. Такой устойчивостью  обладают квазистационарные ландшафты,  в первую очередь расположенные  в срединных частях природных зон.

2. Резистентная (упругая)  устойчивость – связана с восстановительными  сукцессиями. Свойственна системам  с мощным растительным покровом, т. к. именно он главным образом  обеспечивает восстановительную  сукцессию.

3. Адаптивная устойчивость – устойчивость приспособления, толерантность (терпимость, пластичность). Геосистема способна чутко приспосабливаться в изменяющимся условиям внешней среды и антропогенным нагрузкам, но в определенных рамках терпимости. Наибольшей адаптивной устойчивостью обладают экотоны. Закон толерантности В. Шелфорда: адаптивная (пластичная) устойчивость определяется широтой диапазона между максимальным и минимальным значениями факторов, в пределах которого геосистема способна сохранять характерные для нее структурные и функциональные особенности.

Чем меньше разнообразие горизонтальной структуры геосистемы, тем более слабы ее механизмы  компенсации, тем слабее ее устойчивость. Поэтому локальные антропогенные  нарушения обычно не сказываются  или почти не сказываются на ландшафтных провинциях, зонах и т.п. (Мильков, 1970).

5. Геоэкологическая классификация современных ландшафтов и ее принципы

 

Классификация – процесс упорядочения всего множества изучаемых объектов в классы, группы, роды, виды согласно важнейшим принципиальным признакам, характеризующим эти объекты.

Первым критерием классификации  современных ландшафтов является степень  их трансформированности хозяйственной  деятельностью человека. В соответствии с этим критерием выделяют:

1. Не измененные человеком  ландшафты (арктические, антарктические, горные гляциально-нивальные, глухие таежные районы, заповедные территории).

2. Слабо измененные  человеком ландшафты, сохраняющие  способность к восстановлению  исходной структуры; механизмы  восстановительной сукцессии не  нарушены (лесные геосистемы, в которых  велись вырубки, степные и пустынные  пастбища после дигрессии).

3. Необратимо измененные человеком ландшафты (карьерно-отвальные комплексы в районах горнодобывающей промышленности, сельскохозяйственные земли, испытавшие овражную эрозию).

Второй критерий –  наличие или отсутствие антропогенной  регуляции ландшафтов. Среди саморазвивающихся природно-антропогенных ландшафтов, не регулируемых человеком, выделяют:

а) постхозяйственные, предоставленные  естественным процессам восстановительной  сукцессии ландшафты (пример: массивы  вырубленного леса);

б) природно-антропогенные  геосистемы побочного генезиса, созданные непреднамеренно в ландшафтно-географических полях каких-либо антропогенных образований (пример: заболоченные берега водохранилища).

Антропогеннорегулируемыми являются практически все природно-антропогенные  ландшафты, постоянно используемые в хозяйстве. Это сельскохозяйственные, лесохозяйственные, промышленные, рекреационные и др. ландшафты.

Антропогенная регуляция  ландшафта – комплекс мероприятий  по поддержанию структуры и функционирования природно-антропогенного ландшафта  в заданном режиме.

Третий критерий –  социально-экономическая функциональная значимость ландшафтов. Социально-экономическая  функция ландшафта – значимость ландшафта в жизни и удовлетворении потребностей общества, человека и  всей планетарной геосистемы «природа-общество». Выделяют следующие социально-экономические функции ландшафтов:

- ресурсовоспроизводящая;

- средообразующая;

- природоохранная;

- воспитательная;

- информационная.

Информационной функцией обладают все ландшафты, однако наиболее ценна информация заповедников. Многие современные ландшафты выполняют одновременно нескольких функций.

В настоящее время  выделяется два класса природных  ландшафтов – условно природные  и природно-антропогенные. Среди  природно-антропогенных различают  три основные группы:

- ландшафты, постоянно используемые;

- постхозяйственные ландшафты;

- природно-антропогенные  ландшафты, сформированные непреднамеренно  в сфере ландшафтно-географических  полей.

В антропогенных ландшафтах, вследствие утраты способности л-та к саморегуляции необходимо антропогенное управление. Два вида его: мягкое и жёсткое. Мягкое направлено на мобилизацию природных сил самого ландшафта, на поддержание его устойчивости. Оно производится путём воздействия на его биоту и природные воды. Это элементы служат эффективными рычагами мягкого управления. К мягкому управлению относятся: гидромелиорация, защитные лесонасаждения, парки, лесопарки, пруды и пр. Жёсткое управление подразумевает создание инженерно-технических сооружений: гидроузлов, плотин, каналов, шлюзов, водоотводов, дамб, волноломов, опорных стенок. Примеры: селезащитная дамба в Алма-Ате. Это сооружения чужеродны. Со временем их эффективность падает, могут возникать техногенные цепные реакции, как, например, с Аральским морем. Т.о., жёсткое управление является иногда единственно возможным, но сопряжено с большими экономическими затратами и чревато неблагоприятными экологическими последствиями. Экологический каркас природно-хозяйственного ландшафта – совокупность входящих в его состав природных и природно-антропогенных геосистем средообразующего и природоохранного назначения, обеспечивающих ландшафту динамическую устойчивость и благоприятную среду обитания для человека. Он абсолютно необходим согласно закону необходимого разнообразия. В сельскохозяйственные и городские ландшафты обязательно должны быть включены элементы экологической инфраструктуры, т. е. геосистемы, выполняющие природоохранные функции. Элементы экологической инфраструктуры должны быть правильно вписаны в морфологическую структуру ландшафта. Чаще всего они занимают экотонные – контактные позиции. Для соблюдения закона необходимого разнообразия нужно соблюдать оптимальное соотношение основных элементов ландшафта и элементов экологической инфраструктуры, или экологического каркаса. Элементы экологического каркаса могут быть естественными (в агроландшафтах: сохранившиеся леса на коренных склонах долин, уремы – древесно-кустарниковые растительные сообщества вдоль русел рек) и искусственными (в агроландшафтах: полезащитные лесополосы, запруды). В результате агроландшафт, помимо сельхозяйственных угодий включает природоохранные геосистемы. Они могут служить микрозаповедниками, микрозаказниками для полезной орнито- и энтомофауны (птиц и насекомых). Экологическая инфраструктура создает в агроландшафте защитные ландшафтно-географические поля: ветроломные, противоэрозионные, геохимические, биогенные. При создании культурного ландшафта города рекомендуется придерживаться правила функциональной поляризации. Согласно этому правилу на одном конце города должны размещаться парки для отдыха, лечебные учреждения; на другом – промышленная зона. Промышленная зона должна быть отделена от селитебной зеленой защитной буферной зоной. При этом необходимо учитывать направление воздушных и водных потоков – правило вектора. Элементы экологического каркаса города – это прежде всего зеленые насаждения. Установлено, что в селитебной части города площадь озелененных пространств должна составлять 40-50%, из них 80% площади зеленых зон должно приходиться на крупные зеленые массивы (парки, лесопарки, скверы). В планировке городских ландшафтов очень важно решить проблему соотношения застроенных массивов и открытых (водно-зеленых) пространств. Массивы городской застройки не должны превышать 2-2,5 км в поперечнике и должны чередоваться с открытыми пространствами шириной 0,5-1 км. Следует стремиться к тому, чтобы экологическая инфраструктура городского ландшафта была непрерывной, образовывала был целостный экологический каркас. Особенно это касается нижних звеньев ландшафтных городских катен.