Геоэкологические исследования опираются на понятийную базу комплексных и отраслевых физико-географических дисциплин при активном использовании экологического подхода. Объектом физико-геоэкологических исследований выступают природные и природно-антропогенные геосистемы, свойства которых изучают с позиций оценки качества окружающей среды как среды обитания и жизнедеятельности человека,
В комплексных физико-географических исследованиях оперируют терминами «геосистема», «природно-территориальный комплекс» (ПТК), «ландшафт». Все они трактуются как закономерные сочетания географических компонентов или комплексов низшего ранга, образующих систему различных уровней от географической оболочки до фации.
Термин «ПТК» - общее, внеранговое понятие, он акцентирует внимание на закономерности сочетания всех географических компонентов: масс твердой земной коры, гидросферы (поверхностных и подземных вод), воздушных масс атмосферы, биоты (сообществ растений, животных и микроорганизмов), почв. В качестве особых географических компонентов выделяют рельеф и климат.
ПТК - пространственно-временная система географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающихся как единое целое.
Термин «геосистема» отражает системные свойства (целостность, взаимосвязь) элементов и компонентов. Это понятие шире понятия «ПТК», так как всякий комплекс является системой, но не всякая система является природно-территориальным комплексом.
В ландшафтоведении базовым является термин «ландшафт». При его общей трактовке термин относится к системе общих понятий и обозначает географические системы, состоящие из взаимодействующих природных или природных и антропогенных комплексов более низкого таксономического ранга. В региональной трактовке ландшафт рассматривается как ПТК определенной пространственной размерности (ранга), характеризующийся генетическим единством и тесной взаимосвязью слагающих компонентов. Специфика регионального подхода хорошо видна при сравнении понятий фация - урочище - ландшафт.
Фация - это ПТК, на всем протяжении которого одинаковы литология поверхностных отложений, характер рельефа, увлажнения, один микроклимат, одна почвенная разность, один биоценоз.
Урочище - ПТК, состоящий из генетически связанных между собой фаций и занимающих обычно целиком всю форму мезорельефа.
Ландшафт - генетически однородный ПТК, имеющий одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, климат, состоящий из свойственного только данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерно повторяющихся урочищ.
Типологическая трактовка акцентирует внимание на однотипности ПТК, разобщенных в пространстве, и может рассматриваться как их классификация.
При изучении ПТК, преобразованных хозяйственной деятельностью, вводятся понятия антропогенного комплекса (АК), как целенаправленно создаваемого человеком и не имеющего аналогов в природе, и природно-антропогенного комплекса (ПАК), структура и функционирование которого во многом предопределены природными предпосылками. Перенеся региональную трактовку ландшафта на антропогенный ландшафт (АЛ), по А. Г. Исаченко, под ним нужно понимать антропогенные комплексы региональной размерности. Общая трактовка ландшафта позволяет рассматривать антропогенные ландшафты как внеранговое понятие. Антропогенный ландшафт представляет, по мнению Ф. Н. Милькова, единый комплекс равнозначных компонентов, характерной чертой которого является наличие признаков саморазвития в соответствии с природными закономерностями.
Преобразованные человеком ПТК вместе с их антропогенными объектами называют геотехническими системами. Геотехсистемы (ландшафтно-технические, по Ф. Н. Милькову) рассматриваются как блоковые системы. Они образованы природными и техническими блоками (подсистемами), развитие которых подчинено и природным, и социально-экономическим закономерностям при ведущей роли технического блока.
Природно-хозяйственные геосистемы рассматривают с позиции триады: «природа - хозяйство - общество» (рис. 2). В зависимости от вида и интенсивности антропогенного воздействия формируются вторичные по отношению к ландшафтам природно-хозяйственные геосистемы различного ранга.
Лекция № 3.
Тема: Классификация методов физико-географических исследований.
1. Классификация по критерию универсальности.
2. Классификация методов по способу изучения.
3. Классификация по положению в системе этапов познания.
4. Классификация по классам решаемых задач.
5. Классификация по критерию научной новизны
Тип проекта: по содержанию: физико-географический; по уровню интеграции: монопредметный; по количеству участников: индивидуальный; по способу преобладающей деятельности: исследовательский; по включению проектов в тематический план: итоговый (по результатам выполнения оценивается определенная часть учебного материала).
- изучение ПТК в системе комплексной физической географии;
- выработка научных взглядов на взаимосвязь природы и общества, оценивание и прогнозирование последствия загрязнения окружающей среды на изменение ПТК и ландшафтов;
- продолжение формирования умений проведения исследовательской работы с дополнительными источниками информации, формулирование на основе их анализа обобщений и выводов;
- развитие самостоятельности, творческого отношения к делу.
План урока:
- Введение.
- Учение о природно-территориальном комплексе, ландшафте.
- Природно-территориальный комплекс. Группы ТПК. 4. Систематика ПТК. 5. Географический прогноз. Классификация. 6. Природно-антропогенные комплексы. 7. Природные комплексы Кемеровской области. 8. Вывод. 9. Литература. 10. Этапы работы над проектом.
ХОД УРОКА
1. Введение
Учение о природно-территориальном комплексе, географическом ландшафте, считается узловым центром комплексной физической географии.
Последние 20 лет ознаменовались выходом в свет значительного числа работ, в которых прослежена история становления развития ландшафтоведения, охарактеризованы его задачи, методы исследования, теоретические положения и результаты. Среди географов нет единого мнения о трактовке термина “ландшафт”. В данном проекте ПТК рассматривается в соответствии с государственным стандартом образования.
Саморазвитие – закономерный необратимый переход ПТК из одного состояния в другое в относительно стабильных условиях внешней среды, поэтому к важнейшим направлениям ландшафтоведения относится антропогенное. Данный проект составлен на основе литературы, взятой из различных источников. Список литературы прилагается.
2.Учение о природно-территориальном комплексе, географическом ландшафте.
Александр Гумбольт указывал, что “природа есть единство во множестве, соединение разнообразного через форму и смешение, есть понятие естественных вещей и естественных сил как понятие живого целого”.
А.Н. Краснов в 1895 г. сформировал идею о “географических сочетаниях явлений” или “географических комплексах”, которыми должно заниматься частное землеведение.
Общепризнанными родоначальниками отечественного ландшафтоведения являются В.В. Докучаев и Л.С. Берг.
Особенно бурно ландшафтоведение стало развиваться в 1960-х годах в связи с запросами практики, развитием земледелия и лесоводства, инвентаризацией земель. вопросам ландшафтоведения посвящали свои статьи и книги академики С.В. Калесник, В.Б. Сочава, И.П. Герасимов, а также физико-географы и ландшафтоведы Н.А. Солнцев, А.Г. Исаченко, Д.Л. Ардманд, и другие.
В работах К.Г. Рамана, Э.Г. Коломыйца, В.Н. Солнцева была разработана концепция полиструктурности ландшафтного пространства.
К важнейшим направлениям современного ландшафтоведения относится антропогенное, в котором человек и результаты его хозяйственной деятельности рассматривают не только как внешний фактор, нарушающий ландшафт, а как равноправный компонент ПТК или природно-антропогенного ландшафта.
На теоретической базе ландшафтоведения формируются новые междисциплинарные направления, имеющие существенное интеграционное значение для всей географии (экологическая география, историческая география ландшафтов и др.)
3. Природно-территориальный комплекс. Группы ТПК.
Природно-территориальный комплекс (природная геосистема, географический комплекс, природный ландшафт), закономерное пространственное сочетание природных компонентов, образующих целостные системы разных уровней (от географической оболочки до фации); одно из основных понятий физической географии.
Между отдельными природными территориальными комплексами и их компонентами осуществляется обмен веществами и энергией.
Группы природно-территориальных комплексов:
1) глобальные;
2) региональные;
3) локальные.
К глобальным ПТК относится географическая оболочка (некоторые географы относят материки, океаны и физико-географические пояса).
К региональным – физико-географические страны, области и другие азональные образования, а также зональные – физико-географические пояса, зоны и подзоны.
Локальные ПТК, как, правило, приурочены к мезо- и микроформам рельефа (оврагам, балкам, речным долинам и др.) или к их элементам (склонам, вершинам и др.).
4. Систематика природно-территориальных комплексов.
1 вариант:
а) физико-географическое районирование.
б) физико-географическая страна.
в) физико-географическаая область.
г) физико-географический район.
Результатом работ по физико-географическому районированию является карта СССР в масштабе 1:8000000, а затем ландшафтная в масштабе 1:4000000.
Под физико-географической страной понимается часть материка, сформировавшаяся на основе крупной тектонической структуры (шита, плиты, платформы, складчатой области) и общности тектонического режима в неоген-четвертичное время, отличающаяся определенным единством рельефа (равнины, плато плит, возвышенности щитов, горы и нагорья), микроклимата и своей структурой горизонтальной зональности и высотной поясности. Примеры: Русская равнина, Уральская горная страна, Сахара, Фенноскандия. На картах физико-географического районирования материков обычно выделяют 65-75, иногда и больше природных комплексов.
Физико-географическая область – часть физико-географической страны, обособившаяся главным образом, за неоген-четвертичное время под влиянием тектонических движений, морских трансгрессий, материковых оледенений, с однотипным рельефом, климатом и своеобразным проявлением горизонтальной зональности и высотной поясности. Примеры: Мещерская низменность, Среднерусская возвышенность.
2 вариант:
Типологическая классификация. Определение ПТК по сходству.
а) Классы природных комплексов (горные и равнинные).
б) Типы (по зональному критерию)
в) Роды и виды (по характеру растительности и некоторым другим признакам).
Вывод.
Сравнивая физико-географическое районирование и типологическую классификацию ПТК, можно заметить, что в системе физико-географического районирования, чем выше ранг ПТК, тем он уникальнее, при типологической же классификации наоборот, чем выше ранг, тем меньше выражена его индивидуальность
5. Географический прогноз.
Под географическим прогнозом понимается научное предвидение изменений или тенденций развития природы того или иного региона.
Различают отраслевое и комплексное физико-географическое прогнозирование, предусматривающее научное обоснование изменений ряда взаимосвязанных и отдельных компонентов или всего природного комплекса в целом.
Классификация географических прогнозов по заблаговременности:
а) краткосрочные;
б) среднесрочные;
в) долгосрочные.
Классификация по охвату территории:
а) глобальные;
б) региональные;
в) локальные.
Прогнозирование предусматривает вначале анализ современного состояния ПТК, истории и тенденций его развития, на основе которого и составляется прогноз.
ПТК подвержены изменениям в результате их естественного развития.
Изменение ПТК регионального и локального уровня, прежде всего, происходит в результате саморазвития. Этот процесс обусловлен внутренними противоречиями, которые существуют между отдельными компонентами природных комплексов и, в первую очередь, между живой и неживой природой. В качестве примера можно привести процесс превращения болота в озеро.
Есть точка зрения, согласно которой все изменения природных комплексов подразделяются на три вида: функционирование, динамику и эволюцию.
Функционирование рассматривают как устойчивые, часто повторяющиеся изменения, например, суточные и годовые. Динамика выражается в существенных сменах состояния ПТК, связанных, например, с естественными колебаниями климата. Однако природные комплексы при этом не меняются. Эволюция же предполагает, такое изменение, которое ведет к смене одного комплекса другим, такие ПТК называются пространственно-временными.
6. Природно-антропогенные комплексы.
Воздействие человека на природу. Дискуссионным остается вопрос о классификации ПТК, измененных человеком:
- к антропогенным ПТК следует относить лишь те, которые созданы человеком (оазисы в пустыне, водохранилища и др.);
- антропогенными являются как вновь созданные, так и измененные человеком ПТК.
Экологическая реставрация- это процесс восстановления нарушенных человеком ПТК.
Моделирование – познание явлений, процессов или объектов путем построения и дальнейшего анализа их моделей, в том числе и компьютерных.
Культурный ландшафт. Это природный комплекс, рационально измененный на научной основе в интересах человека и постоянно им регулируемый, в котором достигается получение максимального экономического эффекта, и улучшаются условия жизни людей.
7. Природные комплексы Кемеровской области.
Кемеровская область – это Кузнецко-Салаирская географическая провинция, в пределах Алтае-Саянской горной системы.
Основные ПТК: Кузнецкий Алатау, Горная Шория, Салаирский кряж, Кузнецкая котловина.
Кузнецкий Алатау - горная страна на юге Сибири, между Кузнецкой и Минусинской котловинами. Высота до 2178 м. На водораздельном хребте – линия, увенчанная снегами гор. Самый высокий горный кряж Тегир-Тыз или Поднебесные Зубья. Самая высокая точка гора Амзас-Таскыл, Верхний Зуб – 2178 м. От него на север тянутся несколько десятков гранитных гор высотой до 1800 метров с вечными снегами на северных склонах, с участками субальпийской луговой растительности и горной тундры. Самая крупная из них - Большой Каным. Здесь рождаются и разбегаются в разные стороны горные реки, формирующие гидрографию Кузбасса. Выше 1300–1500 метров – мохово-лишайниковые, кустарничковые и каменистые горные тундры. Ниже – горная тайга (пихта, ель, кедр).
Горная Шория – южная часть Кемеровской области. Преобладают средневысотные горы (отроги Салаирского кряжа, Абаканского хребта и Кузнецкого Алатау); Встречаются гранитные останцы. Преобладает черневая тайга, среди которой сохранились представители древнейшей растительности широколиственных лесов Сибири: липа сибирская и более 20 видов травянистых растений.
Горная Шория - рудничный район, с месторождениями железных руд и других полезных ископаемых.
Салаирский кряж, платообразная возвышенность на юго-западе Сибири. Ограничивает с юго-запада Кузнецкую котловину. Длина около 300 метро., высота до 621 метра. Салаирский кряж – это древние разрушенные горы с цепью невысоких холмов,
возвышенностей, поднимающихся до высоты 500 метров. Они покрыты лиственными лесами и сосновыми борами, прорезаны широкими речными долинами. Но стекающие с Салаира реки невелики, поэтому прилегающие к нему промышленные центры испытывают дефицит воды. Салаирский кряж богат полиметаллическими рудами.
Кузнецкая котловина лежит между Салаирским кряжем и Кузнецким Алатау. Впадина между двумя горными стенами, имеющая форму неправильного треугольника, вытянутая с юго-востока на северо-запад на 110–120 км. Высота до 500 метров над уровнем моря. Межгорная котловина расчленена долинами рек Томь, Иня и их притоками. В долине среднего течения реки Томь происходит чередование горных территорий и равнинных ландшафтов, резко выражена пересеченность местности и развитая гидрографическая сеть. Наблюдается чередование изверженных и осадочных пород, донных отложений в виде ила и песка, лесостепных, горнотаежных, светлохвойных, озерно-речных ландшафтов. Значительную территорию области на севере и в пределах Кузнецкой котловины занимают лесостепи. Они состоят из березовых, березово- осиновых колков и участков луговых степей. Большая часть Кузнецкой котловины распахана и занята под выращиванием различных сельскохозяйственных культур. В пределах Кузнецкой котловины – Кузнецкий угольный бассейн. Добыча угля привела к нарушению природных и появлению антропогенных ландшафтов.
Вывод. Кузнецкий Алатау, Горная Шория, Кузнецкая котловина – основные природные ландшафты Кемеровской области, а, следовательно, и важнейшие в экономическом отношении территории.
Изучение природных комплексов необходимо не только для научного познания, но и имеет важное практическое значение для различных отраслей хозяйства и, в первую очередь для сельского хозяйства. Например: деятельность метеорологической службы, почвенная служба (почвенные и агроклиматические карты).
Созданы ландшафтные карты и кадастры ландшафтов всех субъектов России.
Учение о природных комплексах отвечает на три вопроса: что, где, и почему. В результате НТР происходит изменение ПТК в основном в отрицательную сторону. Перед географией встал четвертый вопрос – что произойдет, если…, поэтому был разработан географический прогноз. Каждая территория в настоящее время имеет свой географический прогноз, в основном это комплексные прогнозы.
9. Литература.
1. Акимова Л.В. Методика формирования эколого-ориентированного прогностического умения у школьников. Ж. “География в школе” № 1, 2006 год стр. 36.
2. Атлас для школьников Кемеровская область. 2002 год.
3. Дьяконов К.Н., Низовцев В.А. Комплексная физическая география на современном этапе. Журнал “География в школе” № 7, 2005 год стр. 23.
4. Пашканг К.В., Васильева И.В. Комплексная полевая практика по физической географии. 1969 год. издательство Высшая школа. Москва.
5. Сергеев В.Е. Природа и экологические проблемы Кузбасса. Учебное пособие. Кемерово. 1993 год.
6. Соловьев Л.И. География Кемеровской области. Природа. “СКИФ” “Кузбасс”. 2008 год
Этапы работы над проектом:
Этапы | План |
1. Организационно-подготовительный | Тема: Природно-территориальные комплексы, ландшафты. Составление плана. Терминология. |
2. Поисково-исследовательский | 1. Учение о
природно-территориальном комплексе,
географическом ландшафте. Александр Гумбольдт,
А.Н. Краснов (1895 г.), В.В Докучаев, Л.С. Берг и др.. 2. Определение понятия “природно-территориальный комплекс”. 3. Группы природных комплексов: глобальные, региональные, локальные. 4.Систематика природных комплексов Первый вариант: а) Физико-географическое районирование: б) Физико-географическая страна, в) Физико-географическая область, Второй вариант: Типологическая классификация а) классы природных комплексов (горные или равнинные); б) типы (по зональному критерию); в) роды и виды (по характеру рельефа, растительности и некоторым другим признакам) Сравнить первый и второй варианты, найти сходства и различия. Сделать вывод: 5. Географический прогноз. Определение. Отраслевое физико-географическое прогнозирование. Комплексное физико-географическое прогнозирование. Классификация прогнозов по следующим критериям: По заблаговременности: а) краткосрочные; б) среднесрочные; в) долгосрочные. По охвату территории: а) глобальные; б) региональные; в) локальные. Привести примеры по каждому пункту плана, используя все источники знаний. 6. Природно-антропогенные комплексы. Культурный ландшафт Анализ изменений природных комплексов разного ранга под влиянием деятельности человека. 7. Конструктивные направления реализации ландшафтоведения: оценка воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду и здоровье населения, экологическая экспертиза. (На примере Кемеровской области) |
3. Отчетно-оформительский | Оформление работы. |
4. Информационно-презентативный | Защита проекта в классе. |
С глобальными факторами
Как отмечал Н.А.Солнцев (2001), геолого-геоморфологическая основа играет особую роль в ПТК. Она квазистационарна (почти постоянна) для остальных компонентов. Как твердое тело, она довольно стабильна, и в случае превышения энергетического порога воздействия разрушается катастрофически. Разрушения носят необратимый характер, причем как для разрушения, так и для восстановления требуются максимальные, по сравнению с другими компонентами, энергетические затраты. Биота - живая часть геосистемы. Геома и биота - главные составляющие ПТК, при этом вторая гораздо более мобильна, чем первая. Поэтому, приступая к картографированию геосистем, мы в первую очередь обращаем внимание на геолого-геоморфологическую основу. Но мы были бы неправы, унаследовав на все времена и все случаи жизни лишь результат, а не методы его получения.
Метод, благодаря которому Н. А. Солнцев сделал свои выводы, - это метод попарного сравнения компонентов, исследования на максимум и минимум и противопоставления их прямо противоположных свойств. В чем «сила» геомы? В большой потенциальной энергии связей твердого вещества, в том, что период ее изменения (Т) по отношению к длительности человеческой жиз-
ни стремится к очень большим числам (для нас как бы к бесконечности). Мы можем сейчас наблюдать на земной поверхности породы, образовавшиеся миллиарды лет назад. Наоборот, многие представители биоты способны дать несколько поколений в день. Период изменений очень мал, но частота (величина, обратная периоду - -) также может стремиться к большому числу. Да еще их
продукцию надо умножить на количество организмов. Таким образом, «сила» биоты заключается в скорости ее изменения, в частоте повторения циклов размножения. Следует проводить эту операцию в каждом конкретном случае, уметь переходить от абсолютных утверждений типа «биота всегда слабее» к относительным, по отношению к определенному периоду, определенным объектам. На рис. 7 изображена схема взаимодействия геосистемы с глобальными факторами. Внешние воздействия на геолого-геоморфологическую основу передаются ею всем другим компонентам
ПТК не только непосредственно, сразу (как, например, нагрев поверхности Солнцем), но и большей частью через какое-то время в суммированном виде, значительно преобразованном участием других компонентов (например, изменение морфологической структуры ландшафта под влиянием эрозии). Геолого-геоморфологическая основа наиболее самостоятельна (наиболее независима от глобальных факторов в пределах характерного времени существования большинства конкретных ПТК) и более инерционна (опять-таки, смотря в каком случае).
Похожими чертами обладает почва. Однако это принципиально другое, биокосное тело, обладающее свойствами как неживого, так и живого вещества (биохимический продукт, как тесто для хлеба). Почва есть функция от солнечного тепла на поверхности Земли, при активном участии биоты. Она способна к самовосстановлению (до известного предела), однако менее самостоятельна, разрушается не только механически, но и может потерять биоту («стерильная» почва). Время инерции почвы (реакции на изменение среды), как правило, значительно меньше, чем у геолого-геоморфологической основы в целом. Остальные компоненты еще менее самостоятельны: они все время зависят от состояния циркуляции атмосферы и влагопереноса. Самое малое время инерции у атмосферы.
Под «давлением жизни» (выражение В. И. Вернадского) имеется в виду всеобщая распространенность жизни по поверхности Земли, способность организмов к размножению, к заселению свободных мест, к занятию «экологических ниш», иногда даже как бы вопреки неблагоприятным условиям существования. Именно из-за высокой частоты циклов размножения «давление жизни» может быть очень существенным.
За счет работы механизма обратных связей (см. ниже) в цикле биологического (биогеохимического) круговорота природная геосистема и особенно ее «центр», «фокус» (насыщенная биологическими объектами тонкая среда раздела и взаимопроникновения земля -вода-воздух) как бы «сама себя строит», создает свою вертикальную (компонентную) и горизонтальную (морфологическую) структуру. Влияние глобальных факторов на геосистему огромно, но и геосистема, в свою очередь, влияет и на земную поверхность, и на атмосферу, и на банк организмов. И хотя это влияние от каждой отдельной геосистемы в короткий промежуток времени незначительно, оно может суммироваться как в пространстве (если много геосистем оказывают одно и то же воздействие), так и во времени, приобретая значение фактора, определяющего дальнейшую эволюцию ландшафтной оболочки. Именно этот кумулятивный эффект работы относительно «слабых», но «устойчивых» связей, привел к созданию атмосферы и всех геологических осадочных пород. Таким образом, мы должны учитывать сумму,
или интеграл по времени и (или) по пространству. Н.А.Солнцев Предупреждал о необходимости не путать интегрированное и мгновенное значение. Мгновенное, «сиюминутное» значение, наблюдаемое при однократном экспедиционном посещении объекта, превращается в некоторый отрезок времени при стационарных наблюдениях. Это уже другие методики. От абсолютных значений приходится переходить к работе с приращениями: со скоростями процессов, с ускорениями, т.е. к первой и второй производным от каждой переменной. В этом случае обнаруживается неточность жесткой абсолютизации «силы» и «слабости» компонентов.
В связях отдельных природных геосистем (ПТК) с общим вещественно-энергетическим обменом в масштабе всей Земли управляющим блоком служит земная поверхность, и содержание картографической модели этого блока меняется в зависимости от масштаба карты (глобального, регионального или локального). Реальная иерархия вложенных и объемлющих геосистем более сложная и может быть разная в различных регионах. Она изучается методами систематизации, классификации, районирования. Названные три ранга - наиболее общие, бесспорные. Сейчас можно не стремиться совместить в одной карте все три модели - глобальную, региональную и локальную, так как для этого есть ГИС. В то же время желательно каждую карту снабжать врезками более крупного («ключевые» участки) и более мелкого (схемы районирования) масштабов.
Если мы захотим отразить взаимодействие природно-антропо-генной геосистемы (антропогенно измененного ПТК) с глобальными факторами, то нужно добавить аналогично «давлению жизни» еще блок «антропогенного давления». Это банк видов культурных растений и других организмов, в том числе самого человека, энергетическое и вещественное воздействие (перераспределение вещества и энергии). Под «социально-экономическим давлением» также имеются в виду социально-экономические условия, которые заставляют как человечество в целом, так и отдельные государства, группы людей взаимодействовать с природой определенным образом.
Например, нельзя перестать обрабатывать землю вообще, но можно это делать иначе, в зависимости от научно-технических Достижений и материальных средств; можно ослабить нагрузку на конкретных участках и на определенное время, хотя возможность такого локального маневра все уменьшается. Часто (но далеко не всегда) «давление жизни» оказывает действие, противоположное Действию «социально-экономического давления»; таким образом °но как бы «залечивает раны», нанесенные антропогенным воз-Действием географической оболочке. Если понимать ноосферу по В- И. Вернадскому как разумное сосуществование и управление при-Родой в условиях социальной справедливости, то этого на Земле
Еще нет. Но можно понимать ноосферу как социально-экономическое давление.
Антропогенный прессинг - это и есть пример взрывного по геологическим меркам развития «слабого» компонента - биоты, меняющего все остальные компоненты, когда к достаточно высокой частоте циклов размножения добавилось новое качество - повышенная способность к передаче опыта. В результате этого популяция научилась «уплотняться». Во время узкоспециализированной охоты на мамонта, чтобы прокормить одного человека, требовалась территория около 100 км 2 , при подсечно-огневом земледелии - около 10 га, теперь, по разным подсчетам, - 0,35 - 0,40 га.
Природно-антропогенный комплекс понимают в основном как ПТК, у которого изменен хотя бы один компонент. Классификация таких ПАТК впервые разработана Ф. Н. Мильковым. За ее основу взят традиционный для географии, казалось бы самый простой признак: степень измененности в баллах (слабая, средняя, сильная; градаций может быть и больше), и характер воздействия разных отраслей человеческой деятельности (промышленной, лесо-хозяйственной, сельскохозяйственной, рекреационной и т.д.).
Еще выделяют обратимые и необратимые изменения, т.е. может геосистема при снятии нагрузки вернуться к прежнему своему состоянию или ее развитие пошло по другому пути. Это уже системные, кибернетические понятия. Такие категории опять-таки не абсолютны. Например, обратимо или необратимо изменены территории городов, если они зачастую сохраняют даже все водосборы? Обратимо или необратимо изменена географическая оболочка, если человек вынужден изымать ресурсы и поддерживать режимы геотехнических систем?
Возможно, более конструктивными были бы классификации по вещественно-энергетическому принципу, т. е. по материало- и энергоемкости воздействия (Н.Л.Чепурко, 1981). Однако мешают, по-видимому, не только трудность определения геомасс (Н.Л.Бе-ручашвили, 1983), неточность и трудоемкость балансовых методов, но и все еще слабая освоенность системных, информационных подходов. Здесь ключевым является осознание механизма цикла, включающего понятия «системный регулятор» и «обратная связь».
География как комплексная, синтетическая наука вынуждена много заимствовать из смежных дисциплин. Рационально было бы из естественных наук заимствовать методы, а из гуманитарных оформление, например драматургию, красоту описаний. К сожалению, нередко бывает наоборот: из естественных берется внешняя оболочка (формулы, сложные новые термины), а их объяснение не из первоисточника, а из гуманитарных, художественных трактовок. Такой путь может привести к созданию псевдонауки либо потребует долгих усилий по освоению термина. Классиче-
с кий пример - понятие обратной связи, которую подавляющее большинство географов воспринимали лишь как ответную реакцию, что было даже закреплено в справочнике (Т.Д.Александрова, 1986). Недоразумение остается и до сих пор, поэтому требует тщательного разбора, как ключевое.
Обратная связь - не просто однократный акт ответной реакции. Главное, что благодаря этой связи реализуется алгоритм цикла, т. е. программа, по которой действие может неограниченно повторяться. Вся изюминка в том, что с помощью этой связи замыкается причинно-следственная цепочка: результат первого прохождения цикла (следствие) влияет на свою же причину в следующем обороте цикла. Результат, полученный в следующем витке, опять подмешивается в начальные условия и т.д.
На плоском листе бумаги обычно рисуют один оборот цикла, потому-то процесс как бы приходит «обратно», в исходную точку. Однако следует рисовать не круг, а объемную спираль, растянутую во времени. На самом деле эта связь никакая не обратная, поскольку время необратимо. С этой точки зрения, ни один цикл, круговорот не может быть замкнутым, не только потому, что всегда есть вещественно-энергетические потери уже в одном обороте, но и потому, что «никогда нельзя войти в одну и ту же воду». Хотя в технических системах мы можем видеть возврат в исходное состояние, если не учитывать износ.
Осознание роли обратной связи началось с внедрением кибернетики. Вся компьютерная индустрия фактически основана на операторе цикла. Циклично работают многие системы неживой природы, а уж органическая жизнь тем более: мы ходим, дышим автомати-
чески. Сама способность к размножению половым ли способом, как
■у высших животных, либо спорами или вегетативным «почкованием» обусловлена автоматическим
".алгоритмом (рис. 8).
В методической литературе распространено неверное представление об обратной связи между преподавателем и учеником: вопрос преподавателя - это связь прямая, а ответ - обратная, так как направлена в другую сторону (обратная, значит, ответная). На самом Деле и то, и другое - это связь пря-
I мая: одно действие порождает дру-
|гое. Обратной связь можно назвать только в том случае, если она замыкает цикл, если с ее помощью
|
организуется повторение нескольких циклов. Например, услышав ответ ученика, преподаватель корректирует свой следующий вопрос, т. е. следствие из первого цикла служит причиной для второго.
Алгоритм работы обратной связи в цикле был подробно описан в литературе, в том числе и на большом количестве географических примеров.
Изучая структуры геосистем в пространстве, мы еще нечетко осознаем структуры во времени (время разнообразных циклических, производственных процессов, время инерции восстановления и т.д.). Не так давно было введено понятие характерного времени. Его можно определить как среднее время существования (индивидуума, вида, процесса, явления) или как время одного оборота цикла. Для человека характерное время - около ста лет, для однолетней травы - год и меньше, для грозового разряда - секунды, для циклонического вихря - дни, для восстановительной сукцессии в тайге - около сотни лет.
Пока шли споры о том, непрерывна или дискретна природа, оказалось, что континуальность и дискретность - лишь частные случаи фрактальности (X.О.Пайтген, П.Х.Рихтер, 1993). Фрактальные структуры (система кровеносных сосудов человека, эрозионные и речные системы, иерархическая система природных комплексов) есть «запись» былых циклических процессов. Структура пространственная - это отражение прошедшей «временной структуры». Хотя время, по-видимому, всегда течет равномерно, но мы измеряем его процессами разной периодичности.
Для своего существования человечество вынуждено поддерживать временные режимы нужной формы функционирования при-родно-антропогенных комплексов. Одно дело - однократные, эпизодические вмешательства, другое - сельское хозяйство, со строго упорядоченной очередностью воздействий, и третье - постоянное поддержание инженерных сетей, зданий, твердого покрытия в городах (которое, кстати, прерывает биологический круговорот в бывших наиболее «плодородных» ПТК). Мы не всегда задумываемся над тем, что затраты надо умножать на время, на количество циклов.
Каждая отдельная геосистема, природная или в той или иной степени антропогенно измененная, связана с глобальной системой географической оболочки посредством множества циклов (в том числе иерархически вложенных один внутри другого) и находится в поле «социально-экономического давления», осуществляемого также посредством циклов и посредством вещественно-энергетического воздействия на системные регуляторы. Освоение кибернетических законов идет трудно, но только оно позволит нам работать более осознанно. По мере осознания потребуется и выработка новых методов.
2.4. Классы задач, решаемых в процессе комплексных физико-географических исследований
Все многообразие задач комплексных физико-географических исследований может быть сгруппировано в четыре основных класса в зависимости от того, какой аспект ландшафтной структуры в каждом конкретном случае важен (табл. 1).
Первые три класса задач направлены на изучение внутренних связей ПТК - вещественных, энергетических, информационных, т.е. на изучение его ландшафтной структуры и ее изменение во времени под действием внутренних и внешних факторов. Они раскрывают свойства и особенности ПТК как целостных образований, вопросы их происхождения, специфику функционирования и динамики, тенденцию будущих изменений. Все это - общенаучные исследования пространственно-временной организации ПТК, цель которых - все более глубокое познание сущности ПТК безотносительно каких-либо требований.
Четвертый класс задач - исследования для прикладных целей. Здесь изучаются внешние связи ПТК с обществом в рамках сложной суперсистемы «природа-общество». ПТК любого ранга выступают уже как элемент в системе более высокого уровня органи-
Зации, для изучения связей которого с другим элементом (структурным подразделением общества) нужно кроме знания свойств самого ПТК, получаемых в процессе общенаучного исследования, учитывать также требования общества к этим свойствам и способность ПТК их удовлетворять. Это уже аспект не чисто физико-географический. Все большую роль в прикладных исследованиях начинает играть экологическое обоснование хозяйственной деятельности, т.е. оценка воздействия проектируемых объектов на окружающую среду (ОВОС) и экологическая экспертиза. Этим вопросам посвящен учебник К. Н.Дьяконова и А. В. Дончевой «Экологическое проектирование и экспертиза» (М., 2002).
Последовательность в перечне основных классов задач не случайна, она определяется их логической и исторической связью. Задачи каждого последующего из общенаучных классов могут быть решены достаточно полно и глубоко лишь на основе использования результатов предыдущих исследований. Поэтому перечисленные классы задач могут рассматриваться как определенные этапы все более глубокого проникновения в сущность ландшафтной структуры ПТК.
Что касается прикладных исследований, то они могут «надстраиваться» над любым из этих этапов в зависимости от того, какого рода знания о ПТК окажутся достаточными для решения стоящей перед исследователем практической задачи.
Первый класс задач. Исторически раньше других начал изучаться пространственный аспект ПТК, т. е. первый класс задач. Само представление о ПТК возникло на основании визуального анализа сходства и различия отдельных участков земной поверхности, на выявлении их качества. Первоначально изучались те свойства ПТК, которые буквально лежат на поверхности, видны невооруженным глазом и придают участкам территории своеобразный внешний облик (физиономические черты): сходство или различие в строении, в морфологии (при этом внимание в основном обращалось на вертикальное, покомпонентное строение).
В связи с тем, что визуально легче всего улавливаются различия в рельефе и растительности, выделение и обособление ПТК основывалось на качественной однородности именно этих компонентов. Конечно, при посещении обширной, контрастной в природном отношении территории наиболее резко бросаются в глаза именно контрасты, а слабоконтрастные участки кажутся пространственно однородными. Однако при более детальном ознакомлении казавшаяся ранее однородной территория также обнаруживает качественную неоднородность, но чтобы уловить ее, нужно охватить разнокачественные участки единым взором. Именно поэтому в процессе полевых исследований прежде всего стали выделяться мелкие, просто устроенные ПТК ранга фаций и урочищ, которые можно визуально выделить по признаку однородности
I строения. Различия между комплексами фиксировались по пути
| следования - по маршруту.
При кратковременном маршрутном посещении внешний об-
\ лик ПТК воспринимался как нечто устойчивое, постоянное, т.е.
\ ПТК рассматривался в статике, в отрыве от процессов, его сформировавших. Исследование носило характер описания, что давало представление лишь о качественном своеобразии ПТК и их про-
; странственном размещении. Описание ПТК - основная цель его
I маршрутного исследования.
Стремление получить дополнительно к качественным описани-
|ям какие-то количественные характеристики, объяснить наблюдаемое обусловило более детальное изучение отдельных «точек», «площадок», «станций», «ключей», на которых наряду с тщательным описанием всех компонентов комплекса, его вертикального строения, производились измерения. Собираемый материал позволял уже в общей форме ответить на вопрос, как взаимосвязаны между собой компоненты в комплексе, т. е. дать простейшее эмпирическое объяснение.
При детальном изучении отдельных комплексов обнаруживаются те или иные свойства или особенности строения, находя-
I щиеся в противоречии с современными условиями, с характером
s современных связей: черноземы под лесом, сфагновые болота в
I лесостепной зоне, торфяно-перегнойная почва на хорошо дрени-
" руемой поверхности, аллювиальные отложения на водоразделе,
: вдали от современной речной сети и т.д. Такие следы предыдущих состояний, проливающие свет на пути становления данного комплекса, привлекают все более пристальное внимание исследовате-
; лей. Изучение их дает возможность ответить на вопрос, почему и ■ какими путями сформировался данный комплекс.
Повторное посещение территории позволяет фиксировать некоторые свидетельства протекавших между посещениями процессов (эрозии, пожаров, заболачивания, осушения, занесения, проседания и т.д.), т. е. дает представление о современных изменениях комплексов, о динамичности, подвижности ПТК.
Так, полевое изучение пространственной структуры постепенно дополняется элементами генетического и функционального анализа, что позволяет глубже познать ПТК, а маршрутный способ сбора фактического материала дополняется ключевым. Однако основное внимание в процессе этих исследований по-прежнему обращено на природные особенности отдельных комплексов и их пространственное размещение, поэтому основными методами систематизации материала продолжают оставаться классификация и картирование, входящие в состав специфического метода ландшафтного картографирования.
Изучение свойств и пространственного размещения более крупных и сложных ПТК, которые не могут быть охвачены единым
Взором исследователя-полевика, производится на основе пространственного анализа слагающих их достаточно простых комплексов, изучаемых в поле. Для того чтобы выделить, ограничить эти комплексы, их тоже нужно одномоментно охватить взором, только тогда можно найти какие-то закономерности в пространственной неоднородности. Эта задача решается с помощью аэровизуальных наблюдений, материалов аэрофото- или космической съемки, либо составленных в поле ландшафтных карт, изучение которых позволяет увидеть территорию в уменьшенном виде и тем самым как бы подняться над ней, посмотреть на нее со стороны. Таким образом, достаточно сложные ПТК могут быть выделены по их территориальной структуре, т. е. здесь изучение пространственной структуры выступает уже как метод выделения ПТК, когда выделение комплексов производится не по принципу однородности, а по принципу закономерной неоднородности. Этот метод обычно называют методом районирования на ландшафтной основе. В настоящее время для изучения ландшафтной структуры начинает использоваться компьютерный анализ космических и аэрофотоснимков, а также топокарт (А.С.Викторов, Ю.Г.Пузаченко и др.).
Для более глубокого понимания современных особенностей ПТК необходимо изучить пути его становления и развития, а для этого нужно прежде всего четко определить сам объект исследования, выделить и охарактеризовать изучаемый комплекс. Таким образом, уже сама постановка задачи второго класса требует предварительного решения задачи первого класса.
Второй класс задач. генетический аспект изучения ПТК, заключающийся в рассмотрении смены разнокачественных ПТК во времени, обусловленной эволюционным развитием комплекса. Восстановление истории формирования и развития ПТК базируется на следах его предшествующих состояний, предыдущих этапов развития, которые сохраняются в отдельных компонентах комплекса (во флоре, в морфологическом строении почв, в поверхностных отложениях, в определенных формах рельефа), либо в существовании целых комплексов-реликтов (более мелких, чем изучаемый, входящих в его состав), либо, наконец, в их пространственном размещении (солонцовые луга не в понижениях рельефа, а на приподнятых участках; выровненные поверхности с ерниковой тундрой не ниже древних каров, а над их стенками и т.д.), т.е. в их вертикальной или горизонтальной структуре.
В связи с тем, что эволюционные смены происходят постепенно, под действием процессов большой продолжительности, а результаты развития фиксируются в современной пространственной структуре комплексов, сбор фактического материала для решения задач второго класса производится путем экспедиционных исследований.
По ходу маршрута фиксируются визуально наблюдаемые следы предыдущих состояний и определяются участки или комплексы, наиболее информативные для восстановления истории развития тех комплексов, в пределах которых закладываются ключевые участ- I ки для детального изучения и отбора образцов. Объектами наиболее пристального внимания исследователя являются при этом торфяники и погребенные почвы, так как по сохранившимся в них спорам и пыльце растений может быть достаточно полно восстановлена природная обстановка периода их формирования.
Богатый материал для восстановления смен ПТК во времени дает изучение ныне существующих комплексов, находящихся на разных стадиях развития.
Сбор фактического материала для решения задач первого и второго классов может производиться в ходе одного и того же экспедиционного исследования, но при этом нельзя упускать из вида, что аспект исследования накладывает отпечаток и на сбор полевых материалов. Иногда требуется изучение дополнительных ключевых участков, на которых, кстати, собирается основная масса материала, и прежде всего образцов с использованием методов частных географических, а также смежных наук. В других случаях расширяется круг наблюдаемых явлений либо возрастает детальность изучения определенного компонента или комплекса.
Лабораторный анализ собранных в поле образцов и дальнейшая интерпретация полученных результатов позволяют раскрыть палеогеографическую историю территории исследования в целом. Для того же, чтобы проследить историю определенных ПТК, необходимо палеогеографические материалы дополнить ретроспективным анализом современной структуры изучаемых комплексов (В. А. Николаев, 1979). Таким образом, генетический аспект изучения ПТК ориентирован на восстановление особенностей их формирования и развития, на установление возрастных стадий комплексов, на объяснение их современного состояния, но в то же время позволяет сделать и предположение о перспективах развития комплексов. Однако для более точного предсказания будущего развития ПТК генетический подход должен сочетаться с функциональным, направленным на изучение современных процессов, протекающих в ПТК, их функционирования и динамических изменений.
Третий класс задач. В основе решения задач этого класса лежит функциональный аспект изучения ПТК. Он позволяет глубже проникнуть в сущность взаимосвязей и взаимодействий в комплексе. Решение задач данного класса получило развитие лишь с 60-х гг. XX столетия, когда появился ряд комплексных физико-географических стационаров. Это связано с тем, что изучение функционирования комплексов и динамических циклов краткой продолжительности требует регулярных наблюдений, обеспечить которые возможно лишь в условиях стационаров.
Некоторый материал для изучения современных природных процессов исследователь может, конечно, собрать и в экспедиционных условиях. Например, при маршрутных исследованиях могут быть зафиксированы некоторые следы стихийных явлений: прохождения лавин (по наличию сломанных и вывернутых с корнем деревьев, ориентированных вниз по простиранию склона) или селей (по наличию конуса выноса грязекаменного потока), появления новых оползней (по свежим стенкам отрыва), усиления линейной эрозии после ливня или весеннего снеготаяния (по наличию свежих эрозионных форм, обвалов в верховьях оврагов или на их склонах) и т.д.
На ключевых участках могут быть поставлены более или менее продолжительные микроклиматические наблюдения, а также наблюдения над процессами стока. На фиксированных геохимических профилях можно отобрать образцы в установленной повтор-ности для изучения биогенной и водной миграции химических элементов. Однако все эти эпизодические наблюдения не дают возможности познать функционирование ПТК, а также медленно протекающие процессы средней и большой продолжительности, обусловленные воздействием внешних факторов.
Чтобы проследить нормальное функционирование ПТК, не вызывающее заметных изменений, нужны длительные регулярные наблюдения. Чем больше длительность периода наблюдений, тем надежнее и достовернее получаемые выводы. Поэтому наблюдения ведутся на постоянных специально выбранных точках в пределах определенных комплексов.
Сбор и обработка материалов стационарных наблюдений очень трудоемкий процесс, поэтому число точек наблюдения на любом стационаре ограничено и очень важно их рациональное размещение. Чтобы экстраполировать полученные результаты, нужно хорошо знать, какие ПТК они характеризуют и на какой стадии развития эти ПТК находятся. Это значит, что предварительно должно быть проведено выделение и систематизация ПТК, составлена ландшафтная карта территории стационара и прилегающего района, а также установлены возрастные стадии изучаемых комплексов, т. е. решены задачи первого и второго классов.
Основной метод изучения функционирования и динамики ПТК - метод комплексной ординации, разработанный сотрудниками Института географии Сибири и Дальнего Востока (В. Б. Сочава и др., 1967), позволяющий количественно характеризовать взаимосвязи между отдельными компонентами внутри ПТК и между различными комплексами, изучать пространственные и временные изменения различных природных процессов.
Накапливаемые массовые данные обрабатываются и систематизируются при помощи статистических методов и метода балансов.
Детальное изучение функционирования и динамики ПТК по-I зволяет познать сущность комплексов и дать надежный прогноз их \ дальнейшего развития.
Таким образом, последовательное рассмотрение различных ас-\ пектов ландшафтной структуры природных комплексов дает воз-[ можность постепенно углубляться в познание сущности ПТК: от \ описания современных свойств и пространственного размещения i комплексов через познание путей их становления к выявлению и количественной характеристике связей и взаимодействия (объяснению), а далее к функционированию комплексов и предсказанию путей их дальнейшего развития. Так осуществляется тщательное и всестороннее изучение комплексов, являющееся надежной основой для оптимального их использования человеком.
Пути использования предполагают постановку конкретных прикладных исследований четвертого класса задач.
Далее в пособии более или менее подробно освещаются методы i решения первого, третьего и четвертого классов задач. Изучение становления ПТК (второй класс задач), несмотря на всю важность этой проблемы, здесь почти не затрагивается. Дело в том, что представление о генезисе ПТК, его возникновении и становлении в значительной мере базируется на геолого-геоморфологических, палеогеографических, палеоботанических, палеофаунистических, археологических и тому подобных материалах. В процессе же полевых экспедиционных исследований сведения о генезисе могут лишь несколько пополняться, например, по наблюдениям за реликтовыми элементами ПТК, проливающими свет на их происхожде-1 ние. Кроме того, исследования, специально направленные на ре-I шение задач второго класса, требуют привлечения весьма специфичных методов палеогеографического анализа, дать которые в [ кратком курсе оказывается затруднительным, а число исследова-[ телей, занимающихся их решением, не столь велико. Большинство | физико-географов решает задачи остальных трех классов, которые мы и рассматриваем.
4. Изучение функционирования природных и природно-антропогенных геосистем
4.1. Ландшафтно-геохимические методы исследований
Одним из важнейших методов изучения функционирования геосистем является метод сопряженного геохимического анализа (СГА).
Сопряженный анализ - это специфический метод исследования в геохимии ландшафта, заключающийся в одновременном изучении химического состава всех компонентов ландшафта (горных пород, коры выветривания, поверхностных и подземных вод, почв, растительности) и геохимической связи между ландшафтами.
Метод СГА представляет собой способ познания объекта через нахождение эмпирических зависимостей дифференциации химических элементов в ландшафте и является основой теоретических положений геохимии ландшафтов.
В целом развитие метода связано с изучением дифференциации химических элементов, раскрытием механизма этой дифференциации на уровне геохимических процессов и эколого-геохимической оценкой качества окружающей среды.
Основные понятия . Основным в геохимии ландшафтов выступает понятие элементарного ландшафта (ЭЛ) или элементарной геохимической системы (ЭЛГС). Сменяющие друг друга ЭЛГС от местного водораздела к местной депрессии представляют собой геохимически сопряженный ряд – геохимическую катену или каскадную ландшафтно-геохимическую систему (КЛГС). Термин местный геохимический ландшафт употребляется для обозначения территории, на которой наблюдается повторение определенных ландшафтных катен.
Сопряженный анализ выявляет характерные для элементарных ландшафтов химические элементы и позволяет проследить их миграцию внутри комплекса (радиальная миграция), и от одного комплекса к другому (латеральная миграция).
Важнейшим фактором дифференциации веществ в ландшафтах являются геохимические барьеры, представления о которых являются одним из основополагающих принципов изучения миграции и концентрации химических элементов в ландшафтах.
Геохимические барьеры – это такие участки ландшафта, где на малом расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация.
Геохимические барьеры широко распространены в ландшафтах, на них нередко образуются аномально высокие концентрации элементов. А. И. Перельман выделяет два основных типа барьеров - природные и техногенные. Каждый тип подразделяется на три класса ландшафтно-геохимических барьеров: 1) биогеохимические; 2) механические; 3) физико-химические. Последние возникают в местах изменения температуры, давления, окислительно-восстановительных, щелочно-кислотных и других условий. Морфологически геохимические барьеры делятся на радиальные и латеральные.
Радиальная геохимическая структура . Радиальная геохимическая структура отражает миграцию элементов внутри элементарного геохимического ландшафта, и характеризуется рядом ландшафтно-геохимических коэффициентов.
Коэффициент радиальной дифференциации показывает отношение содержания химического элемента в генетическом горизонте почвы к его содержанию в почвообразующей породе.
Коэффициент биологического поглощения показывает, во сколько раз содержания элемента в золе растения больше, чем в литосфере или горной породе, почве.
Коэффициент водной миграции отражает отношение содержания элемента в минеральном остатке воды к его содержанию в водовмещающих породах.
Графической моделью выражения рассмотренных зависимостей являются геохимические диаграммы. Критерием контрастности радиальной дифференциации могут служить значения вариьирования распределения элемента в почвенных горизонтах относительно почвообразующей породы.
Латеральная геохимическая структура. Латеральная геохимическая структура характеризует отношения между компонентами элементарных ландшафтов в ландшафтной катене.
По условиям миграции Б. Б. Полынов выделял автономные и под-чиненные элементарные ландшафты. К автономным, называемым элювиальными , относятся поверхности водораздельных пространств с глубоким залеганием уровня грунтовых вод. Вещество и энергия поступают в такие ландшафты из атмосферы. В понижениях рельефа образуются подчиненные (гетерономные) ландшафты, которые подразделяются на супераквальные (надводные) и субаквальные (подводные). М. А. Глазовской выделен ряд промежуточных групп элементарных ландшафтов: в верхних частях склонов - трансэлювиальные , в нижних частях склонов и сухих ложбинах – элювиально-аккумулятивные (трансаккумулятивные), в пределах местных депрессий с глубоким уровнем грунтовых вод – аккумулятивно-элювиальные элементарные ландшафты.
Коэффициент местной миграции показывает отношение содержания элемента в почвах подчиненных ландшафтов к автономным.
Типизация катен проводится на основе полученных аналитических данных по содержанию элементов в почвах и почвообразующих породах. Литологически монолитные катены являются наиболее удобными в методическом отношении объектами для изучения латеральной миграции элементов.
Техногенная миграция элементов в ландшафтах. Главным следствием антропогенного воздействия на природную среду является образование аномальных концентраций химических элементов и их соединений в результате загрязнения различных компонентов ландшафта. Выявление техногенных аномалий в различных средах является одной из важнейших задач эколого-геохимических оценок состояния среды. Для оценки загрязнения природной среды используется опробование снежного покрова, почв, поверхностных и подземных вод, донных отложений, растительности.
Одним из критериев аномальности эколого-геохимического состояния служит коэффициент техногенной концентрации (К с) , представляющий собой отношение содержания элемента в рассматриваемом техногенно загрязненном объекте к его фоновому содержанию в компонентах природной среды.
Техногенные аномалии имеют полиэлементный состав и оказывают комплексное интегральное воздействие на живые организмы. Поэтому в практике эколого-геохимических работ часто используются так называемые суммарные показатели загрязнения, характеризующие степень загрязнения целой ассоциации элементов относительно фона.
Качество природных сред может быть определено с помощью системы эколого-геохимических показателей: индекса загрязнения атмосферы (ИЗА), индекса загрязнения воды (ИЗВ), суммарного показателя загрязнения почв (Z c), коэффициента техногенной концентрации (K c) и др. Каждый из индексов имеет собственную методику расчета. Общий методический подход состоит в том, что при расчете учитываются классы опасности загрязняющих веществ, стандарты качества (ПДК) и средние уровни фонового загрязнения.
Схема эколого-геохимического исследования включает три этапа: 1) ландшафтно-геохимический анализ территории; 2) эколого-геохимическую оценку состояния природной или природно-антропогенной среды; 3) ландшафтно-геохимический прогноз.
Эколого-геохимическое исследование состоит из периода подготовки к полевым работам, собственно полевого периода, важнейшую часть которого составляет сбор образцов на точках наблюдения, и камерального, включающего аналитическую, графико-математическую и картографическую обработку полевых материалов, их объяснение и написание отчета.
Этап ландшафтно-геохимического анализа территории. На стадии подготовки к полевым работам составляется программа, выбираются методы исследований и оптимальный режим выполнения, анализируются общегеографические и отраслевые аналитические и картографические материалы.
Методика проведения полевых ландшафтно-геохимических исследований зависит от целей, задач и масштабов работы. Однако независимо от этих вопросов в основе геохимического изучения ландшафтов лежит выделение и типология элементарных ландшафтов. Итогом исследований является представление о радиальной геохимической структуре вертикального профиля элементарного ландшафта и анализ катенарной геохимической дифференциации каскадных систем.
Этап эколого-геохимической оценки современного геохимического состояния территории включает геохимическую индикацию состояния окружающей среды. Здесь существуют два подхода. Один из них связан с выявлением и инвентаризацией антропогенных источников загрязнения: структуры, состава и количества загрязнителей. Эти данные получают путем анализа выбросов, стоков, твердых отходов (эмиссии). Другой подход заключается в оценке степени и характера реального распределения (имиссии) загрязняющих веществ в природных средах.
Анализ геохимической трансформированности природных ландшафтов под влиянием техногенеза, заключается в изучении перестройки радиальной и латеральной структур ландшафта, направленности и скорости геохимических процессов и связанных с ними геохимических барьеров. Результатом этих исследований обычно является оценка совместимости или несовместимости природных и техногенных геохимических потоков, степени изменчивости и устойчивости природных систем к техногенезу.
Этап ландшафтно-геохимического прогноза. Задача этого этапа заключается в предсказании развития изменения природной среды на основе изучения прошлых и современных природных и природно-антропогенных состояний. Подобные исследования базируются на представлениях об устойчивости природных систем к техногенным нагрузкам и анализе их ответных реакций на эти воздействия. Такой подход отражен в представлениях М. А. Глазовской о технобиогеомах – территориальных системах со сходной ответной реакцией на однотипные антропогенные воздействия.
4.2. Ландшафтно-геофизические методы исследований
Особое место в геоэкологии занимает метод балансов , представляющий собой совокупность приемов, позволяющих исследовать и прогнозировать развитие геосистем путем сопоставления прихода и расхода вещества и энергии. Основой метода служит баланс (балансовая матрица, модель), в котором содержится количественная оценка движения вещества и энергии в пределах системы или при ее взаимодействии с окружающей средой. Метод балансов позволяет прослеживать динамику суточных и годовых циклов, анализировать распределение потоков вещества и энергии по разным каналам.
Основанные на методе балансов научные исследования включают следующие этапы: 1) составление предварительного списка приходных и расходных статей; 2) количественное измерение параметров по статьям прихода и расхода; 3) составление карт и профилей распределения параметров; 4) учет соотношения приходных и расходных частей и выявление тенденций изменения системы.
Метод балансов в исследованиях природных геосистем. В физико-географических исследованиях широко используются уравнения радиационного, теплового, водного балансов, баланса биомассы и др.
Радиационный баланс представляет собой сумму прихода и расхода потоков радиации поглощаемой и излучаемой атмосферой и земной поверхностью.
Тепловой баланс рассматривается как сумма потоков тепла, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее.
Водный баланс определяет разность между привносом и выносом влаги в геосистеме, с учетом переноса влаги по воздуху в виде паров и облаков, с поверхностным стоком, с грунтовым стоком, в зимнее время – со снегопереносом.
Баланс биомассы определяет динамику биомассы и ее долю в структуре геомасс ПТК. Например, балансовое уравнение древесной части леса имеет две статьи прихода: долговременный прирост - древесина и сезонный – листья; и три статьи расхода: опад и поедание, потери на дыхание и опад листьев. Биомасса определяется в сыром весе, в весе абсолютно сухого вещества или зольности. Для определения энергии биомассу пересчитывают на калории, выделяющиеся при сжигании каждого отдельного организма.
Количественные соотношения между продуктивностью растительности и ресурсами тепла и влаги определяются с использованием показателей радиационного баланса за год, атмосферных осадков за год и радиационного индекса сухости.
Энергетический баланс в изучении геосистем является одним из немногих подходов, дающих возможность проводить анализ состояния и функционирования природных и природно-антропогенных систем в единых единицах измерения. Теоретической основой энергетического баланса является концепция открытых термодинамических неуравновешенных систем. Энергия поступает в природную геосистему главным образом от солнечного излучения, а в природно-антропогенную систему из двух источников - солнечного излучения, которое превращается в химическую энергию тканей растений; и от искусственной энергии в виде топлива, товаров и услуг, определяемой накопленной энергоемкостью. В пределах рассматриваемой системы только незначительная часть энергии (менее 1 %) используется для удовлетворения потребностей людей, остальная часть подвергается разнообразным преобразованиям, которые сопровождаются потерей тепла. Конечный этап этих преобразований - определенное количество энергии, накопленное в первичной продукции растений и в определенных товарах. Универсальность энергетических характеристик обеспечивает их применение к сложным природным и природно-антропогенным геосистемам, что превращает использование метода энергетического баланса в эффективное средство исследования проблем окружающей среды.
Ландшафтно-геофизические исследования направлены на выделение вертикальной структуры и функционирования геокомплекса. В качестве основного объекта рассматривают стексы – суточные состояния структуры и функционирования ПТК.
Изучение геокомплексов проводится главным образом при стационарных наблюдениях, где изучают трансформацию солнечной энергии, влагоооборот, биогеоцикл, вертикальную структуру ПТК . Многолетняя апробация методики позволила проводить ландшафтно-геофизические исследования не только стационарным, но и экспедиционным маршрутным методом, с опорой на базу стационарных наблюдений в регионе исследований.
Первоначально в ПТК выделяют геомассы, по их соотношению - геогоризонты. Геомассы и геогоризонты являются системообразующими элементами вертикальной структуры геокомплекса, а ведущим процессом рассматривается изменение вертикальной структуры.
Геомассы выделяют по однородности агрегатного состояния, близким значениям удельной массы и специфическому функциональному назначению. Например, в почве имеются педомасса различного мехсостава, литомасса (включения), гидромасса (почвенная влага), фитомасса корней, мортмасса (подстилка, торф), зоомасса (почвенная мезофауна).
Геогоризонты – сравнительно однородные слои в вертикальном профиле геокомплексов. Каждый геогоризонт характеризуется специфичным набором и соотношением геомасс. Геогоризонты легко выделяются визуально, их набор изменяется в течение года в отличие от ярусной структуры растительности или генетических горизонтов почв.
Индексация геогоризонтов построена на следующих правилах: в индексе горизонта классы геомасс указываются в порядке их убывания (по массе); после класса геомасс через запятую указывают все виды; после индекса указывается его граница относительно поверхности почвы (в метрах). Прирост или убыль геомасс показывается стрелками вверх или вниз, а индексы фотосинтезирующих фитомасс, находящихся в пассивном состоянии зимой, даются в скобках.
Стационарные наблюдения позволили обосновать индикацию стексов по вертикальной структуре геокомплексов. Суточное состояние выделяется по сочетанию следующих трех групп признаков: термического режима, увлажнения и изменения вертикальной структуры.
Урок 28 (экскурсия) «Составление описания природного комплекса своей местности». Цель: формирование умений показывать взаимосвязь между природными компонентами конкретного природного комплекса и влияние рельефа на компоненты, составлять описание изучаемого природного комплекса.
Задачи:
- образовательные: способствовать формированию понятий «природный комплекс, компоненты природного комплекса»
- развивающие: продолжить формирование навыков анализа, сравнения, обобщения; способствовать развитию умения делать выводы.
- воспитательные : развитие диалектико-материалистического мировоззрения; умения работать в группе; показать красоту природы своей местности и продолжить воспитание любви к своей Малой Родине.
Место проведения : работа проводится на местности – на опушке дубравы с прилегающим лугом и болотом.
Оборудование: планшеты, компас, лопатка, рулетка, эклиметр, бумага и карандаш (ручка) для записи и рисунков, целлофановые пакеты для взятия образцов почв и горных пород.
Ход работы:
I Организационный момент.
II Проверка знаний
Перечислите природные компоненты.
Что такое природный комплекс?
Приведите примеры природных комплексов нашей местности.
III Изучение нового материала
Актуализация знаний.
Могут ли природные компоненты существовать изолированно от других природных компонентов природного комплекса?
Сегодня мы должны будем научиться находить связь между компонентами природного комплекса и составлять описание комплекса.
Для этого мы должны сравнить три природных комплекса: участок дубравы, участок луга и болото.
2.Составить описание природных комплексов своей местности.
Задачи : используя типовой план, дать описание природного комплекса.
Ознакомление с различными природными комплексами (луг, участок леса, болото) и выявление компонентов природных комплексов.
План описания природного комплекса.
1. Географическое положение. Направление от школы.
2. Характер поверхности и тип почвы.
3. Воды, их расположение.
4. Растительность и животный мир.
5. Изменение компонентов природного комплекса под воздействием человека.
6. Охрана природных компонентов комплекса.
Во время проведения экскурсии ребята знакомятся с различными природными комплексами своей местности (участки леса, луга и болота).
Первая часть экскурсии. Учащиеся разделяются на три группы, каждая группа выбирает природный комплекс для описания: участок леса; участок луга или участок болота.
Группы получают инструкцию и работают в соответствии с ней. Учащиеся изучают природный комплекс, который они выбрали, по предложенному плану.
В каждой группе распределены обязанности по интересам: есть ботаник, зоолог, почвовед, геолог, гидролог.
Учащиеся делают прикопки для изучения почв и берут их образцы. Следует отметить, что знакомство с почвами осуществляется на уровне наблюдений: на продуктах выветривания какой породы образовалась почва, какие слои проявляются (лесная подстилка, темный горизонт, осветленный горизонт), структура почвы (рыхлая, уплотненная); живые организмы (черви) и остатки организмов; влажность почвы.
Для того чтобы оценить влияние воздействия на почву человека, делаем прикопку на полянке с краю леса, где проходит пешеходная тропа и часто отдыхают местные жители. Учащиеся сравнивают визуально почву в естественном состоянии и значительно утоптанную и видят их различия.
Учащиеся — ботаники исследуют растительность и определяют: к какой природной зоне она относится, называют основные растительные сообщества, составляют геоботаническое описание. При этом определяют визуально основные ярусы: древесный, кустарничковый и травяной; видовой состав деревьев и трав. Учащиеся-зоологи выявляют животных, определяют их среду обитания и влияние на них антропогенного фактора.
Учитель обращает внимание на выявление связей между компонентами природного комплекса. Вначале ребята учатся различать (выявлять) компоненты природного комплекса. Затем их необходимо подвести к понятию «природный комплекс» и взаимосвязи его компонентов.
Вторая часть экскурсии – описание природного комплекса по плану. После того, как были изучены компоненты природного комплекса, в каждой группе происходит краткое обсуждение полученных сведений, и учащиеся приступают к описанию изучаемого природного комплекса по плану
Цель работы – закрепление знаний, полученных во время экскурсии в природу.
Описание комплекса должно быть небольшим, но желательно, чтобы учащиеся показали взаимосвязи в природном комплексе.
3. Сделайте выводы.
- Какое влияние оказывают рельеф, климат и характер увлажнения почвы на природный комплекс?
Все компоненты природного комплекса очень тесно между собой связаны, при изменении одного из компонентов, неизбежно изменяются все остальные. От рельефа зависит климат и характер увлажнения; от климата в целом зависит тип почвы, она может быть увлажненной, засушливой и т.п.
-Какое влияние оказывают почвы на растительный и животный мир комплекса?
На неблагоприятных почвах (с повышенной кислотностью, заболоченных и т.п.) произрастают непривередливые растения, которые не нуждаются в изобилии минеральных и органических веществах. Следовательно, почвы влияют на видовой состав растений. Растения – пища для травоядных животных.
- Как влияют друг на друга растительный и животный мир?
К бедной растительности, произрастающей на бедных почвах, практически не тяготеют представители фауны. Это обуславливается плохими горными породами (заболоченными, рыхлыми и т.п.) и отсутствием питательных веществ для травоядных животных.
Ребята, послушайте замечательные слова поэтаН. Рыленкова, которые станут итогом нашего урока.
Всё в тающей дымке;
Холмы, перелески.
Здесь краски неярки и звуки не резки,
Здесь медленны реки,
Туманны озёра и всё ускользает от беглого взора.
Здесь мало увидеть -
Здесь нужно всмотреться,
Чтоб ясной любовью
Наполнилось сердце,
Чтоб вдруг отразили прозрачные воды
Всю прелесть задумчивой русской природы
(Н. Рыленков)
IV . Домашнее задание.
Каждому учащемуся составить описание одного из изученных природных комплексов.
Чурляев Ю. А
Оставьте свой комментарий, спасибо! |