Саморегуляция ландшафта, баланс вещества и энергии

Структура и функционирование ландшафта.

Под структурой ландшафта понимается обшиб перечень, список компонентов реального ландшафта в их иерархических, функциональ­ных взаимоотношениях. Взаимодействия между компонентами обра­зуют структурную систему ландшафта. Основными структурными единицами ландшафта являются элементы - объекты исследования специ­альных дисциплин, выделяемые как самостоятельные природные тела (например, почва, растительность и пр.), которые при исследовании можно выделить и измерить, и компоненты - комплексные тела приро­ды, системы, слагаемые многими элементами.

Под «активным» элементом понимаем объект, который хотя к зависит от других элементов, но - главное - оказывает влияние на по­ведение и взаимоотношения между другими элементами К пример можно привести принятое в геохимии ландшафта понятие - «активный мигрант», то есть тот мигрант, который определяет поведение других, пассивных мигрантов. Комплекс активизирующихся элементов, зави­сящих от основного, активного элемента, формирует внешнюю среду для данного элемента. Среда влияет на поведение химического элемен­та посредством создания в нем определенного состояния (например, температуры, влажности). Этот процесс можно рассматривать как вход системы «элемент». Сам элемент оказывает обратное воздействие на среду, так как приобретает определенное состояние (температуру, влаж­ность). Этот процесс соответствует выходу системы «элемент». Каж­дый активный природный элемент имеет несколько входов и выходов.

Структура ландшафта динамична - постоянно изменяется во вре­мени, характер изменений может быть периодическим, циклическим, ритмическим. При периодических изменениях идентичные состояния системы разделены определенным интервалом времени. Обычно под периодичностью подразумевается такое развитие, при котором после­дующие, повторные явления отделены от предыдущих более или менее равными отрезками времени. Циклические изменения состояния систе­мы характеризуются возвратом к идентичному состоянию через любой промежуток времени. Ритмика же явления означает повторения качест­венных состояний элементов системы через разные временные интер­валы.

Структура системы делает возможным индицировать (выявлять, диагностировать) данную систему и отличать ее от других систем. Сис­тему определяют следующие показатели:

1)размер, создаваемый количеством слагающих систему элементов; 2)связь между элементами, или корреляции. При этом можно говорить: о силе связи между элементами в пространстве и во времени; о знаке связи (положительный или отрицательный), то есть говорить о том, вызывает ли рост одного элемента увеличение или уменьшение другого;

3)причинность - знак причинности указывает на зависимость или независимость элемента; типы связей - в природе распространены, главным образом, прямые и обратные связи;

поверхность системы в ландшафтной системе есть элементы внутренние и внешние. Внешние элементы образуют так называемую поверхность системы, по которой происходит их соприкосновение с приходящими элементами.

Саморегуляция ландшафта, баланс вещества и энергии

Известно, что взаимодействующие компоненты ландшафта стре­мятся к состоянию, при котором расход вещества и энергии был бы ра­вен их приходу. В результате ландшафт является саморегулируемой сис­темой, которая в условиях постоянного поступления вещества и энер­гии стремится достигнуть стабильного состояния. Такая возможность осуществляется тем, что ландшафт состоит из подсистем, обладающих обратной связью. Субсистемы в свою очередь функционируют как ав­торегулируемые системы, и это их качество придает макросистеме -ландшафту - большую восприимчивость к внутренним и внешним им­пульсам.

Обратная связь это свойство системы воздействовать на прихо­дящий извне импульс: поступая и проходя через систему, импульс пре­терпевает определенные изменения, что приводит к цикличности дей­ствия.

Наиболее частым случаем является отрицательная обратная связь, когда внешний импульс вызывает замкнутый контур изменения Такой тип связи ведет к динамическому равновесию ландшафта. По­ложительная обратная связь возникает в том случае, когда контур обратной связи усиливает эффект импульса, поступающего извне, в вызыва­ет цепную реакцию лавинного типа в том же направлении, в кодом дей­ствовал и первичный импульс. Очевидно, понятно, что системы с от­ложительной обратной связью не могут действовать постоянно, так и ограничены элементами, которые не в состоянии изменяться беспре­дельно в одном направлении. Отрицательная обратная связь присуща всем ключевым субсистемам ландшафта и способствует тому, что нарушение энергетики сис­темы вызывает изменение ее переменных, что приводит к новому сба­лансированному состоянию природной системы. Такая тенденция к са­морегулированию, достижению и поддержанию равновесия называется динамический гомеостаз. Гомеостаз ландшафта есть способность ланд­шафта нейтрализовать изменения, происходящие в его частях, при по­мощи негативной обратной связи. Иными словами это есть тенденция ландшафта как геосистемы сохранять неизменность выполняемой ею функции, несмотря на перемены во внешнем окружении.

Простое саморегулирование, основанное на отрицательной об­ратной связи, осложняется наличием вторичных реакций системы и существованием пороговых нагрузок. Вторичные реакции вызываются внешними воздействиями. Они оказывают влияние на функции и рав­новесие ландшафта в течение некоторого времени, необходимого для того, чтобы ландшафт успел приспособиться к изменению первона­чального потока энергии. Например, сокращение количества осадков способствует обмелению рек. Но длительное нарушение режима осад­ков приводит к смене растительности, ее разрежению и развитию более засухоустойчивых видов и, тем самым, к усилению поверхностного стока при ливневых дождях, что в свою очередь ведет к переуглубле­нию русла водотоков и, вместе с тем, к уменьшению испаряющей по­верхности.

Изменения в приходе вещества и энергии в ландшафт вызывают либо функциональные нарушения в системе, либо изменения вещества и энергии на выходе из системы. Пороговые нагрузки становятся при­чиной неожиданных, резких изменений в состоянии ландшафта. Ланд­шафт, как саморегулирующаяся система, способен обрести новое со­стояние, при котором может создаваться либо более высокий уровень внутренней организации ландшафта, либо образуется постоянный вы­ход вещества и энергии. Время, которое необходимо для перехода сис­тема из неравновесного состояния в новое равновесие, называют временем релаксации. Продолжительность его определяется следующими

причинами:1)вещественным состоянием (физическим и химическим) эле­ментов, слагающих данную систему; 2)устойчивостью элементов системы к воздействиям. Например, естественный смешанный лес всегда устойчивее всех монокультурных насаждений; 3)структурой системы: чем сложнее система, тем короче время релаксации;

4)масштабом и направленностью изменений в системе - скорость приспособления элементов системы к новым условиям зависит от удаленности их от нового равновесного состояния. Понятно, что в разных типах природных ландшафтов релаксация различна. Например, при нарушении режима водности территории фор­ма русла изменяется очень быстро, тогда как перестройка склонов, са­мой поймы (ее рельефа и пород) и долины реки требует гораздо боль­шего времени. Развитые природные системы, состоящие из подсистем (субсис­тем), находятся в равновесии с условиями природной среды за счет их реакции на изменение внешних условий.