Природні геосистеми. Чинники (ознаки) природного середовища

На сьогодні розуміння ландшафту базується на вченні про системи. Система- це сукупність елементів, що знаходяться у відносинах і зв'язках між собою і створюють певну цілісність, єдність. Прикладами систем можуть служити ліс, болото, людське суспільство, завод, живий організм. Одна з головних особливостей систем полягає в тому, що вони володіють тими властивостями, які не властиві окремим її елементам (частинам). Так, наприклад, лісовий ландшафт включає гірські породи, грунти, рослинність, тварин, повітря і володіє такими властивостями як продукування органічної речовини. Ця властивість характерна для системи і не може виникнути в окремій її частині.

Системи, приурочені до планети Земля, прийнято називати геосистемами. Природна геосистема -це сукупність природних компонентів, що історично склалася, характеризується просторовою і тимчасовою організованістю, відносною стійкістю, здатністю функціонувати як єдине ціле, продукуючи нову речовину. Природна геосистема постійно обмінюється речовиною, енергією і інформацією з навколишнім середовищем і тому відноситься до відкритих систем.

Нерівномірність розподілу речовини і енергії в ландшафтній сфері служить основою для виникнення різноманітних рухів: потоків енергії, циркуляції повітря, води, грунтових розчинів, міграції хімічних елементів і ін. Рух речовини і енергії веде до загального зв'язку всіх частин ландшафтної сфери і забезпечує її цілісність. Це призводить до того, що зміни в одній частині ландшафтної сфери неминуче відобразяться на інших її частинах або ж на всій її структурі.

Природні геосистеми певним чином організовані. Під організацією системи розуміється порядок розташування її структурних частин в просторі і порядок їх проходження в часі.

Одним з важливих типів просторової організації геосистем є ландшафтна катена (від лати. - ланцюг, безперервний). Під ландшафтною катеною розуміється послідовність розташованих на схилах або навколо водоймищ дрібніших природних геосистем(рис. 3).

Наприклад, схил катена степової геосистеми складається з останцево-водороздільної, терасної і заплавної місцевостей схилу. Вони зв'язані однонаправленими потоками речовини і енергії.

Як правило, акумуляція речовини відбувається в нижніх ланках катени і, якщо джерело викиду забруднюючих речовин розташоване в її верхніх ланках (наприклад, на останцево-водораздільних рівнинах), то забруднювачі накопичуватимуться в нижніх ланках катени.

I ІІ ІІІа

IIIб

IV V річище річки

Місцевості:

I - останцево-водороздільна

II - плакорна

IIIа - схилова приводороздільна

IIIб - крутого корінного схилу долини

IV - заплавно-терасна

V- заплавна

- суглинки заплавних відкладень - річкові піски

- льосси і льоссовидні суглинки - пісковики

Рис. 3. Ландшафтна катена степової геосистеми

Внутрішня організація геосистеми зумовлюється внутрішніми зв'язками між її частинами. Сутність зв'язків полягає в тому, що структурні частини ландшафту обмінюються між собою речовиною, енергією і інформацією. Відповідно зв'язки бувають речовинні, енергетичні, інформаційні. Ці зв'язки реалізуються відповідно шляхом передачі речовини, енергії або інформації. Перші два типи добре відомі з шкільних курсів фізики, хімії і біології, та і в екологічній науці вони більш вивчені. Так, наприклад, речовинні зв'язки мають місце при споживанні рослинами води і мінеральних солей з грунтових розчинів.

Енергетичні зв'язки часто нероздільні з речовинними і здійснюються одночасно з потоками повітря, води, твердого субстрата (грунтів і гірських порід), переміщеннями тварин та ін. Наприклад, південні схили балки (рис. 4) нагріваються сильніше північних. Нагріте повітря розповсюджується і на інші фації балки, вирівнюючи температурні відмінності.

Що ж до інформаційних зв'язків, то вони поки залишаються найменше вивченими, і зроблені ще тільки перші спроби розібратися в їх природі. На відміну від речовинних і енергетичних, інформаційні зв'язки майже завжди супроводжуються дуже тонкими впливами, що вимагають попередньої настрою сприймаючих елементів. При їх реалізації, як правило, здійснюється наступний принцип: слабкі зусилля або дії, або дуже незначні витрати речовини і енергії - великі ефекти. Вони завжди відрізняються дуже незначними витратами речовини і енергії і, як правило, запускаються цілі ланцюги процесів.

Так наприклад нікчемно мала енергія електромагнітної хвилі, впливаючи на радіо - або телевізійну антену, викликає великі світлові і звукові ефекти, квант світла певної довжини хвилі запускає ланцюги біохімічних реакцій в хлорофіловому зерні зеленої рослини, нікчемно малі за своїми розмірами віруси грипу викликають великі наслідки для крупних організмів. Занесені на піщані мілини зародки живих організмів або самі організми, украй незначні по своїй біомасі, викликають сильні зміни мілин - на них виникають з часом своєрідні геосистеми. Все це дуже схожі за природою інформаційні явища, що протікають, правда, з дуже різною швидкістю: від тисячних і менш долей секунди (фотосинтез) до багатьох десятків і сотень років (заростання піщаних мілин). Всі вони вимагають попередньої настройки, заздалегідь встановленої відповідності між приймачем і передавачем, хлорофіловим зерном і квантом світла певної довжини хвилі, вірусом грипу і кліткою людини, занесеними на піщані мілини організмами і поляганням в цьому місці фізичного середовища.

РГВ t

фація фація фація

У Р О Ч И Щ Е

Умовні позначення

Рослинність: Грунти:

- дубовий ліс; - сіра лісова;

- типчаково-ковиловий степ - сіра лісова глеєва;

з чагарниками; - дернова.

- дубовий ліс з ліщиною. РГВ t - рівень грунтових вод.

Рис. 4. Морфологічна структура ландшафту

За допомогою цих прикладів стає зрозумілішим і саме поняття інформації. У найширшому сенсі під інформацією розуміються повідомлення або відображення, що виникають в сприймаючій системі або її елементі у відповідь на слабкі або дуже слабкі дії. Обов'язковою умовою появи повідомлення або відображення є наявність заздалегідь (наперед) встановленої відповідності між передавачем і приймачем інформації.

Інформація природних геосистем міститься в їх структурі (будові і зв'язках). Птахи по змінах в ландшафті отримують інформацію про час перельоту. Інформація про початок цвітіння, плодоношення і скидання листя рослинам передається за допомогою зміни тривалості сонячного сяйва, температур, міграційних процесів грунтових розчинів і ін.

Чим складніше структура природної геосистеми, тим більше вона інформативна. Господарська діяльність, як правило, направлена на спрощення структури геосистем і зменшення їх інформаційної різноманітності.

Наприклад, структура природного степу досить складна: спостерігається багатство видового складу рослин і тварин, швидка зміна аспектів протягом року. При сільськогосподарському її використанні структуру спрощують до посіву однієї культури (рідше двух).

Процеси, що ведуть до зменшення впорядкованої інформаційної різноманітності системи і зменшення її організації, мають ентропійний характер. В результаті господарської діяльності збільшується ентропія природних геосистем: за рахунок руйнування природної організації геосистем і принесення в навколишнє середовище додаткових речовин (теплове забруднення, викиди газоподібних, рідких і твердих забруднюючих речовин і ін.).

Внутрішня організація геосистеми залежить також і від саморозвитку геосистеми.

Саморозвиток -це зміна геосистеми, що протікає згідно з внутрішньою властивістю під дією або за участю незмінного зовнішнього джерела енергії.

Наприклад, озеро носить в собі зародки майбутньої своїй загибелі: навіть при постійності стоку і інших зовнішніх умовах воно постійно міліє і, врешті-решт, озеро зникає, тобто перетворюється на комплекс іншого типу (болото, солончак).

1.4. Ландшафт в структурі сучасної екології (за Реймерсом)

Термін «екологія» вперше вжив німецький біолог Ернст Геккель в 1866р., позначивши ним біологічну науку, що вивчає взаємодії організмів і навколишнього середовища. Згодом зміст екології ставав ширшим, охоплюючи питання функціонування не тільки організмів, але і співтовариств різного рангу - біоценозів. Організми разом з середовищем стали називати екосистемами. У другій половині нашого сторіччя все більшу актуальність придбали екологічні проблеми - спочатку в окремих регіонах, а потім в масштабах всієї земної кулі. Стало ясно, що вирішення глобальних і регіональних екологічних проблем вимагає обліку різноманітних явищ, що відбуваються в ландшафтних системах, атмосфері, океані, земній корі, економіці, суспільстві. Розширення сфери екологічних завдань примусило ввести нові терміни: «екологія людини», «соціальна екологія», «екологія ландшафту», «геоекологія» та ін.

Соціальна екологія розглядає взаємодію природи і суспільства (людства), тобто соціоекосистеми (як глобальні, так і регіональні), розробляє моделі раціональної просторової організації навколишнього середовища і суспільства.

Інший об'єкт дослідження у геоекології. Їм є геоекосистеми - керовані або контрольовані людиною територіальні системи, що представляють ділянки ландшафтної сфери з характерними для них процесами тепло- і вологообміну, біогеохімічними круговоротами, певними видами господарської діяльності і соціокультурних відносин.

Всі науки екологічного профілю мають справу з відносинами певних об'єктів і середовища, що впливає на них. Об'єкт виступає в цьому випадку «господарем», навколишнє його середовище - «будинком». Тобто науки екологічного профілю - це науки про взаємодію об'єктів з середовищем, яке є свого роду будинком. У екології в її первинному варіанті господарем, тобто суб'єктом, щодо якого проводять оцінку будинку, - його стани, якості і т.д. - завжди виступав живий організм або співтовариство організмів. По мірі розвитку екології до суб'єктів екологічного аналізу стали відносити також біосферу в цілому, людину (індивідуума), групи людей (професійні, соціальні, етнічні та ін.), населення, суспільство в цілому. У кожного суб'єкта середовище охоплює різні просторові сфери. У інфузорії-туфельки середовищем може бути крапля води, у кита - обширний район океану. Для людини в цілому середовищем є географічна оболонка або біосфера.

У системі взаємодії елементів геоекосистем суб'єктом, «господарем», розглядаються перш за все геосистеми, зокрема їх різновиди - ландшафти. Такий підхід виглядає несподіваним, оскільки головним об'єктом турботи і уваги стає не людина (соціум, суспільство) і навіть не співтовариства живих організмів, а їх середовище. Але по суті справи турбота про своє оточення, свій будинок - це і є турбота про себе, оскільки від якості оточення залежить благополуччя людини. При цьому людина не протиставляє себе природному середовищу, а оголошується її складовою частиною.

Але якщо піти далі, то опиниться, що для благополуччя людини необхідна турбота і про технічне, господарське середовище, що включає будинки і інші будови, машини, дорогі, дамби, трубопроводи і ін. Тоді ці об'єкти можуть розглядатися як суб'єкти або «господарі».

Таким чином, в геоекології в центрі дослідження може ставитися будь-яка з взаємодіючих систем. На рис. 5 показаний характер співвідношення суб'єктів і середовища в кожній з розглянутих гілок екології: власне екології або біоекології, екології людини, соціальної екології і геоекології.

Геоекологія аналізує різноманітні ланцюжки зв'язків між природою, людиною (соціумом) і господарством, пропонує шляхи раціональної просторової організації природних, соціальних і господарських систем. Сфера інтересів геоекології у великій мірі перетинається з географією. Але в геоекології чіткіше, ніж в географії, є видимим оцінний, тобто суб'єктивний, підхід.

Великий внесок в розробку структури сучасної екології вніс Н.Ф. Реймерс. Його давно займало питання: як же виглядає вся будівля екологічних наук - фундаментальних і прикладних? «Фундаментальна її частина взаємодіє з прикладними підставами як круги, накладені один на одного, але з неспівпадаючими центрами... Сучасна біоекологія як прамати мегаекології наших днів може бути визначена як сукупність наукових дисциплін, що досліджують взаємини системних біологічних структур (від макромолекули до біосфери) між собою і з навколишнім їх середовищем... Класифікація біоекології по ієрархічних рівнях біотичних систем в цьому випадку виглядатиме приблизно таким чином.

Рис. 5. Об'єкти вивчення наук екологічного профілю

Ендоекологія:

· молекулярна екологія;

· екологія кліток і тканин;

· фізіологічна екологія з розділами екології живлення, дихання і т.п..

Екзоекологія:

— аутекологія (екологія індивідів і організмів як представників виду);

— демекологія (екологія малих груп);

— екологія популяції;

— спеціоекологія (екологія виду);

— синекологія (екологія співтовариств);

— біоценологія (екологія співтовариств);

— биогеоценологія (вчення про біосистеми різного ієрархічного рівня організації);

— вчення про біосферу (біосферологія);

— экосферологія (глобальна екологія).

При цьому мається на увазі лише біологічний підхід до біосфери і складових її екосистем. Він може бути іншим - географічним, хімічним і т.д.

У вивченні геосистем доступно виділити географічну, або ландшафтну, екологію (великих надбіогеоценотичних екосистем). Її називають також геоекологією. Існує і екологічна географія - вчення про географічне розповсюдження геосистем» (Реймерс, 1994).