 |
|
|
ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА |
ВВЕДЕНИЕ
|
Смотрите также:
История атомов и география - Перельман
Биографии геологов, почвоведов
|
И только в самое последнее время накопился некоторый материал и были выработаны приемы исследования, которые, как нам кажется, уже позволяют приступить к построению новой дисциплины. ...ландшафт мы должны рассматривать не только как эффект взаимодействия природных процессов, но и как систему, осуществляющую работу этого взаимодействия.
Быстрое развитие наук об атомах — характерная особенность XX столетия. Ныне физика, химия, биология, науки о Земле широко используют "атомистический подход" — изучение судьбы атомов в природных процессах. Прекрасным примером служит возникшая в XX в. геохимия — история атомов Земли. Другая особенность современного естествознания — возникновение новых направлений на границе различных отраслей знания, когда методы и идеи разных наук взаимно дополняют и обогащают друг друга. Так появились геохимия, геофизика, биохимия, биофизика, биогеохимия и многие другие дисциплины.
Что такое геохимия ландшафта – это наука изучающая историю атомов в ландшафте, возникшая в пограничной области между геохимией и географией.
Важное значение для становления и развития геохимии ландшафта имели теория и методы докучаевского почвоведения.
Стремление получить целостное представление о миграции и концентрации химических элементов в ландшафте определяет роль и значение для теории и методологии геохимии ландшафта системного подхода, общей теории систем. В этом она сходна с такими науками, как экология, биогеоценология, общее ландшафтоведение, где важное значение приобрели такие понятия, как система, структура, прямая и обратная связь, дифференциация, интеграция.
Большинство природных ландшафтов относится к биокосным системам, в которых живые организмы и неорганическая материя тесно между собой связаны и взаимообусловлены. По степени сложности выделяется несколько уровней организации биокосных систем. К низшему "доландшафтному уровню" относятся биокосные природные тела — подсистемы ландшафта: почвы, коры выветривания, континентальные отложения, поверхностные и грунтовые воды, приземная атмосфера, являющиеся предметом изучения самостоятельных наук.
Взаимодействие этих тел создает новое качество, новую систему — ландшафт. "Ландшафт" — такое же фундаментальное понятие, как химический элемент, живой организм, почва, минерал. Для его исследования существует особая наука — ландшафтове- дение. Природный ландшафт — это сложная неравновесная динамическая система земной поверхности, в которой происходит взаимодействие и взаимопроникновение элементов лито-, гидро- и атмосферы. К "надландшафтным" уровням организации относятся биосфера Земли в целом, Мировой океан и др.
Деятельность человечества привела к преобразованию природных ландшафтов в техногенные (культурные, антропогенные). Они относятся к более сложному уровню организации со своей иерархией систем (техногенные почвы и грунтовые воды, техногенные ландшафты, ноосфера).
*Становление общей теории систем как самостоятельной отрасли науки произошло в 40—60-х годах и связано с трудами J1. Берталанфи, С. Бира, А. Ляпунова, У.Р. Эшби и др. Одним из ранних исследователей в этой области был русский ученый А.А. Богданов, разработавший всеобщую организационную науку "текто- логию" — предтечу современной теории систем.
Важная особенность ландшафта, вытекающая из системного подхода, — соответствие различных его компонентов друг другу, которое мы предложили именовать когерентностью.
В природных ландшафтах важнейшим фактором когерентности является биологический круговорот атомов (сокращенно — бик), который связывает между собой все компоненты ландшафта и существенно видоизменяет их.
Поэтому чем интенсивнее бик, тем больше когерентность ландшафта. Высокая степень когерентности характерна, например, для гумидных равнин, где растительность находится в полном соответствии с особенностями почв и вод. В ландшафтоведении это явление нередко обозначалось как "состояние равновесия в ландшафте". Однако, как будет показано в этой книге, ландшафт является принципиально неравновесной системой. Это связано с непрерывным поступлением в ландшафт солнечной энергии и ее трансформацией в энергию геохимических процессов. Неравновесность характерна и для механических процессов, о чем свидетельствуют постоянно текущие реки, ветры, несущие песок и пыль, многие другие явления. Поэтому трактуемое в трудах по географии "равновесие в ландшафте" в подавляющем большинстве случаев обозначает иное явление — стационарность ландшафта.
Наряду с высококогерентными ландшафтами имеются ландшафты с крайне низкой когерентностью, к которым относятся, например, многие пустыни. Действительно, состав почв здесь может быть слабо связан с деятельностью растительности и больше зависеть от состава горных пород. Воды в пустынях также слабо зависят от процессов разложения органических веществ, их состав больше подчиняется закономерностям растворения, ионного обмена, испарения.
Помимо бика, когерентность зависит и от других факторов, например от рельефа. Так, при прочих равных условиях горные ландшафты менее когерентны, чем равнинные. Играет роль и геологическое строение, причем не только состав горных пород, но и структурный фактор (разломы и др.). Например, ландшафты на гранитоидах и известняках, соприкасающихся по тектоническому контакту, будут менее когерентными, чем ландшафты только на известняках или только на гранитоидах.
Понятие о когерентности применимо и к анализу антропогенных (техногенных) ландшафтов. По сравнению с природными ландшафтами в одних случаях в них когерентность резко возрастает, например, при превращении пустыни в оазис, в других — резко уменьшается. Последнее, в частности, находит выражение в загрязнении окружающей среды, а в ряде случаев и в резко деструктивной эволюции ландшафта (сильная эрозия, пыльные бури и др.). Отсюда ясна важность понятия о когерентности для антропогенного ландшафтоведения и геохимии техногенных ландшафтов.
С когерентностью во многом связана самоорганизация ландшафтов — тот механизм обратных связей миграции атомов, который определяет целостность и качественное своеобразие ландшафта, существование в нем саморегулирования. В ландшафте процессы самоорганизации определяют устойчивость, постоянство структуры и функций, их сохранение при изменении внешних условий. Последнее получило наименование "относительной самостоятельности ландшафта". Изучение самоорганизации ландшафтов важно не только в теоретическом отношении, но и для решения экологических задач.
В последнее десятилетие оформилась особая наука, изучающая процессы самоорганизации в различных системах — синергетика. В природе самоорганизация наиболее ярко выражена в живых организмах, в которых она обеспечивается на основе нервной, кровеносной и других систем. Привлекает внимание также синергетика географических и геологических систем (А.Д. Арманд, Ф.А. Летников и др.). Весьма актуальны проблемы синергетики и в геохимии ландшафта.
Важной характеристикой систем является их структура, т.е. совокупность составных частей и способ связи между ними. В определении географии как науки нередко подчеркивается, что это наука о связях между телами и явлениями на земной поверхности (или в земной коре в целом). По совершенству связей ландшафт сильно уступает таким системам, как кристаллы, атомы, организмы. Ландшафт — это система не только с другой природой связей, но и с более "расшатанными" связями, более слабой интеграцией.
В кибернетике связи разделяются на прямые и обратные, а последние —на положительные и отрицательные. Для прямой (односторонней) связи характерно однонаправленное влияние отдельного тела (А) на другое (Б): А Э Б. К прямым связям относится влияние солнечной энергии на Землю (обратным влиянием Земли на Солнце можно пренебречь), почвенных процессов на формирование коры выветривания, грунтовых вод на питание рек, отработки месторождений полезных ископаемых на потребление элементов в промышленности и т.д.
Обратная связь относится к одному из основных понятий кибернетики, в которой она характеризуется как воздействие управляемого процесса на управляющий орган (или влияние выходного сигнала системы на ее рабочие параметры). В результате обратной связи происходит взаимодействие тел, когда не только А влияет на Б, но и Б на А: А Э Б. Эти связи также характерны для ландшафтов. К ним относится взаимодействие почва — растение, растения — животные, промышленность — сельское хозяйство и т.д. Обратная связь положительна, если результат процесса усиливает его, система развивается и уходит от исходного состояния. Примером служит засоление почв, при котором каждая новая порция соли, поступившая в почву из грунтовых вод, ухудшает условия жизни растений, способствует изрежению растительного покрова и благоприятствует испарению с поверхности почвы, т.е. усилению засоления.
При зарастании озер также наблюдается положительная обратная связь: отмирающие ежегодно растения служат материалом для образования сапропеля, в результате глубина озера уменьшается и зарастание увеличивается, озеро превращается в болото.При отрицательной обратной связи результат процесса ослабляет его действие и способствует стабилизации системы, восстановлению исходного состояния. Так, увеличение биопродуктивности ландшафта приводит к увеличению продуктов разложения растительных остатков — гумусовых кислот, которые выщелачивают из почвы питательные вещества, ухудшая тем самым условия жизни растений, что способствует уменьшению растительной массы. Благодаря отрицательной обратной связи осуществляется саморегулирование ландшафта: всякое отклонение от устойчивого стационарного состояния вызывает в ландшафте изменения, уменьшающие это отклонение. В этом находит проявление "обобщенный принцип Ле-Шателье", согласно которому всякая стационарная система стремится измениться таким образом, чтобы свести к минимуму эффект внешнего воздействия (формулировка А.Л. Тахтаджяна).
|
|
|
|
К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов
|
Последние добавления:
Шаубергер Виктор – Энергия воды
Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы