Разномасштабность и иерархия географических систем. Потоки вещес. 1 Разномасштабность и иерархия географических систем 4 2 Потоки вещества и энергии в ландшафтов 10

Название	1 Разномасштабность и иерархия географических систем 4 2 Потоки вещества и энергии в ландшафтов 10
Дата	23.09.2022
Размер	32.23 Kb.
Формат файла
Имя файла	Разномасштабность и иерархия географических систем. Потоки вещес.docx
Тип	Реферат #692762

Содержание

Введение 2

1 Разномасштабность и иерархия географических систем 4

2 Потоки вещества и энергии в ландшафтов 10

Заключение 15

Список литературы 16

Введение

В структуре ландшафтной оболочки участвуют природные геосистемы различных пространственно-временных масштабов. От самых крупных и долговечных образований океанов и континентов до малых и очень изменчивых, подобных песчаной отмели на речном берегу. От мала до велика они составляют многоступенную систему таксонов, именуемую иерархией природных геосистем.

Согласно методологическому "правилу триады " каждая природная геосистема должна изучаться не только сама по себе, но обязательно как распадающаяся на подчиненные структурные элементы и одновременно как часть вышестоящего природного единства.

Предложено несколько вариантов таксономической классификации природных геосистем. Разумеется, все они представляют собой лишь приближенное отражение реальной действительности. По предложению Э. Неефа и В.Б. Сочавы многоступенную иерархию природных геосистем принято членить на три крупных отдела: планетарный, региональный и локальный.

На первый взгляд иерархия геосистем воспринимается как модель пространственной организации ландшафтной оболочки. На самом деле суть ее глубже. В ней видится диалектическое единство ландшафтного пространства-времени. Каждая вышестоящая в иерархии природная геосистема является по отношению к нижестоящим объемлющей не только пространственно, но и исторически, эволюционно, как более древняя по возрасту.

1 Разномасштабность и иерархия географических систем

Основной методологической установкой при создании современной классификации горных наук являлось междисциплинарное взаимодействие, направленное на решение проблем комплексного освоения и сохранения недр [1]. Согласно данной классификации, группа горных наук, включающая теорию проектирования освоения недр, экономику освоения георесурсов, горную экологию и горную информатику получила название Горная системоло-гия. В данную группу объединены науки «изучающие закономерности развития геосистем и выявляющие последствия освоения недр для общества и природы» [1]. Новое для области горных наук понятие «геосистема» определено как «совокупность природных и искусственно созданных объектов, несущих в себе свойства системы, создаваемой и используемой в целях освоения недр» [1].

Однако, в целом для науки понятие «геосистема» не ново. В области географии геосистемой обозначается «целостное множество взаимосвязанных компонентов географической оболочки, включающей в себя нижние слои атмосферы, гидросферу, земную кору и биосферу» [2].

С одной стороны, определение понятия «геосистема» согласно [1] вполне «вмещается» в более объемное содержание понятия географической геосистемы, горнодобывающее предприятие действительно затрагивает все компоненты географической оболочки. С другой, - вызывает сомнение целесообразность использования одного и того же термина для обозначения двух принципиально различных понятий.

Принципиальная разница этих понятий заключается в том, что если в горных науках геосистемы «создаются и используются» в целях освоения недр, то в географии геосистемы существуют априори.

В общей теории систем отмечается, что до сих пор не существует полноценного определения понятию «система». Причину этого М.А. Гайдес [3] видит в том, что при определении системы недооценивалось понятие «цель»: «любые свойства систем, в конечном итоге, связаны с понятием цели, потому что любая система отличается от других систем постоянством своих действий, а стремление сохранить это постоянство является отличительным качеством любой системы».

В связи с этим, на сегодняшний день наиболее емким определением понятия система М.А. Гайдес [2] считает определение П.К. Анохина [4]: «система - это комплекс избирательно вовлеченных элементов, взаимосо-действующих достижению заданного результата, который принимается основным системно образующим фактором».

Следовательно, руководствуясь законом иерархии систем для рассмотрения геосистемы по определению [1] как подсистемы географической оболочки, систему и ее подсистему должно объединять служение единой цели.

Цель создания геосистемы как основы горного предприятия весьма ясно определяется, например, в трудах А. М. Курносова [5] и А. С. Астахова [6] - удовлетворение запросов «народного хозяйства» в минеральном сырье при условии достижения максимума народнохозяйственного эффекта. Современное представление горного предприятия как геосистемы, согласно концепции освоения и сохранения недр, дополняет вышеприведенную цель условием обеспечения «управления состоянием недр и изменением их функционального назначения в границах определенного участка литосферы» [1]. А какова же цель существования геосистемы как участка географической оболочки?

Например, по мнению И. П. Павлова, непрерывное уравновешивание системы с внешней средой является принципом существования животного организма как системы [7]. И. Пригожин считает, что непрерывное уравновешивание с внешней средой является принципом существования не только животного организма, но и всей природы в целом: «Сложность в природе невозможно свести к некоему принципу глобальной оптимальности... В своей погоне за сложностью природа занимает более «прагматическую» позицию, в которой существенную роль играет поиск устойчивости» [8].

Следовательно, целью геосистемы любого уровня в общем виде можно считать достижение ею устойчивого состояния.

Возможно осознавая, что горные науки не по праву заимствовали термин из области географии, как в свое время, по выражению В.Ж. Аренса [9], физико-химические методы извлечения полезных ископаемых «узурпировали» понятие «геотехнология», в качестве объекта исследований теории проектирования называются не геосистемы, а техногенные геосистемы (технологические системы) как «совокупность технологических подсистем во взаимосвязи с природными геосистемами, предназначенные для добычи полезных ископаемых и освоения других георесурсов» [1].

Позже было предложено в качестве объекта теории проектирования использовать понятие «горнотехническая система», определяемое, согласно паспорта специальности 25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем, как «техногенный объект, используемый в целях извлечения георесурсов и рассматриваемый совместно с участком недр, подлежащим освоению».

Основываясь на вышеприведенных результатах системного анализа, заключаем, что горнотехническую систему, в свете концепции комплексного освоения и сохранения недр, необходимо представлять как подсистему природной геосистемы, и, в таком случае, основным ее признаком следует считать не «создание и использование для освоения недр», а взаимосодействие достижению устойчивого состояния природы.

Итак, в рамках системы мира имеет место природная геосистема как целостное множество взаимосвязанных компонентов географической оболочки. В свою очередь, каждый компонент географической оболочки также является системой, состоящей из ряда элементов (подсистем), взаимосодействующих достижению общей цели. Одной из наиболее важных составляющих геосистемы, с позиций освоения недр, является массив горных пород.

Изложенные представления о сущности геосистемы и ее структуре направлены на дальнейшее развитие теории комплексного освоения и сохранения недр Земли, и формирование искомого «органического единства функциональной, конструктивной и организационной составляющих технологии добычи полезных ископаемых» [15].

Природные геосистемы имеют иерархическую структуру. Это означает, что все геосистемы состоят из нескольких элементов, и каждая геосистема входит в качестве структурного элемента в более крупные.

Существуют три категории геосистем (по пространственным размерам):

Планетарные (сотни млн. км²) - ландшафтная оболочка в целом, материки и океаны, пояса, зоны;
Региональные - физико-географические страны, области провинции, районы;
Локальные - (от нескольких м² до нескольких тысяч м²) местности, урочища, подурочища, фации.

Каждому из указанных геосистемных таксонов свойственны определенные круговороты вещества и энергии определенного масштаба - большой геологический, биогеохимический, биологический.

Элементарная природная геосистема - фация. В соответствии с принципом атомизма в каждой иерархической системе есть простейшая элементарная составляющая. Элементарной ландшафтной единицей является фация. Фация - элементарная природная геосистема, характеризующаяся однородными геолого-геоморфологическими условиями, одним микроклиматом, одним гидротопом, одной почвенной разновидностью, одной растительной ассоциацией и единым зооценозом. Фации приурочены к отдельным элементам мезоформ рельефа или к микроформам рельефа. Например, в светлохвойной тайге на склоне различные участки, характеризующиеся различными гидротопами, имеют различные растительные ассоциации: лишайниковый, брусничный, черничный боры.

Размеры фаций могут быть различными: от нескольких м² до 1-3 км². Эмпирически было установлено правило, называемое законом необходимого разнообразия. Согласно закону необходимого разнообразия плановой ландшафтной структуры, мало-мальски значительные пространства, превышающие первые км², даже на равнинах, не говоря о горных районах, не терпят ландшафтного однообразия, "не выносят" фациальной однородности. Наиболее однородными оказываются молодые, формирующиеся геосистемы.

Природные геосистемы локальной размерности: подурочища, урочища, местности. Подурочище - природная геосистема локальной размерности, представляющая собой цепочку связанных друг с другом фаций, объединенных единым потоком вещества и энергии на определенном элементе мезорельефа. Обычно подурочище занимает склон определенной экспозиции мезоформы рельефа или ее вершину, или понижение между положительными формами. Если рельеф достаточно плоский, то подурочища обычно не выделяют.

Как видно, при выделении подурочища важным показателем является вещественно-энергетическая связь фаций между собой. Такие связи, объединяющие геосистемы между собой, называются латеральными (боковыми).

Урочище - природная геосистема локальной размерности, представляющая собой сопряженную генетически и энергетически (переносом вещества и энергии) систему фаций, приуроченных к отдельным выпуклым или вогнутым формам мезорельефа, или к выровненным междуречным участкам. Примеры: балка, поросшая лесом, песчаный бархан.

Урочища могут быть денудационные, элювиальные, автоморфные, аккумулятивные и промежуточные (овраги, балки и др.).

Географическая местность - природная геосистема локальной размерности, представляющая собой совокупность генетически сопряженных урочищ, объединенных положением на одном элементе макрорельефа. На равнинах выделяют местности плакоров (автономные), придолинных склонов (транзитные), надпойменно-террасовые (аккумулятивные и трансаккумулятивные), пойменные (аккумулятивные, супераквальные).

2 Потоки вещества и энергии в ландшафтов

Функционирование природных геосистем представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов переноса, обмена и трансформации вещества и энергии между составляющими геосистему природными компонентами, а также геосистемой в целом и внешней средой. Основные энергетические факторы функционирования геосистем - лучистая энергия Солнца и сила земного тяготения. Их источники находятся за пределами ландшафтной оболочки.

Среди многообразных процессов функционирования геосистем различают физико-механические, химические, биохимические (в почве) и биологические. Все вместе эти процессы называются биогеохимическим круговоротом или метаболизмом геосистемы.

Каждая природная геосистема в зависимости от ее таксономического ранга характеризуется круговоротом вещества и энергии различного размера. Выделяют малый круговорот (свойственен фациям, охватывает только вертикальную структуру геосистемы) и большой круговорот (свойственен всей ландшафтной оболочке, охватывает вертикальную и горизонтальную структуру геосистем всех рангов). Между этими крайними по своему размаху биогеохимическими круговоротами существует множество промежуточных.

Результатом функционирования природных геосистем является биологическая продукция. Различают первичную (производимую продуцентами), вторичную (производимую консументами) и абсолютную (суммарную) биологическую продукцию. Геосистемы различаются по продуктивности. Биологическая продуктивность - способность всех живых организмов и их сообществ, производить за определенную единицу времени биологическую продукцию.

Особенности функционирования геосистем:

Следствием функционирования природных геосистем является формирование осадочных горных пород: аллювия, озерных или болотных отложений, делювия, пролювия, коллювия, эоловых накоплений. Эти осадочные образования несут на себе отпечаток биологических круговоротов тех ландшафтов, в которых они сформировались. Таким образом, функционирующим ландшафтам свойственны морфогенез и литогенез, или морфолитогенез.

Горизонтальная структура ландшафта - состав слагающих его морфологических единиц, их территориальная организация (текстура), их взаимные вещественные и энергетические связи.

Связи природных компонентов в ландшафте. Все природные компоненты образуют вертикальную структуру природной геосистемы. Вертикальная структура природной геосистемы - состав и взаимосвязь слагающих ее природных компонентов, представленных упорядоченной последовательностью (стратификацией) горизонтов. Геогоризонт - структурный элемент вертикального профиля геосистемы, сформированный тем или иным природным компонентом в совокупности с другими природными компонентами.

Используя связи между природными компонентами в вертикальной структуре геосистемы можно через легко доступные для изучения природные компоненты - индикаторы (обычно растительность и рельеф) реконструировать остальные (скрытые) природные компоненты - индикаты (почвы, почвообразующие породы, грунтовые воды - их глубину и минерализацию). Этот метод получил название ландшафтной индикации.

Метаболизм природной геосистемы - вещественно-энергетический обмен между природными компонентами внутри природной геосистемы. Природные компоненты объединены в единую геосистему вещественными, энергетическими и информационными связями. Связи между природными компонентами в геосистеме могут быть прямыми и обратными.

Прямая связь - воздействие одного природного компонента на другой или воздействие внешних факторов на систему в целом. Обратная связь - реакция природных компонентов или природной геосистемы в целом на прямую связь. Обратная связь может быть положительной и отрицательной.

При положительной обратной связи природные компоненты или природная геосистема в целом под влиянием прямого воздействия воспринимают это воздействие и реагируют на него согласно с ним. При этом фактор прямого воздействия может еще усилиться. Такое воздействие может вызвать цепную реакцию изменений (например, опустынивание Сахели, вызванной засухой в 1970-1980-е годы).

При отрицательной обратной связи природные компоненты и природная геосистема в целом в ответ на прямое воздействие стремится защитить себя от этого воздействия, отторгнуть его. Пример: образование конвективных облаков, осадки и понижение температуры воздуха во второй половине дня при сильной жаре в первой половине. Отрицательная связь способствует устойчивости геосистемы. Особенно полезны для геосистемы развитые обратные связи при сильном антропогенном воздействии.

Устойчивость природных геосистем подчиняется принципу относительности:

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

2) разные геосистемы обладают разным потенциалом устойчивости к одним и тем же воздействиям.

Относительная малая устойчивость к внешним воздействиям характерна для геосистем реликтового характера (пример: островные леса в степи), находящиеся в дисгармонии с внешней средой. Также неустойчивы геосистемы, находящиеся на ранних стадиях формирования (пример: только начинающие зарастать пески). Гораздо более устойчивы климаксовые геосистемы.

Устойчивость ландшафтов во многом зависит от того, какой вид динамики у них преобладает. Господство стабилизирующей динамики значительно повышает устойчивость. Устойчивость очень сильно падает, если динамический тренд усугубляется наложением однонаправленных антропогенных нагрузок. В таком случае происходит ландшафтный резонанс - внутренние колебания системы усиливаются внешними колебаниями (например, опустынивание Сахели из-за засухи усиливалось перевыпасом скота).

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

Динамика природной геосистемы. Антропогенная динамика ландшафта. Пороговые нагрузки. Обратные связи. Цепная реакция различных ландшафтов. Природные геосистемы постоянно изменяются. Любая геосистема в своей структуре и функционировании изменяется адаптивно, т.е. подстраивается к новым условиям. Пример: приуроченность цветения большинства растений в средней полосе к периоду после таяния снега. Часто при адаптации к разным условиям одна и та же геосистема может быть представлена различными вариантами своей вертикальной и горизонтальной структуры, т.е. система меняет свои состояния.

Состояние природной геосистемы - определенный тип ее структуры и функционирования, ограниченный некоторым отрезком времени. Динамика природной геосистемы - смена ее состояний. Различают несколько видов ландшафтной динамики:

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

иерархия природная географическая система

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

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

Заключение

В результате проделанной работы я выявил закономерность иерархии природных геосистем. Ландшафтная оболочка подчиняется закону иерархической организации слагающих ее частей. В ее структуре участвуют природные геосистемы различных пространственно-временных масштабов. От самых крупных и долговечных образований, таких как океаны и материки, до маленьких и очень изменчивых. Они объединяются в многоступенчатую систему таксонов, именуемую иерархией природных геосистем. Из признанного факта соподчиненности разноранговых геосистем происходит методологическое правило триады, согласно которому каждая природная геосистема должна изучаться не только сам по себе, но и обязательно как распадающаяся на подчиненные структурные элементы и одновременно как часть вышестоящего природного единства.

Список литературы

Аренс Б.Ж. Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых. - М.: Недра, 1975.
Астахов А. С. Динамические методы оценки эффективности горного производства. - М.: Недра, 1973.
Байконуров О.А. Классификация и выбор методов подземной разработки месторождений. - Алма-Ата: Наука, 1969.
Бикулин А.Б. Ротация и прогноз напряженного состояния недр Земли. //Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: Материалы международной научно-технической конференции - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2004.
Виноградов Б. В. Основы ландшафтной экологии. М. : ГЕОС, 1998. 418 с.
Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли /РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкого. - М.: Изд-во АГН, 1997.
Григорьев А. А., Будыко М. И. О периодическом законе географической зональности // Доклады Академии наук СССР. 1956. Т. 110, № 1. С. 129-132.
Жигалов М.Л., Ярунин С.А. Технология, механизация и организация подземных горных работ. - М.: Недра, 1990.
Зубков А.Б. Геомеханика и геотехнология. - Екатеринбург: УрО РАН, 2000.
Курносов А. М. Становление теории оптимального проектирования горных предприятий. - М.: ИГД им. A.A. Скочин-ского, 1967.
Марцинкевич Г.И., Клицунова Н.К., Мотузко А.Н. Основы ландшафтоведения: Учеб. пособие. Минск: Высш. шк., 1986.
Мильков, Ф.Н. Физическая география: учение о ландшафте и географическая зональность / Ф.Н. Мильков. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 1986. – 328 с.
Нетрадиционные решения в горной промышленности /А.А. Аверченков, В.Ж. Аренс, Ю.М. Арский и др.; Под ред. Ю.А.Чернегова. - М.: Недра, 1991.
Панов Е. Хаос не ведет к потере гармонии //Ломоносов - 2003 - № 7-8.
Петров Т. Г. Иерархическая периодическая система химических составов объектов любой природы и ее связь с периодической системой химических элементов // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 7. 2009. Вып. 2. С. 21-28.
Энциклопедия. Т.3. География. - 3-е изд., испр. - М.: Аванта+, 2002.