|
|
методы исследований, книга. Высшее профессиональное образование
40
При вычленении ПТК необходимо руководствоваться как закономерностями внутренних взаимосвязей комплекса, создающих его качественную определенность, так и взаимодействиями изучаемого комплекса с окружающими его ПТК.
Внутренние закономерности лучше прослеживаются при ближайшем рассмотрении и детальном изучении ПТК. Чтобы их познать, исследователь должен находиться внутри комплекса. А чтобы обнаружить его отличие от соседних комплексов, нужно взглянуть на него со стороны, сравнить с другими комплексами, охватить единым взглядом весь комплекс на фоне окружающих его ПТК. Долгое время такой «взгляд со стороны» оказывался возможным лишь в отношении самых мелких ПТК — фаций, подурочищ и урочищ. В то же время достаточно крупные ПТК можно было изучать, лишь находясь внутри комплекса и не имея возможности взглянуть на него с некоторого расстояния, увидеть его на фоне окружающих ПТК.
Использование авиации позволило исследователям «подняться над» крупными урочищами, местностями и ландшафтами, следствием чего явилась большая объективность в проведении границ этих комплексов. И лишь выход человека за пределы географической оболочки, в Космос, позволил даже на такие крупные комплексы, как физико-географические страны, взглянуть «со стороны» как на части географической оболочки, увидеть их в сравнении друг с другом, в результате чего многие границы между довольно крупными и сложными ПТК, которые при наземных исследованиях считались переходными полосами, оказались хорошо заметными, четкими, линейными на аэрофото- и космоснимках.
Таким образом, сложность разграничения ПТК заключается в том, что исследователь должен одновременно учитывать множество как внутренних, так и внешних связей комплекса.
Стремление глубже познать отдельные специфические черты ПТК или влияние определенного фактора на его особенности нередко заставляет исследователя сосредоточить внимание на ограниченном наборе свойств и связей комплекса. В связи с этим появилось представление о различных структурах ПТК: пространственных, временных, функциональных и др. (Г.Гаазе, К.Г.Раман, Н.А. Солнцев, Э. М. Раковская и др.). Внутри каждой отдельной структуры связи теснее, чем между разными структурами. Именно этим и вызвано относительное обособление самих структур, их вычленение из сложного клубка разнообразных связей ПТК, относительная их самостоятельность. В то же время все структуры в ПТК тесно переплетены между собой, взаимосвязаны и взаимообусловлены. Они образуют не случайный конгломерат структур, а единую интегральную структуру. Благодаря ей и возникает качественная определенность и пространственная ограниченность ПТК, его внутренняя упорядоченность и своеобразие. Эта сложная ин-
41
тегральная структура ПТК, включающая все многообразие его связей, может быть названа ландшафтной структурой (Э. М.Ра-ковская, 1980).
Сложность и многоплановость ландшафтной структуры создают объективные предпосылки для возникновения разных направлений ее исследования, обусловливают необходимость сочетания различных аспектов изучения ландшафтной структуры для глубокого познания сущности ПТК, разработки научно обоснованных географических прогнозов и рекомендаций по рациональному использованию различных ПТК.
2.2. Природные аквальные комплексы
Природные аквальные комплексы (ПАК) — это прежде всего комплексы Мирового океана. На суше ПАК занимают сравнительно небольшую площадь.
Мировой океан — система глобальной размерности в суперсистеме географической оболочки. Ландшафтная оболочка, представляющая собой на суше более или менее единую тонкую пленку, в Мировом океане как бы раздваивается, образуя приповерхностные и придонные ПАК. Долгое время большие глубины считались безжизненными. Теперь известно существование как глубоководных организмов, так и мигрирующих, способных погружаться на большие глубины. Сравнительно недавно был открыт особый мир «черных курильщиков» — подводных вулканов и источников термальных вод, приуроченных в основном к срединным океаническим хребтам и обладающих своими биоценозами, в числе которых есть автотрофные хемосинтезирующие организмы. Тем не менее следует отметить особую важность приповерхностных акваль-ных комплексов как среды обитания фотосинтезирующего фитопланктона — основы океанических трофических цепей.
Специфика природных аквальных комплексов. В отличие от ПТК, состоящих, по Н.А.Солнцеву, из пяти основных компонентов, в ПАК этот ряд сокращен. Геолого-геоморфологическая основа оказывает воздействие на аквальные комплексы открытого Океана только как глобальный или региональный фактор. Она может считаться компонентом лишь для придонных ПАК, в то время как ее влияние на другие локальные комплексы косвенное. Атмосфера как компонент отсутствует в придонных ПАК, хотя как внешний фактор очень важна для мелководных ПАК. С приповерхностными ПАК атмосфера имеет самый непосредственный контакт. Почва в ПАК отсутствует.
Водные массы — главнейший компонент ПАК. Основные параметры водных масс — температура, соленость (и их распределение), количество растворенного кислорода и других газов, про-
42
зрачность, плотность, содержание элементов минерального питания и органического (планктона), динамика водной среды. Динамика Океана тесно связана как с планетарными свойствами Земли (шарообразность, огромная масса, сила тяжести, параметры вращения и т.д.), так и с динамикой атмосферы. Известны приповерхностные, глубинные, донные, восходящие (апвеллинг) и нисходящие (даунвеллинг) течения, волновые перемещениях водных масс.
Вследствие этого ПАК намного динамичнее, чем ПТК. Даже геолого-геоморфологическая основа донных аквальных комплексов может быстро (иногда катастрофически) меняться, например во время штормов в прибрежной полосе, при наличии мутьевых течений, во время весеннего половодья рек в подводных дельтах и т.д. Известны «кольца» Гольфстрима — течения, отделяющиеся от основного и способные к автономному, относительно долгому существованию. «Синоптические вихри» Мирового океана исследовались академиком Л. М. Бреховских. Динамические процессы повсеместны и очень различны по характеру, скорости и изменяются от места к месту. Поэтому, наблюдая тем или иным способом ПАК и пытаясь выявить его границы, фиксируют «сиюминутную» картину. Необходимо еще определить пределы пространственного изменения комплекса, его вариативность. Только массовые данные могут дать представление о среднестатистических параметрах формы, размерности, размещения и внутреннего строения ПАК.
Фито- и зоокомпоненты распределены очень неравномерно: большое разнообразие и обилие в приповерхностных ПАК (на границах различных сред), на мелководьях, в зонах апвеллинга (подъема глубинных вод к поверхности океана) и намного меньше на больших глубинах. Как и зеркальные отражения в воде, свойства водных систем во многом противоположны свойствам наземных. Симметрично их расположение относительно поверхности Земли. Максимальное количество зеленых растительных организмов приурочено к «фокусной пленке» географической оболочки — среде раздела и взаимопроникновения компонентов и веществ разного агрегатного состояния. Здесь как бы сфокусированы солнечные лучи. Практически одинакова мощность фотосинтезирующего слоя: на суше от нескольких сантиметров до сотни метров (в джунглях) и в Океане от нескольких метров до 150 — 200 м. Максимальное количество фитопланктона находится у поверхности и быстро (по экспоненциальному закону) убывает с глубиной, так что трудно определить этот рубеж.
Хотя теплые приэкваториальные воды, как и природные комплексы суши, отличаются большим разнообразием видов организмов, по количеству биомассы они вовсе не являются лидерами. Как раз в низких широтах находятся огромные «океанические пустыни» (рис. 6). Количество биомассы в океане имеет более высокие значения в высоких широтах — около 60-й параллели обоих
43
Рис. 6. Распределение биомассы (в сырой массе,
Океан: 1 — менее 0,01; 2 — от 0,01 до 0,02; 3 — от 0,02 до 0,03; 4 — от 0,03 до 0,05; (суша); 8— 0,5—1,0 (Океан) и 0,6—1,25 (суша); 9— 1,0—2,0 (Океан) и 1,25 — 3,12
12,5-37,5; 13 - от 37,5 до 75; 14 - от 75
кг/м2) на Земле (по И.А.Суетовой, 1973).
5
от 0,05 до 0,1; 6— от 0,1 до 0,2. Океан, суша: 7— 0,2 — 0,5 (Океан) и менее 0,6 (суша); 10- более 2,0 (Океан) и 3,12-6,25 (суша). Суша: 11 - 6,25-12,5; 12 — До 100; 15 - от 100 до 125; 16 - более 125
полушарий и дальше, в приполярных бассейнах. Наивысшие ее значения — в северных шельфовых морях России и Канадского архипелага, в Беринговом море.
Поглощенные проблемами географии и экологии наземных систем, мы до сих пор слишком мало придаем значения таким особенностям, как скорости биологических процессов в Океане. Фо-тосинтезирующие живые организмы — фактически единственный источник первичной пищевой продукции, в том числе для человека, составляют 99 % всей массы живого вещества Земли. Живое вещество Океана по массе составляет менее 0,2% от биомассы суши. Однако продуктивность Океана, т. е. производство биомассы в единицу времени и на единицу площади, примерно равна продуктивности наземных растений (Биогеохимия океана, 1983).
Обновление всей биосферы Земли осуществляется в среднем за 8 лет, а потому общая масса живого вещества (6,5 х 1027 г) за всю историю превышает массу Земли. При этом вещество наземных растений (фитомасса суши) обновляется примерно за 44 года. В Океане циркуляция вещества происходит во много раз быстрее: вся масса живого вещества обновляется за 33 дня, в то время как фитомасса Океана — каждый день! Следовательно, фитопланктон-ные организмы дают несколько поколений в сутки. Поэтому Н. А. Солнцев был не совсем прав, когда назвал биоту самым слабым компонентом. Тем не менее для суши такое определение имело свои веские основания.
Физико-географическая дифференциация Мирового океана многоступенчата и в некоторых отношениях сходна с дифференциацией суши. На картах природного районирования Мирового океана, помещенных в «Океанографической энциклопедии» (1974) и в капитальном многотомнике «География Мирового океана» (1980, т. I) есть природные зоны и регионы, подобные секторам материков.
К.М.Петров (1989), рассматривая дифференциацию морских мелководий на региональном уровне, отмечает, что она отражает три направления физико-географического процесса: зональное, азональное и вертикальное. Единицы широтной зональности — пояс, сектор, зона (широтная), провинция; азональной дифференциации — океанический или морской бассейн, область, подобласть, округ; глубинной дифференциации — ярус, пояс (вертикальный), зона (вертикальная). Любой ПАК в Океане должен рассматриваться в историческом аспекте как целое, развитие которого совершалось в определенных условиях вертикальной и широтной зональности и контролировалось азональными факторами.
Последнюю ступень региональной размерности природных комплексов по аналогии с иерархическими единицами ПТК К. М. Петров называет ландшафтом, а его морфологические части — местностями, урочищами, подурочищами, фациями. По-видимому, для мелководных комплексов это вполне приемлемо.
46
Специфика объекта требует от исследователя знания физики моря, биологии, климатических закономерностей и др. Но не только специалисты по морским системам, а каждый географ и эколог должен иметь представление о продуктивности ПАК, о пустынных зонах Мирового океана и о его «благодатных» местах, о роли тончайшей поверхностной пленки, через которую море «дышит» и «питается» и которая так уязвима в отношении загрязнения (особенно поверхностно активными веществами, например нефтепродуктами), о том, что захоронение техногенных отходов в Океане может принести непоправимый ущерб всей планете.
Методы исследований Мирового океана лишь в небольшой своей части связаны с использованием водолазной техники (на небольших глубинах) или специальных подвижных аппаратов. В основном же это — зондирование глубин с корабля или при помощи постановки автоматических буев, когда в глубину опускается трос с датчиками и емкостями для отбора проб. Большое значение имеет применение методов аэро- и космосъемки (для ограниченных глубин), геофизических методов — радио- и эхолокации, глубинного бурения и т.д. Сведения о физике моря для изучения ПАК так же важны, как для природных комплексов суши геолого-геоморфологические материалы.
В целом, исследования природных аквальных комплексов значительно сложнее и дороже наземных. Уже само по себе пребывание человека в чужеродной среде ограничено и требует специальных технических средств. Упомянутая выше динамичность ПАК зачастую приводит к невозможности найти повторно изучавшийся ранее комплекс, из чего напрашивается вывод, что и само существование ПАК в ряде случаев носит, может быть, статистический, вероятностный характер. Направление исследований Мирового океана в настоящее время существенно изменилось. Совсем недавно он рассматривался как источник неисчерпаемых ресурсов, и работы по его изучению стимулировались задачей быстрейшего их выявления. Оказалось, что они вовсе не безграничны, а во многих случаях пока недоступны для использования. Сейчас акцент интересов сместился на природоохранно-экологические аспекты. Благополучие человека, дальнейшее существование и развитие человеческого общества оказались в прямой зависимости от состояния среды не только на суше, но и в неменьшей степени в Мировом океане.
Теория и методы исследования природных комплексов Мирового океана подробно изложены К. М. Петровым (1989). Ландшаф-товедам наиболее близки исследования прибрежных мелководий И полосы побережий. А. Н. Иванов (1995) предлагает на приливно-отливной полосе с наличием ПТК и ПАК выделять территориаль-Но-аквальные природные комплексы (ТАПК).
Методически пока мало разрабатывается связь наземных и ак-вальных систем в региональном масштабе, хотя это чрезвычайно
47
важно: вспомним хотя бы ядерные испытания на Новой Земле и рекордную биомассу северных шельфовых морей России. В географической оболочке нет «ненужных» ПТК или ПАК.
Далее в своей работе мы не будем касаться вопросов исследования аквальных комплексов. Приведем лишь еще одну ссылку на классический труд Л. Г. Раменского «Введение в почвенное и геоботаническое изучение земель» (1938), где излагаются и методы исследования водоемов суши.
Итак, объектом комплексных физико-географических исследований являются природные территориальные, аквальные, а также и территориально-аквальные комплексы (ПТК, ПАК и ТАПК) разных таксономических рангов. Углубленное изучение природных комплексов приводит к необходимости их классификации (либо типизации) по степени сходства и различия. Это имеет как научное, так и практическое значение, поскольку близкие по своим характеристикам комплексы могут обладать сходными ресурсами и условиями для хозяйственной деятельности, более или менее одинаковой устойчивостью по отношению к определенным воздействиям, однотипными для них могут быть и природоохранные рекомендации.
2.3. Взаимодействие природных
и природно-антропогенных геосистем
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-
48
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,
|
|
|
Скачать 11.53 Mb.