Свойства геосистем и ландшафтов. Пространственная и временная организация ландшафтов

Федеральное агентство по высшему образованию РФ

УГЛТУ

КАФЕДРА ЛАНДШАФТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Реферат по предмету «Ландшафтоведение»

Тема:

«Свойства геосистем и ландшафтов. Пространственная и временная организация ландшафтов»

Екатеринбург 2009 г.

П л а н

1. Внутренние свойства ландшафта

2.Пространственная и временная организация ландшафтов.

2.1. Пространственная организация.

2.2. Временная организация ландшафтов.

2.3. Пространственно-временная организация.

2.4. Развитие ландшафтов.

3. Список используемой литературы.

Исходя из определения, любая геосистема, в том числе ландшафт и тем более, совокупность взаимодействующих ландшафтов, образуют так называемые большие системы, состоящие из подсистем. Поэтому к ним применимы общесистемные законы и свойства, помимо этого геосистемы и ландшафты обладают собственными, только им присущими свойствами. Знание свойств, их количественное выражение необходимы не только при изучении ландшафтов, их классификации, но и при работе с ними: использовании, обустройстве, восстановлении.

Работы по обустройству ландшафтов: мелиорации, рекультивации, очистке, по сути, сводятся к управлению их свойствами. Например, теплообеспеченность почв ландшафтов можно увеличить, уменьшив отражательную способность поверхности почвенного покрова.

Различают общесистемные, межсистемные и внутренние свойства ландшафтов, а также свойства компонентов природы, образующих геосистемы.

К общесистемным свойствам относятся эмерджентность (наличие у системы таких свойств, которые не наблюдаются ни у одного элемента в отдельности, несводимость к составным частям), сложность (характеризуется числом элементов системы, количественно выражается их логарифмом), разнообразие (характеризуется числом видов элементов) и структурность, характеризующая организацию системы, ее сложность и разнообразие элементов.

К межсистемным свойствам ландшафта относятся: степень обо­собленности ландшафтов друг от друга, контрастность и четкость его границ; характер связей с другими ландшафтами, их механизм и формы; устойчивость совокупности ландшафтов к внешним воздействиям; формы межландшафтной горизонтальной, вертикальной, временной, пространственно-временной организации; прямые и обратные связи, круговороты, механизмы саморегуляции.

1. Внутренние свойства ландшафта

Внутренние свойства ландшафта следующие.

Целостность — геосистема любого ранга — это определенный набор взаимосвязанных и взаимообусловленных компонентов.

Открытость — геосистемы обмениваются энергией и веществом с другими геосистемами.

Функционирование — внутри геосистемы идут непрерывные процессы преобразования и обмена веществом, энергией и информацией (круговороты); функционирование геосистемы — это интегральный природный процесс, только человек совершенно условно подразделяет его на отдельные составляющие: физические, химические, биологические и т.д., природа об этом и не «знает».

Продуцирование биомассы — важнейшее свойство геосистем, заключающееся в синтезе органического вещества первичными продуцентами — зелеными растениями, которые, используя солнечную энергию, извлекают двуокись углерода из атмосферы, зольные элементы и азот — с водными растворами из почвы.

Способность почвообразования — отличительное свойство земных ландшафтов, заключающееся в образовании особого природного тела — почвы — в результате взаимодействия живых организмов и их остатков с наружными слоями литосферы, предварительно подвергшимися измельчению под действием воды, солнца, ветра; почвы обладают неоценимым свойством — плодородием, т.е. способностью создавать условия для жизни растений и других организмов; являясь продуктом функционирования, почвы стали и важным компонентом природы.

Структурность — геосистемы обладают пространственно-временной упорядоченностью (организованностью), определенным расположением ее частей и характером их соединения; различают вертикальную или ярусную структуру как взаиморасположение компонентов и горизонтальную или латеральную структуру как упорядоченное расположение геосистем низшего ранга, поэтому нужно рассматривать как вертикальные или межкомпонентные связи, так и горизонтальные или межсистемные связи.

Динамичность — способность обратимо изменяться под действием периодически меняющихся внешних факторов без перестройки структуры; это обеспечивает гибкость геосистемы, ее «живучесть»; проявляется она при суточных, сезонных, годовых и многолетних циклах изменения солнечной радиации, свойств воздушных масс.

Устойчивость — способность восстанавливать или сохранять структуру и другие свойства при изменении внешних воздействий; устойчивость, в частности, объясняет и динамичность геосистемы; природную устойчивость геосистем следует отличать от устойчивости техноприродных систем, которая заключается в способности выполнять заданные социально-экономические функции.

Способность развиваться — геосистемы эволюционно изменяются, т.е. происходит направленное необратимое изменение, приводящее к коренной перестройке структуры, появлению новых геосистем; скорость изменения зависит от ранга геосистемы: быстрее изменяются фации, затем урочища, местности, время изменения ландшафтов и их групп измеряется геологическими масштабами.

Изменчивость свойств компонентов геосистем в пространстве — может быть детерминированной или упорядоченной и недетерминированной или случайной, т.е. когда какое-то свойство (плотность, пористость, коэффициент теплопроводности и т.п.) меняется из точки в точку, не подчиняясь какой-либо закономерности; изменчивость повышает устойчивость геосистемы.

Нелинейность природных процессов — трансформация и обмен энергией и веществом идут с замедляющейся скоростью: уменьшается скорость впитывания воды в почву, замедляется остывание почвы при похолодании, затухает скорость понижения уровня грунтовых вод при дренировании и т.д.; это свойство также повышает устойчивость геосистемы, она не идет «враскачку».

Компоненты природы имеют разнообразные свойства, которыми занимаются частные науки, такие, как почвоведение, геохимия, геология и гидрогеология, гидравлика, гидрология, метеорология и климатология. Каждая из этих наук разрабатывает собственные методы познания свойств компонентов природы, но результаты этого познания имеют нечто схожее. С позиций ландшафтоведения полезно рассмотреть такие обобщенные свойства, как проводимость, барьерность и емкость компонентов природы. Это помогает рассматривать природные и техноприродные процессы не «изнутри» отдельной науки, а с использованием геосистемного подхода, рас­сматривая функционирование геосистем с междисциплинарных позиций как единый многогранный процесс передвижения, накопления, превращения вещества, энергии и информации. Кроме того, такой путь упрощает формализацию научного знания о свойствах компонентов природы и способствует широкому развитию методов моделирования процессов в геосистемах.

Проводимость — способность природного тела пропускать сквозь себя потоки вещества и энергии. Потоки можно разделить на вещественные и энергетические, при этом вещественные делятся на виды по состоянию движущегося вещества. Проводимость зависит от свойств самого природного тела, свойств потока вещества или энергии и от действующих сил, вызывающих этот поток.

В общем виде поток i-го вещества или энергии можно записать как:

Qi = Vi* F,

где Qi,— масса вещества или количество энергии, проходящие через поперечное сечение природного тела F за единицу времени, при этом средняя по площади (виртуальная) скорость равна Vi.

Нужно различать истинную и виртуальную скорости потока. Например, при движении в пористом пространстве вода течет не через все поперечное сечение природного тела, а только через пустоты—поры, заполненные влагой, т.е. Vi = WVист, здесь W — объемная влажность, т.е. отношение объема влаги к объему порис­того тела, Vист — действительная (истинная) скорость движения воды в порах, занятых водой.

Можно записать общий закон движения потока (переноса энергии), т.е. математическую связь, определяющую скорость миграции растворенных веществ или передачи энергии, в зависимости от действующих сил и свойств самого тела

Vi = -k( dP/dx)^п,

где k - характеристика проводимости, т.е. поток при единичном градиенте действующей силы через единицу площади природного тела, зависит от свойств природного тела и свойств вещества, образующего поток; dP/dx — градиент потенциала действующей силы; п — показатель степени, характеризующий зависимость скорости потока от градиента действующей силы, он зависит от абсолютного значения Р, свойств среды и характера движения вещества (переноса энергии), например ламинарного или турбулентного движения воды; минус в выражении показывает, что поток направлен в сторону падения потенциала действующей силы.

Отметим, что вещество и энергия в природе передвигаются не только из-за наличия действующих сил, но и за счет такой способности природных тел, как проводимость. Можно сказать, что проводимость - одна из причин того, что вещество и энергия стремятся равномерно распределиться в пространстве, за счет чего выравниваются концентрации веществ и количество тепла в пространстве, увеличивается степень неупорядоченности системы, ее энтропия.

Наряду с «размазыванием» идут и процессы концентрации веществ, исключения их из круговорота, сосредоточения в некоторых областях. В качестве примера можно привести месторождения различных полезных ископаемых - известняка, металлических руд. Значит, наряду с проводимостью природные тела обладают свойствами задерживать некоторые вещества, что можно назвать барьерностью. В самом общем смысле барьер можно понимать как локальное нарушение проводимости, приводящее к ускорению или замедлению потоков веществ и круговоротов в целом.

Природным процессам свойственна изменчивость во времени (например, динамика влагозапасов, уровней воды, запасов солей, содержания загрязняющих веществ). Динамика определяется действующими силами, проводимостью природных тел, а кроме того — способностью вмещать в себя вещество и энергию. Вмещающая способность природных тел не всегда сводится к исчислению геометрических объемов, свободных для вмещения. В природных телах существует равновесное насыщение, когда количество вмещаемого вещества/энергии является результатом действия суммы удерживающих и вытесняющих сил. В качестве примера можно назвать запас влаги в капиллярной кайме, который определяется балансом между капиллярно-каркасным и гравитационным потенциалами.

Емкость — способность природного тела вмещать и удерживать определенное количество вещества или энергии при равновесии всех действующих сил. Так, почву можно характеризовать коэффициентом влагоемкости, который показывает, как меняется влажность (содержание влаги в единице объема почвы) в зависимости от полного напора (т.е. суммы всех действующих сил).

Емкостные свойства изменчивы и зависят от состава свойств природного тела (для влагоемкости почвы — от относительного объема порового пространства и размеров пор). Возможность управления емкостными свойствами можно проиллюстрировать на примере теплоемкости почвы. Теплоемкость единицы объема почвы как системы, состоящей из твердых частиц, воздуха и воды, можно записать в виде:

С =стфVтф+свозVвоз+сводVвод,

где стф, своз, свод — теплоемкости фаз (твердой, воздуха и воды; стф = 0,8... 1,3Дж/ (см^{э *}К); своз = 0,0013Дж/(см³ *К); свод = 4,2 Дж/(см³ * К)); Vтф, Vвоз и Vвод - относительные объемы фаз, Vтф + Vвоз + Vвод = 1.

Меняя соотношение влаги и воздуха в почве увлажнением или дренированием, можно многократно менять ее теплоемкость за счет очень разных удельных теплоемкостей воды и воздуха.

В гидрогеологии при рассмотрении неустановившегося движения грунтовых вод используются емкостные, по сути, показатели — коэффициент водоотдачи δ (при опускании уровня грунтовых вод — отношение объема вытекшей воды к объему осушенного грунта) и недостаток водонасыщения (при подъеме УГВ). Емкостные свойства определяют инертность потоков. Мерой инертности потока грунтовых вод является коэффициент уров-непроводности а и характерное время стабилизации t, в течение которого на расстоянии L от границы потока происходит примерно 90 % возможного изменения уровня, вызванного изменением напора на указанной границе,

a = kT/ δ, t = δL²/kT

Последние исследования процессов засоления и рассоления почв (А. И. Голованов) показали, что при стабильных внешних воздействиях (местном климате и базисе эрозии) наступает стабильное засоление. Это дало основания говорить о галогеохимической емкости почв, которая характеризуется стабилизировавшимися средне - многолетними запасами солей. Они подвержены годовым измене­ниям, зависят от влагоемкости и емкости поглощения почв. Учет галоемкости почв позволяет более адекватно описывать многолетние процессы засоления и рассоления почв. Мелиорация засоленных почв по существу сводится к управлению галоемкостью почв.

2.Пространственная и временная организация ландшафтов

Различают пространственную, временную и пространственно-временную организацию ландшафтов. Понятие «организация» (от фр. organisation — совокупность процессов или действий, ведущих к образованию и совершенствованию взаимосвязей между частями целого) ориентирует на поиск закономерностей механизма соединения разнородных компонентов, комплексов в единое целое. Организация рассматривает вопросы структуры ландшафта и его функционирования, т. е. изменений, обеспечивающих устойчивость.