Структура ландшафту

У попередніх темах розглядалися просторові аспекти структури ландшафту, тобто взаємне розташування його складових частин. Структура ландшафту передбачає також часовий аспект, тобто упорядкованість зміни його станів у часі. У ландшафті існують різноманітні зв’язки, першооснову яких складає обмін речовиною, енергією, інформацією. Розрізняють зовнішні та внутрішні зв’язки. Внутрішні зв’язки між частинами ландшафту набагато сильніші, ніж зовнішні та є системоутворюючими. Виділяють два типи внутрішніх зв’язків (речовинно – енергетичних потоків) – вертикальні (між природними компонентами) і горизонтальні (між ПТК, що входять до складу ландшафту).

Існують прямі і зворотні зв’язки між частинами ландшафту. Останні бувають позитивні й негативні. При позитивних зв’язках процес, викликаний дією певного чинника, сам себе посилює. Наприклад: утворення лавин. При негативних зворотних зв’язках процес, що почався, сам себе гасить. Так, зледеніння виникає при охолодженні клімату, проте акумуляція води в льодовиках призводить до відступання (регресії) океанів, зменшення кількості опадів. Унаслідок цього зменшується живлення і припиняється подальше розростання льодовиків. Аналогічні явища спостерігаються в розвитку озер, боліт, ярів. Із негативними зворотними зв’язками пов’язана здатність геосистем до саморегуляції.

Сутність взаємозв’язків у ландшафті не вичерпується простою передачею речовини та енергії. Речовинно – енергетичні потоки перетворюються (трансформуються), вхідні впливи викликають зворотні реакції в блоках геосистеми, яка набуває нових властивостей. В поняття структури геосистеми включають і певний закономірний набір її станів, що ритмічно змінюються в межах певного інтервалу часу, який можна назвати характерним часом або часом виявлення геосистеми. Тривалість його – рік.

Усі просторові й часові аспекти структури геосистеми складають її інваріант. Інваріант – це сукупність стійких відмінних рис геосистеми, що надають їй якісної визначеності і специфічності, що дозволяє відрізнити одну геосистему від інших.

3.3.2. Функціонування ландшафту

Усі зміни в геосистемі в межах інваріанту без переходу із одного серійного стану в інший відносять до функціонування ландшафту. Останнє розуміють як стійку послідовність процесів передачі енергії, речовини та інформації, яка дозволяє ландшафту зберігатися та підтримувати певний стан. Функціонування має добовий та ритмічний ритм.

Функціонування ландшафту складається із множини елементарних процесів, які мають фізико – механічну, хімічну та біологічну природу (наприклад: падіння крапель дощу, розчинення газів у воді, підняття ґрунтових розчинів по капілярах, випаровування, фотосинтез, розклад органічної маси редуцентами).

Проте зведення функціонування ландшафту до таких елементарних складових є штучним і умовним. Слід синтезувати, інтегрувати ці процеси. Шляхом географічного синтезу були з’ясовані три головних складових функціонування ландшафту: вологообмін, мінеральний обмін (геохімічний кругообіг), енергообмін. Таке розчленування єдиного процесу функціонування ландшафту є умовним, оскільки усі його складові перекриваються у просторі і часі. Переміщення, обмін і перетворення речовини супроводжується поглинанням, трансформацією та звільненням енергії. Наприклад, транспірація – це складова вологообігу, біологічного метаболізму і енергетики ландшафту.

Вологообіг в ландшафті. Складна система водних потоків пронизує ландшафт подібно кровоносній системі. Через потоки вологи відбувається основний мінеральний обмін. Переміщення вологи супроводжується формуванням розчинів, колоїдів, зависей, транспортуванням і акумуляцією хімічних елементів. Більшість геохімічних реакцій відбувається в водному середовищі.

Щорічно запас вологи, яка циркулює в ландшафті, складають атмосферні опади і наземні гідрометеори. Різні перетворення води відбуваються в ландшафті (випаровування, конденсація, сублімація, замерзання, танення). Інтенсивність вологообороту залежить від кількості опадів та енергозабезпеченості і виражається сумарним випаровуванням.

Біогенний обіг речовин. Біогеохімічний цикл(малий біологічний кругообіг) – головна ланка функціонування ландшафту. Він починається з утворення органічних речовин продуцентами (зеленими рослинами) із СО₂ атмосфери і зольних елементів та азоту із ґрунту. Половина цієї речовини окислюється при диханні до СО₂ і повертається в атмосферу. Інша половина (чиста первинна продукція) надходить до трофічного ланцюга: фітофаги (рослиноїдні) – зоофаги (плотоїдні) – сапрофаги (гриби, бактерії). Кінцеві продукти мінералізації (в тому числі й абіогенним окисленням) повертаються в атмосферу (СО₂, СН₄,тощо) і в ґрунт (азот та зольні елементи).

Найважливішими (синтетичними) показниками біогенної ланки функціонування є запаси фітомаси, величина річної первинної продукції, кількість відмерлої органічної речовини. Абстрагувавшись від біологічних особливостей різної рослинності, вивели географічну закономірність: в аналогічних життєвих форм (деревних, трав’янистих тощо) запаси біомаси тим більше, чим вища теплозабезпеченість і ближче до оптимуму співвідношення тепла та вологи. Згадайте, що оптимум зволоження виражається коефіцієнтом зволоження близьким до 1. Серед лісових ландшафтів найбільша фітомаса в субтропічних секвойєвих лісах (більше 1000 т/га) та в екваторіальних лісах (500 т /га), серед трав’янистих угрупувань - в саванах (40 т /га).

Величина щорічної біологічної продукції залежить від регіональних та локальних географічних закономірностей. При достатній кількості вологи продуктивність зростає від високих широт до низьких відповідно до збільшення енергозабезпеченості. В однакових термічних умовах найбільша продуктивність при оптимальному співвідношенні тепла й вологи. Максимальна біологічна продуктивність у екваторіальних ландшафтах (30–40 т/га), значно менша уже в вологих субтропіках (24 т/га). Серед суббореальних ландшафтів (помірний пояс)максимум біологічної продуктивності у лучних степах (19 т/га в рік), та широколистяних лісах(12 – 15 т/га в рік). Найменша продуктивність у ландшафтів із різким дефіцитом тепла – у полярних (0,2 – 1,0 т/га за рік), або вологи - у пустельних (0,5 – 1,2 т/га за рік).

Значна частина щорічної продукції відмирає і руйнується, менша частина закріплюється у прирості біомаси. Відмерла органічна речовина не повністю мінералізується, а накопичується у різних кількостях і формах в ландшафті. При дефіциті тепла щорічний опад не встигає руйнуватися і в ландшафті накопичується надлишкова мортмаса (органічні рештки). В екстрааридних ландшафтах з їх високим енергетичним потенціалом інтенсивність розкладу перевищує продукування біомаси, тому накопичення мертвої органічної речовини відсутнє.

Процеси утворення та відмирання біомаси найбільш збалансовані в умовах оптимуму співвідношення тепла й вологи. У цих умовах основна частина органічних решток переходить у гумус. В лучних чорноземних степах його запаси досягають – 600 – 1000 т/га, в ґрунтах широколистяних лісів – 300, в тайгових – 100, в тундрі – 70 т/га.

Мертва органіка і запас біомаси в органах рослин – важливий резерв поживних речовин, який забезпечує стійкість біоти до коливань умов зовнішнього середовища, в умовах бідних ґрунтів (в лісах). У степах (з невеликою фітомасою), резерв мінерального живлення зосереджено в ґрунтах.

Абіотична міграція речовин.

Речовина літосфери мігрує в ландшафті в двох основних формах:

1) У вигляді геохімічно пасивних твердих продуктів денудації – уламкового матеріалу, що переміщується під дією сили тяжіння по схилах, а також як механічні домішки в воді та пил в повітрі;

2) У вигляді розчинених у воді речовин (іонів), що переміщуються з водою і беруть участь в геохімічних і біохімічних реакціях.

Абіотична міграція односпрямована (у бік зниження). Для конкретної геосистеми таким чином є вхідні та вихідні потоки. Для суходолу переважають вихідні потоки, інтегративним показником яких є стік (найбільший у горах та в умовах надлишкового зволоження на рівнинах). Зі стоком щорічно втрачається 150 – 180 тон речовини з гектару. Такої швидкості виносу достатньо, щоб повністю «змити» суходіл в океан за 10 – 15 мільйонів років. Інший спосіб міграції – еолове переміщення (під дією вітру), сумірне за величиною зі стоком.

Джерела надходження речовини в ландшафти:

ü вулканізм;

ü метеорити;

ü космічний пил;

ü солі разом з атмосферними опадами.

У результаті в більшості ландшафтів переважає винос твердого матеріалу, особливо інтенсивний в горах та на височинах з пухкими відкладами. Явно додатній баланс твердої речовини мають лише деякі специфічні ландшафти: вулканічні, дельтові, низовинні алювіальні рівнини, підгірні пролювіальні рівнини.

Абіотична міграція речовини – продукт ландшафту в сенсі опосередковуючого впливу усіх його складових на переміщення неорганічних гірських порід. Так, відносною збалансованістю вхідних та вихідних потоків твердої речовини характеризуються ландшафти з фундаментом із твердих кристалічних порід. Підтриманню балансу сприяє потужний рослинний покрив. Сольовий баланс для більшості ландшафтів також від’ємний. Виняток становлять ландшафти пустель, приурочені до безстічних рівнин і западин. Передгірні рівнини із розвантаженням мінералізованих річних і підземних вод із сусідніх гір.

Співставлення біотичних та абіотичних потоків.

За масштабами біотичні потоки переважають абіотичні. В абіотичних потоках домінує латеральна (горизонтальна) складова зовнішніх зв’язків ландшафту, в біотичних – вертикальна складова внутрішніх зв’язків. Абіотичні потоки розімкнені, вихідні потоки домінують, що веде до втрати речовини. Біотичні потоки квазізамкнені, мають характер кругообігів і сприяють утриманню речовини в ландшафті, виконуючи в ньому стабілізуючу функцію.

Показниками інтенсивності функціонування ландшафту служить перетворення енергії. Інтенсивність функціонування ландшафту тим вища, чим інтенсивніше внутрішній обіг речовини і енергії та пов’язана з ним креативна (створююча) функція, яка виражається перш за все в біологічній продуктивності. Для цього Н.Н.Іванов розробив показник біологічної активності клімату (ТК).

Оптимальне значення К зв. – 1, тому, що подальше його збільшення не справляє позитивного ефекту на біологічну продуктивність і функціонування ландшафту в цілому.

Найбільше значення ТК у екваторіальних ландшафтах. ТК поступово зменшується до полярних ландшафтів, і виражається часткою по відношенню до максимального (100%) абсолютного значення, властивого екваторіальним ландшафтам.