Динамика и эволюция геосистем. Суточная и сезонная динамика. Многолетняя динамика. Динамика и эволюция ландшафтных территориальных структур

1. Основные закономерности динамики геосистем.

Динамика геосистем – это изменение во времени их отдельных характеристик, состояний, направления и интенсивности процессов, территориальный структур, которая, в отличие от эволюции, не приводит к непосредственному формированию принципиально новой геосистемы.

Известно, что различные характеристики геосистем меняются с неодинаковой скоростью – медленнее всего изменяется геологическое строение и рельеф, скорость изменения климата выше, ещё больше скорость изменения видого состава биогеоценоза, а такие показатели, как например, влажность или тепловой режим верхних горизонтов почв меняются за несколько часов. Поэтому возникла необходимость в типологии изменений по скорости их протекания. С этой целью было введено понятие характерного времени (ХВ) – это время, за которое определённая особенность или процесс в геосистеме проявляет свои основные особенности. А.Д. Арманд и В.О. Таргульян выделили 13 категорий характерного времени – от 10^–4 года (таким ХВ отличаются внутрисуточные колебания погоды) до 10⁸ лет (геологические циклы и связанные с ними климатические колебания). Характерному времени, например, 10^–2 года соотвествуют суточные метеоциклы, колебания влажности и температуры поверхностных слоёв почвы, приличные явления; 10¹ – декадные климатические колебания, биологический круговорот в почке, эвтрофикация озёр, формирования травяного яруса в экосистеме, 10³ – формирование зрелого гумусового профиля, 10⁶ – выравнивание структурных форм рельефа, формирование зрелого минералогического состава почвы и коры выветривания и т.д.

Процессы с близкими значениями ХВ могут влиять друг на друга и исследоваться в рамках единой модели. Процессы же с существенно разными ХВ в такой зависимости не находятся: характеристики с большими ХВ по отношению к процессам с малыми ХВ рассматриваются как неизменные параметры (фон), а изменения характеристик с малыми ХВ по отношению к процессам с большими ХВ анализируются, как статистический шум или вообще не учитываются.

По величине ХВ динамических процессов геосистемы, принято различать:

– суточную динамику (анализируются характеристики геосистемы, ХВ которых менее суток), обусловленную движением Земли вокруг своей оси;

– сезонную (годовую) динамику (анализируются процессы с ХВ от суток до года), обусловленную движением Земли вокруг Солнца;

– многолетнюю динамику (анализируются процессы, ХВ которых больше года), обусловленную комплексом факторов астрономической (циклы солнечной активности), внутрипланетарной (тектонические движения) и внутригеосистемной природы.

Динамика геосистем проявляется в последовательной смене её состояний. Под состоянием геосистемы понимается точка в k-мерном пространстве её переменных (характеристик). Если на протяжении некоторого времени эти характеристики остаются постоянными, то состояние геосистемы не меняется. В зависимости от ХВ характеристик, выбранных для описания динамики геосистемы, выделяются её суточные, сезонные и многолетние состояния.

Графически динамику геосистем можно описать фазовой диаграммой (фазовым портретом), на котором точки, соотвествующие последовательным состоянием геосистемы, соединяются линиями (рисунок 1).

Рисунок 1 – Типичные фазовые портреты геосистем: а) циклический процесс (характерна близость начального и конечного состояний); б) процесс восстановления после разрушения (спиралеобразная траектория); в) спрямлённый динамический процесс, отражающий эволюцию геосистем и появление геосистем нового типа (направленное изменение – тренд); t₀ – t_n – состояния геосистемы на различные моменты времени.

Совокупность всех возможных состоянй, в которых может находиться геосистема, называется её пространством состояний. Оно теоретически представляет собой всю совокупность точек в k-мерном пространстве переменных геосистемы, в которой она может находиться. Практически же число состояний (точек) в таком пространстве огромно и зачастую нет ни возможности, ни необходимости разделять близкие состояния геосистем, изменения между котороыми несущественны с точки зрения выбранных задач исследования. Поэтому при исследовании динамики геосистем пространство её состоний разделяется на отдельные части – области состояний. Считается, что изменение геосистемы в пределах одной тракой области несущественны с точки зрения задач исследования, поэтому геосистема в такой области находится в одном состоянияя.