Физико-географический ландшафт как пятимерная парадинамическая геосистема

В последние два десятилетия вслед за выступлением В. Б. Сочавы (1963) понятие геосистемы стало одним из наиболее распространенных в физико-географической литературе. 'Время это совпало с широким внедрением системных исследований в естественные и социальные науки и, к чести физической географии, она ,в этом вопросе не оказалась в числе отстающих.

О содержании понятия геосистемы написано много [Александрова Т. Д., Преображенский В. С., 1978; Беручашвили Н. Л., 1972; Исаченко А. Г., 1981; Ра-ман К. Г., 1972; Солнцев В. Н., 1981а; -Сочава В. Б., 1078, и др.]. За небольшим исключением, геосистему принято считать синонимом ландшафта. Наиболее полно эта мысль выражена В. Н. Солнцевым (1981, с. 40): «Комплексная физическая география — это наука о системах, именуемых ландшафтами». О широкой практике отождествления природного комплекса с геосистемой указывал Ю. П. Михайлов (1976).

М. Д. Шарыгин и А. И. Зырянов (1984, с. 52) признают, что за одним из типов геосистем «закрепился термин ландшафт».

В недавно опубликованном международном толковом словаре «Охрана ландшафтов» (1982) на с. 108 прозвучало утверждение, которое не может не вызвать беспокойства за судьбу термина «ландшафт»: «В географической литературе отмечается тенденция к вытеснению слова «ландшафт» термином геосистема». Авторы словаря допускают, что термин ландшафт все же сохранится и, вероятно, на длительный период, но не из-за принципиальных различий с термином геосистема, а в силу чисто практических соображений, связанных с его заменой.

Является ли геосистема синонимом ландшафта — вопрос более чем принципиальный для физической географии. Простая замена одного распространенного термина другим ослабляет позиции физической географии и, во всяком случае, не способствует самому внедрению системных методов в изучение природных комплексов.

Геосистема (географическая система) — понятие родовое как по отношению к системам вообще (семейству), так и к ландшафтной системе (виду). Род геосистем исключительно разнообразен. Любые два и более географических объекта, взаимодействующих между собой, уже образуют геосистему. В равной мере геосистемой являются географическая оболочка — мантия Земли, океан — атмосфера, почва — растительность, растительность — животный мир, русло реки — берег, лесной массив — поле (степь). Родовое разнообразие

геосистем еще более возрастет, если к ним отнести и •взаимодействующие экономико-географические объекты.

Свойства геосистемы как родового понятия — предмет особого разговора. Охарактеризуем здесь особенности лишь одного их вида — ландшафтных систем.

О том, что природный ландшафт представляет систему, писали едва ли не первые его исследователи. Еще в 1930 г. Н. А. Евтюхов (1930, с. 4) давал такое определение ландшафта: «Под ландшафтом понимается такой комплекс явлений природы, отдельные части которого находятся в тесной связи и зависимости друг от друга, объединены общими условиями, а вся система находится в состоянии подвижного равновесия» (курсив наш. — Ф. М.). Особенно ярко системный подход к изучению ландшафта проявился у Л. Г. Раменского (1938). А. Г. Исаченко (19716, с. 317) признает, что «идеи Л. Г. Раменского заставляют подходить к ландшафту как к сложной динамической системе». Б. Б. Полынов (1952, с. 382) характеризовал ландшафт как •незамкнутую сложную систему «часто диаметрально противоположных сил».

В конце 60-х гг. нами было дано следующее определение ландшафтного комплекса [Мильков Ф. Н., 19696, с. 12]: «Ландшафтный (природно-территориальный) комплекс есть саморегулируемая и самовосстанавливаемая незамкнутая система взаимосвязанных компонентов и комплексов более низкого ранга, функционирующая под воздействием одного или нескольких компонентов, выступающих в роли ведущего фактора». В настоящее время такое определение представляется недостаточным, так как не говорит о важнейшей отличительной черте ландшафтной системы — ее пятимерности. Указания на пятимеряую природу ландшафтной системы, если «е прямые, то косвенные, содержатся в ряде работ последних лет [Исаченко А. Г., 198L; Раковская Э. М., 1580; Раман К. Г., 1972 и др.]. Под пятимерностью подразумевается функционирование в ландшафте пяти достаточно обособленных и в то же время тесно взаимосвязанных парадинамичес-ких систем (рис. И). Понятие меры, таким образом, употребляется нами не в строго метрологическом смысле.

Первая система — внутренняя компонентная. Это вертикальная система, ограниченная рамками ландшафтной сферы Земли, (включающей почвы с современной «орой выветривания и биостром с приземными слоями воздуха [Мильков Ф. Н., Ш70а]. Систему эту можно именовать, вслед за В. Н. Сукачевым, биогеоценологической; в ней осуществляется фотосинтез, сопровождающийся образованием и накоплением в ландшафте органического вещества.

Рис. 11. Структура ландшафта как пятимерной паради-яами'ческой системы. .Потоки вещества и энергии в субсистемах: / — внутренней комплексной; 2 — внутренней структурно-морфологической; 3 — внешней комплексной; 4 — подстилающей литогенной; 5 — внешней воздушной. Границы: 6 — структурных частей; 7 — ландшафтного комплекса

К компонентам ландшафта, а следовательно и членам (Внутренней компонентной системы, принято относить горные породы, поверхностные и подземные воды, воздух, почвы, растительность, животный мир. Все эти .компоненты в той или иной 'Концентрации -встречаются •во всей толще ландшафтной сферы (от нескольких десятков метров до 100 — 150 м в наземных условиях), но в зависимости от их соотношения последняя распдается .на несколько вертикальных ландшафтных горизонтов. Такими горизонтами сверху вниз являются: 1) воздушный, 2) надземно-биостромный, 3) подземно-биостромный, или биопедостромный; 4) литогенный. Выделение одного из них, биопедостромного, требует пояснения.

Ранее нами [Милъков Ф. Н., 1970а] в вертикальной структуре ландшафтной сферы Земли выделялись подстилочный и почвенный горизонты. Но почвы — это вместилища значительной, если ие сказать большей части биострома ландшафта. В тундровой, степной, полупустынной и пустынной зонах подземная часть фитомассы заметно превышает надземную. Что касается зоомассы, то преобладающая часть ее почти во всех зонах, включая и лесные, сосредоточена в почве [Чернов Ю. П., 1975]. Именно поэтому следует говорить не о почвенном, а о подземно-биоетромном или биопедост-ромном горизонте ландшафта. В этом случае подстилка, несмотря «а ее своеобразие, должна рассматриваться как составная часть биопедострома, скорее всего, на правах яруса, или лодгоризонта. Биопедостром — совершенно целостное природное образование; это если и система, то система особого рода, существование пространственно совместимых членов которой немыслимо отдельно друг от друга.

Литогенный горизонт слагается из подпочвы (почвообразующей породы) и современной коры выветривания, достигающей местами (влажные тропики) значительной мощности.

Все четыре ландшафтных горизонта выступают по отношению друг к другу как четко обособленные контрастные среды, что обусловливает между ними активный обмен веществом и энергией. Для внутренней компонентной системы свойственны вертикальные встречные потоки вещества и энергии. Они — отражение круговоротов воды, углерода, азота и биогенных элементов, достаточно хорошо изученных для некоторых экосистем [Дювинье П. и Танг М., 1968].

Точка зрения на ландшафт как внутреннюю компонентную систему нашла отражение в работах Л. С. Берга, утверждающего, что в географическом ландшафте все компоненты его 'Сливаются в единое гармоническое целое [Берг Л. С., 1947а].

Вторая система — внутренняя структурно-морфологическая. Ландшафтный комплекс любого таксономического ранга состоит из более мелких структурных (морфологических.) единиц: район (ландшафт в узком смысле некоторых авторов) — из местностей и урочищ, провинция — из районов, зона — из провинций, страна — из зональных и горных областей. Взаимодействие структурно-морфологических единиц между собою, их парадинамические взаимосвязи во многом определяют специфические черты всего ландшафтного комплекса. Именно такой структурно-морфологической системой видит ландшафт Н. А. Солнцев (19496, с. 65): «Ландшафт есть закономерно построенная .система более мелких территориальных комплексов».

Третья система — внешняя комплексная. Эта система выражает взаимодействие ландшафта с другими комплексами. Наиболее глубоко оно проявляется на границе со смежными комплексами. Здесь в ряде случаев формируются специфические переходные комплексы типа предгорных ландшафтов, ландшафтов барьерного подножия и дождевой тени. Аналогичные комплексы, только меньшего масштаба, известны на равнинах, на стыке возвышенностей и низменностей, таких, например, как Клинско-Дмитровская гряда и Верхневолжская низина, Валдайская возвышенность и Приильменская низменность. Чаще, однако, взаимодействие ландшафта со смежными комплексами оказывается не таким явственным, оно прослеживается в малозаметном на первый взгляд обмене грунтовыми водами, воздушными приземными потоками, элементами флоры и фауны.

Четвертая система — внешняя воздушная. Через нее поступает в ландшафт и излучается ландшафтом солнечная радиация, осуществляется взаимодействие ландшафта с отдаленными комплексами. Одно из важнейших проявлений взаимодействия с отдаленными комплексами — непрерывная смена в данном ландшафте географических типов воздушных масс. Арктический, континентальный и морской воздух умеренных широт, субтропический воздух сохраняют специфические черты (температуру, влажность, прозрачность) за тысячи километров от мест своего происхождения, вследствие чего любой ландшафтный комплекс, расположенный где-нибудь .в Подмосковье или на Южном Урале, попеременно испытывает на себе воздействие холодной Арктики, влажной Атлантики и жаркого Средиземья.

Внешняя воздушная система — канал, по которому протекает перенос тепла и влаги Атлантики в глубинные ландшафты Евразпи, арктического и сибирского холода (в зимнее время) в Среднюю Азию и на юг Русской равнины.

Помимо адвекции тепла и влаги в функционировании ландшафтных комплексов существенную роль играют вынос и аккумуляция солей и минерального вещества, осуществляемые через внешнюю воздушную систему. Основные очаги эоловой пыли — пустыни, распаханные поля, города; океаны и моря снабжают наземные ландшафты солями.

Своеобразную роль мощных, но эпизодических поставщиков эоловой пыли играют вулканы. Продукты сильнейших вулканических извержений, например Кракатау в 1883 г. или Эль-Чичона в 1982 г., разносятся по всему земному шару и через внешнюю воздушную систему в том или ином виде аккумулируются всеми, в том числе и самыми удаленными от места взрыва, комплексами ландшафтной сферы Земли. Не исключено, что такие извержения влекут за собой погодно-климатические изменения глобального характера.

Постоянное присутствие пыли в воздушном ярусе ландшафтных комплексов отчетливо фиксируется снежным покровом, загрязненность которого становится особенно заметной весной, при его стаивании. Эоловая пыль обеспечивает жизнь диатомовым водорослям на старых многолетних льдах Арктики. В Субарктике и умеренных широтах она поставляет азот и зольные элементы растущим верховым (сфагновым) болотам, своим составом во многом определяя качество образующегося торфа [Пьявченко Н. И., Сябирева 3. А., 1959].

И, наконец, во внешней воздушной системе протекает активный обмен живого вещества между отдаленными комплексами. Наглядный пример тому — сезонные миграции птиц, с помощью которых связываются ландшафты разных географических зон и лоясов. У древесной и травянистой растительности это находят выражение в разносе семян ветром. Так, семена ели переносятся по снежному насту ;на 8—10 км [Сукачев В. П., 1934].

Пятая система — подстилающая литогенная. В ней 'Проявляется взаимодействие ландшафта с литогенной основой, распространяющееся на всю земную кору и мантию. Процессы, протекающие в мантии я земной коре, находят отражение в ландшафте е форме землетрясений, явлений вулканизма, выхода на поверхность минеральных и термальных источников, гейзеров. Свойства горных пород, подстилающих подпочву и современную кору выветривания, влияют на геохимические особенности ландшафта. В свою очередь и ландшафт воздействует на литогенную основу, пополняя во влажных областях запасы подземных вод, активизируя выветривание горных пород. С ландшафтами в той или иной мере связана деятельность микроорганизмов в глубоких (до нескольких тысяч метров) слоях литосферы. Еще теснее связаны с ландшафтом другие живые обитатели подземных вод. Поразительна находка в подземных водах Северной Америки нескольких видов саламандр и рыб. В штате Алабама при бурении колодца слепая Саламандра обнаружена на глубине около 400 м [Сандерсон И., 1979]. Установлено глубокое воздействие антропогенных ландшафтов на литогенную основу. В частности, широко распространено опускание земной поверхности в местах большого забора подземных вод и длительной добычи нефти, известны землетрясения вблизи крупных водохранилищ, обусловленные дополнительными нагрузками на земные слои. Говоря о подстилающей литогенной системе, следует уточнить место пещер в ландшафтной сфере Земли. У ландшафтоведов по этому поводу нет единого мнения. Одни считают пещеры составной частью наземных ландшафтов, другие, следуя взглядам В. И. Вернадского, выделяют их в особую подземную сферу, сопоставимую с наземной, водной и газовой сферами [Вернадский В. И., 1942; Гергедава Б. А., 1983]. Мне представляется, что неглубокие пещеры, не выходящие за пределы современной коры выветривания, составляют часть наземных ландшафтов, более же глубокие пещеры образуют подземный вариант (отдел) ландшафтной сферы Земли, аналогичный наземному, земноводному, ледовому, водно-поверхностному и донному вариантам.

Не все из охарактеризованных систем выполняют одинаковые функции в ландшафте. Внутренние системы — компонентная и структурно-морфологическая — свойственны собственно ландшафту («ядру» ландшафта). Специфические черты взаимодействия компонентов и структурных частей ландшафта определяют его индивидуальность, позволяющую отличать один ландшафт от другого. В этих внутренних системах заложен механизм саморегуляции, хорошо выраженной у естественных ландшафтов. В основе саморегуляции лежит •компонентная и морфологическая взаимообусловленность, функциональная сработанность компонентов и структурных частей. Вследствие саморегуляции в ландшафте развивается тенденция к. самовосстановлению, которая, однако, проявляется далеко не во всех комплексах и с различной полнотой. Классическим примерам самовосстановления ландшафтов — переходу полевой залежи в степную целину, вырубки и гари в ель-иик — противостоит не меньшее число случаев, когда раз нарушенный ландшафт не возвращается к исходному состоянию (саванна на месте истребленного тропического леса, болото на месте вырубленной влажной тайги).

Внешние системы — комплексная, воздушная и подстилающая литогенная — представляют собой поле взаимодействия ландшафта с окружающей средой. Размеры этого поля обширны и для целей познания ландшафта достаточно изучение лишь пограничной, стыковой зоны внешнего поля с ядром ландшафта. Уже проверенным методом изучения 'Стыковой зоны ядра ландшафта с окружающим его внешним полем взаимодействия служит метод приходо-расходных балансов вещества и энергии, применяемый на некоторых физико-географических (я бИ'О'Геоценоло'Гических) стационарах. Характеристики внешнего поля взаимодействия не остаются 'неизменными. Изменения, поступающие в ядро ландшафта через внешние системы, служат импульсом для развития ландшафтного комплекса. Внешняя среда — поле взаимодействия по отношению к ландшафту — выступает системой более высокого порядка, причем «изменения в элементах системы высшего порядка, как указывает Д. Харвей (1974, с. 442), приводят к непосредственным изменениям в значениях элементов, входящих в систему, которую мы изучаем». Внешний импульс накладывается на процессы внутреннего (спонтанного) саморазвития комплекса.

Внутренние и внешние системы, неразрывно связанные между собой, образуют единую пятимерную ландшафтную систему. По отношению к ландшафтной системе они выступают в качестве субсистем. В своей совокупности внутренние и внешние субоистемы раскрывают структурно-динамическую организацию ландшафта, очень сложную и неоднозначную. Следовательно, ландшафтная система (и геосистема в широком смысле) не подменяет термина '«ландшафт»; больше того, употребление геосистемы возможно только при одновременном, параллельном существовании с нею термина «ландшафт». По-видимому, именно на этой позиции стоит А. Г. Исаченко {1981, с. 303): «Оставаясь самим собой, природный территориальный комплекс является одновременно и системой». Понятие «ландшафт» воспринимается прежде всего как пространственная категория, с понятием же ландшафтной системы (геосистемы) мы связываем динамический аспект комплекса.

Как известно, к определению динамики ландшафта существуют разные подходы. При широкой трактовке ее пятимерная система раскрывает один из видов временного типа динамики ландшафтов — динамику функционирования, представляющую моментальный срез во времени всех динамических явлений, протекающих в комплексе (см. главу .«Проблема динамики ландшафтных комплексов»).

Внешние субсистемы свидетельствуют об открытом характере ландшафта как системы. В. Н. Солнцев (1983, с. 7) уточняет: «Ландшафты —- это сверхоткрытые или сквозные системы». Утверждение выглядит чересчур категоричным и если справедливо', то лишь к определенной группе ландшафтов. Любое 'бессточное озе,ро, как и любая замкнутая котловина, уже не может рассматриваться в качестве сверхоткрытой или сквозной системы, и таких комплексов в природе более чем достаточно.

Взгляд на ландшафт как пятимерную систему показывает всю сложность его изучения, особенно в полевых условиях. Даже на так называемых физико-географических стационарах сейчас изучаются лишь некоторые из субеистем, а не система в целом. Не принижая значения проводимых в этом направлении работ, следует признать их ограниченность и неполноту в познании динамической организации ландшафтов. Пока сделаны, быть может, даже не первые шаги, а лишь подступы к познанию этих, по выражению В. Н. Солнцева (1983), сверхсложных систем, какими являются ландшафтные комплексы. В неуспевших еще окрепнуть направлениях i(разделах) ландшафтоведения — морфологии, геохимии, геофизики и биофизики ландшафта уже обнаруживаются тенденции к изоляции. Динамика функционирования ландшафта — тот новый раздел, который, подобно цементу, скрепит морфологию, геохимию, геофизику и биофизику ландшафта в единое целое.