План-конспект факультативного занятия 'Понятие о геосистеме'

Дата: 12.10.2015

Факультатив: Введение в геоэкологию.

Класс: 10

Тема: Понятие о геосистеме.

Определение некоторых понятий и терминов сформулировано Комиссией по унификации ландшафтной терминологии при Президиуме географического общества СССР (в дальнейшем будет именоваться Комиссия, 1963 г.).

Среди природных систем в окружающей человека среде особую роль играют географические системы или геосистемы - это понятие ввел А. Г. Исаченко. Термин " геосистема " более других, соответствует уровню представлений о том объекте, к которому мы его относим (Комиссия, 1963 г.). Что такое геосистема? Геосистема - это природно-географические единства всех возможных категорий, от планетарной геосистемы (географической оболочки или географической среды в целом) до элементарной геосистемы (физико-географической фации) ( Согава , 1978 г.). Геосистемы - материальные выражения целостности географической оболочки и отдельных ее участков.

Им свойственны качественно своеобразные законы изменения и развития - частные проявления особой географической формы движения материи (Трусов, 1961). Геосистемы весьма разномасштабны , поэтому совершенно естественно их разделение по размерности: длине, площади, объему, массе, времени. В теории размерности допускается обобщение в очень обширные классы. Применительно к геосистемам это имеет свои особенности, а точнее нуждается в своем математическом аппарате и соответствующих физических критериях. Мы подходим к этому эмпирически и различаем три ранга геосистем :

* планетарная геосистема (географическая оболочка) - высшее природное единство;

* основная геосистема (ландшафт), представляющая наиболее дробное подразделение географической оболочки, которое достаточно полно характеризует поместные особенности структуры географической среды;

* элементарные геосистемы (физико-географической фации), представляющие недолговечные, быстро трансформирующиеся комплексы, внутри которых природные условия практически однородны ( Согава . 1986 г)

Фация - наиболее дробное и, как, правило, наименее долговечное подразделение географической среды (элементарная геосистема ), которое не пересекается не одним существенным природным рубежом (Комиссия, 1963 г).

Ландшафт - основная геосистема , внутри физико-географической области (страны), представляющая участок земной поверхности, на котором выявляется специфичная для него сложная система фаций образующих территориальные сочетания ( урогища , группа урогищ ), динамические и разного рода факторальные ряды. (Комиссия, 1963 г) В ландшафте, как в фокусе, совмещаются региональный и типологический показатели природы. Как основная таксологическая единица географической среды ландшафт в равной степени является категорией систематики геосистем и районирования территории.

Теснота связей между компонентами геосистемы может быть поставлена на первое место в ряду логических критериев учения о геосистемах , так как характеризует очень важную особенность структуру этих систем. При нарушении нормы тесноты (допустимой жесткости детерминации) геосистема как таковая неминуемо распадается. Это обстоятельство имеет глубокий смысл, так как с одной стороны, определяет возможность длительного существования геосистемы как целого и, с другой - не стесняет некоторые отклонения режимов, ее компонентов. Компонентами ландшафта (и любой геосистемы ) являются слагающие его "естественно - исторические тела" - качественно особые виды материи (климат, морфологический компле кс с пр исущей ему геологической основой, воды, почва, растительность и прочее). Они характеризуются каждый своей формой движения материи - по отношению к географической форме движения (знаменующей развитие географической среды), менее сложной, нередко низшей или побочной. (Комиссия, 1963 г). Каждый компонент геосистемы представлен подразделениями различного ранга, сформировавшиеся в процессе исторического развития этого компонента при взаимодействии с другими, нередко развивающиеся в другом темпе. Каждый компонент геосистемы может иметь свой возраст. Эволюция геосистем как определенных структур шла по пути выработки "свободы связи" между компонентами. Там, где складывались условия жесткой детерминации, геосистема не стабилизировалась.

Наряду с ограниченной детерминацией в геосистемах действует различная степень причинности между составляющими ее процессами и явлениями. Н. Винер обращая внимание так же на то, что связи в пределах организации в одних случаях играют более важную роль, в других второстепенную. При этом , по мнению Н. Винера, следует считать, что причинность есть нечто, могущее присутствовать в большей или меньшей степени, а не только быть или не быть. Все это вместе взятое никогда не позволяет упускать из виду, что геосистемы есть диалектическое целое с многообразными связями и противоречиями.

Прогнозирование изменений природной среды в сфере воздействия промышленных объектов по характеру и методам исследований может быть комплексным и отраслевым. Комплексное прогнозирование подразумевает изучение сочетания промышленных объектов разных отраслей. Обычно оно связано с очень крупными промышленными узлами. Отраслевой подход основан на выделении из суммы промышленных объектов лишь одной отрасли и оценки ее воздействия на природную среду. Сильное воздействие на природную среду оказывают и будут оказывать предприятия черной и цветной металлургии, нефтехимии, электроэнергетики и другие.

До начала прогнозирования нужна информация о тенденциях развития природной среды, а также современном состоянии и планах развития хозяйства региона, в частности о размещении промышленных объектов, их будущих объемах, технолог ии и ее воздействии на природу. В большинстве случаев сложность размещения крупных промышленных предприятий определяется высокой материалоемкостью их производства, потребностью в энергии и воде, а также степенью экологичности и технологии. (Звонков Т.В., 19 )

Между природными и промышленными блоками многих геотехнических систем главные связи осуществляются через воздушные и водные каналы, поэтому главные объекты прогнозирования это состояние воздуха и воды. Воздушные массы оказывают воздействие на ландшафт на расстояниях более 60 кмЮ водные - 30 км, водно-гравитационные (от лиламоотвалов ) - на расстоянии в несколько километров. Колебания в радиусах воздействия определяются рядом факторов, в том числе природных, ослабляющих или усиливающих техногенные воздействия: морфометрия рельефа, наличие биохимического барьера, циркуляционные процессы в атмосфере, способность ландшафта к самоочистке и другое.

Количественные изменения в состоянии природной среды можно определить, установив размеры разнонарушенных площадей в границах промышленного воздействия. Обычно выделяют от двух до четырех зон, в пределах которых характер изменения природных комплексов определяется источником воздействия.

Один из актуальных объектов прогнозирования - воздействие на окружающую природную среду Канско - Ачинского топливно -энергетического комплекса ( КАТЭКа ). Этот крупнейший комплекс топливных и энергетических предприятий создается в экономически освоенной и заселенной части Восточной Сибири, вдоль ее главной магистрали (юг Красноярского края - запад Иркутской области). В районе КАТЭКа прогнозируется характер и размеры воздействия на природную среду крупных ГРЭС, угольных карьеров и других промышленных предприятий, причем прогноз дается на 20 -30 лет вперед, то есть с учетом срока ввода в эксплуатацию основных объектов комплекса. Главными объектами прогнозирования являются изменения в состоянии водных ресурсов и загрязнения природной среды техногенными и тепловыми выбросами крупных ГРЭС, которые ежегодно будут сжигать десятки миллионов тонн угля. Исходя из масштабов промышленных предприятий, в районе КАТЭКа можно ожидать повышения температуры воды, увеличения испарения в водохранилищах - охладителях в 5-7 раз, эвтрофикацию озер и изменение ледово - термического режима водоемов. В воздух будет выбрасываться повышенное по сравнению с природным поступлением количество серы и золы, но оно может нейтрализоваться природно - подкисленными почвами и водами. Соединения серы будут переносится на несколько сот километров к востоку и северо-востоку от промышленных предприятий КАТЭКа . Следует также отметить неизбежность изъятий под промышленную застройку части ценных земель, в связи с чем могут проявиться тенденции к изменению структуры сельскохозяйственного и рекреационного использования соседних территорий. Все это ставит вопрос не только о значительном усилении в районе КАТЭКа охраны природы, в частности контроля за ее состоянием по системе мониторинга, но и снижении на природу техногенных нагрузок (Волков, 1988).

Во всех случаях прогнозирования воздействия крупных промышленных объектов на природную среду проводится сопряженный анализ фоновой естественной морфологической структуры ландшафтов и функционирования их техногенных аналоговых модификаций.

Ландшафтно-геохимический прогноз, как часть ландшафтного, направлен на предсказание потенциально возможных (с учетом воздействия природных и антропогенных факторов) характеристик вещества геосистем . Его основным предметом служат изменение поведения вещества в геосистемах топологического и регионального уровней. ( Снытко , Семенов, Мартынов, 1984) Значимость ландшафтно-геохимического прогноза особенно повышается в предсказании поведения геосистем в условиях усиливающегося техногенного воздействия. Поэтому наибольшее внимание в геохимии ландшафтов уделяется прогнозированию изменений в количестве и составе веществ обусловленных антропогенным воздействием причем значительная роль отводится изучению устойчивости геосистем к техногенному загрязнению и способности их к самоочищению от продуктов техногенеза (Семенов, 1991)

Под устойчивостью геосистем понимается их способность к самоочищению ( Глазовская , 1988), обусловленную скоростью трансформации техногенных веществ и выноса их за пределы геосистем . Во многом эта способность обеспечивается совместимостью природных и техногенных потоков вещества. Устойчивость геосистем определяется как способность природных образований к сохранению своей структуры и поведения или их восстановлению после нарушения внешними факторами, то есть способность к саморегуляции .

Ландшафтно-геохимический прогноз, который является частью ландшафтного, в то же время и часть геохимического прогноза. В принципе геохимический в любой отрасли естествознания имеет целью предсказания изменений химического состава объектов исследования.

Таким образом, предметом ландшафтно-геохимического прогноза (как части геохимического) является изменение поведения вещества, а объектом (как части ландшафтного прогноза) - геосистемы . Как и перед любым ландшафтным прогнозом, перед ландшафтно-геохимическим стоит задача выбора оптимального соотношения между жесткой охраной и разумным преобразованием геосистем (Исаченко, 1980) . В большей части случаев, даже в условиях интенсивного воздействия техногенного фактора, природная составляющая геосистем преобладает над техногенной. Поэтому при прогнозировании прежде всего следует учитывать естественные изменения природной среды, связанные с развитием геосистем .

В ландшафтно-геохимическом прогнозировании природные особенности вещества геосистем рассматриваются как фон прогноза, на который техногенные факторы накладывают возмущения, приводящие к изменению вещественного баланса. Накопление этих изменений приводят к возникновению антропогенных производных геосистем , но геосистема - объект прогноза - по прежнему остается природным образованием. Лишь в отдельных локусах природной среды возникает новый класс образований, в которых техногенные факторы довлеют над природными, - это образования Сачава (1978) предложил называть геотехническими системами, или контролируемыми геосистемами . Однако и антропогенные факторы опосредуются природными, в связи с чем создаваемые человеком сооружения связанные с ними компоненты природной среды в целом способны изменяться по законам природы. (Исаченко, 1980) Поэтому даже при интенсивной антропогенизации геосистем основное внимание ландшафтоведов-геохимиков должны привлекать природные процессы.

Отправными моментами для ландшафтно-геохимического прогноза служат:

* естественные эволюционные и динамические тенденции и закономерности;

* планы социально-экономического развития, учитывающие прогресс техники.

Современный уровень знаний о природных процессах , неоднозначность планов и невозможность предсказания прогресса в технологиях обуславливают неоднозначность географического прогноза, приводящую его к многовариантности .

Ландшафтно-геохимический прогноз, обращаясь к устойчивости геосистем , напрямую смыкается с проблемой нормирования антропогенных нагрузок на геосистемы . Нагрузка называется мера антропогенно-технического воздействия на ландшафт в форме изъятия, привнесения или перемещения веществ аи энергии, изменения пространственной структуры. Допустимой формой антропогенной нагрузки считается величина, при которой не происходит существенных нарушений свойств и функций ландшафта. Основной частью исследований по определению допустимых норм нагрузки является эксперимент, включающий обоснование и выбор объектов изучения, измерение нагрузки, определение зависимости состояния от нагрузки и разработка основ норм. Ландшафтно-геохимическое нормирование антропогенных воздействий на природную среду должно базироваться на ландшафтно-динамической концепции учения о геосистемах. Сачава (1978). Таким образом, разработка ландшафтно-геохимического прогноза и норм антропогенных нагрузок на геосистемы, нарду с детальным изучением естественного развития геосистем, требует использования специальных методов исследования, объединенных понятием "географический эксперимент". Понятие эксперимента трактуется в научной, в том числе и географической, литературе неоднозначно.