История
В 17 в. Варрениус впервые указал на тесную связь географии и физики. Но впервые использовал физические методы для объяснения географических явлений А.Гумбольдт (1804). Основателем геофизики ландшафта считается А.И.Воейков (1842-1916), придумавший метод балансов (1880-е гг.).
В 1899 г. американский геоморфолог В.М.Дэвис (1850-1936) разработал теорию географических циклов, в которой ввел анализ природных явлений с системных физических позиций. Он впервые стал изучать географические объекты в развитии, в какой-то мере реализовав идею эргодичности. С помощью своей теории Дейвис создал модель пенепленизации гор, позднее доказав, что скорость ее зависит от гидротермического режима и тектонической активности.
В.И.Вернадский изучал массоэнергообмен (метаболизм) в биосфере, ее организованность и геохимическую энергетику. В 1930-х гг. он обратил внимание на неодинаковое воздействие разных типов солнечной радиации на живые организмы. Энергию, с помощью которой растения осуществляют фотосинтез, он назвал ФАР (фотосинтетически активная радиация). Кроме того, Вернадский заложил основы трофической экологии и доказал, что энтропия в биосфере убывает.
ПТК.
Природный территориальный комплекс (ПТК) — это территория, обладающая определённым единством природы, обусловленным общим происхождением и историей развития, своеобразия географического положения и действующими в её пределах современными процессами. Одновременно ПТК — это закономерное сочетание географических компонентов.
Границы:
Типология:
1. Четкие, если ширина переходной полосы намного меньше, чем протяженность ПТК-
2. Постепенные, если ширина переходной полосы соизмерима с протяженностью ПТК.
3. Экотоны - переходные полосы с постепенным переходом от одного ПТК к другому,
1) Горизонтальные
1.Дивергентные - границы, разделяющие потоки (воды, воздуха, минерального вещества и т.д.) и направляющие их в разные стороны. Они соответствуют водоразделам, гребням, осевым зонам максимумов атмосферного давления, другим образованиям.
2.Конвергентные - располагаются там, где сходятся потоки, происходит их конвергенция. К ним относятся тальвеги, ложбины, осевые зоны минимумов атмосферного давления и др.
3.Градиентные - границы соответствуют зонам наибольшего изменения параметров, т.е. наибольшему градиенту
2)Вертикальные
Нижняя граница –
1. Граница фации проходит по границе двух различных коренных горных пород (например, песчаников и известняков).
2. Граница фации проходит по границе коренной горной породы (известняка, песчаника, гранита и т.д.) с породами аккумулятивного происхождения (аллювием, пролювием, коллювием и др.).
3. Граница фации проходит по уровню грунтовых вод. При этом имеется в виду наиболее глубокий в течение года уровень, а не сезонные колебания.
Верхняя граница
1. Смешанный слой турбулентности внутри растительного полога, находящийся вблизи поверхности почвы и испытывающий значительное влияние последней.
2. Турбулентный слой внутри растительного покрова.
3. Слой турбулентной атмосферы, непосредственно прилегающий к верхней границе растительности
Все ПТК являются как бы "открытыми" сверху, так как именно сверху в них поступают основная часть энергии, за счет которой совершается большинство процессов, и значительная часть веществ, необходимых для поддержания влагооборота и других важных процессов функционирования ПТК.
6.Биосфера:
Биосфера – совокупность всех живых организмов вместе со средой обитания. Среда обитания включает воду, нижнюю часть атмосферы и верхнюю часть земной коры. Живые и неживые вещества биосферы находятся в непрерывном взаимодействии и единстве, образуя целостную систему.
Структурные единицы:
1. Живое вещество.
Свойства:
1. Огромная свободная энергия.
2. Быстрая скорость реакций
3. Устойчивость жим. Соединений только в живых организмах.
4. Произвольное движение.
Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.
Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.
Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.
И8. Геомасса
Согласно Н. Л. Беручашвили, элементарными структурно-функциональными частями ПТК служат так называемые геомассы — качественно разнородные тела, характеризующиеся определенной массой, специфическим функциональным назначением, а также скоростью изменения во времени и (или) скоростью перемещения в пространстве Таковы аэромассы, фитомассы, зоомассы, мортмассы (массы мертвого органического вещества), литомассы, педомассы, гидромассы. Геомассы отличаются от компонентов большей вещественной однородностью. Например, под педомассой подразумевается не почва, а только почвенный мелкозем вместе с гумусом, т. е. органо-минеральная смесь, куда не входят почвенная влага, почвенный воздух, скелетная часть почвы, корни растений и почвенные животные. Под аэромассой имеется в виду «сухой воздух», т. е. смесь атмосферных газов без водяного пара и других примесей. Таким образом, компонент геосистемы в обычном понимании — это более сложное образование, чем геомасса: в нем присутствуют элементы всех геомасс, но одна из них преобладает, служит его основным субстратом.
Однородные слои в пределах вертикального профиля ПТК, характеризующиеся специфическими наборами и соотношениями геомасс, Н. Л. Беручашвили называет геогоризонтами. Основные из них: аэрогоризонт, аэрофитогоризонт (приземный слой атмосферы, пронизанный растениями), мортаэрогоризонт (с растительной ветошью), снежный горизонт, педогоризонт, литогоризонт. Каждый из них может быть подразделен в зависимости от количественного соотношения геомасс на геогоризонты второго порядка (например, в аэрофитогоризонте — горизонты с кронами, транспортно-скелетными органами, травяным ярусом, моховым покровом; в педогоризонте — с разным содержанием почвенной влаги и корней).
Надо заметить, что понятия «геомассы» и «геогоризонты» разработаны применительно к элементарной геосистеме — фации и, следовательно,— к изучению первичных вертикальных связей в ландшафте. Поскольку геомассы и геогоризонты специфичны для разных фаций, установить их единую систему для ландшафта как целого практически невозможно, и поэтому традиционные компоненты сохраняют более универсальное значение при структурно-функциональном изучении геосистем разных уровней.
Аэромасса.
Смесь газов, составляющих земную атмосферу, обычно называют воздухом. В нем различают так называемый «сухой воздух», атмосферную воду и атмосферные аэрозоли. Кроме того, в воздухе встречаются различные частички органического происхождения (споры, семена, пыльца, продукты органического распада).К атмосферным аэрозолям относятся взвешенные в атмосфере твердые и жидкие частички: пыль, морская соль, различные дымы (лесных пожаров, вулканических извержений, индустриального происхождения). Вода, находящаяся в атмосферном воздухе в виде водяного пара или взвешенных продуктов конденсации (капель, кристаллов), называется атмосферной водой.Частички органического происхождения относятся к биомассам, атмосферные аэрозоли — это в основном литомассы, а атмосферная вода — гидромассы. «Сухой воздух» ПТК, т. е. воздух, не содержащий водяного пара, твердых частичек и частиц органического происхождения, составляет аэромассу. Газовый состав, плотность и некоторые физические свойства
Согласно термодинамической классификации различают следующие типы.
1. Теплые воздушные массы — устойчивые и неустойчивые.
2. Холодные воздушные массы — устойчивые и неустойчивые.
3. Нейтральные (местные) воздушные массы — устойчивые и неустойчивые.
Градации надземных аэромасс по термическим условиям:
Ag — Криотермальные (морозные)
Отрицательные температуры, при которых большинство процессов функционирования, связанных с влагооборотом и биогеоциклом, законсервировано или близко к нулю.
An — Нанотермальные (очень прохладные)
Аэромассы с ориентировочным температурным интервалом 0—5° С. В этих условиях могут функционировать лишь малотребовательные к теплоте растения, процессы биогенного функционирования большей частью подавлены, часто бывает интенсивное таяние снега, инфильтрация.
Ak — Микротермальные (прохладные)
Температура воздуха 5—10° С. Эта термическая градация позволяет активно функционировать лишь травянистым растениям; большинство древесно-кустарниковых пород либо начинают, либо заканчивают свое активное функционирование; некоторые процессы влагооборота активны, но транспирация и испарение относительно низки.
Аz — Мезотермальные (умеренно теплые)
Аэромассы с интервалом температуры 10—15° С. Многие растения активно функционируют и производят фитомассу (особенно в бореальных ландшафтах); средняя интенсивность процессов трансформации солнечной энергии и расходной части влагооборота.
Am — Макротермальные (теплые)
Высокие температуры 15—22° С; максимальная интенсивность биологических процессов; при прочих благоприятных условиях расходная часть влагооборота и трансформация солнечной энергии высоки.
At — Мегатермальные (жаркие)
Очень высокие температуры (выше 22° С), избыток теплоты начинает отрицательно сказываться на процессах биогеоцикла.
Фитомасса
Фитомассами называется органическое вещество растений, накопленное к данному моменту как в надземной, так и подземной части природно-территориального комплекса.
Листья однолетние древесно-кустарниковых растений
гидрофитные листья — листья водных, водноназемных растений.
гигрофитные листья — листья растений, живущих в обильно увлажненных местах с большой влажностью воздуха, например ольха.
мезофитные листья — листья растений, обитающих при достаточном (не избыточном и не слишком ограниченном) увлажнении.
ксерофитные листья — листья растений, живущих на местах сухих настолько, что добывание и экономия воды требуют особых к этому приспособлений.
Например, листья держидерева, грабинника и др. Листья многолетние древесно-кустарниковых растений
лавровидные мезофитные листья — листья вечнозеленых деревьев и кустарников Колхиды и некоторых других районов с мягким и влажным климатом.
жестколистные ксерофитные листья — листья в основном средиземноморских деревьев и кустарников.
По этому соотношению все ландшафты четко разбиваются на пять групп:
1. Лесные ландшафты с большим количеством фитомассы (более 100—200 т/га), которая намного превышает ежегодную продукцию.
2. Степи, луга, саванны с относительно небольшой фитомассой (30—40 т/га), но большой продукцией.
3. Пустыни с небольшой продукцией и фитомассой. Количество продукции соизмеримо с количеством фитомассы.
4. Тундры с незначительной фитомассой и низкой (в несколько раз ниже, чем фитомасса) продукцией.
5. Примитивно-пустынные ландшафты с крайне незначительной фитомассой и продукцией (меньше 1 т/га).
11. Роль фито- и зоомасс в структуре и функционировании биосферы.
Развитие и функционирование живого вещества изменили океан, атмосферу, поверхность земной коры, привели к образованию почвенного покрова. Почва вместе с растениями и животными образует на суше сложную экологическую систему, которая связывает и перераспределяет солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы-биофилы. Те же функции выполняет и Мировой океан с водными растениями и планктоном.
Биомасса - масса организмов, присутствующих в экосистеме в момент наблюдения и учтенная на единицу площади; она может быть выражена в единицах массы и энергии (калориях).
Биомасса растений называется фитомассой, животных — зоомассой.
В структуре биомассы на суше основная часть принадлежит фитомассе.
Фитомасса - общая масса всех растительных организмов, какой-либо их группы или отдельных растений в сообществе.
ЗООМАССА (от греч. zoon — животное и масса), биомасса животных, суммарная масса тел животных на единицу площади.
Жизнедеятельностью растительных организмов (фитомасса) и их взаимодействием с животными, микроорганизмами (биомасса) и неживой природой обеспечивается механизм фиксации, накопления и перераспределения космической энергии, поступающей на Землю. Эта энергия аккумулируется в органических соединениях, слагающих биомассу живого вещества.
Благодаря биомассе происходит биогеохимический круговорот и дифференциация химических элементов в природе.
Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду.
Таким образом накапливаются полезные ископаемые - уголь, нефть, газ, известняки и т.п.
Закономерности географического распределения и продуцирования биомассы интенсивно изучаются в связи с решением вопросов рационального использования биологической продуктивности и охраны биосферы Земли.
Свойства, классификация и роль мортмасс в функционировании ландшафтов
МОРТМАССА [от лат. mors (mortis) — смерть и масса], мертвый покров, мертвая часть органич. вещества биогеоценоза, произведенная биоценозом (отмершее вещество, выраженное в единицах массы и отнесенное к единице площади или объема). В сообществах находится в виде отпада (сухостой, старика, омертвевшие органы растений), опада (упавшие на поверхность почвы части растений, трупы животных), торфа, подстилки и детрита (в водных экосистемах). Вместе с биомассой и гумусом составляет органическое вещество биоценоза.
В большей степени состоит из органического вещества растительного происхождения. Количество мортмассы зависит от количества ежегодноотмирающего вещества и интенсивности его разложения. Количество отмирающего вещества связано с внешними и внутренними процессами. Интенсивность разложения зависит от соотношения термических условий и условий разложения, химического состава отмирающего вещества, микроорганизмов – деструкторов и т. п. Мортмасса испытывает существенную динамику в течение года.