Геосистемы (ГС), как иерархически строго соподчиненные природные целостности в рамках комплексной физико-географической оболочки (КФГО), отличаются контрастной пространственной (и по горизонтали, и по вертикали) и временной упорядоченностью, причинно согласующейся с основными (каркасными) уровнями их организации – локальными (топологическими типами организации ГС на сезонно-ритмическом временном, до нескольких лет, фоне развития, с учетом бассейновой и определенной ландшафтной, процессно-факторной приуроченности; региональными (бассейновыми типами организации ГС на циклически-временном, до десятков и первых сотен лет, фоне развития, с учетом зонально-провинциальной и высотно-поясной приуроченности; континентальными (зональными типами организации ГС на периодически-временном, до нескольких тысяч лет, фоне развития, с учетом природно-климатической поясной приуроченности) и глобальными планами (комплексными биогеофизическими типами организации на периодически-длительном, до сотен тысяч – миллионов лет, фоне развития, с учетом планетно-галактической динамики и комплексирования геофизических полей и характеристик).
Цель исследования
В этих планах различны и типы функционирования (обмен веществом, энергией и информацией между одно- и разноуровневыми ГС), предопределенные индивидуальными особенностями их вертикальных и горизонтальных связей, выявление которых и вскрывает механизмы функционирования и состояния ГС. Наиболее показательно это отражается в проявлении соответствующих пространственно-временных показателей устойчивости общих и компонентных ГС:
а) относительно повышенных в центре, и пониженных – по их периферии;
б) в целом, при прочих равных условиях, возрастающих в направлении от иерархически низких природных образований – к высоким (от локальных к глобальным).
Здесь под устойчивостью геосистем (ГС) нами понимается их способность сохранять, при различных колебаниях темпа и направленности воздействий, основные черты своей организации, а также поддерживать возвратно-поступательное развитие, что создает основу их пластичности.
Уровни устойчивости ГС, устойчивого развития объектов (природных, антропогенно-природных, антропо-техногенных, социально-экономических и других) и организации географической оболочки органично взаимосвязаны. Это результат сложного пространственно-временного комплексирования взаимодействий пяти типов факторов (гравитационного, геофизического, геохимического, антропо-техногенного и геоинформационного) и процессов (космических – экзогенных – эндогенных – антропогенных). Все эти взаимодействия в настоящее время еще не выходят за экстремальные рамки и все еще обеспечивают устойчивую целостность географической оболочки.
Геосистемы постоянно подвергаются внешним воздействиям и испытывают различные трансформации. Последние регулируются устойчивостью, определяемой суммарным вкладом устойчивости частных геосистем. При этом в рамках ГС наибольшей устойчивостью обладают на восходящих отрезках развития относительно самые консервативные (из-за максимального характерного времени развития) – геоморфологические (ГМС), тем самым контролирующие именно устойчивость общих ГС.
Соответствующие рассмотренным уровням общие ГС, обладая относительно высокой потенциальной устойчивостью, в общем не разрушаются от катастроф только на нижележащих уровнях (например, региональные ГС не разрушаются от локальных катастроф и даже «способствуют» в дальнейшем восстановлению локальных ГС).
Материалы и методы исследования
Рассматриваемые уровни организации ГС, по нашему мнению, могут быть предметно выявлены и обозначены при помощи сквозных направлений изучения комплексной физико-географической оболочки (КФГО) – палеогеографического, геофизического, геохимического, биогеографического, картографического и математического. Учитывая их структурную важность, как разделительно-барьерную и буферную стабилизирующую, вполне целесообразно введение в эколого-географическую экспертизу обязательного комплексного исследования различных аспектов устойчивости ГС на основных соподчиненных пространственно-временных (каркасных) уровнях организации (локальном, региональном, континентальном и глобальном) – последовательно в прошлые эпохи, историческое время, настоящем и ближайшем будущем.
Результаты исследования и их обсуждение
Границы между различными ГС всегда представляют собой относительно подвижные полосы – зоны взаимовлияний и взаимодействий соседних ГС. Подобные образования в географии рассматриваются как переходные полосы природных образований как целостностей или же «контактные географические структуры» [1, 2]. Они, обладая известной пластичностью (во многом приобретенной в ходе разноплановых взаимодействий и взаимовлияний между соседними ГС), выполняют разделительно-барьерную роль, а в случае антропогенного воздействия на ГС – буферную стабилизирующую (сами при этом первыми испытывая любые трансформации). Организующая роль контактных подсистем по ходу увеличения их иерархического уровня неуклонно возрастает, а их динамическое поведение направленно увеличивает информативность по устойчивости породивших их ГС. Более того, усложнение или упрощение структуры ГС проявляется через поведение контактных подсистем, а с этим в дальнейшем связана и вероятность проявления опасных для ГС процессов.
Устойчивость общих ГС на всех уровнях является результирующей сложного комплексирования, одновременно по аналогичным характеристикам, компонентных (геоморфологических, почвенных, гидроклиматических, мерзлотных, фито- и зооценотических и т.д.) и иерархически разных (фаций, урочищ, ландшафтов, районов, провинций, зон, поясов) ГС. При этом наибольший вклад в формирование устойчивости любой общей ГС вносит соответствующая геоморфологическая система (рельеф и рельефообразующие субстраты), из-за ее консервативности, и фитоценотическая – благодаря ее повышенной пластичности. В целом же устойчивость ГС контролируется энергетическими и динамическими соотношениями типичных и аномальных (экстремальных – критических, и кризисных, и катастрофических) факторов и процессов в соответствующих им обстановках. При этом критические, кризисные и катастрофические обстановки, возникающие и в дальнейшем по-разному разрешаемые в ходе развития ГС, отождествляются нами с порогами устойчивости геосистем в целом и их компонентных подсистем в частности.
С возрастанием иерархического уровня ГС увеличивается и соответствующая им устойчивость, равно как и с увеличением их возраста, что согласуется с известными свойствами их самоорганизации [3]. Более того, естественные и антропогенно-естественные ГС неодинаково «откликаются» даже на однотипные (и естественные, и антропогенные) воздействия:
а) одни ГС выдерживают воздействия с минимальными потерями в организации, возвращаются в исходные состояния и обеспечивают стабилизацию своей структуры и привычных режимов функционирования;
б) другие ГС преобразуются с упрощением исходной структуры, вплоть до полного ее разрушения, и переходят в специфические новообразования.
Эти количественные изменения устойчивости ГС, отвечая типичным подвижно-равновесным состояниям объектов, предопределяют и динамическое формирование на общем эволюционном фоне основных комплексных системобразующих уровней [4].
Общая принципиальная схема основных уровней организации и устойчивости ГС (в одномоментном срезе) представляется следующей на различных планах (таблица).
Локальный план – топологический тип организации ГС на сезонно-ритмическом временном (до нескольких лет) фоне развития, с учетом бассейновой и определенной ландшафтной (процессно-факторной) приуроченности. Усложняющими факторами выступают:
а) экспозиция (инсоляционная, влажностная и «ветровая»);
б) микроположение в рамках геоморфологической триады (дополнительно – центральное или окраинное в конкретных элементах триады) и то же – в ареале локальной совокупности геомов (фаций);
в) характер взаимодействий (прежде всего, обмена веществом и энергией) между геомами;
г) динамика соответствующих последних контактных подсистем; и др.
Устойчивость ГС на этом уровне формируется преимущественно типичными процессами. Аномальные же процессы в организации ГС играют чаще деструктивную роль.
Региональный план – бассейновый тип организации ГС на циклически-временном (до десятков и первых сотен лет) фоне развития, с учетом зонально-провинциальной и высотно-поясной приуроченности. Общая дифференциация и специфика регионального плана, вскрываемая в ходе ландшафтно-географического зонирования территории, предопределяется:
а) порядковостью и плановой симметричностью речных бассейнов (как «систем эрозии»);
б) мезоположением (центральным и окраинным) в секторальной совокупности ландшафтов;
в) активностью континентальных и океанических системообразующих влияний;
г) набором и величиной контрастов в типовых характеристиках по элементам (водораздел – склон – днище речной долины или впадины) геоморфологической триады;
д) напряженностью в контактных мезо-подсистемах; и др.
Общая принципиальная схема организации геосистем Земли [4]
|
Геосистемы и подсистемы |
Геоморфосистемы и подсистемы |
Ведущие факторы, процессы и условия |
Уровни организации |
Типы организации |
Процессы (по «вкладу») |
«Эффекты» само- организации |
Тренды устойчивости ГС |
|
|
по уровням |
общая «Стрела» |
|||||||
|
КФГО |
Геоморфо- сфера |
Космогенные и эндогенные |
Глобальный |
Био- геофизический |
Типичные и критические, с участием кризисных и отчасти катастрофических |
Возникновение и развитие: биосферы; природно-климатических поясов; и др. |
|
|
|
Материки и Океаны |
Морфотектуры (планетарные формы) |
Эндогенные и космогенные (с заметным участием антропогенных) |
Континентально-океанический |
Зональный |
Типичные и критические, с участием кризисных |
Континентальные и океанические типы зональности, атмосферной циркуляции, океанических течений; и др. |
|
|
|
Провинции (сектора) |
Морфоструктуры и морфоскульптуры (мега- и макроформы) |
Эндо-, экзо- и антропогенные |
Региональный |
Бассейновый |
Типичные с участием критических |
Системы эрозии; кольцевые структуры; варианты асимметрии склонов; и др. |
|
|
|
Районы (ландшафты, фации) |
Морфо- скульптуры (мезо-, микро- и наноформы) |
Экзо- и антропогенные |
Локальный |
Топологический |
Типичные |
Меандрирование рек; полигональные формы; и др. |
|
|
В формировании устойчивости ГС, наравне с типичными процессами, принимают конструктивное участие и критические процессы. Другие аномальные (кризисные и катастрофические) процессы играют деструктивную роль.
Континентальный план – зональный тип организации ГС на периодически-временном (до нескольких тысяч лет) фоне развития, с учетом природно-климатической поясной приуроченности. Общая дифференциация и специфика континентального плана, вскрываемая в ходе трансконтинентального (широтного и долготного) комплексного физико-географического профилирования, предопределяется:
а) широтной порядковостью, количеством, площадью и плановой конфигурацией природных зон;
б) макроположением (в секторах – континентальных и приокеанических);
в) масштабами и активностью континентальных и океанических системообразующих влияний;
г) динамикой напряженных контактных макроподсистем.
В формировании устойчивости ГС прослеживается принципиально равнозначная роль типичных и направленно усиливающихся экстремальных (критических и кризисных) процессов. Масштабы и количество природных [3, 5], и особенно техногенных [6], катастроф испытывают тенденцию роста.
Глобальный план – комплексный биогео-физический тип (принцип) организации на периодически-длительном (сотни тысяч – миллионы лет) фоне развития, с учетом планетно-галактической динамики и комплексирования геофизических полей и характеристик (плотности и изменчивости солнечного ветра; уровней и множественности солнечно-земных связей; радиационных поясов; геоэлектрического и геомагнитного полей; гравитационных потенциалов и аномалий силы тяжести; упругих и собственных колебаний Земли; теплового потока земных недр; и др.). Общая дифференциация и специфика глобального плана, вскрываемая в ходе палеогеографических реконструкций, спутниковой космофизической съемки Земли и анализа ее «круговых» широтно-меридиональных трансект, а также наземных подспутниковых комплексных исследований по сквозным направлениям КФГО, предопределяется:
а) разномасштабными изменениями площади суши и океана;
б) сезонной, годовой и многолетней динамикой характеристик планетарной деятельной поверхности;
в) пространственно-временными колебаниями соотношений тепла и влаги;
г) выдержанностью естественных и антропогенно-естественных тенденций развития;
д) направленно возрастающими антропогенными воздействиями, в настоящее время принципиально уже сравнимыми в суммарном вкладе с эндогенными и экзогенными.
Соответствующие рассмотренным уровням общие геосистемы, обладая относительно высокой потенциальной устойчивостью, в общем не разрушаются от катастроф на нижележащих уровнях. Так, например, региональные ГС не разрушаются от локальных катастроф. Более того, они могут «залечивать» возникающие изъяны и восстанавливаться до прежнего состояния. Это, в частности, служит показателем того, что ГС на этих уровнях, как и всем остальным, присущи процессы самоорганизации, отличающиеся общими и специфическими чертами в плане сходства и различий.
Фиксируемое увеличение количества и размеров катастроф, с явным преобладанием техногенных [6, с. 678], может быть связано, по нашему мнению, как с естественными природно-климатическими перестройками на высоких уровнях организации ГС, так и с масштабными антропогенными воздействиями, выходящими за локальные и региональные уровни, и особенно приложимыми к относительно уязвимым трансграничным полосам – вдоль природных рубежей. Это крайне важно и, несомненно, должно учитываться при проведении географической экспертизы (ГЭ) любых природных и социальных объектов [7]. Это актуально, в частности, при выяснении эколого-географических аспектов развития нефтегазового комплекса на Дальнем Востоке России [8–12]. Определенную помощь при этом может оказать вышепредлагаемая схема, учитывающая известную полноту системоформирующих факторов, процессов, связей и взаимодействий в рамках КФГО. В целом максимально корректное проведение ГЭ и, в частности, управление природными рисками, по нашему мнению, должно проводиться не только с соблюдением принятых норм, но и с обязательным выполнением дополнительного анализа в следующих тематических (уровенных) рамках. Так, все экспертируемые объекты (природные, антропогенные, социальные и т.д.) на предварительном этапе ГЭ должны быть соотнесены с основными и трансграничными уровнями общей организации КФГО. В существующей практике проведения ГЭ «востребованными» чаще являются локальные и, реже, региональные объекты. Следовательно, они должны быть соотнесены с локальными и (или) региональными указанными уровнями. Исходными (базовыми) материалами для их ГЭ в этом случае будут служить результаты соответствующего локального и (или) регионального анализа системообразующих и системорегулирующих факторов и процессов. Так, например, для ГЭ региональных объектов изначально необходим комплексный анализ всей информации конкретной «бассейновой» обстановки с учетом их зональной приуроченности; для ГЭ соседних трансграничных объектов – типологический анализ факторов и процессов «со стороны» локального уровня и «бассейновый» анализ «со стороны» регионального уровня. В результате это будет служить «гарантом» исходной корректности и оптимальности результатов последующей ГЭ.
Заключение
Практическая реализация предлагаемых методических подходов в тематическом исследовании обеспечит условия, когда геоэкологические разработки будут не только адекватно (естественно и социально) восприниматься, но и внесут неоценимый вклад в поддержание еще устойчивых естественных ГС и возвращение из неустойчивого состояния антропогенно нарушенных ГС. В конечном счете это будет способствовать решению актуальных проблем устойчивого развития территорий.
Ожидается, что реализация таких подходов принесет положительные результаты для ведения оптимального природопользования с соблюдением устойчивого развития природных и устойчивости социальных объектов.