Литогенная основа как фактор ландшафтной дифференциации.

К литогениой основе ландшафта относят приповерхностную часть земной коры, находящуюся в пределах зоны гипергенеза, выветривания, т.е. эпигенетического преобразования горных по­род под воздействием самого ландшафта. Введению этого тер­мина мы обязаны Р.И. Аболину. Многие географы до сих пор считают литогенную основу ведущим фактором формирования ландшафта, определяющим его дифференциацию. Они утвер­ждают, что литогенная основа независима от других компонен­тов ландшафта.

Литогенная основа — это горные породы и рельеф дневной поверхности, слагаемый ими.

Литогенная основа - производное, не только горных пород, но также гидроклиматических и биотических компонентов ландшафта. Под действием агентов выветривания (ветра, при­родных вод, перепада температур и др.) формируется кора вы­ветривания - поверхностный слой земной коры, характеризую­щийся более рыхлой структурой, чем коренные породы, и измененным химическим и минералогическим составом. Плот­ные магматические, метаморфические и осадочные породы раз­биваются трещинами и распадаются сначала на крупные облом­ки, затем на мелкозернистый и глинистый материал.

Снизу вверх в коре выветривания заметны четыре верти­кальные зоны: 1) монолитная (скрыто трещиноватая), 2) глыбо­вая, 3) зернистая или мелкообломочная, 4) глинистая.

В процессе формирования кора выветривания проходит че­тыре стадии развития:

а) Накопления продуктов грубого механического разруше­ния с преобладанием физического выветривания;

б) Обизвестковывания и выноса легкорастворимых компо­нентов (серы и хлора);

в) Образования остаточных глин (каолинов) и выноса каль­ция, калия и магния;

г) Образования латеритов, сопровождающаяся накоплением оксидов железа, алюминия и кремния.

Зависимость от климата определяет широтную зональность в размещении коры выветривания. Наибольшая мощность коры выветривания (несколько десятков метров) наблюдается в тро­пиках, в условиях тектонического покоя, когда происходит дли­тельное выравнивание рельефа. Теплый и влажный климат тро­пиков способствует повышенной интенсивности процессов химического выветривания, при котором происходит вынос из горных пород ряда подвижных элементов (Са, Мg, Na, К и др.) и относительное их обогащение менее подвижными (Fе, Аl, Тi, Zr и др.) с образованием, главным образом, ферралитной и силикатной кор выветривания. В условиях резко континентального и су­рового климата пустынь, высокогорий и полярных областей (с широким развитием процессов физического выветривания) фор­мируются преимущественно обломочные коры выветривания малой мощности (первые метры).

Велика значимость вещественного состава горных пород литогенной основы в ландшафте. На горных породах разного со­става в одной и той же природной зоне (подзоне) обычно фор­мируется разная растительность. Так, в лесной зоне Восточно-Европейской равнины на моренах преобладают еловые леса, на песках - сосновые, на карбонатных породах - широколиствен­ные или широколиственно-хвойные. Широко известна класси­фикация пустынь по характеру слагающих горных пород: песча­ные, глинистые, лессовые, каменистые и т.п.

Одновременно с изменением вещественного состава и физи­ко-химических свойств горных пород выветривание создает са­мые разнообразные формы рельефа (мезо- и микроформы). Рельеф этот получил название скульптурного. Формы скульп­турного рельефа - долины рек, балки, скалы и др.

В формировании скульптурного рельефа принимает участие биота. Например, ее деятельность заключается в постройке ко­раллами береговых рифов и целых островов, бобры своей рабо­той создают плотины на реках, грызуны воздействуют на литогенную основу в зоне степей и полупустынь, создавая бугорково-западинный микрорельеф. Растительный покров также влияет на литогенную основу, являясь ее фиксатором. В по­следнее время возросло влияние человека на рельеф.

Из вещества литогенной основы образуется минеральная часть почв, обеспечивающая растения элементами питания. Она дает также ионный сток (сток растворов) и твердый сток поверхностных и подземных вод. Воздушные массы также включают частицы твердого вещества в виде пыли. Таким образом, литогенная основа как бы пронизывает все другие компоненты. Она образует нижний горизонт геосистемы, ее жесткий фундамент.

В пределах литогенной основы действуют все три природных энергетических фактора: земное тепло, солнечная радиация и гравитационная сила. Внутриземное тепло поступает в ландшафт, главным образом, в вулканических областях. Солнечная радиация в ранние геологические эпохи преобразовалась в полезные иско­паемые органического происхождения (каменный уголь, газ, нефть, торф, горючие сланцы) и является в настоящее время ос­новной энергетической базой для развития человечества.

Гравитационная энергия проявляется через рельеф земной поверхности и обусловлена неравномерными тектоническими поднятиями и опусканиями земной коры. В конечном счете, ка­ждый ландшафт приобретает в своем рельефе тот или иной по­тенциал гравитационной энергии. Он очень велик в горных об­ластях, слабо выражен на возвышенных равнинах и очень мал на низменностях. Этот гравитационный потенциал реализуется в виде поверхностного стока, эрозии, осыпей, обвалов, оползней, селей, снежных лавин и других процессов. В результате грави­тационные силы обеспечивают в ландшафтах многие процессы переноса вещества из одних геосистем в другие.

Очень велика информационная значимость литогенной ос­новы в ландшафте. Неоднородность горных пород, тектониче­ских структур, а также расчлененность рельефа сильнейшим об­разом влияют на дифференциацию геосистем в пространстве. Многие локальные, региональные и даже планетарные геосисте­мы (от мелкой западины, оврага и балки до целых континентов и субконтинентов) обязаны своим обособлением литогенной осно­ве. Чем более неоднородно геологическое строение, тем более дробно расчленен рельеф, тем сложнее пространственная струк­тура ландшафта.

Литогенная основа - важнейший дифференцирующий ком­понент ландшафтной оболочки и более мелких структурных подразделений.

Литогенная основа вместе с тем наиболее устойчива, инер­ционна во времени по сравнению с другими компонентами. На­пример, в центральной части Восточно-Европейской равнины в течение голоцена рельеф и геологическое строение почти не ме­нялись, а климат, растительность, почвы и животный мир изме­нялись неоднократно. Они вынуждены были всякий раз при но­вой климатической эпохе подстраиваться к жесткому каркасу литогенной основы в своей пространственной изменчивости. Можно сказать, что литогенная основа является исторической памятью ландшафта и играет ведущую роль в пространственной организации геосистем.

2. Воздушные массы и климат.

В состав ландшафта входит только нижняя часть атмосферы, мощностью от нескольких десятков метров примерно до 200 м. Но ландшафтные границы в воздушной среде являются измен­чивыми и неопределенными и поэтому компонентом ландшафта обычно считается лишь определенная совокупность свойств и процессов атмосферы, называемая климатом.

Очень важен вещественный состав воздушных масс. Наличие углекислого газа необходимо для фотосинтеза зеленых рас­тений. Наличие кислорода необходимо для дыхания всех пред­ставителей живой природы, для процессов окисления, минерализации органических остатков. Воздушные массы пере­носят парообразную влагу, пыль, пыльцу, споры и семена расте­ний, легкорастворимые соли с поверхности солончаков в боль­шом объеме и на значительные расстояния. Так, пыль и соли со дна Арала достигают горных ледников Средней Азии, а песок Сахары - лесов Амазонии. Воздушными потоками загрязняю­щие вещества разносятся на большие расстояния, что, с одной стороны, является фактом положительным, т.к. в этом проявля­ется способность атмосферы к самоочищению, а с другой сторо­ны - отрицательным, т.к. удаленность от места поступления за­грязнителей не является гарантией их отсутствия в воздухе.

Таким образом, воздушные массы способствуют поддержа­нию вещественно-энергетических связей между ландшафтами. И если литогенная основа работает преимущественно на простран­ственную дифференциацию геосистем (дискретность), то воз­душные массы — на их интеграцию (континуальность).

Воздушные массы с их переносом вещества и энергии обес­печивают влияние внешней среды на ПТК. Через атмосферу в природные геосистемы поступает лучистая энергия Солнца — главный энергетический фактор, обеспечивающий их функцио­нирование. Благодаря солнечной радиации формируется тепло­вой режим атмосферы, идут испарительные процессы, образу­ются облака и выпадают осадки, тают снега и льды и т.д. Неравномерный нагрев воздуха приводит к возникновению цир­куляции атмосферы - перемещению воздушных масс, образова­нию циклонов и антициклонов, конвективным процессам.

Климат как компонент ландшафта играет большую роль в дифференциации ландшафтной оболочки, а также влияет прак­тически на все другие компоненты ландшафта.

Известный советский климатолог С.П. Хромов показал, что деление климата на категории различного территориального масштаба непосредственно вытекает из подразделения самих географических комплексов на таксономические единицы разно­го порядка. За основную климатологическую единицу С.П. Хро­мов принял климат ландшафта, который предложил называть просто климатом. Климат урочища, представляющий собой особую локальную вариацию климата ландшафта, есть местный климат, а климат фации - микроклимат. Выделяют еще макро­климат - совокупность климатических черт данной географиче­ской зоны или области.

Полное представление о климате ландшафта складывается из двух составляющих:

а) фонового климата, отражающего об­щие региональные черты; б) совокупности локальных климатов, присущих различным фациям и урочищам.

Разнообразию природных условий и ландшафтной диффе­ренциации способствуют такие составляющие климата, как ко­личество поступающего на земную поверхность тепла (инсоля­ция), а также соотношение тепла и влаги.

Различия в количестве поступающей на земную поверхность солнечной радиации и основные черты атмосферной циркуляции позволили выделить следующие климатические пояса (по Б.П. Алисову): экваториальный, 2 субэкваториальных, 2 тропи­ческих, 2 субтропических, 2 умеренных, субарктический, субан­тарктический, арктический и антарктический. Таким образом, количеством тепла, выраженным величинами годового радиаци­онного баланса, определяется широтная дифференциация гео­систем самого высокого уровня.

Долготная дифференциация определяется сезонными разли­чиями в количестве тепла и влаги на земной поверхности, свя­занными со степенью континентальности климата.

Величиной увлажнения определяются зональные типы ландшафтов (табл. 1). Важнейшим показателем величины ув­лажнения является коэффициент увлажнения (К=О/И) - соот­ношение между количеством выпадающих осадков (О) и испа­ряемостью (И). Испаряемость — это то количество воды, которое могло бы испариться с поверхности в данных климатических ус­ловиях при неограниченном запасе влаги.

Таблица 1

Зависимость формирования ландшафтных зон от коэффициента увлажнения (по Н.Н. Иванову)

Еще один показатель величины увлажнения, который опре­деляет границы природных зон - радиационный индекс сухо­сти был предложен М.И. Будыко. Радиационный ин­декс сухости (С) рассчитывается по следующей формуле:

С = R/OL,

где R — годовой радиационный баланс; O - годовая сумма осад­ков; L - скрытая теплота парообразования.

При C < 0,45 климат будет избыточно влажным (приход теп­ла к почве за счет радиационного баланса намного меньше, чем это нужно было бы для испарения выпавших осадков). При C от 0,45 до 1,00 климат называется влажным, при C от 1,00 до 3,00 -недостаточно влажным, при C > 3,00 - сухим.

Изучение изменения величины радиационного индекса су­хости по разным географическим зонам показало, что как в уме­ренных, так и в тропических широтах в зонах наивысшей про­дуктивности биомассы его значение находится в пределах 0,8-1,0. Такие условия увлажнения для жизнедеятельности растений благоприятны. При удалении от зон с оптимальными условиями, когда увлажнение избыточно или недостаточно, уменьшается продукция живой массы вещества.

3. Природные воды и сток.

Природные воды как компонент ландшафта представлены крайне многообразными формами и находятся в непрерывном круговороте, переходя из одного состояния в другое. В.И. Вер­надский рассматривал природные воды как своеобразные мине­ралы и разработал их классификацию с учетом физического со­стояния (газообразная, жидкая, твердая вода), концентрации солей (пресные, соленые, рассольные), характера водовмести­лищ (воды озерные, болотные, речные).

Разнообразие природных вод тесно связано с ландшафтом. В каждом ландшафте наблюдается закономерный набор водных скоплений (текучих вод, озер, болот, грунтовых вод) и все их свойства (режим, интенсивность круговорота, минерализация и др.) зависят от соотношения зональных и азональных условий, от внутреннего строения самого ландшафта, от состава его ком­понентов. Твердая форма воды - лед и снег - может рассматри­ваться как особый (временный, сезонный либо постоянный) компонент геосистемы. Cегодня в пределах географической обо­лочки выделяют гляциосферу, криосферу.

Жидкая форма воды в природных геосистемах - главный посредник всех процессов обмена веществом между природны­ми компонентами. Растения усваивают питательные элементы из почвы в виде водных растворов.

Водными потоками под влиянием гравитационных сил пе­реносится определенная часть твердого вещества от одной гео­системы к другой, идет миграция химических элементов как по вертикали, так и по горизонтали.

Важнейшей характеристикой природных вод в функциони­ровании геосистем является их сток. Поверхностный сток - мощный фактор перераспределения вещества между геосисте­мами. Так же как и движущиеся воздушные массы, он благопри­ятствует интеграции геосистем, поддерживает их открытый ха­рактер.

Водная миграция химических элементов в разных ландшаф­тах и природных зонах приводит к удалению некоторых из них или, напротив, к накоплению в почвах.

Сток играет большую роль в склоновых процессах, осуще­ствляя линейную эрозию и плоскостной смыв. Транспортируя смытые частицы, сток перераспределяет и дифференцирует ма­териал не только по механическому, но и по химическому соста­ву. Смывая продукты вывет- ривания со склонов, изменяет усло­вия почвообразования и произрастания растений. Водный сток - основной фактор формирования различных типов поверхност­ных отложений - аллювия, проллювия, делювия и т.д. С помо­щью воды происходит физическое и химическое выветривание горных пород в ландшафте, формируется кора выветривания.

Стоку как географическому фактору большое значение придавали многие географы. Необходимо также отметить, что на режим стока влияет человек путем создания гидротехнических сооружений.

Сток природных вод в свою очередь служит лишь звеном еще более сложного процесса - влагооборота. Через этот про­цесс природные воды как компонент геосистем взаимодейству­ют в наибольшей степени со всеми остальными компонентами.

Влагооборот является замкнутым процессом водообмена между водным пространством (гидросферой), воздухом (атмо­сферой) и земной корой (литосферой). Вода под действием солнечного тепла испаряется с поверхности океана и переносится воздушными потоками, при понижении температуры конденси­руется, и благодаря силе тяжести выпадают осадки. Попав на сушу, она питает почву, растения и затем стекает в водоемы и вновь испаряется.

Природные воды (поверхностные и подземные) — непремен­ный участник (посредник) в подавляющей части процессов функционирования природных геосистем, поэтому признаны компонентом критическим, играющим одновременно как диф­ференцирующую, так и интегрирующую роль в ландшафтной оболочке, придают геосистемам открытый характер.

Вместе с литогенной основой и воздушными массами при­родные воды в совокупности образуют одну из подсистем ланд­шафта - геому.

4. Почва как компонент ландшафта.

Тесная взаимосвязь всех составляющих частей природы на поверхности суши получила свое выражение в почве - особом природном образовании. В.В. Докучаев, основоположник почво­ведения, сформулировал понятие о почве как вполне самостоя­тельном естественно-историческом теле, "зеркале" ландшафта, которое является продуктом деятельности грунта, климата, рас­тительных и животных организмов, возраста страны, рельефа местности. Сюда же относятся природные воды и хозяйственная деятельность человека.

Кратко остановимся на факторах почвообразования.

1. Грунты или почвооброзующие породы представляют суб­страт, на котором происходит формирование почвы. Грунты со­стоят из минеральных компонентов, участвующих в процессе почвообразования, и изменяют состав почвы. Например, в усло­виях хвойно-лиственных лесов обычно формируются дерново-подзолистые почвы, но если в пределах лесной зоны почвообразующие породы содержат большое количество карбонатов каль­ция, то образуются серые лесные почвы.

2. Климат. С климатом связано обеспечение почвы энергией (теплом) и в значительной мере водой. От годового количества тепла и влаги, особенностей их суточного и сезонного распределения зависит развитие почвообразовательного процесса. Кли­мат оказывает влияние на почву и косвенно, через биологиче­ские процессы.

3. Растительные и животные организмы играют в почво­образовании ведущую роль. Почвообразование началось на Зем­ле только после появления жизни. Растения в процессе своей жизнедеятельности синтезируют органическое вещество и опре­деленным образом распределяют его в почве. Микроорганиз­мы - разлагают органические остатки и синтезируют содержа­щиеся в них элементы в соединения, поглощаемые растениями. Животные организмы многократно перерывают почву, переме­шивают ее, способствуют аэрации, обогащают почву продукта­ми своей жизнедеятельности.

4. Особый фактор почвообразования - время. Все процессы, протекающие в почве, совершаются во времени. Чтобы сформи­ровалась почва определенного типа, требуется время, со време­нем происходит эволюция почв.

5. Рельеф. Влияние рельефа сказывается главным образом на перераспределении влаги и тепла, которые поступают на по­верхность суши. Значительные изменения высоты местности влекут за собой изменение температур, количества осадков. Большое значение для перераспределения солнечной энергии имеет экспозиция склона.

6. Почвенно-грунтовые воды. В воде происходят многочис­ленные химические и биологические процессы. Воды обогаща­ют почву химическими соединениями.

Почва - продукт функционирования ландшафта. Вне ланд­шафта почва сформироваться не может, поэтому, чтобы изучить и понять почву, нужно изучить ландшафт в целом. В ландшафт­ных исследованиях обращают внимание на морфологический профиль почв, механический состав отдельных генетических го­ризонтов, их оструктуренность, водно-физические свойства и т.д.

Почва обладает особым свойством - плодородием. Плодо­родие почв (содержание гумуса, азота, фосфора, калия, микро­элементов) - отражение их биоэнергетического потенциала. В зависимости от плодородия почв в ландшафтной экологии раз­личают несколько категорий местообитаний по трофности (трофотонов). Для лесных ландшафтов средней полосы России пред­ложена следующая классификация трофотонов:

1. Олиготрофные - бедные питательными элементами - бо­ры на флювиогляциальных и эоловых песках с подзолистыми иллювиально-железистыми почвами.

2. Мезотрофные - средние по плодородию - ельники на дерново-подзолистых почвах на покровных суглинках и морене.

3. Эвтрофные - богатые питательными элементами - хвойно-широко-лиственные и широколиственные леса на серых лес­ных почвах, подстилаемых лессовидными суглинками.

4. Мегатрофные - очень богатые питательными элемента­ми - дубравы на дерново-карбонатных почвах, пойменные дуб­равы на аллювиальных дерново - карбонатных почва.

Усиливается преобразование почвы в результате деятельно­сти общества. При интенсивной химизации сельского хозяйства происходит стерилизация почв. Из биокостной подсистемы ландшафта она все больше превращается в костную, бедную жизнью. Человек изменяет почву в соответствии со своими по­требностями. Формируются особого рода почвы - техноземы.

5. Растительный и животный мир.

Растительный и животный мир как компонент ландшафта играет огромную определяющую роль как в ландшафтной обо­лочке в целом, так и в самих ландшафтах более мелкого ранга. Растительность превращает солнечную энергию в биологиче­скую.

Один из самых важных природных процессов в ландшафтах обеспечиваемый растениями, - фотосинтез — процесс образова­ния растительного органического вещества из углекислого газа атмосферы и воды с использованием солнечной энергии. В тече­ние истории Земли растения трансформировали состав земной атмосферы, обогатив ее кислородом.

Наряду с синтезом органического вещества происходит его разложение - распад органических структур на составные части, включая питательные вещества с выделением энергии - в этом биота тоже играет определяющую роль.

Биота осуществляет также весьма эффективное управление потоками и концентрацией биогенных элементов, определяет ус­тойчивость глобальных биогеохимических циклов. Посредством транспирации (наряду с обычным испарением) играет роль насо­са, перекачивающего воду выпавших на землю осадков обратно в атмосферу.

Большое значение имеет биота в выветривании (разруше­нии) горных пород и образовании почв. Биогенное происхожде­ние имеет значительная часть осадочных горных пород.

В современных ландшафтах биота служит наиболее актив­ным компонентом. Она вовлекает в круговорот неорганическое вещество и создает биомассу, трансформирует солнечную энер­гию и накапливает ее в органическом веществе.

По характеру и роли в функционировании геосистемы биота расчленяется на продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты - это зеленые растения, которые путем фото­синтеза образуют фитомассу. За год они создают около 164 млрд. т фитомассы. Определенная часть ее поедается консументами - животными, питающимися живой растительной массой (это копытные, некоторые птицы, грызуны и т.д.). За счет траво­ядных существует другая группа консументов - хищники.

Редуценты (микроорганизмы, беспозвоночные) выполняют чрезвычайно важную роль - разложения и минерализации мортмассы. Редуценты почти незаметны для наблюдателя, но их ра­бота крайне важна - они "санитары". По массе редуценты со­ставляют около половины биомассы земного шара, т.е. примерно столько же, сколько продуценты и консументы, вместе взятые.

Биота - мощный носитель ландшафтной информации, наи­более тонко отражающий все ее свойства. Разнообразие биоты - ценнейшее достояние земной природы.

Прежде чем ставить точку в характеристике роли компонен­тов геосистем, необходимо разобраться, какой же компонент ландшафта является ведущим.

Некоторые географы пытались разделить компоненты ландшафта на "ведущие" и "ведомые", "сильные" и "слабые". Известен из таких построений "ряд Солнцева", в котором компоненты размещены от самых сильных до самых слабых: геологическое строение - рельеф - климат - воды - почвы - расти­тельность - животный мир. По Солнцеву, литогенная основа - ведущий фактор, а животный мир слабый и зависящий от всех остальных.

Выше упоминалось деление природных компонентов на геому, биоту и биокостное тело - почву. Есть и другая группи­ровка компонентов по их специфическим функциям в геосисте­ме

1) инертные (минеральный субстрат и рельеф), представ­ляющие собой "фиксированную основу геосистемы";

2) мобильные (водные и воздушные массы, сложенные веществом, у которого силы молекулярного сцепления относи­тельно слабы), выполняющие в системе обменные и транзитные функции;

3) активные, к которым относится биота, выступающая как важнейший фактор саморегуляции, восстановления и стабилиза­ции геосистем.

Правда, непонятно, куда при такой группировке поставить почвы.

В.Б. Сочава считал по-другому: тепло, влага и биота - кри­тические компоненты геосистемы, т.к. они определяют ее энерге­тику и динамику.

В.И. Вернадский, не отрицая роли абиогенных компонентов биосферы, считал живое вещество важным ландшафтообразующим фактором.

Абиогенные компоненты в известном смысле выступают в геосистеме как первичные по отношению к биоте не только по­тому, что они возникли раньше в ходе эволюции Земли, но и вследствие того, что они составляют первичный материальный субстрат геосистемы, за счет которого организмы создают живое вещество. В современных ландшафтах биота служит наиболее активным компонентом. Она вовлекает в круговорот неоргани­ческое вещество и создает биомассу, транспортирует солнечную энергию и накапливает ее в органическом веществе.

Итак, каждый компонент ландшафта по-своему ценен и не­заменим. Между компонентами существует настолько тесная взаимосвязь, что каждый из них является продуктом внутренне­го взаимодействия, а кроме того, воздействия внешних по отношению к ландшафту факторов. Поэтому ни климат, ни литогенная основа не являются ведущими факторами дифференциации. А такими факторами являются неравномерный приток солнеч­ной энергии, вращение Земли, циркуляция атмосферы, тектонические движения.