СИСТЕМА, ГЕОСИСТЕМА, СИСТЕМА «ОБЩЕСТВО – ПРИРОДА», «ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА»

Система. Окружающая человека среда рассматривается как система. Суть системного подхода – познание систем как целостных образований, состоящих из множества взаимосвязанных, часто разнородных элементов или подсистемы меньших размеров или меньшей сложности. Используя системный подход, мы изучаем системы в целом, определяем её части подсистемы элементы, выделяем иерархические или структурные уровни элементов системы, изучаем объекты с разных сторон.

Геосистема. Применительно к объектам природы мы говорим о географических ландшафтах и их системах – геосистемах. Каждый ландшафт состоит из отдельных элементов или из подсистем. Природная геосистема состоит из отдельных компонентов природы и морфологических комплексов меньших рангов, находящихся в тесной связи друг с другом. Геосистемы «живут» по природным законам, подчиняются природным процессам обмена вещества и энергии, сезонам года, времени суток, погодным и климатическим изменениям.

Система «природа-общество» - это сложное пространственно - временное образование, состоящее из элементов и подсистем природы, хозяйства. С одной стороны, сохраняя природные свойства, она развивается по природным законам; с другой – по производственным природно – техническим, геоэкологическим, рекреационным, природно – хозяйственным.

«Природно-техническая» система – система взаимодействия природы и техники. «Природно-техническая» система – комбинация орудий и объектов труда, связанная единым технологическим циклом и выполняющих определенную социально – экономическую функцию. Инженерная техника и технологии в «природно – технической» системе «геотехсистема» выступает как механизм, позволяющий человеку приспособиться к природным условиям. С одной стороны для специалистов по природообустройству это средство труда, с другой стороны мы приспосабливаем природу к удовлетворению своих потребностей, например: повышаем плодородие низкоплодороных почв, что уже составляет объект нашего труда. Таким образом мы используем комплексный подход к природообустройству:

ü Геосистемный(рассматривает системы)

ü Ландшафтный(изучает географические ландшафты)

ü Геоэкологический (изучает географическую ситуацию)

ü Инженерный(проводим инженерные расчёты)

С позиции территориального проектирования антропогенных ландшафтов основной ступенью геоэкологического подхода состоит том, что любой объект природообустройства должен проектироваться как инженерная «природно – техническая» система, с другой стороны создавая и реконструируя объект мы одновременно и неизбежно меняем природу( ландшафт ), поэтому она является одним из объектов проектирования.

2. ЛАНДШАФТНЫЙ ПОДХОД

Ландшафтный подход ориентирован на изучение важнейшей оболочки Земли. Она относится к обширному классу систем – Земным, подкласс – географическая оболочка, род – ландшафтная система. Её особенность наличие жизни, которая определяет многие свойства литосферы, атмосферы, гидросферы, изменяет флору и фауну. Ландшафтный подход направлен на изучение целостности изучаемого объекта, осуществлённой взаимоотношении его элементов и связями со средой. Изучая любой объект на Земле важно знать, что он либо входит в одну ландшафтную систему, либо охватывает несколько таких систем. Суть ландшафтного подхода: рассмотрение не только объекта изучения, но и его среды, как иерархически сложного сформированного целого. Оно отражает единство компонентной дифференциации и интеграции морфологической структуры ландшафта. Привлечение ландшафтного подхода к разработке и решению проблем взаимодействия общества и природы, проектированию и созданию природно - технических и экономических систем, природоохранной деятельности подтвердило его работоспособность в междисциплинарных разработках.

3. ПРИРОДНЫЕ ЛАНДШАФТЫ

Каждый природный ландшафт несет при себе отпечатки условий и свойства того природного региона, в котором он расположен. Из курса ландшафтоведения известны тундровые, таёжные, лесо-степные, степные, пустынные ландшафты Рис .1. Равнинные ландшафты зональны и продолжают функционировать, хотя рельеф, растительность, верхние горизонты почв изменены человеком и находятся под его интенсивном воздействии. Природный ландшафт – это сложная динамическая материальная система, состоящая из множества элементов, находящихся а различных состояниях. В качестве элементов ландшафта рассматривают его вертикальные компоненты и морфологические комплексы более низкого ранга.

4. УРОВНИ РАЗМЕРНОСТИ ГЕОСИСТЕМ

Природная геосистема относится к трем уровням размерности:

ü планетарный или глобальный: географическая оболочка Земли в целом, её крупнейшие части;

ü материки и океаны: географические, климатические пояса (площади занимающие примерно 100 тыс. км2);

ü региональный: крупные физико-географические регионы, обособление которых обусловлено действие зональных и озональных климатических, геодинамических, геоморфологических факторов. Это крупные геосистемы, получившие наименование: природная страна, зона, подзона, область, провинция, район, ландшафты. Площади таких регионов исчисляется до десятка тыс. км2;

ü локальные: элементарные геосистемы и их территориальные объединения Рис.3. Обусловленные действием локальных географических факторов, макро-, мезо- и микроформами рельефа, мезо- и микроклиматическими условиями. Это фации, урочища, подурочища, географическая местность, ландшафт. Площадь таких единиц десятки км2. Представление о разных уровнях размерности геосистем важно для разных уровней или стадий проектирования. На планетарном уровне решаются глобальные проблемы, такие как очищение мирового океана от загрязнения. Система глобального мониторинга общая земная сеть биосферных заповедников и других. Часто в процессе проектирования имеют дела с региональными или локальными уровнями геосистемы. К региональному уровню относятся проблемы строительства газопровода (Сибирь - Европа), крупные каналы, схема областей и районов России. Проектировщики чаще всего работают на уровне локальных гесистем, так как они являются наиболее массовыми объектами проектирования. На этом уровне проектируются природно – технические комплексы природообустройства различного природного назначения. В геосистемах этого уровня наиболее чётко прослеживаются последствия антропогенного воздействия и связанные с ними биологические изменения.

4.1. Карта физико-географического районирования СССР (карта ландшафтов России: ландшафтные зоны и страны)

4.2. Карта физико-географического районирования Русской равнины(ландшафтные зоны, подзоны, области, провинции)

4.3. Зоны, подзоны и провинции Нечерноземья европейской территории РФ

4.4. Региональная ландшафтная катена «ополье-полесье»

5. КОМПОНЕНТЫ ЛАНДШАФТА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ НИМИ.

Природный ландшафт – целостная природная геосистема с тесной взаимосвязью его компонентов и морфологических элементов, в нём различают и биотические компоненты. Литологические компоненты: геологическое строение, рельеф, почва, и гидроклиматические: вода и воздух. К абиотическим относятся растительный и животной мир. Компоненты ландшафта тесно взаимосвязаны, каждые компоненты берут на себя влияние остальных и в свою очередь оказывает влияние на них. Это взаимодействие «сковывает» их в единую материальную систему. Все части зависят друг от друга и влияют друг на друга. Например: сведение леса усиливает поверхностный сток (биота), что вызывает смыв верхнего плодородного слоя почвы и эрозионные процессы и как следствие оврагообразование (рельеф). Карьеры после добычи полезных ископаемых не только изменяют форму рельефа, но и понижают уровень грунтовых вод (УГВ) на соседних территориях, что приводит к опустошению почв, смене растительности, трудностям водоснабжения. Реакция компонентов ландшафта на антропогенно-техногенном воздействии не одинаково. Некоторые компоненты при внешних воздействиях быстро меняют свои свойства: биота, вода, воздух; другие более медленно: рельеф, почва.

Горные породы наиболее постоянны и устойчивы, но если они нарушаются при нивелировки рельефа под строительство, образование карьеров и отвалов при добычи полезных ископаемых, то это влечёт за собой резкие и быстрые изменения других компонентов, изменение ландшафта, всей геосистемы так как эти компоненты «сильные» и ведущие.

Биота – сложный блок живой природы, состоящий из растительности, животного мира, и микроорганизмов. Она играет стабилизирующию роль, водоохранную( леса, посадки в бассейнах реки), снегозадерживающую и ветрозащитную(лесополосы), воздухоочищающую (санитарно-защитные зоны у промышленных предприятий), оздоровительную (скверы, парки). Биота обусловлена возобновляемыми природными ресурсами (леса, почва). Она наиболее уязвимый компонент ландшафта: быстро и резко меняется при антропогенно-техногенном воздействии. Её изменение приводит к изменению других компонентов. Например: нежелательная активизация разрушающих процессов. В региональном и глобальном масштабе уменьшение растительности (вырубка таёжных и тропических лесов) изменяет газовый состав атмосферы. Роль лесной растительности отражена в лесном кодексе.

Вода и воздух наиболее подвижные компоненты ландшафта так как они определяют связь внутри геосистем и между ними, обеспечивают формирование круговорота вещества и энергии, некоторых функций распространения природных и антропогенно-техногенных воздействий. Воздушные массы переносят тепло, влагу и загрязнения, формируют водно – тепловой режим ландшафта и геосистемы. Переносят не только солнечную и земную энергию, но и тепло от городов, промышленных объектов, ТЭС, АЭС, минеральные и аэрозольные частицы, загрязняющие вещества автотранспорта. Вещества распространяются на большие расстояния и зависят от интенсивности выбросов, размеров частиц, высоту труб, характера воздушных потоков. Они могут распространяться на сотни километров из одной страны в другую. Например: из Великобритании в Скандинавию перенос воздушными массами из сверхвысоких труб заводов окислы серы. Кислотные дожди приводят к коррозии металлов технических сооружений, увеличении кислотности почв, изменении химии рек и озер, условий жизни рыб. Вредные вещества попадая в атмосферу приводит к разрушению отдельных его слоёв (фрионы разрушают озоновый слой Земли), что приводит к ухудшению отдельных его частей радиационного режима всей планеты. Углекислый газ, выделяющийся предприятиями в большом количестве в атмосферу за счёт поглощения длинноволнового излучения Земли, приводит к парниковому эффекту, изменению климата на всей планете, что влечёт за собой ряд негативных изменений. Наличие количества твёрдых веществ в воздухе, выступающие в качестве ядер конденсации способствуют локальному усилению выпадения осадков, изменению глобального круговорота вод. Вода действует как динамическая сила, формирует мощные круговороты, накапливает энергию, аккумулирует тепло, участвует в процессах замерзания и таяния, разбавляет и распространяет загрязнители. Различные вещества от промышленных предприятий и сельскохозяйственного производства ядохимикатов и удобрении; бытовые отходы, попадая в водоём, загрязняют их, такие водоёмы исключают из водопользования. Загрязняющие вещества аккумулируют в иле водоёмов, в растениях, животных, микроорганизмах, почвах, геологических породах.

6. ПОТЕНЦИАЛ ЛАНДШАФТА

Потенциал ландшафта – характерные меры выполнения ландшафтом социально-экономических функций, отображающая её способности в удовлетворении различных потребностей общества. Он зависит от природных свойств, направления и форм антропогенного стабилизирования и рассматривается как способность ландшафта удовлетворять сельско – хозяйственные, рекреационные и другие потребности общества. Потенциал ландшафтов в пространстве распределяется неравномерно и связанная с характером ландшафтной структуры, свойства рельефа и компонентов. Ландшафтная структура может быть полифункциональной, то есть пригодна для разных видов использования. Например: равнина пригодна для сельско -хозяйственного использования, любых видов строительства и так далее или монофункциональной – высокогорье только для альпинизма и так далее. Потенциал ландшафта изменяется во времени так как связан с технологиями, экологическим требованиям, потребностями общества. Изучение потенциалов начинают с определения продуктивности ландшафта, предельных нагрузок на него, экологических последствий. Наиболее часто говоря о биотическом, водном, строительным, рекреационном и очищении.

Биотический потенциал урожая – способность ландшафта производить органическое вещество в определенных количествах, восстанавливать плодородие почв.

Водный потенциал – способность ландшафта трансформировать осадки так, чтобы они использовались не только растительностью, но и образовывали замкнутый круговорот воды и возможностью его использования для определённых задач.

Строительный потенциал – наличие в ландшафте подходящих по природным условиям площадей для застройки жильем, коммуникации и другое.

Потенциал самоочищения – способность ландшафта трансформировать, различать некоторые объемы нужных ему веществ различного происхождения: сточные воды, газовые примеси , тяжёлые металлы, нефтепродукты и так далее, устраняя их вредное воздействие.

Сырьевой потенциал – способность ландшафта аккумулировать или изменять за геологический период значительный объем отдельных веществ для нужд общества – минералы, энергоносители, строительные и прочее принятие решения и наиболее различном использовании потенциала ландшафта требует обоснования.

7. АНТРОПОГЕННЫЕ ГЕОСИСТЕМЫ

Способность антропогенных природно-технических систем в том, что они создаются обществом для удовлетворения его потребностей. Самый крупный антропогенной геосистемой можно считать всю географическую оболочку, постепенно переходящую в ноосферу. Антропогенные геосистемы разных морфологически уровней могут быть ландшафтными единицами или ещё меньшими ландшафтными элементами. Мы изучаем антропогенные геосистемы определённого типа – природно-технические геосистемы, поскольку именно они являются основным объектом территориального планирования и проектирования. Компонентами природно-технических геосистем являются элементы которые подчиняются природным законам и технические элементы, действующие по законам техники и люди управляющие техникой. Взаимодействие технической и природной подсистем велико и воздействие человека на природу через технику рассматриваются ни как часть её системы, как неотъемлемое свойство этих геосистем. Все элементы природных геосистем отличаются однородной, природной, качественной определённостью; элементы антропогенных геосистем имеют двойственную определённость-природную и техническую.

7.1 СПЕЦИФИКА АНТРОПОГЕННЫХ ГЕОСИСТЕМ

Антропогенные геосистемы обладают пространственными и временными параметрами, функционирование любого технического сооружения оказывает определяющее влияние на окружающую среду. Наряду с производством собственной продукции каждая антропогенная система создаёт некоторый объём твёрдо – жидких и других отходов, что вызывает необходимость их утилизации или переработки. В зависимости от пространственной локализации технической системой её влияние неодинаково. Существует большая разница в том, где создана техническая система – в котловине или на равнине, на плодородной или неплодородной почве, на водопроницаемом фундаменте или нет. Функционирование любого технического объекта как части технической системы зависит от его конкретного положения. Фактор времени в жизни природно – технической системы играет большую роль. Природные процессы по сравнению с техническими процессами проникают медленно и ответное воздействие при естественном ходе естественных процессов человек получает через какое – то время . Темпы воспроизводства культурных растений, природных явлений, технических процессов и темпы деградации ландшафта неодинаково. Роль пространства и времени формирования природно – технических систем оказывает в том, что эти системы формирует не среду. Человек должен использовать свой природно – технический потенциал с учётом адаптационных возможностей природы, которые необходимы для её настройки или перестройки. Природно-технические системы – это системы вероятностей, в которых ответные реакции природы на воздействие точно прогнозировать не удаётся.

8. АГРОГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Их можно рассматривать как результат единства сельско-хозяйственной деятельности человека на земле сельхоз назначения, инженерно-технические системы, преобразующие ландшафт, с последствиями этих преобразований.

Воздействие здесь проявляется в виде:

1. При внесении вещества и энергии свойственных и не свойственный природе: строительство природо-технических комплексов природообустройства, обработка почв, поливы, химические загрязнения разного вида.

2. Изъятие веществ и энергии: внесение питательных элементов, чужеродные подавляющие части биомассы, удаление излишков воды , частичек почвы, микроэлементов.

3. Преобразование и перераспределение вещества и энергии: глубокое преобразование компонентов геосистемы, изменение природных процессов, модификация составляющих функционирования с выполнением новых технологий и соблюдением технологических и мелиоративных режимов.

Все эти воздействия необходимы и сопровождают существование геотехнической системы хозяйственного назначения. При неправильности сочетаемости различных взаимодействий и их масштабов из необходимых они преобразовываются и превращаются в нежелательные: усиливается деградация и дефляция, ухудшаются гидрологические и климатические условия, снижается плодородие почв, снижается устойчивость геотехнических и внешних воздействий. В конечном итоге это может принести к:

1. Снижению производительности природно -технического комплекса.

2. Ухудшению условий функционирования техно-природных систем.

3. Сокращением площадей геотехнической системы.

Особенность хозяйственной геотехнической системы состоит в относительной неравнозначности природной и антропогенной технической системы. Распространённость хозяйственных геотехнических систем по Земле делает одним из важнейших элементов локальной и региональной ландшафтной структуры в целом.

9. ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ

Основные принципы создания антропогенных ландшафтов являются наиболее общими подходами к деятельности по направленному изменению ландшафтов. Они дополняются некоторыми требованиями вытекающими из особенностей конкретной проектной деятельности. При создании антропогенного ландшафта надо последовательно решить ряд задач, которые удобно рассматривать по стадиям создания, сюда входят четыре стадии: пред проектная, проектная, строительство и эксплуатация.

l. Пред проектная включает в себя:

1. этап обоснования и необходимости проведения природообустройства. Оно решает задачу составления требований природопользователя и свойств геоситсемы, доводит некоторые компоненты природы до заданного известного заранее качества. После выбора вида природообустройства переходят к выбору антропогенного ландшафта (его варианта).

2. выбор варианта конкретного антропогенного ландшафта и его эколого-экономического обоснования. Ставится оптимизационная задача, целевая функция которой-экономическая эффективность антропогенного ландшафта.

Ограничения в задаче:

а) Поставленная ранее социально – экономическая цель;

б) Масштабы воздействия;

в) Эколого-ресурсные пределы нагрузки на ландшафт;

г) Критерии оптимизации – управляемость факторов условий существование ландшафта и антропогенного ландшафта.

3. проектное изыскание позволяет получить необходимую и достаточную для принятия решения информацию об измененном ландшафте. Нужно знать иерархический уровень и границы геосистем, генезис, состав и неоднородные свойства компонентов природы, протекающие процессы, характер и степень техногенного воздействия, устойчивость и меру допустимой антропогенной нагрузки. Для обоснования решений и сооружений в конкретной геосистеме необходимо научное сопровождение объектов.

ll. Поектная. На основе поставленной цели и собранной информации для создания антропогенного ландшафта нужно принять решение по выбору параметров сооружения, техники и технологий применяется в антропогенных ландшафтах. Рассчитать требуемую мощность антропогенного ландшафта, его состав и конструкцию. Использовать технику и технологии: ресурсосбережение, КПД, требуемую локализацию воздействий, возможность модернизации, снижение влияния геологических факторов. С помощью моделей и прогнозов развития системы выбирается один экологически пригодный и экономически эффективный и несколько вариантов реализуемого проекта. Соблюдают гластность, АВОС, государственную экспертизу, экологический аудит по законодательству с доработками и изменениями.

lll. Строительство. Выбираются технологии строительства и организуется строительные работы. Поскольку антропогенный ландшафт большой и сложный объект, весь период строительства делят на очереди с постепенной сдачей в эксплуатацию отдельных участков. Качество строительных работ контролируется экспертизой.

lV. Эксплуатация. На этой стадии основной задачей является управление антропогенного ландшафта. Ввиду крайней неоднородности ландшафтов и нелинейности природных процессов, изменчивость погодных условий нужно, опираясь на средние и среднемасштабные величины неуправляемых факторов создавать предварительную схему действий на вегетационный период, который позволит достичь определенных проектов антропогенных ландшафтов, процессов регулирования управляющих параметров. Кроме расчётного управления необходимо и эксплуатационное. Его основывают на краткосрочных прогнозах, используя наукоёмкие технологии: дистанционное зондирование, моделирование, геоинформационной сопровождение в реальном времени. Обязательным элементом управления антропогенным ландшафтом – мониторинг природных и техно-природных процессов.

Мониторинг – система повторных наблюдений за компонентами природы в пространстве и во времени с определенными целями. Включают наблюдение, прогноз и оценку развития.

10. ТАБЛИЦА ОБЩЕЙ КЛАССИФИКАЦИИ АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ. (ТАБЛИЦА №1)

Все антропогенные ландшафты по смыслу являются измененными геосистемами, но не все измененные геосистемы-антропогенные ландшафты. Геосистемы могут существовать в состоянии природного равновесия, могут быть обратимо и необратимо выведенный из состояния природного равновесия. Причиной изменения состояния геотехсистемы могут быть, как природными, так и антропогенными, включающие как предномеренные так и непреднамеренные негативные антропогенные изменения (экологические преступления). Степень изменения геосистемы выражается качественными и количественными характеристиками. Качественные изменения накапливаясь могут приводить к качественным изменениям: загрязнению атмосферы, вод, почв, эрозии, подтоплению, засолению. Мелиорация (орошение и осаждение) сильно изменяет качество ландшафта.

11. МОДЕЛИ ЛАНДШАФТОВ И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ

Помимо ландшафтного подхода изучение антропогенных ландшафтов дополняется пространственным моделированием. Моделирование – мощный инструмент познания природы. Модель подобна оригиналу и замещает объект изучения на определенное время. Построение модели основано на двух принципах: редукционизма, то есть разложение системного объекта на элементы для упрощённого его изучения и интегратизма, объединение этих объектов для анализа. Это неизменный способ исследования таких точно ориентированных объектов как антропогенные ландшафты. Изучение ландшафта начинают с картографических моделей, с ландшафтных карт и ландшафтных профилей. Они позволяют понять структуру комплексов, установить взаимосвязь между компонентами ландшафта и между самими ландшафтами, выявить сложность, разнообразие, расчлененность границ, взаимосвязанную удалённость и соседство.

11.1 ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Картографическое моделирование представляет приоритетное значение. Геосистемные структуры обладают разнообразием пространственно – временными связями, которые на практике выявить сложно. Геосистемы могут быть представлены разнообразными моделями – каркасными, региональными, бассейновыми, локальными, местными – каждый соответствует задачам интегральной оптимизации территориального образования. Под интегральной оптимизацией территории ландшафта следует понимать закономерную совокупность инженерных и экологических мероприятий, запраграммированные на нахождение оптимального варианта природопользования и природообустройства на определённом территориальном уровне.

Картографические модели и профили.

Ландшафтное картографирование и профилирование, как своеобразная информационная система с свернутом виде содержат данные о компонентах природы, раскрывают природное «содержание» исследуемой территории. Для повышения информационной емкости картографическая модель ландшафта дополняется сопровождающем карту текстом-легендой. На картах антропогенного использования ландшафта показаны инфраструктурные контуры производств, дороги, лесополосы и т.п. Информативность ландшафтной картографической модели повышают путем перехода от единой карты к серии карт, сложной картографической модели. Контуры ландшафтов в этом случае рассматривают, как операционные территориальные единицы, которые группируют и типизируют по свойствам или отношению к человеческой деятельности. В практике иногда формируют модели, состоящие их двух карт ландшафтной и современной антропогенной.

Аэроснимки и космические снимки.

Важными и ценными знаниями о ландшафтах выступают модели заместители местности, полученные в результате различного вида дистанционных съемок (фото, тепловой, лазерной, радарной) Эти модели особые, так как разрешающая способность приборов определят меру замещения местности определением существенных и несущественных черт. Снимки содержательны, но они выполняют функцию модели- протокола, но не модели- гипотезы или модели синтеза.

12. КАРКАСНАЯ МОДЕЛЬ

Каркасная модель территориально устройства ландшафта представлена так, что одни компоненты системы рассматриваются, как ядра и узлы, другие- как его ребра, при этом предполагается, что по ребрам может происходить передача веществ, энергии и информации. Направленность разработки каркаса территории (природные, экологические, техногенно-экологические, антропогенные) и его картографирование зависит от решаемых задач. Каркасные структуры могут быть различными, поэтому название им дают по тем признакам, которые положены в их основу.

в понятие «природный каркас» заложена иммонентное (нечто внутреннее, присущее предмету, явлению, процессу) свойство ландшафта

понятие «экологического каркаса» можно рассматривать в двух смыслах: как систему сохранения ландшафтного и биологического разнообразия га Земле и охраны природы, как систему взаимодействия природы и общества, когда природно-антропогенные системы, составляющие ее основу интерпретируется, как окружающая для жизни и деятельности человека среда.

понятийное содержание остальных интерпретаций каркаса «техногенных», «техногенно-экологических», «антропогенных» и другие не вызывает сомнений в силу заложенных в них определенных функций. Задача территориального моделирования антропогенных ландшафтов заключается в поддержании природного равновесия путем создания в условиях антропогенной эксплуатации геосистем экологического буфера, необходимого для фун