Структура природных систем и их свойства (целостность, устойчивость, изменчивость, саморегулирование, самоорганизация).

Структура природных систем - совокупность наиболее устойчивых связей между компонентами и соподчиненными комплексами системы. Различают два типа структур: 1) Пространственная структура - порядок расположения составных частей природной системы, их соотношение и характер взаимосвязей между ними по «горизонтали» (между системами более низкого и равного рангов) и «вертикали» (между компонентами природной системы).

2) Временная структура - проявляется в виде сезонной ритмики и многолетней перестройки связей. Изучение структуры позволяет определить инвариантные свойства природных систем и дать оценку их нарушенности в результате антропогенного воздействия. Инвариант – свойство (или свойства как совокупный инвариант) системы, не изменяющее свое состояние при внешних воздействиях в пределах ее устойчивости. С понятием «структура» связаны свойства природных систем.

1) ЦЕЛОСТНОСТЬ природной системы - внутреннее единство систем, обусловленное тесными взаимосвязями между ее составными частями. Благодаря взаимосвязям изменение одного компонента ведет к изменению других, что может привести к изменению всей структуры. Целостность выражается:

а) в проявлении свойств не присущих их отдельным компонентам (эмерджентность);

б) в относительной автономности;

в) в наибольшей тесноте внутренних связей по сравнению с внешними связями.

2) УСТОЙЧИВОСТЬ - свойство природных систем сохранять или восстанавливать свою структуру и функции при воздействии внешних факторов. Она характеризует способность системы нормально функционировать в определенном диапазоне значений физико-географических и антропогенных нагрузок. Устойчивость зависит от:

а) инвариантных свойств природной системы;

б) интенсивности и продолжительности действия внешних факторов. Разные ландщафты в зависимости от их свойств по-разному реагируют на разные факторы.

Принцип соответствий воздействия и ответных реакций (Глазовская, 1976) - устойчивость природных систем по отношению к техногенным воздействиям определяется: 1)их характером, 2)свойствами природных систем (геохимической структурой, функционированием) и 3)типом ответных реакций последних на техногенные воздействия. Основываясь на этом подходе, Глазовская (1976) выделила особые ландшафтно-геохимические системы - технобиогеомы, которые объединяются по сходному уровню устойчивости к однотипным техногенным воздействиям.

Устойчивость геосистемы - стабильность состояний геосистемы во времени. Понятие “устойчивость” тесно связано с противоположным по смыслу понятием “изменчивость”. А. Г. Исаченко (1991): “Под устойчивостью системы подразумевается ее способность сохранять структуру при воздействии возмущающих факторов или возвращаться в прежнее состояние после нарушения”. В определении экологической емкости территории ключевое значение имеет мера устойчивости ландшафтов.

Общие критерии устойчивости - биологическая продуктивность, возобновимость растительного покрова (Исаченко, 1991). Они определяются оптимальным соотношением тепла и влаги. Основные факторы неустойчивости геосистем - недостаток тепла и влаги, гравитационная неустойчивость твердого фундамента. Важный стабилизирующий фактор- растительный покров (наиболее уязвимый компонент). При анализе устойчивости геосистем к техногенным воздействиям необходимо опираться на региональные и локальные ландшафтно-географические закономерности, на таксономию и классификацию геосистем.

Н. Солнцева (1998) - о устойчивости. Принцип геохимигеской совместимости - совместимость или несовместимость техногенных воздействий с современными ландшафтно-геохимическими процессами. Техногенные вещества трансформируются под влиянием природных факторов и формируют пространственно-временные ряды природно-техногенных ландшафтов. Правило стадиального диссонанса техногенно обусловленного развития ландшафтов - пространственная дифференциация и временная асинхронность техногенной эволюции ландшафтов, зависящая от типа техногенного воздействия и состава образующихся вторичных природно-техногенных продуктов.

Величины устойчивости выражаются через структурные и функциональные характеристики.

1) Устойчивость в аспекте вертикальной и горизонтальной структуры отражает постоянство формы объекта.

2) Устойчивость в аспекте функционирования отражает форму его развития через смены разновременных состояний (суточных, сезонных, годовых, внутривековых), через преобразовательную и стабилизирующую динамику, в основе которой лежит отрицательная обратная связь.

Устойчивость систем необходимо рассматривать по отношению к каждому фактору - в каждом конкретном случае механизмы устойчивости и ее порог имеют свои особенности, свое особое «слабое звено», свои способы стабилизации. Устойчивое состояние - состояние, к которому природная система самопроизвольно возвращается, будучи выведена из него внешними силами. Устойчивое состояние поддерживается за счет механизма саморегуляции.

3) ИЗМЕНЧИВОСТЬ - способность природной системы под действием внешних и внутренних сил переходить из одного состояния в другое. Наиболее подвержены изменению атмосферный воздух и природные воды. Наибольшей устойчивостью обладают горные породы и рельеф. Промежуточное положение - биота и почвы. Изменения:

1) обратимые - при нарушении «вторичных» компонентов (биота, почвы, водный режим).

2) необратимые - при нарушении «первичных» компонентов, особенно - литогенной основы.

Сопоставление пространственной и временной изменчивости одних и тех же характеристик фаций позволило заключить (Дьяконов, 2008) о разной природе изменчивости.

1) Изменчивость во времени характеристик фаций определяется внешними факторами.

2) изменчивость в пространстве обусловлена внутриландшафтным разнообразием - неоднородностью литолого-геохимических условий.

4) САМОРЕГУЛИРОВАНИЕ (стабилизирующая динамика) - способность системы без вмешательства из вне поддерживать свое состояние несмотря на изменение внешних факторов. Это нейтрализация “вредных” воздействий, которые способны разрушить систему. Саморегуляция идет до тех пор, пока процессы, протекающие в природной системе, способны нейтрализовать нежелательные воздействия. При истощении защитных механизмов - разрушение системы или изменение ее структуры.

5) САМООРГАНИЗАЦИЯ - способность системы к изменению структуры путем перестройки ее внутренних связей. Благодаря саморегулированию и самоорганизации природные системы могут поддерживать экологическое равновесие (сбалансированное соотношение между приходом и расходом вещества и энергии). Нарушение равновесия приводит к подрыву потенциала ландшафта (в т.ч. - к снижению биологической продукции). Поддержание равновесия природных систем - предпосылка рационального природопользования.

Дата добавления: 2015-10-31