На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Лекции Задачи физической географии. Взаимодействие природных и природно-антропогенных геосистем с глобальными факторами. Работа с топографическими, аэрофото- и космическими материалами, описание растительности, ландшафтное профилирование и картографирование.

Информация:

Тип работы: Лекции. Предмет: География. Добавлен: 21.01.2010. Сдан: 2010. Уникальность по antiplagiat.ru: --.

Описание (план):


2
СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ
    1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ
    1.1 Основные задачи физической географии. Этапы научного познания
    Основные задачи.
    Этапы научного познания.
    1.2 Развитие методов в физической географии
    Традиционные методы.
    Картографический метод
    Исторический метод
    Методы исследований, используемые с 30 - 50-х гг. XX в.
    Методы исследований, применяемые с 60 - 80-х гг. XX в.
    2. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ
    2.1 Географическая оболочка и природные территориальные комплексы
    2.3 Взаимодействие природных и природно-антропогенных геосистемс глобальными факторами
    2.4 Классы задач, решаемых в процессе комплексных физико-географических исследований
    3. ПОЛЕВЫЕ КОМПЛЕКСНЫЕ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
    3.1 Постановка задачи, изучение литературных и фондовых материалов
    3.2 Работа с топографическими, аэрофото-, космическими и другими материалами для предварительного выделения ПТК
    Работа с топографическими картами.
    Краткое содержание метода поконтурного изображения рельефа.
    Работа с аэрофото- и космическими материалами и отраслевыми картами.
    3.3 Полевая документация
    3.4 Рекогносцировка и выбор участков для детальных исследований
    3.5 Точки наблюдений, ключевые участки, пробные площади, учетные площадки, почвенные шурфы
    3.6 Комплексное физико-географическое описание
    Фиксация режима миграции вещества, увлажнения.
    Описание растительности.
    Описание травянистой растительности.
    Описание леса
    Описание почв.
    Типы почвенных структур
    3.7 Прочие дополнительные наблюдения
    Геологические наблюдения
    Специальные геоморфологические наблюдения
    Микроклиматические наблюдения
    Гидрологические наблюдения
    Дендрохронологические исследования.
    3.8 Сбор образцов и других натурных экспонатов
    Гербарий и образцы растений.
    3.9 Ландшафтное профилирование
    3.10 Полевое ландшафтное картографирование
ВВЕДЕНИЕ

В последней четверти XX столетия резко усилилось воздействие человека на природу. В этих условиях односторонний и недостаточно комплексный подход к решению вопросов, связанных с природопользованием, приводит к большим, часто невосполнимым потерям, к возникновению конфликтных ситуаций и экологических проблем, обусловленных тем, что нагрузка на природу стала превышать допустимые пределы. Это породило проблемы взаимоотношений человека и природы, достигшие планетарного масштаба. Из них наибольшее беспокойство вызывают такие, как исчерпаемость ресурсов продовольствия, сырья для промышленности, загрязненность воды и воздуха, истощение земель, возникновение локальных и региональных экологических проблем, общее ухудшение экологической обстановки, создающее угрозу существованию человечества.
С целью поддержания экологического равновесия на планете Земля на пороге третьего тысячелетия была выработана международная концепция устойчивого развития. Россия входит в число стран, поддержавших эту концепцию. Экологическая доктрина Российской Федерации была одобрена распоряжением Правительства РФ от 31 августа 2002 г. (№ 1225-р). В соответствии с этой доктриной природопользование, опирающееся на принципы устойчивого развития, должно обеспечить не только охрану природы и качества окружающей среды, но и сохранение ландшафтного потенциала России (приказ министра природных ресурсов № 711 от 23 октября 2002 г.). Одной из важнейших задач сохранения ландшафтного потенциала России должно быть построение территориальной организации жизни общества, адекватной целям сохранения и использования ландшафтного потенциала.
Все виды деятельности человека приурочены к определенным территориям, иными словами, являются территориально организованными. Характер этой организации зависит от того, какими ресурсами обладает территория и каковы условия жизни и деятельности человека на ней (экологические условия). А они, в свою очередь, обусловлены свойствами тех природных территориальных комплексов (ПТК), из которых состоит данная территория. Особенности строения и функционирования тех ПТК, на которые направлено воздействие человека, определяют реакцию природы на данное воздействие и возможности воспроизводства ресурсов. Поэтому организация охраны ландшафтов и рационального природопользования должна опираться на знания о ПТК, о взаимосвязях между слагающими их компонентами, о ресурсах, которыми они обладают, об их устойчивости к разнообразным воздействиям человека. Для выбора оптимального варианта природопользования на любой территории надо хорошо знать природу во всем ее многообразии и сложном переплетении взаимосвязей, знать законы ее естественного развития и уметь предвидеть, будет ли сохраняться в процессе природопользования экологическое равновесие, будет ли исправно и плодотворно действовать вновь создаваемая природно-техническая система, или неизбежны потери, возможно ли их предотвратить или уменьшить их размеры. Поэтому комплексные физико-географические исследования, направленные на изучение природных территориальных комплексов, должны стать строгой научной основой проектирования любого воздействия на природу во всех сферах хозяйственной деятельности.
Общенаучные физико-географические исследования, помимо непосредственного вклада в познание материального мира, создают надежный фундамент для всевозможного вида прикладных исследований. Востребованность подобных исследований возрастает. Недаром в ряде европейских стран (Германия, Франция, Великобритания, Нидерланды, Австрия, Испания, Скандинавские страны) все большее развитие получает ландшафтное планирование как инструмент подготовки базовой информации для учета экологических аспектов в различных видах территориального планирования. Правда, в разных странах оно имеет различные названия и содержательные аспекты.
Возрождается потребность в прикладных физико-географических исследованиях и в нашей стране, о чем свидетельствуют результаты немецко-российского сотрудничества в области ландшафтного планирования в Байкальском регионе и интерес к ним, проявляемый в других регионах России. В основе ландшафтного планирования должны лежать общенаучные комплексные физико-географические исследования.
Выпускники географических факультетов университетов должны быть готовы к решению сложных проблем взаимодействия человека и природы, природы и общества, они должны овладеть теорией и методами науки. Наша цель - раскрыть содержание методов комплексных физико-географических исследований как неотъемлемой части общегеографических исследований, включающих тесно взаимосвязанную триаду -- природу, население, хозяйство.
ЛЕКЦИЯ 1

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ Физической географии

1.1 Основные задачи физической географии. Этапы научного познания

Основные задачи

Главная цель физико-географических исследований - познание ландшафтной сферы Земли и ее структурных частей. Задачи исследований весьма разнообразны. Они могут быть чисто научными: изучение процессов (флювиальных, оползневых, климатообразования, почвообразования и др.) и явлений (мерзлоты, заболоченности и т.д.), отдельных компонентов природы (рельефа, климата, почв, растительности и др.), их характерных черт, изменений в пространстве и во времени, взаимосвязи и взаимообусловленности с другими компонентами; установление особенностей тех или иных компонентов, процессов и явлений на конкретной территории. Исследования могут быть направлены на изучение природы Земли как среды обитания человеческого общества (природные условия) и источника природных ресурсов, влияния природы различных регионов на возможности тех или иных видов хозяйственной деятельности и обратного влияния хозяйственной деятельности на природу, а также на изучение антропогенных изменений природы. Это - уже прикладные задачи.

Особое место в современной физической географии занимают комплексные физико-географические исследования, цель которых - изучение целостных природных образований - природных территориальных комплексов разного ранга и разной степени сложности, созданных в результате взаимосвязи и взаимодействия различных компонентов природы на определенной территории. Комплексные исследования обеспечивают возможность изучения совокупного влияния природы на человека и ответных реакций природы на вмешательство человека в ход природных процессов и исторически сложившиеся природные взаимосвязи. Эти исследования приобретают все большее значение в связи с резко возросшим воздействием человека на природную среду и возникновением угрозы экологической катастрофы.

На повестку дня наряду со ставшими уже традиционными прикладными исследованиями встают такие направления, как оценка ресурсного потенциала, возможностей и ограничений хозяйственного использования ПТК; ландшафтно-экологическая оценка их состояния и прогноз развития; проектирование культурного ландшафта и т. д.

В данном курсе, посвященном комплексным физико-географическим исследованиям, рассматриваются как общенаучные, так и некоторые виды прикладных исследований. Необходимо отметить, что разделение исследований на общенаучные (фундаментальные) и прикладные довольно условно. Вся история развития нашей науки связана с решением определенных практических задач, будь то открытие новых земель, изучение рельефа, источников питания рек или выявление закономерностей размещения пушных зверей. Все прикладные исследования, образно говоря, являются надстройкой над чисто научным изучением особенностей природы того или иного региона, так как именно они определяют возможности и целесообразность развития определенного вида деятельности человека на конкретной территории и особенности его обитания. По сути дела, общенаучные и прикладные исследования -- это различные стадии (этапы) изучения региона или проблемы. По Б.М. Кедрову, любая наука состоит из взаимосвязанных элементов, рассматриваемых в трех аспектах: предметном (что познается?), методологическом (как познается?) и субъективно-целевом (для чего познается?). В процессе развития она проходит стадии фундаментальных и прикладных исследований. В этом смысле физическая география не является исключением: развитие прикладных исследований, расширяющих поле деятельности географов, является закономерным.

Этапы научного познания

Философы различают два уровня познания - эмпирический и теоретический. К первому относятся:

Наблюдение и составление протоколов наблюдения.

Анализ протоколов наблюдения и нахождение эмпирических
зависимостей (алгоритмов поведения).

Нахождение по начальным данным и эмпирическим зависимостям поведения изучаемого объекта, т. е. предсказание.

Ко второму уровню относятся:

Выработка основных идей и нахождение основных соотношений, лежащих в основе объяснения, т.е. формирование теории.

Развертывание сформированной теории.

Нахождение по эмпирическим зависимостям соответствующих утверждений теории, т.е. объяснение; в частном случае - нахождение по алгоритму поведения механизма системы, реализующей данный алгоритм.

Процесс, обратный предыдущему, т. е. нахождение по теоретическим утверждениям эмпирических зависимостей, в частном случае - нахождение по схеме системы алгоритма ее поведения.

Отметим некоторые особенности двух выделенных уровней познания в современной физической географии.

Наблюдение и составление протоколов наблюдений и сейчас еще во многом традиционны. Н.М. Пржевальский вел полевой дневник; ведем его и мы, и, наверное, не лучше, чем это делалось во времена его путешествий по Центральной Азии. Не лучше, но иначе. Теория дала нам представление о природных территориальных комплексах, физическая география обрела в них объект исследования. Значит, и программы современных исследований строятся на этом теоретическом базисе, и в дневник надо записывать не все подряд, а то, что имеет отношение к распознаванию объекта исследований в сложном переплетении природных и антропогенных явлений, к его характеристике как целостного образования, подвижного (развивающегося), со сложной структурой и сложной системой внутренних и внешних связей. Дневника при этом оказалось недостаточно. Появились бланки с множеством обязательных для заполнения граф, ужесточились формы фиксации картографического материала.

Недостаточно оказалось и самого экспедиционного поля. Потребовались стационары. Наземные наблюдения дополнились дистанционными. Поток добываемой информации многократно возрос, и это заставило обратиться для ее обработки к счетно-вычислительным устройствам, а затем и к компьютерам. И все это присутствует уже на эмпирическом уровне, который сам до неузнаваемости изменился.

Создание классификаций, научно обоснованного районирования, выявление наиболее общих закономерностей, присущих природным единствам, прогнозирование их естественного развития или направленного человеком преобразования -- все это вопросы более высокого теоретического уровня познания по сравнению с непосредственным изучением и картографированием ПТК и первичным выявлением природных взаимосвязей, свойственных эмпирическому уровню.

Теоретическое осмысление результатов комплексных физико-географических исследований в настоящее время сильно возросло, и это не случайно, это требование времени, связанное с научно-технической революцией и усилившимися коллизиями во взаимоотношениях между обществом и природой.

Имеет ли физическая география свою развернутую теорию? Такой вопрос, в частности, поднимал В.С. Преображенский. Безусловно, да. Докучаевское учение о зонах природы; понятие об иерархичности природных комплексов; учение о географическом ландшафте и о глобальном, региональном и топологическом (локальном) уровнях физико-географической дифференциации; представление о Мировом океане как о природном аквальном комплексе высшего ранга; понятие о природно-техногенных системах или, еще шире, о взаимодействии природы и общества -- все это и многое другое есть составные части физико-географической теории.

Появились опыты теоретической разработки и моделирования процесса сложных междисциплинарных исследований взаимодействия общества и природы. Географы уже берутся за решение задач, связанных с прогнозированием поведения природных и природно-технических систем. Физическая география, по-новому осознавшая объект своего исследования, получила широкие возможности для своего дальнейшего развития, для формирования новых теоретических построений и выработки новых методов исследования, для все более широкого и многогранного развития прикладных физико-географических исследований.

1.2 Развитие методов в физической географии

Метод науки -- это «общий способ достижения адекватного и всестороннего отражения предмета исследования, раскрытия его сущности, познания его законов». В каждой науке методы исследования формируются в процессе ее развития в зависимости от предмета и цели исследования, уровня развития теории, и в то же время сами способствуют дальнейшему развитию теории.

Множественность методов, используемых при научных исследованиях, требует определенной их систематизации. Б.М. Кедров все научные методы в естествознании делит на три основных группы: общие, особенные и частные.

Общие методы используются всеми естественными науками при изучении любого из их объектов. Наиболее общим методом исследования природы является диалектический, который конкретизируется в двух различных формах: в виде сравнительного метода, с помощью которого раскрывается всеобщая связь явлений, и исторического, служащего для раскрытия и обоснования принципа развития в природе.

Особенные методы тоже находят применение во всем естествознании и не ограничиваются рамками одной какой-либо формы движения материи. Однако они касаются не всего исследуемого объекта в целом, а лишь одной определенной его стороны (явления, количественной стороны и т.д.) или же определенных приемов исследования, таких как наблюдение, эксперимент, измерение, индукция и дедукция, анализ и синтез, формализация, моделирование и т.д.

Частные методы -- это специальные методы, связанные со специфическим характером той или иной формы движения материи (химические, физические, биологические, геологические). Одни из них применяются только в пределах отдельных естественных наук, другие используются при изучении объектов в смежных науках, но на уровне определенной формы движения материи.

Таким образом, в основу классификации методов Б.М. Кедров положил степень их универсализации. В согласии с этим принципом мы можем предложить для методов комплексных физико-географических исследований следующую классификацию:

общие, представляющие собой конкретизацию диалектического метода, - сравнительно-географический и историко-географический (исторический);

особенные, используемые во всех географических науках, - картографический, математический, моделирования, прогнозирования, районирования, эксперимента;

частные, применяемые во всех естественно-географических (физико-географических) науках, - геохимический, геофизический, палеогеографический, аэрометоды, космические методы.

Для экономико-географических наук характерен иной набор частных методов.

Рангами ниже являются специфические и конкретные методы (или простые методы и методические приемы). Они существуют как бы внутри общих, особенных и частных методов.

Специфические методы формируются в процессе решения определенных научных задач и в последующем применяются для решения задач данного класса. В комплексной физической географии это методы: ландшафтный, комплексной ординации, физико-географического районирования и т.д. Некоторые из специфических методов комплексной физической географии могут использоваться и в других науках, но уже в виде определенных модификаций. Например, ландшафтный метод в виде ландшафтно-индикационного находит все более широкое применение в геологии, географии почв, мерзлотоведении, гидрогеологии и т.д.

Конкретные методы - это составные части специфического метода, простые методы и приемы решения частных задач. Например, метод сбора образцов для ландшафтно-геохимических или других видов исследований, конкретные методы фиксации материалов наблюдений или их обработки и т.д.

Множественность методов исследования порождает попытки их классификаций (Д.Л.Арманд, В.С.Преображенский, и др.). К.К. Марков особо выделял так называемые «сквозные» методы -- сравнительно-описательный, геофизический, геохимический, палеогеографический, картографический и математический, применяемые во всех физико-географических науках.

Представляет известный интерес и его классификация методов физической географии по истории их становления. Различают методы: традиционные (сравнительно-географический, историко-географический, картографический), зародившиеся на заре человеческой культуры; новые (геофизические, геохимические, аэрометоды), применяемые в физико-географических исследованиях с 30 - 50-х гг. XX в.; и новейшие (космические, математического моделирования, геоинформационные и др.), появившиеся в физической географии в 60 -- 80-х гг. XX в.

Методы исследований динамичны. Каждый из них со временем приобретает новые черты. Набор применяемых методов существенно меняется на разных уровнях исследования -- глобальном, региональном и локальном. Меняется он и при решении конкретных задач физико-географических исследований.

Традиционные методы

Едва ли не самым древним и широко распространенным методом географических исследований является сравнительно-географический. Основы его были заложены еще античными учеными (Геродотом, Аристотелем), однако в Средние века в связи с общим застоем науки методы исследований, применявшиеся учеными античного мира, были забыты. Основоположником современного сравнительно-географического метода считают А. Гумбольдта, применившего его первоначально для изучения связей между климатом и растительностью. Географ и путешественник, член Берлинской Академии наук и почетный член Петербургской Академии наук, Гумбольдт посетил в 1829 г. Россию (Урал, Алтай, Прикаспий). В России были опубликованы его монументальный пятитомный труд «Космос» и трехтомник «Центральная Азия».

«Исходя из общих принципов и применяя сравнительный метод, Гумбольдт создавал физическую географию, призванную выяснять закономерности на земной поверхности в ее твердой, жидкой и воздушной оболочках».

Широко использовал сравнительный метод в географии и К. Риттер. Его наиболее известные труды -- «Землеведение в отношении к природе и к истории человека, или Всеобщая сравнительная география», «Идеи о сравнительном землеведении».

В настоящее время сравнение как специфический логический прием пронизывает все методы географических исследований, но вместе с тем оно давно выделилось в качестве самостоятельного метода научных исследований -- сравнительно-географического, который приобрел особенно большое значение в географии и биологии.

Природа Земли столь разнообразна, что только сравнение различных природных комплексов позволяет выявить их особенности, их наиболее характерные, а потому и наиболее существенные черты. «Сравнение способствует выделению из потока географической информации особенного и потому главного». Выявление сходства и различия ПТК позволяет судить о причинной обусловленности сходства и генетических связях объектов. Сравнительно-географический метод лежит в основе любой классификации ПТК и других объектов и явлений природы. На нем базируются различного рода оценочные работы, в процессе которых свойства ПТК сопоставляются с требованиями к ним, предъявляемыми тем или иным видом хозяйственного использования территории.

На первых этапах своего применения сравнительный метод исчерпывался зрительным сопоставлением объектов и явлений, затем стали анализироваться словесные и картографические образы. В обоих случаях сравнивались преимущественно формы объектов, их внешние признаки, т.е. сравнение было морфологическим. В дальнейшем, с развитием геохимического, геофизического и аэрокосмических методов, появилась возможность и необходимость использования сравнительного метода для характеристики процессов и их интенсивности, для изучения взаимосвязей между различными объектами природы, т.е. для изучения сущности ПТК. Возможности и надежность сравнительного метода, глубина и полнота получаемых с его помощью характеристик, точность и достоверность результатов постоянно возрастают. Массовость географической информации заставляет ужесточать требования к ее однородности. Достигается это путем строгой фиксации наблюдений в специальных бланках и таблицах. На непродолжительном этапе (в 60 -- 70-х гг. XX в.) для анализа большого количества материалов использовались перфокарты. В настоящее время сравнительный метод неразрывно связан с математическим и с использованием компьютерной техники.

Особенно велика роль сравнительного метода на этапе нахождения эмпирических зависимостей, но фактически он присутствует на всех уровнях научных исследований.

Различают два основных аспекта применения сравнительно-географического метода. Первый аспект связан с использованием умозаключений по аналогии (метод аналогий). Он заключается в сопоставлении слабо изученного или неизвестного объекта с хорошо изученным. Например, в ландшафтном картографировании еще в камеральный период и в процессе рекогносцировочного ознакомления с территорией выделяются группы сходных по своему характеру ПТК. Из них детально обследуются лишь немногие, на остальных объем полевых работ весьма сокращенный, некоторые вовсе не посещаются, а их характеристика в легенде карты дается на основании материалов хорошо изученных ПТК.

Второй аспект состоит в исследовании одинаково изученных объектов. Возможны два пути сравнения таких объектов. Можно сравнивать объекты, находящиеся на одинаковой стадии развития, что позволяет установить их сходство и различие, искать и находить факторы и причины, обусловливающие их сходство. Это позволит сгруппировать объекты по сходству, а затем применить характеристики однотипных объектов для рекомендаций по их использованию, прогнозированию их дальнейшего развития и т.д. Другой путь заключается в сравнении объектов, существующих одновременно, одинаково изученных, но находящихся на разной стадии развития. Этот путь дает возможность раскрыть стадии развития близких по генезису объектов. Такое сравнение лежит в основе эргодического принципа Больцмана, позволяющего по изменениям ПТК в пространстве проследить их историю во времени. Например, развитие эрозионных форм рельефа от промоины до балки и долины ручья. Этим путем сравнительный метод логически и закономерно привел географию к историческому методу исследования.

Картографический метод познания действительности столь же широко распространенный и такой же (или почти такой же) древний, как и сравнительно-географический. Прародителями современных карт были наскальные рисунки древнего человека, рисунки на коже, резьба по дереву или кости, позже - первые примитивные «карты» для мореплавания и т.д. Первым осознал значение картографического метода и ввел его в обиход еще Птолемей. Картографический метод продолжал интенсивно развиваться даже в Средние века. Достаточно вспомнить фламандского картографа Меркатора, который создал цилиндрическую равноугольную проекцию карты мира, до сих пор используемую в морской картографии.

Особенно большое значение и развитие картографический метод приобрел в эпоху Великих географических открытий. Первоначально карты использовались исключительно для изображения взаимного размещения и сочетания различных географических объектов, сопоставления их размеров, с целью ориентирования, оценки расстояний. Тематические карты для научных исследований появились лишь в XIX в. А. Гумбольдт был одним из первых создателей карт, на которых изображались абстрактные понятия. В частности, он ввел в науку новый термин «изотермы» -- линии, позволяющие изобразить на карте распределение на территории тепла (невидимого на местности). В.В. Докучаев в почвенном картографировании также не только изображал пространственное размещение почв, но и строил легенды карт с учетом генетического принципа и факторов почвообразования. А.Г. Исаченко писал, что с помощью карт может изучаться не только состав и структура географических комплексов, но и элементы их динамики, развития.

Постепенно картографический метод стал неотъемлемой частью самых разнообразных географических исследований. Л.С. Берг отмечал, что карта является началом и концом географического изучения, описания и выделения ландшафта. Н.Н. Баранский также утверждал, что «карта есть «альфа и омега» (т.е. начало и конец) географии. От карты всякое географическое исследование исходит и к карте приходит, с карты начинается и картой кончается». «Карта... способствует выявлению географических закономерностей». «Карта является как бы вторым языком географии...».

По К.А. Салищеву, картографический метод исследования заключается в использовании разнообразных карт для описания, анализа и познания явлений, для получения новых знаний и характеристик, изучения процессов развития, установления взаимосвязей и прогноза явлений.

На начальных этапах познания картографический метод -- метод картографирования -- используется как метод отображения объективной реальности. Карта служит специфической формой фиксации результатов наблюдений, накопления и хранения географической информации.

Своеобразным протоколом полевых наблюдений является карта фактического материала, дальнейший анализ которой позволяет создать первичную тематическую (специальную) карту. Легенда к карте представляет собой результат классификации изображенных на ней объектов. Таким образом, в создании тематической карты используется не только картографический, но и сравнительный метод, применение которого позволяет провести классификацию фактических данных, выявить определенные закономерности и на их основе выполнить генерализацию, т.е. перейти от конкретного к абстрактному, к формированию новых научных понятий.

На основе карты фактического материала может быть составлен целый ряд специальных карт, главной из которых служит ландшафтно-типологическая карта - итог полевого ландшафтного картографирования.

Ландшафтная карта, представляющая собой уменьшенное генерализованное изображение ПТК на плоскости, - это, прежде всего, пространственная знаковая модель природных территориальных комплексов, полученная по определенным математическим законам. И как всякая модель она сама служит источником новой информации о ПТК. Картографический метод исследования как раз и направлен на получение и анализ этой информации с целью более глубокого познания объектов и явлений.

Источником информации в этом случае служит не сама объективная реальность, а ее картографическая модель. Результаты таких опосредованных наблюдений в виде разнообразных качественных или количественных данных фиксируются в виде словесного описания, таблиц, матриц, графиков и т.д. и служат материалом для выявления эмпирических закономерностей с помощью сравнительного, исторического, математических и логических методов.

Еще более широкие перспективы для изучения взаимосвязей и зависимостей между объектами, установления основных факторов их формирования и причин наблюдаемого размещения открываются при сопряженном изучении нескольких карт различного содержания. Сопоставляться могут карты одинакового содержания, но составленные и изданные в разное время, либо карты, составленные одновременно, но фиксирующие разные моменты времени (например, серия карт среднемесячных температур, серия палеогеографических карт и т.д.). Главная цель сравнения разновременных карт - изучение динамики и развития изображенных на них объектов и явлений. При этом большое значение имеют точность и достоверность сравниваемых карт.

Совершенствуются не только картографические методы и составляемые карты, но и методы их анализа. В недалеком прошлом основным и едва ли не единственным приемом анализа карт был визуальный анализ. Его результат -- качественное описание объектов с некоторыми количественными характеристиками, которые могли быть прочтены с карты или оценены глазомерно и представлены в виде отдельных показателей, таблиц, графиков. Важно при этом не ограничиваться простым изложением фактов, а постараться вскрывать связи и причины, давать оценку изучаемым объектам. Затем появился и стал широко применяться графический анализ, который заключается в составлении по данным, полученным с карт, различных профилей, разрезов, графиков, диаграмм, блок-диаграмм и т.д. и дальнейшем их изучении. Графоаналитические приемы анализа карт заключаются в измерении по картам количественных пространственных характеристик объектов: длин линий, площадей, углов и направлений. На основании результатов измерений рассчитываются разнообразные морфоаналитические показатели. Графоаналитические приемы часто называют картометрией, или картометрическим анализом.

Картографический метод исследования особенно широко используется на начальных этапах познания (при сборе и фиксации результатов наблюдений в природе и их систематизации), а также для отражения выявленных в процессе изучения эмпирических закономерностей и получения с готовых карт новой информации, переработка которой с помощью других методов позволяет не только получать новые эмпирические закономерности, но и формировать теорию науки. Картографирование результатов исследований - неотъемлемая часть комплексных физико-географических исследований.

Исторический методпознания природы также один из традиционных методов географических исследований, хотя он сформировался значительно позднее сравнительного и картографического методов и в значительной мере опирается на них.

Возникновение исторического метода стало возможным лишь в XVIII столетии, когда распространилось представление об изменчивости природы поверхности Земли. Основоположниками его были немецкий ученый И. Кант, создавший небулярную космогоническую гипотезу, и наш великий соотечественник М.В. Ломоносов. Всем известно замечательное высказывание Ломоносова в его труде «О слоях земных»: «И, во-первых, твердо помнить должно, что видимые телесные на Земле вещи и весь мир не в таком состоянии были с начал от создания, как ныне находим; но великие происходили в нем перемены, что показывают История и древняя География, с нынешнею снесенная...».

Признание изменчивости природы Земли требовало ее изучения. Попытки использовать для решения этой проблемы уже существовавшие методы привели к их трансформации в связи с появлением новых аспектов их применения, решением новых задач и использованием новых приемов, в результате чего и сформировался исторический метод.

Современный исторический метод базируется на положении диалектического материализма о непрерывном движении и развитии материи. Исторический метод играет решающую роль во всех случаях, когда исследуемые объекты и процессы требуют своего рассмотрения в развитии и становлении, поэтому он является одним из основных методов комплексной физической географии. Еще в 1902 г. Д.Н. Анучин писал, что «представление об эволюции, о ходе развития, о процессах и силах, которыми это развитие вызывалось и обусловливалось», необходимо иметь «для более осмысленного понимания настоящего». Исторический метод позволяет «познать настоящее в его развитии», является ключом к пониманию современных закономерностей природы и помогает дать прогноз ее развития в будущем.

Задача исторического анализа в комплексных физико-географических исследованиях - проследить становление современных черт природы Земли, установить исходное состояние того или иного ПТК и ряд его конкретных переходных состояний (стадий развития), изучить современное состояние как результат произошедших изменений, выявить движущие силы и условия процесса развития. Однако при историческом анализе чаще всего используются не сами состояния природных комплексов, а разнообразные «следы» когда-то существовавших состояний. Ретроспективный анализ, основанный на изучении «следов состояний» ПТК, дает возможность познать взаимосвязи между различными компонентами и комплексами в историческом аспекте, т.е. создать пространственно-временную характеристику ПТК.

В.А.Николаев обращает внимание на то, что при комплексных физико-географических исследованиях и ретроспективный анализ должен быть достаточно комплексным, т.е. должен включать не только литогенные, но и биогенные компоненты, которые фиксируют наиболее поздние этапы становления ПТК и поэтому дают ценный материал для установления тенденций дальнейшего развития комплексов. Насколько глубоко такой анализ может проникнуть в прошлое ПТК и насколько достоверен и детален он будет, зависит от возраста, обилия и разнообразия таких «следов состояний».

Наряду с ретроспективным анализом структуры современных ПТК для палеогеографических реконструкций используется ряд других методов: спорово-пыльцевой, карпологический, палинологический, фаунистические анализы, изучение погребенных почв и коры выветривания, археологический, радиоуглеродный, стратиграфический, минералогический, гранулометрический и т.д.

Глубина палеогеографического анализа в очень большой степени зависит от ранга изучаемого природного комплекса. Чем крупнее комплекс, чем он устойчивее, тем более длительный отрезок времени требуется проанализировать при изучении процессов его становления. Чем мельче комплекс, чем он моложе, тем он мобильнее и тем короче временной отрезок его формирования. Чаще всего палеогеографический анализ применяется для изучения четвертичной (антропогеновой) истории, но может применяться и для более отдаленных периодов.

В настоящее время все чаще «сравнение состояний во времени», т.е. исторический метод, используется в сочетании с геофизическим и геохимическим методами для исследования наиболее простых и динамичных комплексов, для изучения самих комплексов и факторов, формирующих или формировавших их в недалеком прошлом. Такое изучение базируется на непосредственных наблюдениях, преимущественно на стационарах, за современными процессами, протекающими в ПТК, либо на анализе картографических и аэрофотоматериалов. В.С. Преображенский выделяет этот аспект применения исторического метода в качестве самостоятельной составной его части -- динамического метода.

Стоит упомянуть также возможность проведения анализа на основе изучения исторических документов. Такой анализ может быть назван собственно историческим.

Таким образом, с развитием науки расширяются рамки применения исторического метода, постоянно совершенствуются технические приемы сбора данных и способы обработки информации, позволяющие в настоящее время получать не только качественную характеристику, но и точные количественные показатели.

В современной физической географии мы можем выделить три основных аспекта исторического метода: палеогеографический, основанный на изучении самых разнообразных «следов» бывших состояний ПТК; собственно исторический, базирующийся на изучении исторических документов о бывших состояниях ПТК (в том числе и отраженных в географических названиях и терминах), и динамический, изучающий современные изменения состояний, фиксируемые преимущественно в процессе стационарных исследований. Из этих трех аспектов самым ранним был, очевидно, собственно исторический, позже появился и активно развивался палеогеографический. Совсем недавно, с появлением комплексных физико-географических стационаров (60-е гг. XX в.), зародился и успешно развивается динамический аспект.

Таким образом, кратко рассмотрев современное состояние традиционных методов географических исследований, мы видим, что они находят широкое и разнообразное применение в комплексной физической географии.

Методы исследований, используемые с 30 - 50-х гг. XX в.

Из этих методов особенно большую популярность получили аэрометоды -- исследование территории с помощью летательных аппаратов. Они подразделяются на аэровизуальные и различные виды съемок, из которых в физико-географических исследованиях находит применение аэрофотосъемка.

Аэровизуальные наблюдения представляют собой обзор местности с самолета или вертолета с целью изучения природных особенностей территории и степени изменения ее человеком. Они применяются для рекогносцировки (особенно в труднодоступных районах), для картографирования и дешифрирования аэрофотоснимков. В последнем случае аэровизуальные наблюдения сочетаются с наземными на ключевых участках. Весьма эффективны аэровизуальные наблюдения для изучения сезонных изменений природы в пространстве.

Аэрофотосъемка -- это фотографирование местности с летательных аппаратов. Результат съемки - аэрофотоматериалы, представленные в виде снимков, репродукций накидного монтажа, фотосхем и фотопланов. Первые аэрофотосъемки для производственных целей (лесоустройства, землеустройства, дорожного строительства) были проведены в нашей стране в 1924 г. В 30-х гг. XX в. аэросъемкой уже были покрыты огромные пространства, ее материалы использовались для топографических целей, изучения Арктики и лесов. Имелись первые опыты применения их для изучения рельефа, болот, рек. Все более очевидной становилась большая научная ценность аэрофотосъемки, однако до окончания Великой Отечественной войны продолжался период широкого, но недостаточно глубокого использования материалов аэрофотосъемки. Изучались лишь те объекты, которые находили непосредственное отображение на аэрофотоматериалах.

Лишь в послевоенные годы повысился интерес к методам дешифрирования аэрофотоизображения. Географы увидели в аэрофотометодах новый многообещающий способ быстрого сбора информации на большой территории. Аэрофотометоды стали использовать во всех географических науках и в ряде смежных наук. Этому способствовало появление новых видов аэрофотосъемки: черно-белой спектрозональной, цветной и цветной спектрозональной, а также совершенствование методов дешифрирования аэрофотоизображения.

Советские географы выработали свой, весьма эффективный метод дешифрирования аэрофотоснимков -- ландшафтный. Сущность его заключается в том, что «путем анализа фотоизображения того или иного географического комплекса в целом устанавливается та его составная часть, которая непосредственно на аэрофотоснимках не отобразилась». Ландшафтный метод постепенно становится основным при различных территориальных исследованиях с применением аэрофотоматериалов.

Дешифрирование основывается на анализе прямых дешифровочных признаков: тона (или цвета), структуры, формы и размера фотоизображения, а также отбрасываемой объектами тени. Но по прямым признакам могут быть отдешифрированы лишь компоненты, непосредственно изображенные на снимках (растительность, рельеф на безлесных участках, водные объекты, незадернованные горные породы), однако и для них эти признаки позволяют получать весьма скудные данные.

Значительно возрастает объем информации, получаемой с аэрофотоснимков, при использовании косвенных дешифровочных признаков. Такими признаками являются взаимосвязи объектов и явлений в пространстве и во времени.

Косвенные признаки разнообразны, и большинство из них имеет местное значение, поэтому выявление их требует знания природных условий исследуемого района, внимательного изучения взаимосвязей между отдельными компонентами ПТК. Косвенные признаки обычно выявляются путем наземного дешифрирования аэрофотоснимков на ключевых участках, а затем используются при камеральном дешифрировании снимков на остальную территорию. Например, растительный покров служит для определения глубины залегания грунтовых вод в пустыне, а в лесной зоне переход от пойменных лугов и черноольшаников к сосновым лесам свидетельствует о смене поймы террасой и т.д.

Сочетание методов качественного анализа аэрофотоматериалов с количественными (фотометрическим, фотограмметрическим, стереограмметрическим) является наилучшим вариантом применения аэрофотометода, позволяющим полностью использовать богатое содержание аэрофотоснимков.

Аэрометод - это метод исключительно первого этапа познания - сбора фактического материала и получения информации о природных комплексах. Последующая обработка собранных данных производится уже с применением других методов: математических, сравнительного, исторического и т.д. Однако, несмотря на это, значение его в географических исследованиях чрезвычайно велико.

Дальнейшее развитие и совершенствование аэрометодов идет по пути автоматизации дешифрирования, а также в рамках аэрокосмических методов.

Геофизический метод почти столь же старый и традиционный, как сравнительный и картографический, тем не менее относится к новым точным методам исследования. Дело в том, что долгое время география и геофизика развивались как одна наука. В дальнейшем геофизические методы в географии использовались лишь при изучении наиболее динамичных компонентов -- воздушных и водных масс. Применение их к изучению таких сложных динамических систем, включающих в себя разные уровни организации материи, как природные территориальные комплексы и географическая оболочка, в целом стало качественно новым этапом в развитии геофизического метода в географии.

Геохимический метод, напротив, довольно молод. Он зародился лишь в начале XX в. на стыке химических наук и наук о Земле. Оба эти метода активно внедряются в современные комплексные физико-географические исследования, поэтому в дальнейшем они будут рассмотрены более детально.

Методы исследований, применяемые с 60 - 80-х гг. XX в.

Космические методы географических исследований начали развиваться на базе аэрометодов с 1960 г., когда был запущен первый метеорологический спутник и получен первый космический снимок Земли. Обладая основными достоинствами аэрометодов, космические методы имеют перед ними преимущество в том, что дают возможность получать в короткие сроки сопоставимую глобальную информацию о земной поверхности. Это позволяет реально перейти к целостному изучению географической оболочки Земли и слагающих ее компонентных оболочек, а также к установлению глобальных географических закономерностей.

Как и аэрометоды, космические методы относятся к дистанционным методам исследования. В настоящее время проводится несколько различных видов космических съемок (фотографическая, телевизионная, спектрометрическая, микроволновая и др.). Использование многообъективных камер делает доступным получение многозональных снимков.

Основным отличием космических снимков от аэрофотоснимков является их намного большая обзорность, зависящая, как известно, от высотного положения летательного аппарата. Если съемка с высотных самолетов производится с высоты 10 - 20 км, то с помощью ракет она ведется уже с высоты 80 - 250 км. Оптимальная высота фотографирования Земли со спутников - 200 - 1500 км. Первое глобальное изображение Земли (полушарие в целом) было получено искусственным спутником «Молния» с высоты 20- 40 тыс. км.

С помощью космических методов получают информацию предельно объективную, массовую, разнообразную, синхронную по обширным участкам географической оболочки. Это дает возможность изучать пространственно-временные изменения географической оболочки, современную структуру и динамику ПТК планетарного (глобального) и регионального уровней. Тщательный анализ космических снимков позволяет не только познавать эмпирические закономерности, но и подняться на уровень теоретических обобщений.

Космические методы наиболее тесно связаны в своем использовании с картографическим и математическими методами. Метеорология и геология пока еще остаются главными потребителями информации из Космоса. В комплексной физической географии также постепенно накапливается опыт применения космических методов. Несомненно, что космические методы будут развиваться дальше и широко использоваться в географии. Однако одной из сложных проблем их использования является огромнейший, буквально лавинный поток информации, требующий обработки и осмысления.

Математические методы издавна применялись в ряде отраслевых географических наук: климатологии, гидрологии, океанологии. О необходимости их использования в физической географии писал еще в середине 30-х гг. А.А. Григорьев. Однако пионером внедрения математических методов в комплексную физическую географию, безусловно, стал Д.Л. Арманд.

Объективные трудности применения математических методов к изучению ПТК заключаются в сложности структуры объектов исследования, в чрезвычайно слабой формализации ландшафтных понятий и недостаточной математической подготовке географов.

Известно, что ПТК представляют собой сложные динамические системы со множеством прямых и обратных связей как внутри комплекса (между его составными частями), так и с окружающей ПТК средой. Это делает ПТК принципиально вероятностными системами, для изучения которых мало подходят те разделы математики (дифференциальное и интегральное исчисление), с которыми обычно были знакомы географы. Развитие новых разделов математики, специально предназначенных для изучения сложных динамических систем, и накопленный опыт их использования в биологии и геологии облегчили внедрение математических методов в географию.

Переломным в математизации географии был 1960 г., когда на Международном географическом конгрессе в Стокгольме советские географы выступили с рядом докладов о математических методах в географии. После этого появился буквально поток работ по применению математических методов в географии, охвативший и комплексную физическую географию.

Кроме методов математической статистики и теории вероятности, широко используемых в настоящее время в физической географии, применяются также математический анализ, теория множеств, теория графов, матричная алгебра и др. Особенно большие надежды возлагаются на использование теоретико-информационных методов и кибернетики.

А.Д. Арманд (1975) считал, что не так интересен вопрос о том, какие разделы математики применяются в решении тех или иных географических задач, как важно проследить, какие математические методы используются на разных ступенях географического исследования, на разных этапах познания.

Существует также мнение о том, что не только сами географы должны выбирать для решения своих задач те или иные математические методы, а что более естествен и продуктивен путь приспособления самого математического аппарата к мышлению географа для облегчения выполнения наиболее часто повторяющихся операций.

До сих пор еще в географии наиболее широко используются вероятностно-статистические методы, необходимые для анализа протоколов наблюдений и систематизации фактических данных, т.е. на эмпирическом уровне познания. Однако при переходе на теоретический уровень для обобщений и выявления основных закономерностей географы все больше начинают использовать математический и векторный анализ, теорию информации и теорию множеств, теорию графов и теорию распознавания образов, теорию вероятности и теорию конечных автоматов. При этом резко возрастает роль таких познавательных операций, как идеализация, абстракция, гипотеза. Получение результатов исследования в виде карт, графиков, математических формул и т.д. по сути дела уже является моделированием.

Дальнейшие перспективы развития теоретического уровня в географии связаны с использованием математических и логических методов, а также методов моделирования и кибернетики.

Моделирование как метод исследования в последнее время приобретает все более широкое распространение. Оно представляет собой естественный прием познания и практической деятельности, особую форму опосредования. При моделировании между исследователем и интересующим его объектом ставится некоторое промежуточное звено -- модель. Модель должна быть похожа на оригинал, но она всегда должна чем-то отличаться от оригинала (размерами, формой, субстратом, структурой, скоростью процессов и т.д.), так как при полном совпадении модели с оригиналом исчезает сам смысл моделирования, ибо модель перестает выполнять свои функции.

В течение столетий люди пользовались моделями без специального теоретического обоснования. Возникновение моделирования как метода теоретического познания связано с появлением в конце XVII в. учения И. Ньютона о подобии. Дальнейшее его становление произошло только в XIX в., после открытия закона сохранения и превращения энергии. Но свои более развитые формы моделирование приобрело в теоретическом естествознании лишь в XX в.

В 60-70-х гг. XX в. проблемам моделирования посвящено большое количество работ, в том числе географических. В физической географии понятие «модель» трактуется очень широко. «Моделью может быть и теория, и закон, и гипотеза, и идея, обладающая определенной структурой. Моделью может быть также и роль, соотношение, уравнение или синтез данных. Для географии особенно важно, что моделями можно считать и суждения о реальном мире, получаемые с помощью переносов в пространстве (пространственные модели) и во времени (исторические модели)». А.Д. Арманд также называет моделью «любую систему, подобную другой системе, которая принимается за оригинал и служит для кого-то в чем-то заместителем оригинала».

Модели и моделирование в таком понимании не являются чем-то принципиально новым для географии. Буквально с первых шагов развития географии в ней использовались элементы моделирования и простейшие модели в виде описаний, зарисовок, а позднее схем и карт. По сути дела любые формы фиксации результатов наблюдений (протоколы наблюдений) - описания, рисунки, таблицы, профили, схемы, графики, фотографии, карты, уравнения и т.д. - являются моделями ПТК.

Классификацию моделей в применении к природным комплексам разработал А.Д. Арманд. Он различает модели природных комплексов по назначению (теоретические, поисковые, портретные);.по логическому пути построения (дедуктивные, индуктивные); по степени отражения действительности (статические, кинематические, динамические); по применению числового материала (качественные, количественные); по характеру реализации (физические, символические, идеальные); по учету случайных отклонений (детерминированные, вероятностные); по учету физической сущности моделируемого процесса (обмен веществом, обмен энергией, обмен информацией).

Значение моделирования для комплексной физической географии заключается в том, что оно позволяет в процессе упрощения изменить масштаб размерности, масштаб времени и масштаб сложности. С масштабом размерности географы имели дело с давних времен при построении карт. Изменение временного масштаба в комплексной физической географии начало практиковаться значительно позже в связи с изучением динамики ПТК. Наиболее интересным и одновременно наиболее трудным является моделирование масштабов сложности ПТК.

Моделирование как процесс познания включает в качестве обязательного этапа исследование построенной модели. Например, ландшафтная карта как модель должна не просто отражать результаты полевой проверки и уточнения предварительной ландшафтной карты, составленной еще до выезда в поле, но и давать дополнительную информацию, допустим, о морфологической структуре ПТК. Здесь уже на первый план выдвигается не образность модели, а ее способность выступать в качестве заместителя оригинала в определенных пределах, важных для исследования. Чтобы моделирование выполняло свою функцию в полной мере, необходима экстраполяция результатов изучения модели на оригинал и последующая проверка полученной информации путем сравнения с природой, с содержанием изучаемого объекта.

На разных этапах комплексных физико-географических исследований моделирование играет различную роль, и применяются, как правило, разные модели. На этапе сбора фактического материала используются преимущественно портретные символические модели, репродукционные, аналоговые. Эти модели применяются давно и широко.

На этапе получения эмпирических закономерностей, в науке обычно возрастает роль физических моделей. Это приемлемо для тех отраслевых географических наук, которые занимаются изучением неживой природы. Создание же физической модели ПТК невозможно как минимум до тех пор, пока не будут созданы модели живых организмов -- составных частей ПТК. Поэтому в комплексной физической географии на этапе получения эмпирических закономерностей используются другие модели: символические портретные и поисковые, среди которых все большее значение приобретают математические модели. Находят применение также модели-представления.

На теоретическом этапе познания должны прежде всего использоваться идеальные модели, модели-представления. Перспективным для дальнейшего развития комплексной физической географии представляется использование преимуществ кибернетического моделирования как метода теоретического осмысления сложных динамических систем. Оно опирается на принцип статистической связи функции и структуры и является функциональным. Центральное место в нем занимает не рассмотрение сложной динамической системы самой по себе, а зависимости функционирования системы от среды, характеристика ее поведения в определенной среде. Этот аспект кибернетического моделирования особенно привлекает географов в связи с разработкой географических прогнозов.

Таким образом, модели в географии используются давно, однако в настоящее время резко возросла роль теоретического моделирования, почему и метод моделирования отнесен к новейшим.

С проблемой моделирования тесно перекликается задача построения банка географических данных, который должен представлять собой автоматизированную систему обработки и анализа информации. Нужно, чтобы такая система позволяла хранить, накапливать, систематизировать, комбинировать и перерабатывать географические данные для любых целей и в любой последовательности.

ЛЕКЦИЯ 2

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Географическая оболочка и природные территориальные комплексы

Объектом изучения комплексной физической географии являются географическая оболочка как целостное природное образование, особая планетарная система и слагающие ее природные территориальные и аквальные комплексы разной размерности, которые обособились в процессе развития географической оболочки.

Являясь целостным образованием, географическая оболочка неоднородна внутри себя. В вертикальном направлении она распадается на ряд компонентных (частных) оболочек (литосферу, гидросферу, атмосферу, биосферу, педосферу), в каждой из которых преобладает вещество в определенном агрегатном состоянии или форме его организации. Вещество частных оболочек формирует различные компоненты природы: рельеф с образующими его горными породами, почвы с корой выветривания, водные и воздушные массы, сообщества растений и животных (биоценозы). Между компонентными оболочками происходит обмен веществом, энергией и информацией, объединяющий эти разнокачественные оболочки в качественно новое целостное единство, свойства которого не сводятся к свойствам суммы слагающих его частей. Изучением компонентных оболочек как составных частей более сложного целого занимаются отраслевые физико-географические науки (геоморфология, гидрология, климатология, почвоведение, биогеография), материалы которых физико-географы используют в своих исследованиях.

Горизонтальная неоднородность географической оболочки выражается в существовании природных территориальных и природных аквальных комплексов (соответственно ПТК и ПАК) - исторически обусловленных и территориально ограниченных закономерных сочетаний взаимосвязанных компонентов природы. Их обособление связано с территориальной дифференциацией энергии, обусловленной формой и происхождением планеты Земля: различным количеством лучистой энергии, поступающей из Мирового пространства, и внутренней энергии Земли, получаемой тем или иным участком географической оболочки.

И вертикальная, и горизонтальная неоднородность географической оболочки возникла в процессе ее формирования и развития, но вертикальная дифференциация (на геосферы) обусловлена, прежде всего, дифференциацией вещества, а горизонтальная (на ПТК) связана главным образом с пространственной дифференциацией энергии. Так как подавляющая часть энергии поступает в географическую оболочку извне и подвержена значительным изменениям в пространстве и во времени, горизонтальная дифференциация менее устойчива, более динамична и постоянно усложняется в процессе развития географической оболочки. В результате этого в пределах географической оболочки сформировалось большое количество ПТК разной величины и различной степени сложности, как бы вложенных друг в друга и представляющих собой систему соподчиненных единиц, определенную иерархическую лестницу, так называемую таксономическую систему. Чем крупнее комплекс, чем выше его ранг, тем больше неоднородность внутри него, тем более заметно его внутреннее многообразие, тем ярче выражена его индивидуальность, неповторимость, непохожесть на соседние комплексы.

Общепринятой таксономической системы ПТК в физической географии пока еще нет. Наиболее широко распространенной является следующая система комплексов: географическая оболочка - суша - материк - страна - зона (горная область) - провинция - район - ландшафт - урочище - фация. Наряду с ней существуют и другие системы, в том числе и двухрядные, имеющие на своих верхних ступенях самостоятельные системы зональных (географический пояс - зона - подзона) и азональных (суша - континент - субконтинент - страна) единиц.

Каждый более мелкий комплекс возникает и обособляется в процессе развития вмещающего его более крупного ПТК, поэтому, чем мельче комплекс, тем он моложе, тем проще устроен и тем более динамичен. Исключение составляют лишь реликтовые комплексы, входящие в состав более крупных, но более молодых.

Представление о природных территориальных комплексах зародилось в географии в конце XIX столетия и сформировалось в первой половине XX в. Оно связано с именами таких ученых, как В.В. Докучаев, А.Н. Краснов, Г.Н. Высоцкий, Г.Ф. Морозов, Л.С. Берг, Б.Б. Полынов, И.В. Ларин, Р.И. Аболин, Л.Г. Раменский, А.А. Борзов и др. Разные исследователи называли изучаемые комплексы по-разному: ландшафтные зоны и географические комплексы, ландшафты и микроландшафты, фации и эпифации, эпи-морфы и урочища. Разной была степень внутренней сложности изучаемых объектов, а иногда просто названия, но сущность объектов сохранялась: в любом случае это были территориальные сочетания взаимосвязанных компонентов природы - ПТК.

Естественно, в процессе развития науки и накопления материалов по изучению ПТК представление о них уточнялось, дополнялось, совершенствовалось, уточнялись иерархия и диагностические признаки. Одно из последних новейших определений термина ПТК принадлежит А.Г. Исаченко. Он определяет ПТК как «пространственно-временную систему географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающихся как единое целое». Наряду с термином ПТК в качестве синонима иногда используются названия «геокомплекс», «геосистема», «географический комплекс», «ландшафтный комплекс» и даже «ландшафт». Можно дискутировать по поводу полного или неполного совпадения этих терминов, но от использования термина «ландшафт» в качестве синонима ПТК следовало бы отказаться, так как многие исследователи под ландшафтом понимают не любой ПТК, а одну строго определенную единицу в ряду соподчиненных ПТК. Такой трактовки ландшафта придерживаемся и мы.

Объектами полевых комплексных физико-географических исследований обычно служат относительно небольшие и достаточно просто устроенные ПТК - ландшафт и его морфологические единицы.

Простейший, элементарный ПТК называется фацией. По определению Н.А. Солнцева, «фация - это природный территориальный комплекс, на всем протяжении которого сохраняется одинаковая литология поверхностных пород, одинаковый характер рельефа и увлажнения, один микроклимат, одна почвенная разность и один биоценоз». Из определения следует, что основным диагностическим признаком фации служит пространственная однородность слагающих ее компонентов. Эта однородность может нарушаться только воздействием человека, в результате чего возникают антропогенные модификации фаций, занимающие целиком или частично природные фации.

Причиной обособления фаций чаще всего бывает изменение рельефа, т.е. изменение местоположения. В связи с тем, что рельеф земной поверхности очень неровный, его изменение происходит на небольших расстояниях, и фации имеют, как правило, малые площади.

Обычно фация занимает элемент или часть формы микрорельефа. Примерами фаций могут быть склон оползневого бугра с осинником крупнотравным на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах; центральная часть суффозионной западины с влажнотравно-осоковым лугом на дерново-глеевых тяжелосуглинистых почвах и т.д. Часто встречаются фации, занимающие часть элемента формы мезорельефа, например подножие делювиального склона, притеррасную избыточно влажную часть поймы, верхнюю выпуклую часть моренного холма, межложбинное пространство на приба-лочном склоне и т.д. Иногда фация занимает весь элемент формы мезорельефа или целиком всю форму микрорельефа. В качестве примера можно привести фацию неглубокой блюдцеобразной западины, отличающуюся от окружающего ее выровненного пространства несколько повышенным увлажнением, глееватостью почвы, более влаголюбивой растительностью. При этом ровная поверхность междуречья при однородной литологии и одинаковом почвенно-растительном покрове также будет являться фацией, хотя и более обширной по размерам.

Иногда обособление фаций может быть вызвано сменой литологии слагающих пород. Так, если овраг прорезает толщу пород разного литологического состава, то на частях склона, сложенных различными породами, формируются свои, отличные друг от друга фации. В обособлении фаций определенную роль может играть крутизна или экспозиция склона, которая обусловливает различия в инсоляции, а, следовательно, в нагревании склонов разной экспозиции.

Как видим, первопричиной фациальной дифференциации является изменение литогенной основы. Оно, в свою очередь, вызывает изменение теплового режима, глубины залегания грунтовых вод, баланса влаги и т.д. Это приводит к возникновению новых условий местообитания (экологических условий) и формированию нового биоценоза.

Подурочище - это ПТК, состоящий из ряда фаций, приуроченных к одному элементу формы мезорельефа. Фации, слагающие подурочище, отличаются ярко выраженной общностью местоположения, связаны генетически и динамически и вследствие этого имеют много общего в отношении природных свойств и процессов, их изменяющих (гравитационных, поверхностного стока и др.). Следовательно, основным диагностическим признаком подурочища является приуроченность к определенному элементу формы мезорельефа одной экспозиции: к склону оврага, вершине моренного холма, плоской поверхности террасы и т.д. Все фации, входящие в подурочище, обладают, таким образом, топологическим единством (единством местоположения), следствием которого является их сходство в отношении поступающего тепла и света. Нередко фации подурочища обладают и литологической общностью, так как все пространство в границах подурочища может быть сложено одной литологической разновидностью поверхностных отложений: аллювиальными песками, балочным аллювием, делювиальными суглинками, опесчаненной мореной и т.д. Однако литологическая общность фаций подурочища не является обязательной. В пределах подурочища пофациально могут варьировать механический состав почв, условия почвенно-грунтового увлажнения и водного режима почв, а подчас и литологический состав пород. Это обусловливает разную степень смытости, оглеенности, оподзоленности почв, существование различных группировок растений и т.д.

Примерами подурочищ могут служить покатый прибалочный склон северной экспозиции, сложенный с поверхности покровными суглинками, с серыми лесными средне- и тяжелосуглинистыми почвами слабой и средней смытости, распаханный; коренной склон долины реки, сложенный покровными суглинками, подстилаемыми мореной, залегающей на известняках карбона, поросший лесом; склон моренного холма южной экспозиции, покрытый берёзово-еловым лесом, с дерново-подзолистыми почвами разной степени оподзоленности и завалуненности.

Урочище - более сложный ПТК, представляющий собой систему генетически, динамически и территориально взаимосвязанных фаций и подурочищ. Как правило, урочища бывают четко обособлены в пространстве, так как каждое из них обычно занимает целиком всю форму мезорельефа. Особенно четко оконтуриваются урочища в условиях расчлененного рельефа с частым чередованием положительных и отрицательных форм: холмов и котловин, балок и межбалочных пространств, гряд и ложбин и т.д.

Пространственное совпадение урочищ с определенными формами рельефа является важнейшим диагностическим признаком при их выделении.

Кроме рельефа, причиной обособления урочищ может явиться изменение геологического строения (глубины залегания и характера коренных пород, подстилающих рыхлые наносы, состава рыхлых отложений и т.д.) или глубины залегания грунтовых вод. Если по простиранию одной формы мезорельефа наблюдается смена подстилающих пород, вскрываемых этой формой, то урочище будет занимать лишь часть, вернее отрезок формы мезорельефа, характеризующийся одинаковым геологическим строением. Например, если овраг в верховьях прорезает только покровные суглинки, в средней части, прорезав суглинки, врезается в морену, а в низовьях вскрывает и подстилающие морену известняки, то в его пределах формируются три различных урочища. Верховье будет представлять собой сухой полузадернованный овраг в покровных суглинках; средняя часть - сырую балку со склонами, сложенными в верхней части покровными суглинками, а в нижней - мореной; нижняя часть - сухую балку со ступенчатыми склонами. Внутренняя структура такого оврага будет неизменно усложняться при движении от верховья к его устьевой части.

Что касается приуроченности биокомпонентов к ПТК ранга урочища, то они не могут являться диагностическим признаком при выделении урочищ. Почвы и растительность в пределах урочища могут существенно изменяться от фации к фации (пофациально) вплоть до принадлежности к различным типам. Так, осоково-пушицевые низинные болотца с торфянисто-глеевыми почвами днищ балок могут сменяться злаковыми степными ассоциациями на черноземах или дубравами на серых лесных почвах по склонам балок. В Притомье влажнотравные луга или ивняковые заросли днищ балок нередко сменяются еловыми или берёзовыми лесами по склонам.

В связи с тем, что каждое урочище представляет собой закономерное сочетание слагающих его фаций, выделение урочищ может производиться путем изучения их внутренней структуры. Особенно важен такой подход к изучению урочищ в условиях однообразного слабо расчлененного рельефа, где основной диагностический признак (рельеф) визуально улавливается плохо, поэтому оказывается недостаточным для разграничения урочищ.

В зависимости от своего морфологического строения урочища делятся на простые и сложные. Если в урочище каждый элемент формы рельефа занят только одной фацией, мы имеем дело с простым урочищем. Если же хоть один из элементов занят группой фаций (подурочищем), такое урочище будет сложным. Наиболее сложным является урочище, в котором каждый элемент рельефа представлен подурочищем.

В любом ландшафте встречаются весьма разнообразные урочища, но не все они в равной мере определяют внешний облик и природные свойства ландшафта. Урочища, наиболее часто встречающиеся в ландшафте и определяющие его структуру, называют основными. Среди них выделяются фоновые урочища, или доминанты, занимающие наибольшие площади в ландшафте и образующие его фон. Обычно фоновыми являются урочища междуречных пространств, т.е. исходной поверхности территории, в большей или меньшей степени измененной последующими процессами.

Наряду с урочищами-доминантами в ландшафте часто встречаются более мелкие урочища, вкрапленные в основной фон, которые тоже играют важную роль в его морфологическом строении, хотя и не занимают больших площадей. Это - субдоминанты. Они более молоды, чем фоновые, так как возникли на исходной поверхности под влиянием более поздних геологических и рельефообразующих процессов, изменяющих эту поверхность. Субдоминантами часто бывают урочища растущих оврагов и мокрых балок, карстовых воронок, степных западин и т.д. Если фоновое урочище в каждом ландшафте часто одно, то субдоминантных может быть и два, и три. Встречаются полидоминантные ландшафты, в которых фонового урочища (доминанты) нет.

Состав основных (фоновых и субдоминантных) урочищ и их взаимное расположение характеризуют происхождение ландшафта, направленность современных процессов и типичные черты различных компонентов, поэтому его изучение чрезвычайно важно для познания ландшафта.

Кроме основных урочищ в каждом ландшафте имеются урочища, мало распространенные или встречающиеся единично. Они не определяют морфологической структуры ландшафта, но придают ей своеобразные черты. Это - дополняющие или второстепенные урочища. Среди них выделяются редкие и уникальные. Часто такие урочища проливают свет на историю развития ландшафтов изучаемой территории (реликтовые урочища) и раскрывают тенденции их будущего развития.

Характерные сочетания закономерно повторяющихся урочищ образуют более крупные ПТК - местности и ландшафты.

Местность в иерархии ПТК занимает положение между урочищем и ландшафтом и состоит из закономерного сочетания урочищ. Как и подурочище, это факультативная единица. Местности могут встречаться в пределах одного ландшафта и отсутствовать в другом.

Происхождение местностей связано с некоторыми изменениями литогенной основы на пространстве ландшафта. Эти изменения не столь велики, чтобы вызвать формирование различных ландшафтов, но достаточны, чтобы придать некоторые специфические черты отдельным его частям. Обособление местностей может быть вызвано варьированием на пространстве ландшафта литологического состава поверхностных отложений (покровные суглинки - водно-ледниковые пески и т.д.), характера подстилающих пород (известняки - глины), комплексов форм рельефа (гривисто-ложбинная - бугристо-западинная пойма), интенсивности современных рельефообразующих процессов (интенсивная овражная эрозия на приречной равнине - замедленное развитие овражно-балочной сети на удаленных от рек участках ландшафта) и т.д.

Каждый из таких вариантов отличается от соседних участков либо набором урочищ, либо их специфическими чертами, либо особенностями их размещения, например крупнохолмистый и мелкохолмистый участки в пределах холмисто-моренного таежного ландшафта. Нередко фоновые урочища остаются теми же, а изменения касаются субдоминантных или второстепенных урочищ.

В основе обособления внутри ландшафта местностей лежат генетические причины, вполне объяснимые в каждом конкретном случае.

Ландшафт представляет собой довольно крупный (площадью в десятки и сотни квадратных километров) и сложный ПТК, состоящий из динамически сопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ. Ландшафт обладает генетической однородностью, имеет одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа и одинаковый климат, что и определяет специфику его морфологической структуры (набора и взаимного расположения морфологических единиц).

Все эти особенности ландшафта включены в его определение, данное коллективом ландшафтной лаборатории МГУ: «Ландшафт - это генетически однородный природный территориальный комплекс, имеющий одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат и состоящий из свойственного только данному ландшафту набора динамически сопряженных и закономерно повторяющихся в пространстве основных и второстепенных урочищ». Уже в самом определении намечен путь к практическому распознаванию ландшафтов, их изучению и картографированию, впервые указанный Н.А. Солнцевым в 1947 г.

Основным диагностическим признаком ландшафта является его морфологическая структура, которая придает ландшафту характерный внешний облик (физиономические черты), позволяющий отличать один ландшафт от другого. В связи с этим изучение любого ландшафта в поле должно начинаться с изучения его морфологической структуры. Такой подход позволяет не только вскрыть наиболее существенные особенности ландшафта и взаимосвязи между его составными частями, но и провести границы ландшафта. В отличие от фаций и урочищ, границы которых обычно хорошо улавливаются визуально, ландшафты оконтуриваются, как правило, по характерному сочетанию урочищ на основании анализа его морфологической структуры, так как визуальное проведение границ комплекса, занимающего площадь в десятки и сотни квадратных километров, оказывается весьма затруднительным, а подчас просто невозможным.

При работе в поле исследователь может быть уверен, что находится в пределах одного ландшафта до тех пор, пока видит однотипное сочетание одних и тех же урочищ. Как только появляются новые урочища или изменяются закономерности размещения тех же самых урочищ, нужно быть очень внимательным, ибо где-то здесь проходит граница ландшафтов или их крупных морфологических частей - местностей. Чтобы окончательно решить вопрос о ранге разделяемых границей комплексов, нужно проанализировать весь фактический материал, характеризующий территорию исследования.

Представляя собой систему взаимосвязанных сравнительно простых ПТК (перечень которых может не исчерпываться рассмотренными выше единицами), ландшафт в то же время сам является составной частью более сложных ПТК и, в конечном счете, частью географической оболочки. Из этого исходил, давая свое определение ландшафта, А.Г. Исаченко: «Ландшафт - это генетически обособленная часть ландшафтной области, зоны и вообще всякой крупной региональной единицы, характеризующаяся однородностью как в зональном, так и в азональном отношении и обладающая индивидуальной структурой и индивидуальным морфологическим строением».

Зонально-азональная однородность находит свое выражение в общности фундамента ландшафта, макрорельефа и климата. Она включает и генетическое единство, так как лишь в результате всей предшествующей истории развития формируется современный облик ландшафта.

Таким образом, оба приведенных определения исходят из одних и тех же черт ландшафта и как бы дополняют друг друга. В 1991 г. А.Г. Исаченко дал близкое по смыслу краткое определение ландшафта, базирующееся на системном подходе: «Ландшафт - генетически единая геосистема, однородная по зональным и азональным признакам и заключающая в себе специфический набор сопряженных локальных геосистем».

Примером ландшафта может служить западная часть Томь-Яйского междуречья, расположенная на правом берегу р. Томь - притока Оби.

Ландшафт занимает в ряду соподчиненных ПТК особое (узловое) положение. Это отмечали в своих работах Н.А. Солнцев, А.А. Григорьев, А.Г. Исаченко, В.Б. Сочава и ряд других исследователей. Н.А. Солнцев считал ландшафт основной единицей географии, с которой собственно и начинается система таксономических единиц, а более мелкие, чем ландшафт, комплексы он называл морфологическими частями ландшафта,

А.А. Григорьеву принадлежит мысль о том, что зональность и азональность как основные закономерности дифференциации географической оболочки прослеживаются лишь до уровня ландшафта. Позднее ее развивал А.Г. Исаченко, отмечая, что все более мелкие ПТК обособляются в соответствии с местными закономерностями, изменяющимися от ландшафта к ландшафту.

Согласно В.Б. Сочаве, ландшафт (макрогеохора), с одной стороны, венчает ряд ПТК топологического уровня, а с другой -- им начинается ряд единиц регионального уровня, а на стыке единиц регионального и планетарного уровня подобное ландшафту узловое положение занимает физико-географическая страна, или область, по терминологии В.Б. Сочавы.

Таким образом, в единой иерархической системе таксономических единиц намечаются три уровня организации - планетарный (глобальный), региональный и топологический (локальный), обусловленные разными закономерностями дифференциации географической оболочки на каждом из этих уровней. Это положение признается сейчас многими физико-географами. Наиболее резко против него выступал лишь Д.Л. Арманд, считая, что природа нераздельна, а поэтому таксономическая система не имеет «площадок» или «основных единиц».

Закономерности физико-географической дифференциации на разных уровнях и ступенях выявлены еще далеко не достаточно, что приводит к параллельному созданию таксономических систем ПТК, отличающихся как по количеству ступеней, так и по их соподчиненности.

В зависимости от масштаба работ в центре внимания исследователя могут быть не только ландшафты и их морфологические единицы, но и более крупные природные территориальные комплексы: физико-географические районы, провинции, зоны (отрезки зон внутри равнинных стран, называемые часто зональными областями) или горные области, физико-географические страны. Комплексы планетарного уровня вплоть до географической оболочки в целом вместе с аквальными комплексами также изучают физико-географы.

Разные уровни организации ПТК влияют и на специфику их исследования. Изучение ПТК топологического уровня (ландшафта и его морфологических единиц) базируется главным образом на первичной информации, собираемой непосредственно в поле, и ведется преимущественно индуктивным методом (от частного к общему). Планетарный уровень исследования строится в основном на использовании метода дедукции (от общего к частному) и вторичной (переработанной и обобщенной) информации о всей географической оболочке в целом и об отдельных компонентных оболочках. Комплексы этого уровня изучаются в камеральных условиях. При изучении ПТК регионального уровня исследование ведется путем сочетания дедуктивного (от более крупных единиц к более мелким, обособившимся в их пределах) и индуктивного (анализа внутренней структуры изучаемых ПТК) методов и основывается преимущественно на вторичной информации о различных компонентах природы и ПТК планетарного и топологического уровней. Исследование ПТК регионального уровня проводится преимущественно в камеральных условиях, доля полевых исследований при этом сокращается по мере возрастания ранга изучаемых комплексов. Основным методом их изучения является физико-географическое районирование.

В связи с тем, что специфика более крупных ПТК определяется особенностями ландшафтов, их слагающих, изучение любых комплексов регионального уровня не может производиться на основе только компонентного анализа без внимательного рассмотрения ландшафтной структуры территории, раскрывающей степень разнообразия и внутреннее строение каждого региона.

В понятие структура ПТК входит не только состав его элементов, но и связи -- вещественные, энергетические, информационные. Каждый ПТК обладает своей специфической структурой - устойчивой упорядоченностью свойств, сохраняющейся при различных внутренних и внешних изменениях. Внутренние связи ПТК - связи между его структурными (составными) частями, т.е. между компонентами природы и между входящими в его состав более мелкими комплексами - определяют целостность и индивидуальность ПТК. Внешние связи - это связи между соседними одноранговыми комплексами, между изучаемым комплексом и вмещающим его более сложным ПТК и т.д. Они обеспечивают связи изучаемого комплекса с окружающей средой.

Следовательно, каждый ПТК любой размерности - открытая система, получающая вещество, энергию и информацию извне (от своей среды, окружения) и передающая ее другим ПТК (геосистемам). Различают связи прямые и обратные. Обратные связи в свою очередь делятся на положительные и отрицательные. При положительных связях эффект внешнего воздействия усиливается системой и может привести к ее быстрому разрушению, ибо она сама работает на разрушение. Примером может служить образование лавин. Отсюда и выражение - лавинообразный процесс. При отрицательной обратной связи эффект внешнего воздействия ослабляется, «гасится» системой, а сама система продолжает оставаться в пределах своего инварианта. Отрицательные обратные связи -- это сопротивление системы внешнему воздействию. Они обеспечивают устойчивость ПТК, его способность оставаться самим собой, несмотря на внешние воздействия.

При вычленении ПТК необходимо руководствоваться как закономерностями внутренних взаимосвязей комплекса, создающих его качественную определенность, так и взаимодействиями изучаемого комплекса с окружающими его ПТК.

Внутренние закономерности лучше прослеживаются при ближайшем рассмотрении и детальном изучении ПТК. Чтобы их познать, исследователь должен находиться внутри комплекса. А чтобы обнаружить его отличие от соседних комплексов, нужно взглянуть на него со стороны, сравнить с другими комплексами, охватить единым взглядом весь комплекс на фоне окружающих его ПТК. Долгое время такой «взгляд со стороны» оказывался возможным лишь в отношении самых мелких ПТК -- фаций, подурочищ и урочищ. В то же время достаточно крупные ПТК можно было изучать, лишь находясь внутри комплекса и не имея возможности взглянуть на него с некоторого расстояния, увидеть его на фоне окружающих ПТК.

Использование авиации позволило исследователям «подняться над» крупными урочищами, местностями и ландшафтами, следствием чего явилась большая объективность в проведении границ этих комплексов. И лишь выход человека за пределы географической оболочки, в Космос, позволил даже на такие крупные комплексы, как физико-географические страны, взглянуть «со стороны» как на части географической оболочки, увидеть их в сравнении друг с другом, в результате чего многие границы между довольно крупными и сложными ПТК, которые при наземных исследованиях считались переходными полосами, оказались хорошо заметными, четкими, линейными на аэрофото- и космоснимках.

Таким образом, сложность разграничения ПТК заключается в том, что исследователь должен одновременно учитывать множество как внутренних, так и внешних связей комплекса.

Стремление глубже познать отдельные специфические черты ПТК или влияние определенного фактора на его особенности нередко заставляет исследователя сосредоточить внимание на ограниченном наборе свойств и связей комплекса. В связи с этим появилось представление о различных структурах ПТК: пространственных, временных, функциональных и др. Внутри каждой отдельной структуры связи теснее, чем между разными структурами. Именно этим и вызвано относительное обособление самих структур, их вычленение из сложного клубка разнообразных связей ПТК, относительная их самостоятельность. В то же время все структуры в ПТК тесно переплетены между собой, взаимосвязаны и взаимообусловлены. Они образуют не случайный конгломерат структур, а единую интегральную структуру. Благодаря ей и возникает качественная определенность и пространственная ограниченность ПТК, его внутренняя упорядоченность и своеобразие. Эта сложная интегральная структура ПТК, включающая все многообразие его связей, может быть названа ландшафтной структурой.

Сложность и многоплановость ландшафтной структуры создают объективные предпосылки для возникновения разных направлений ее исследования, обусловливают необходимость сочетания различных аспектов изучения ландшафтной структуры для глубокого познания сущности ПТК, разработки научно обоснованных географических прогнозов и рекомендаций по рациональному использованию различных ПТК.

2.3 Взаимодействие природных и природно-антропогенных геосистемс глобальными факторами

Как отмечал Н.А. Солнцев, геолого-геоморфологическая основа играет особую роль в ПТК. Она квазистационарна (почти постоянна) для остальных компонентов. Как твердое тело, она довольно стабильна, и в случае превышения энергетического порога воздействия разрушается катастрофически. Разрушения носят необратимый характер, причем как для разрушения, так и для восстановления требуются максимальные, по сравнению с другими компонентами, энергетические затраты. Биота - живая часть геосистемы. Геома и биота - главные составляющие ПТК, при этом вторая гораздо более мобильна, чем первая. Поэтому, приступая к картографированию геосистем, мы в первую очередь обращаем внимание на геолого-геоморфологическую основу. Но мы были бы неправы, унаследовав на все времена и все случаи жизни лишь результат, а не методы его получения.

Метод, благодаря которому Н.А. Солнцев сделал свои выводы, - это метод попарного сравнения компонентов, исследования на максимум и минимум и противопоставления их прямо противоположных свойств. В чем «сила» геомы? В большой потенциальной энергии связей твердого вещества, в том, что период ее изменения по отношению к длительности человеческой жизни стремится к очень большим числам (для нас как бы к бесконечности). Мы можем сейчас наблюдать на земной поверхности породы, образовавшиеся миллиарды лет назад. Наоборот, многие представители биоты способны дать несколько поколений в день. Период изменений очень мал, но частота (величина, обратная периоду) также может стремиться к большому числу. Да еще их продукцию надо умножить на количество организмов. Таким образом, «сила» биоты заключается в скорости ее изменения, в частоте повторения циклов размножения. Следует проводить эту операцию в каждом конкретном случае, уметь переходить от абсолютных утверждений типа «биота всегда слабее» к относительным, по отношению к определенному периоду, определенным объектам. Геосистема взаимодействует со всеми глобальными факторами. Внешние воздействия на геолого-геоморфологическую основу передаются ею всем другим компонентам ПТК не только непосредственно, сразу (как, например, нагрев поверхности Солнцем), но и большей частью через какое-то время в суммированном виде, значительно преобразованном участием других компонентов (например, изменение морфологической структуры ландшафта под влиянием эрозии). Геолого-геоморфологическая основа наиболее самостоятельна (наиболее независима от глобальных факторов в пределах характерного времени существования большинства конкретных ПТК) и более инерционна (опять-таки, смотря в каком случае).

Похожими чертами обладает почва. Однако это принципиально другое, биокосное тело, обладающее свойствами как неживого, так и живого вещества (биохимический продукт, как тесто для хлеба). Почва есть функция от солнечного тепла на поверхности Земли, при активном участии биоты. Она способна к самовосстановлению (до известного предела), однако менее самостоятельна, разрушается не только механически, но и может потерять биоту («стерильная» почва). Время инерции почвы (реакции на изменение среды), как правило, значительно меньше, чем у геолого-геоморфологической основы в целом. Остальные компоненты еще менее самостоятельны: они все время зависят от состояния циркуляции атмосферы и влагопереноса. Самое малое время инерции у атмосферы.

Под «давлением жизни» (выражение В.И. Вернадского) имеется в виду всеобщая распространенность жизни по поверхности Земли, способность организмов к размножению, к заселению свободных мест, к занятию «экологических ниш», иногда даже как бы вопреки неблагоприятным условиям существования. Именно из-за высокой частоты циклов размножения «давление жизни» может быть очень существенным.

За счет работы механизма обратных связей в цикле биологического (биогеохимического) круговорота природная геосистема и особенно ее «центр», «фокус» (насыщенная биологическими объектами тонкая среда раздела и взаимопроникновения земля - вода - воздух) как бы «сама себя строит», создает свою вертикальную (компонентную) и горизонтальную (морфологическую) структуру. Влияние глобальных факторов на геосистему огромно, но и геосистема, в свою очередь, влияет и на земную поверхность, и на атмосферу, и на банк организмов. И хотя это влияние от каждой отдельной геосистемы в короткий промежуток времени незначительно, оно может суммироваться как в пространстве (если много геосистем оказывают одно и то же воздействие), так и во времени, приобретая значение фактора, определяющего дальнейшую эволюцию ландшафтной оболочки. Именно этот кумулятивный эффект работы относительно «слабых», но «устойчивых» связей, привел к созданию атмосферы и всех геологических осадочных пород. Таким образом, мы должны учитывать сумму, или интеграл по времени и (или) по пространству. Н.А. Солнцев предупреждал о необходимости не путать интегрированное и мгновенное значение. Мгновенное, «сиюминутное» значение, наблюдаемое при однократном экспедиционном посещении объекта, превращается в некоторый отрезок времени при стационарных наблюдениях. Это уже другие методики. От абсолютных значений приходится переходить к работе с приращениями: со скоростями процессов, с ускорениями, т.е. к первой и второй производным от каждой переменной. В этом случае обнаруживается неточность жесткой абсолютизации «силы» и «слабости» компонентов.

В связях отдельных природных геосистем (ПТК) с общим вещественно-энергетическим обменом в масштабе всей Земли управляющим блоком служит земная поверхность, и содержание картографической модели этого блока меняется в зависимости от масштаба карты (глобального, регионального или локального). Реальная иерархия вложенных и объемлющих геосистем более сложная и может быть разная в различных регионах. Она изучается методами систематизации, классификации, районирования. Названные три ранга - наиболее общие, бесспорные. Сейчас можно не стремиться совместить в одной карте все три модели - глобальную, региональную и локальную, так как для этого есть ГИС. В то же время желательно каждую карту снабжать врезками более крупного («ключевые» участки) и более мелкого (схемы районирования) масштабов.

Если мы захотим отразить взаимодействие природно-антропогенной геосистемы (антропогенно измененного ПТК) с глобальными факторами, то нужно добавить аналогично «давлению жизни» еще блок «антропогенного давления». Это банк видов культурных растений и других организмов, в том числе самого человека, энергетическое и вещественное воздействие (перераспределение вещества и энергии). Под «социально-экономическим давлением» также имеются в виду социально-экономические условия, которые заставляют как человечество в целом, так и отдельные государства, группы людей взаимодействовать с природой определенным образом.

Например, нельзя перестать обрабатывать землю вообще, но можно это делать иначе, в зависимости от научно-технических достижений и материальных средств; можно ослабить нагрузку на конкретных участках и на определенное время, хотя возможность такого локального маневра все уменьшается. Часто (но далеко не всегда) «давление жизни» оказывает действие, противоположное действию «социально-экономического давления»; таким образом оно как бы «залечивает раны», нанесенные антропогенным воздействием географической оболочке. Если понимать ноосферу по В.И. Вернадскому как разумное сосуществование и управление природой в условиях социальной справедливости, то этого на Земле еще нет. Но можно понимать ноосферу как социально-экономическое давление.

Антропогенный прессинг - это и есть пример взрывного по геологическим меркам развития «слабого» компонента - биоты, меняющего все остальные компоненты, когда к достаточно высокой частоте циклов размножения добавилось новое качество - повышенная способность к передаче опыта. В результате этого популяция научилась «уплотняться». Во время узкоспециализированной охоты на мамонта, чтобы прокормить одного человека, требовалась территория около 100 км2, при подсечно-огневом земледелии - около 10 га, теперь, по разным подсчетам, - 0,35 - 0,40 га.

Природно-антропогенный комплекс понимают в основном как ПТК, у которого изменен хотя бы один компонент. Классификация таких ПАТК впервые разработана Ф.Н. Мильковым. За ее основу взят традиционный для географии, казалось бы, самый простой признак: степень измененности в баллах (слабая, средняя, сильная; градаций может быть и больше), и характер воздействия разных отраслей человеческой деятельности (промышленной, лесохозяйственной, сельскохозяйственной, рекреационной и т.д.).

Еще выделяют обратимые и необратимые изменения, т.е. может геосистема при снятии нагрузки вернуться к прежнему своему состоянию или ее развитие пошло по другому пути. Это уже системные, кибернетические понятия. Такие категории опять-таки не абсолютны. Например, обратимо или необратимо изменены территории городов, если они зачастую сохраняют даже все водосборы? Обратимо или необратимо изменена географическая оболочка, если человек вынужден изымать ресурсы и поддерживать режимы геотехнических систем?

Возможно, более конструктивными были бы классификации по вещественно-энергетическому принципу, т.е. по материало- и энергоемкости воздействия. Однако мешают, по-видимому, не только трудность определения геомасс, неточность и трудоемкость балансовых методов, но и все еще слабая освоенность системных, информационных подходов. Здесь ключевым является осознание механизма цикла, включающего понятия «системный регулятор» и «обратная связь».

География как комплексная, синтетическая наука вынуждена много заимствовать из смежных дисциплин. Рационально было бы из естественных наук заимствовать методы, а из гуманитарных оформление, например драматургию, красоту описаний. К сожалению, нередко бывает наоборот: из естественных берется внешняя оболочка (формулы, сложные новые термины), а их объяснение не из первоисточника, а из гуманитарных, художественных трактовок. Такой путь может привести к созданию псевдонауки, либо потребует долгих усилий по освоению термина. Классический пример -- понятие обратной связи, которую подавляющее большинство географов воспринимали лишь как ответную реакцию, что было даже закреплено в справочнике. Недоразумение остается и до сих пор, поэтому требует тщательного разбора, как ключевое.

Обратная связь -- не просто однократный акт ответной реакции. Главное, что благодаря этой связи реализуется алгоритм цикла, т.е. программа, по которой действие может неограниченно повторяться. Вся изюминка в том, что с помощью этой связи замыкается причинно-следственная цепочка: результат первого прохождения цикла (следствие) влияет на свою же причину в следующем обороте цикла. Результат, полученный в следующем витке, опять подмешивается в начальные условия и т.д.

На плоском листе бумаги обычно рисуют один оборот цикла, потому-то процесс как бы приходит «обратно», в исходную точку. Однако следует рисовать не круг, а объемную спираль, растянутую во времени. На самом деле эта связь никакая не обратная, поскольку время необратимо. С этой точки зрения, ни один цикл, круговорот не может быть замкнутым, не только потому, что всегда есть вещественно-энергетические потери уже в одном обороте, но и потому, что «никогда нельзя войти в одну и ту же воду». Хотя в технических системах мы можем видеть возврат в исходное состояние, если не учитывать износ.

Осознание роли обратной связи началось с внедрением кибернетики. Вся компьютерная индустрия фактически основана на операторе цикла. Циклично работают многие системы неживой природы, а уж органическая жизнь тем более: мы ходим, дышим автоматически. Сама способность к размножению половым ли способом, как у высших животных, либо спорами или вегетативным «почкованием» обусловлена автоматическим алгоритмом.

В методической литературе распространено неверное представление об обратной связи между преподавателем и учеником: вопрос преподавателя - это связь прямая, а ответ - обратная, так как направлена в другую сторону (обратная, значит, ответная). На самом деле и то, и другое - это связь прямая: одно действие порождает другое. Обратной связь можно назвать только в том случае, если она замыкает цикл, если с ее помощью организуется повторение нескольких циклов. Например, услышав ответ ученика, преподаватель корректирует свой следующий вопрос, т.е. следствие из первого цикла служит причиной для второго.

Алгоритм работы обратной связи в цикле был подробно описан в литературе, в том числе и на большом количестве географических примеров.

Изучая структуры геосистем в пространстве, мы еще нечетко осознаем структуры во времени (время разнообразных циклических, производственных процессов, время инерции восстановления и т.д.). Не так давно было введено понятие характерного времени. Его можно определить как среднее время существования (индивидуума, вида, процесса, явления) или как время одного оборота цикла. Для человека характерное время - около ста лет, для однолетней травы - год и меньше, для грозового разряда - секунды, для циклонического вихря - дни, для восстановительной сукцессии в тайге - около сотни лет.

Пока шли споры о том, непрерывна или дискретна природа, оказалось, что континуальность и дискретность - лишь частные случаи фрактальности. Фрактальные структуры (система кровеносных сосудов человека, эрозионные и речные системы, иерархическая система природных комплексов) есть «запись» былых циклических процессов. Структура пространственная - это отражение прошедшей «временной структуры». Хотя время, по-видимому, всегда течет равномерно, но мы измеряем его процессами разной периодичности.

Для своего существования человечество вынуждено поддерживать временные режимы нужной формы функционирования природно-антропогенных комплексов. Одно дело - однократные, эпизодические вмешательства, другое - сельское хозяйство, со строго упорядоченной очередностью воздействий, и третье - постоянное поддержание инженерных сетей, зданий, твердого покрытия в городах (которое, кстати, прерывает биологический круговорот в бывших наиболее «плодородных» ПТК). Мы не всегда задумываемся над тем, что затраты надо умножать на время, на количество циклов.

Каждая отдельная геосистема, природная или в той или иной степени антропогенно измененная, связана с глобальной системой географической оболочки посредством множества циклов (в том числе иерархически вложенных один внутри другого) и находится в поле «социально-экономического давления», осуществляемого также посредством циклов и посредством вещественно-энергетического воздействия на системные регуляторы. Освоение кибернетических законов идет трудно, но только оно позволит нам работать более осознанно. По мере осознания потребуется и выработка новых методов.

2.4 Классы задач, решаемых в процессе комплексных физико-географических исследований

Все многообразие задач комплексных физико-географических исследований может быть сгруппировано в четыре основных класса в зависимости от того, какой аспект ландшафтной структуры в каждом конкретном случае важен (табл. 1).

Первые три класса задач направлены на изучение внутренних связей ПТК - вещественных, энергетических, информационных, т.е. на изучение его ландшафтной структуры и ее изменение во времени под действием внутренних и внешних факторов. Они раскрывают свойства и особенности ПТК как целостных образований, вопросы их происхождения, специфику функционирования и динамики, тенденцию будущих изменений. Все это - общенаучные исследования пространственно-временной организации ПТК, цель которых - все более глубокое познание сущности ПТК безотносительно каких-либо требований.

Четвертый класс задач - исследования для прикладных целей. Здесь изучаются внешние связи ПТК с обществом в рамках сложной суперсистемы «природа-общество». ПТК любого ранга выступают уже как элемент в системе более высокого уровня организации, для изучения связей которого с другим элементом (структурным подразделением общества) нужно кроме знания свойств самого ПТК, получаемых в процессе общенаучного исследования, учитывать также требования общества к этим свойствам и способность ПТК их удовлетворять. Это уже аспект не чисто физико-географический. Все большую роль в прикладных исследованиях начинает играть экологическое обоснование хозяйственной деятельности, т.е. оценка воздействия проектируемых объектов на окружающую среду (ОВОС) и экологическая экспертиза.

Последовательность в перечне основных классов задач не случайна, она определяется их логической и исторической связью. Задачи каждого последующего из общенаучных классов могут быть решены достаточно полно и глубоко лишь на основе использования результатов предыдущих исследований. Поэтому перечисленные классы задач могут рассматриваться как определенные этапы все более глубокого проникновения в сущность ландшафтной структуры ПТК.

Что касается прикладных исследований, то они могут «надстраиваться» над любым из этих этапов в зависимости от того, какого рода знания о ПТК окажутся достаточными для решения стоящей перед исследователем практической задачи.

Первый класс задач. Исторически раньше других начал изучаться пространственный аспект ПТК, т.е. первый класс задач. Само представление о ПТК возникло на основании визуального анализа сходства и различия отдельных участков земной поверхности, на выявлении их качества. Первоначально изучались те свойства ПТК, которые буквально лежат на поверхности, видны невооруженным глазом и придают участкам территории своеобразный внешний облик (физиономические черты): сходство или различие в строении, в морфологии (при этом внимание в основном обращалось на вертикальное, покомпонентное строение).

В связи с тем, что визуально легче всего улавливаются различия в рельефе и растительности, выделение и обособление ПТК основывалось на качественной однородности именно этих компонентов. Конечно, при посещении обширной, контрастной в природном отношении территории наиболее резко бросаются в глаза именно контрасты, а слабоконтрастные участки кажутся пространственно однородными. Однако при более детальном ознакомлении казавшаяся ранее однородной территория также обнаруживает качественную неоднородность, но чтобы уловить ее, нужно охватить разнокачественные участки единым взором. Именно поэтому в процессе полевых исследований прежде всего стали выделяться мелкие, просто устроенные ПТК ранга фаций и урочищ, которые можно визуально выделить по признаку однородности строения. Различия между комплексами фиксировались по пути следования -- по маршруту.

При кратковременном маршрутном посещении внешний облик ПТК воспринимался как нечто устойчивое, постоянное, т.е. ПТК рассматривался в статике, в отрыве от процессов, его сформировавших. Исследование носило характер описания, что давало представление лишь о качественном своеобразии ПТК и их пространственном размещении. Описание ПТК -- основная цель его маршрутного исследования.

Стремление получить дополнительно к качественным описаниям какие-то количественные характеристики, объяснить наблюдаемое обусловило более детальное изучение отдельных «точек», «площадок», «станций», «ключей», на которых наряду с тщательным описанием всех компонентов комплекса, его вертикального строения, производились измерения. Собираемый материал позволял уже в общей форме ответить на вопрос, как взаимосвязаны между собой компоненты в комплексе, т.е. дать простейшее эмпирическое объяснение.

При детальном изучении отдельных комплексов обнаруживаются те или иные свойства или особенности строения, находящиеся в противоречии с современными условиями, с характером современных связей: черноземы под лесом, сфагновые болота в лесостепной зоне, торфяно-перегнойная почва на хорошо дренируемой поверхности, аллювиальные отложения на водоразделе, вдали от современной речной сети и т.д. Такие следы предыдущих состояний, проливающие свет на пути становления данного комплекса, привлекают все более пристальное внимание исследователей. Изучение их дает возможность ответить на вопрос, почему и какими путями сформировался данный комплекс.

Повторное посещение территории позволяет фиксировать некоторые свидетельства протекавших между посещениями процессов (эрозии, пожаров, заболачивания, осушения, залесения, проседания и т.д.), т.е. дает представление о современных изменениях комплексов, о динамичности, подвижности ПТК.

Так, полевое изучение пространственной структуры постепенно дополняется элементами генетического и функционального анализа, что позволяет глубже познать ПТК, а маршрутный способ сбора фактического материала дополняется ключевым. Однако основное внимание в процессе этих исследований по-прежнему обращено на природные особенности отдельных комплексов и их пространственное размещение, поэтому основными методами систематизации материала продолжают оставаться классификация и картографирование, входящие в состав специфического метода ландшафтного картографирования.

Изучение свойств и пространственного размещения более крупных и сложных ПТК, которые не могут быть охвачены единым взором исследователя-полевика, производится на основе пространственного анализа слагающих их достаточно простых комплексов, изучаемых в поле. Для того чтобы выделить, ограничить эти комплексы, их тоже нужно одномоментно охватить взором, только тогда можно найти какие-то закономерности в пространственной неоднородности. Эта задача решается с помощью аэровизуальных наблюдений, материалов аэрофото- или космической съемки, либо составленных в поле ландшафтных карт, изучение которых позволяет увидеть территорию в уменьшенном виде и тем самым как бы подняться над ней, посмотреть на нее со стороны. Таким образом, достаточно сложные ПТК могут быть выделены по их территориальной структуре, т.е. здесь изучение пространственной структуры выступает уже как метод выделения ПТК, когда выделение комплексов производится не по принципу однородности, а по принципу закономерной неоднородности. Этот метод обычно называют методом районирования на ландшафтной основе. В настоящее время для изучения ландшафтной структуры начинает использоваться компьютерный анализ космических и аэрофотоснимков, а также топокарт.

Для более глубокого понимания современных особенностей ПТК необходимо изучить пути его становления и развития, а для этого нужно прежде всего четко определить сам объект исследования, выделить и охарактеризовать изучаемый комплекс. Таким образом, уже сама постановка задачи второго класса требует предварительного решения задачи первого класса.

Второй класс задач. В основе решения задач этого класса лежит генетический аспект изучения ПТК, заключающийся в рассмотрении смены разнокачественных ПТК во времени, обусловленной эволюционным развитием комплекса. Восстановление истории формирования и развития ПТК базируется на следах его предшествующих состояний, предыдущих этапов развития, которые сохраняются в отдельных компонентах комплекса (во флоре, в морфологическом строении почв, в поверхностных отложениях, в определенных формах рельефа), либо в существовании целых комплексов-реликтов (более мелких, чем изучаемый, входящих в его состав), либо, наконец, в их пространственном размещении (солонцовые луга не в понижениях рельефа, а на приподнятых участках; выровненные поверхности с ерниковой тундрой не ниже древних каров, а над их стенками и т.д.), т.е. в их вертикальной или горизонтальной структуре.

В связи с тем, что эволюционные смены происходят постепенно, под действием процессов большой продолжительности, а результаты развития фиксируются в современной пространственной структуре комплексов, сбор фактического материала для решения задач второго класса производится путем экспедиционных исследований.

По ходу маршрута фиксируются визуально наблюдаемые следы предыдущих состояний и определяются участки или комплексы, наиболее информативные для восстановления истории развития тех комплексов, в пределах которых закладываются ключевые участки для детального изучения и отбора образцов. Объектами наиболее пристального внимания исследователя являются при этом торфяники и погребенные почвы, так как по сохранившимся в них спорам и пыльце растений может быть достаточно полно восстановлена природная обстановка периода их формирования.

Богатый материал для восстановления смен ПТК во времени дает изучение ныне существующих комплексов, находящихся на разных стадиях развития.

Сбор фактического материала для решения задач первого и второго классов может производиться в ходе одного и того же экспедиционного исследования, но при этом нельзя упускать из вида, что аспект исследования накладывает отпечаток и на сбор полевых материалов. Иногда требуется изучение дополнительных ключевых участков, на которых, кстати, собирается основная масса материала, и прежде всего образцов с использованием методов частных географических, а также смежных наук. В других случаях расширяется круг наблюдаемых явлений либо возрастает детальность изучения определенного компонента или комплекса.

Лабораторный анализ собранных в поле образцов и дальнейшая интерпретация полученных результатов позволяют раскрыть палеогеографическую историю территории исследования в целом. Для того же, чтобы проследить историю определенных ПТК, необходимо палеогеографические материалы дополнить ретроспективным анализом современной структуры изучаемых комплексов. Таким образом, генетический аспект изучения ПТК ориентирован на восстановление особенностей их формирования и развития, на установление возрастных стадий комплексов, на объяснение их современного состояния, но в то же время позволяет сделать и предположение о перспективах развития комплексов. Однако для более точного предсказания будущего развития ПТК генетический подход должен сочетаться с функциональным, направленным на изучение современных процессов, протекающих в ПТК, их функционирования и динамических изменений.

Третий класс задач. В основе решения задач этого класса лежит функциональный аспект изучения ПТК. Он позволяет глубже проникнуть в сущность взаимосвязей и взаимодействий в комплексе. Решение задач данного класса получило развитие лишь с 60-х гг. XX столетия, когда появился ряд комплексных физико-географических стационаров. Это связано с тем, что изучение функционирования комплексов и динамических циклов краткой продолжительности требует регулярных наблюдений, обеспечить которые возможно лишь в условиях стационаров.

Некоторый материал для изучения современных природных процессов исследователь может, конечно, собрать и в экспедиционных условиях. Например, при маршрутных исследованиях могут быть зафиксированы некоторые следы стихийных явлений: прохождения лавин (по наличию сломанных и вывернутых с корнем деревьев, ориентированных вниз по простиранию склона) или селей (по наличию конуса выноса грязекаменного потока), появления новых оползней (по свежим стенкам отрыва), усиления линейной эрозии после ливня или весеннего снеготаяния (по наличию свежих эрозионных форм, обвалов в верховьях оврагов или на их склонах) и т.д.

На ключевых участках могут быть поставлены более или менее продолжительные микроклиматические наблюдения, а также наблюдения над процессами стока. На фиксированных геохимических профилях можно отобрать образцы в установленной повторности для изучения биогенной и водной миграции химических элементов. Однако все эти эпизодические наблюдения не дают возможности познать функционирование НТК, а также медленно протекающие процессы средней и большой продолжительности, обусловленные воздействием внешних факторов.

Чтобы проследить нормальное функционирование ПТК, не вызывающее заметных изменений, нужны длительные регулярные наблюдения. Чем больше длительность периода наблюдений, тем надежнее и достовернее получаемые выводы. Поэтому наблюдения ведутся на постоянных специально выбранных точках в пределах определенных комплексов.

Сбор и обработка материалов стационарных наблюдений очень трудоемкий процесс, поэтому число точек наблюдения на любом стационаре ограничено и очень важно их рациональное размещение. Чтобы экстраполировать полученные результаты, нужно хорошо знать, какие ПТК они характеризуют и на какой стадии развития эти ПТК находятся. Это значит, что предварительно должно быть проведено выделение и систематизация ПТК, составлена ландшафтная карта территории стационара и прилегающего района, а также установлены возрастные стадии изучаемых комплексов, т.е. решены задачи первого и второго классов.

Основной метод изучения функционирования и динамики ПТК - метод комплексной ординации, разработанный сотрудниками Института географии СО РАН, позволяющий количественно характеризовать взаимосвязи между отдельными компонентами внутри ПТК и между различными комплексами, изучать пространственные и временные изменения различных природных процессов.

Накапливаемые массовые данные обрабатываются и систематизируются при помощи статистических методов и метода балансов.

Детальное изучение функционирования и динамики ПТК позволяет познать сущность комплексов и дать надежный прогноз их дальнейшего развития.

Таким образом, последовательное рассмотрение различных аспектов ландшафтной структуры природных комплексов дает возможность постепенно углубляться в познание сущности ПТК: от описания современных свойств и пространственного размещения комплексов через познание путей их становления к выявлению и количественной характеристике связей и взаимодействия (объяснению), а далее к функционированию комплексов и предсказанию путей их дальнейшего развития. Так осуществляется тщательное и всестороннее изучение комплексов, являющееся надежной основой для оптимального их использования человеком.

Пути использования предполагают постановку конкретных прикладных исследований четвертого класса задач.

Далее в лекциях более или менее подробно освещаются методы решения первого, третьего и четвертого классов задач. Изучение становления ПТК (второй класс задач), несмотря на всю важность этой проблемы, здесь почти не затрагивается. Дело в том, что представление о генезисе ПТК, его возникновении и становлении в значительной мере базируется на геолого-геоморфологических, палеогеографических, палеоботанических, палеофаунистических, археологических и тому подобных материалах. В процессе же полевых экспедиционных исследований сведения о генезисе могут лишь несколько пополняться, например, по наблюдениям за реликтовыми элементами ПТК, проливающими свет на их происхождение. Кроме того, исследования, специально направленные на решение задач второго класса, требуют привлечения весьма специфичных методов палеогеографического анализа, дать которые в кратком курсе оказывается затруднительным, а число исследователей, занимающихся их решением, не столь велико. Большинство физико-географов решает задачи остальных трех классов, которые мы и рассматриваем.

Лекция 3

ПОЛЕВЫЕ КОМПЛЕКСНЫЕ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Законченный цикл экспедиционных комплексных физико-географических исследований включает в себя три этапа работ: подготовительный, полевой и камеральный. По продолжительности эти этапы традиционно относились друг к другу примерно как 1:1:2.

В последние десятилетия проявилась тенденция к сокращению сроков полевых работ и удлинению подготовительного и камерального периодов.

Этот процесс вполне закономерен. Он отражает растущую техническую оснащенность экспедиций и дальнейшее совершенствование методов и приемов полевых работ. Все больше увеличивается объем информации, которую можно использовать в процессе подготовки к полевым работам (более подробные и качественные топографические карты, аэрофото- и космические материалы, материалы предшествующих отраслевых и комплексных исследований); расширяется программа камеральных работ за счет усиления их аналитической части, применения математических методов анализа полевой документации, использования компьютеров для математической обработки материалов и построения различных графических моделей, включая составление ландшафтных карт и карт физико-географического районирования.

Соотношение этапов исследования по времени может меняться и в зависимости от задач исследования, и масштаба работ. Так, по А.А. Видиной, для крупномасштабного ландшафтного картографирования подготовительный период (предполевой), полевой и камеральный (послеполевой) относятся друг к другу в среднем как 2:1:3.

Это значит, что примерная доля полевого периода, традиционно составляющая 25 % общего объема работы, в условиях более высокой обеспеченности различными материалами при крупномасштабном картографировании может составлять уже около 15 %. Вероятно, среднемасштабное ландшафтное картографирование, а тем более мелкомасштабное, может производиться с еще более сокращенным полевым периодом.

3.1 Постановка задачи, изучение литературных и фондовых материалов

Началом исследования является получение или самостоятельная постановка задания, которое достаточно ясно определяет основную цель исследования и разработку программы.

Далее производится поиск (мобилизация) материалов, касающихся избранной территории и направления работ. Все обнаруженные опубликованные и фондовые источники фиксируются на библиографических карточках (или иным способом) еще до начала полевых работ, чтобы избежать ненужного дублирования и более целеустремленно организовать собственные исследования. Большую помощь может оказать микрофильмирование, ксерокопирование, сканирование, создание компьютерной базы данных, содержащей графические, цифровые и текстовые материалы. Для непосредственного фиксирования полевого материала уже начали применяться портативные компьютерные аппараты Notebook («Блокноты» или «Записные книжки»), в том числе с дополнительными устройствами для автоматической фиксации координат точек, удобные как для камеральных работ, так и для поля.

После мобилизации материалов производится их изучение. Особое внимание уделяется выявлению закономерных связей между геологическим строением, включая тектонику, и рельефом; рельефом, климатом и водами; рельефом, литологией и почвами; почвами и растительностью и т.д. Помимо обычного для любой работы конспектирования или копирования источников производятся сопоставления, как указано выше, и, таким образом, уже в подготовительный период выявляются типичные для территории природные территориальные комплексы (ПТК), а при наличии соответствующих сведений отмечается и их хозяйственное использование.

При изучении литературных и фондовых источников разного времени и разных авторов неизбежно встречаются противоречивые данные. Такие случаи берутся на заметку для полевой проверки.

В составляемых конспектах важно фиксировать не только наличие на изучаемой территории тех или иных объектов (природных комплексов, форм рельефа, типов почв, характерных пород, видов растений и т.д.), но и их физиономическую характеристику, чтобы узнавать их в поле. Необходимый для полевых работ картографический материал с отображением различных компонентов природы или природных комплексов следует отсканировать либо ксерокопировать, сфотографировать или скопировать на кальку, если нет возможности взять в поле оригинал. Предпочтение отдается более новым картам и картам по масштабу более близким к масштабу исследования. Впрочем, старые источники нередко представляют интерес, особенно при рассмотрении изменения природной среды в результате хозяйственной деятельности человека. При этом о достоверности источников, их объективности и точности передачи фактического материала приходится помнить всегда - и при использовании старых источников, и при знакомстве с новыми материалами.

Вместо копирования картографического материала можно рекомендовать также «укладку» этого материала на основы, приготовленные для работы в поле. Это занятие более сложное, чем простая копировка, но целесообразное, так как сводит разрозненные материалы к одному масштабу, облегчая их сопоставление. На эти же карты можно наносить некоторые данные, взятые из текстовых описаний. Все это можно с успехом делать с помощью компьютера. Многие материалы уже введены в геоинформационные системы. Имеются специальные программы для их обработки.

Перед работой в поле полезно ознакомиться с гербарием растений, образцами почв и пород, характерных для будущего района исследования.

Завершением предполевого изучения материалов может явиться предварительная ландшафтная карта или карта физико-географического районирования, составленная в камеральных условиях и позволяющая более целеустремленно проводить полевые исследования.

Процесс составления ландшафтной карты - это многократно повторяющиеся циклы анализа и синтеза: анализ компонентов и процессов и синтез природных территориальных комплексов как целостных систем с постоянной корректировкой их контуров.

3.2. Работа с топографическими, аэрофото-, космическими и другими материалами для предварительного выделения ПТК

Рельеф является главным фактором перераспределения тепла и влаги на поверхности Земли. К литогенной основе, и, в первую очередь, к рельефу приспосабливается биота, от него же зачастую прямо зависит и характер почвообразующих процессов. Поэтому границы ПТК очень часто совпадают с границами форм или элементов форм рельефа. Отсюда и особый интерес к анализу топографической карты при подготовке к ландшафтному картографированию.

Основой составления предварительной ландшафтной карты является перевод изображения рельефа поверхности Земли с помощью горизонталей, как это делается на топографических картах, в другую модель - в изображение рельефа контурами, свойственное большинству отраслевых карт. Затем производится наполнение этих контуров содержанием и составление легенды. Контуры вырисовываются, в первую очередь, по топографической основе, а также по аэрофото- и космоснимкам и корректируются по отраслевым картам. По этим же материалам раскрывается, насколько это возможно в камеральных условиях, и их содержание.

Работа с топографическими картами

Изображение рельефа горизонталями, применяемое на топографических картах, - замечательный способ передачи объемов на плоскости, своего рода непрерывное изображение, тогда как карта форм рельефа в контурах - чисто плоскостное дискретное изображение. По ней сложнее оценить динамику, особенно гравитационных (эрозия, сток) и других процессов. В идеале на ландшафтной карте лучше было бы совместить оба способа рисовки рельефа, но это трудно осуществить по техническим причинам, и, прежде всего, потому, что ландшафтная карта сама по себе часто получается очень загруженной и трудно читаемой.

Весьма полезно перед началом работы с топографическими картами просмотреть «Альбом изображения рельефа на топографических картах» (1968), где каждый фрагмент карты сопровождается еще стереопарой аэрофотоснимков и текстом. Примечательно, что по топографической карте в сочетании с аэрофотоснимками зачастую хорошо читается не только строение поверхности, но и состав пород, генезис отложений и форм рельефа.

Краткое содержание метода поконтурного изображения рельефа

Сначала на топографической основе выделяют речную и эрозионную сеть: оконтуривают речные долины, овраги, балки, лощины. Затем оставшиеся участки междуречий разделяют по степени крутизны на контуры с примерно одинаковым сгущением горизонталей.

Как показывает практика, труднее всего дается первый шаг: «оторваться от горизонтали», т.е. понять, что контур эрозионной формы всегда пересекает горизонтали, а не идет вдоль них.

Последующее изложение является ключом к пониманию азов техники ландшафтного картографирования. Поэтому рекомендуется, прочитав его, попробовать самостоятельно выполнить подобную работу, при необходимости снова возвращаясь к изучению текста и иллюстраций. Полезно иметь несколько вариантов учебных карт на плотной бумаге, где мягким карандашом можно было бы опробовать разные варианты решений. Этот текст должен быть проработан досконально, включая все подписи к рисункам.

Удобнее всего начинать учиться рисовать контуры, во-первых, на картах крупного масштаба 1: 10000 (или крупнее), в крайнем случае - на 1:25 000 и, во-вторых, на картах с изображением эрозионного рельефа, где хорошо показана балочная сеть и ярко выражены уклоны.

Для учебных занятий обычно готовят несколько вариантов карт-бланковок, где вся топографическая нагрузка снята, кроме рельефа в горизонталях. Таким образом, снимаются все факторы, кроме эрозионного. Это делается, чтобы быстрее приобрести навыки формальной рисовки сначала без привлечения других отраслевых карт и аэрофотоснимков. Научиться «чувствовать рельеф» полезно для географов всех специальностей.

«Решив» такую задачу на нескольких фрагментах топокарт, т.е. «выловив» и оконтурив все эрозионные формы и разделив остальную территорию по степени крутизны, можно начать привлекать аэрофото- и различные отраслевые материалы, попытаться дать характеристику каждого полученного выдела, раскрыть его содержание. С этого момента и начинается процесс анализа-синтеза - искусство оптимального воплощения в картографическую модель всех своих знаний. Скорее всего, первоначальную рисовку контуров при этом придется несколько изменить.

Формальная рисовка ландшафтных контуров не столь уж сложна (при приобретении первоначального навыка), и поддается автоматизации. Однако, на наш взгляд, только карты самого крупного масштаба дают более или менее реальное изображение рельефа и соответственно выделенных контуров ПТК. На картах же среднего и мелкого масштабов генерализация топографической основы и рисовка по ней контуров природных компонентов или комплексов приводят к искажению как характера самих контуров, так и соотношения площадей различных видов картографируемых природных объектов.

Влияние рельефа на формирование ПТК, как указывалось выше, заключается в первую очередь в перераспределении им влаги и тепла.

Поэтому, если при разделении склонов на части по крутизне поверхности встречаются случаи, когда какой-то значительный участок склона мог бы быть выделен по крутизне в определенную категорию, но в его средней части имеется небольшая полоска более пологого склона, выделять эту полоску отдельно нецелесообразно, так как стекающая по поверхности влага не успеет существенно уменьшить скорость движения и как бы проскочит эту полоску. Также нецелесообразно выделять отдельную небольшую полоску склона с большей крутизной, оказавшейся внутри значительной его части, выделяемой в категорию с меньшей крутизной.

Экспозиционные различия по теплообеспеченности на крутых склонах проявляются ярче, чем на пологих, на южных (и юго-западных) и северных (и северо-восточных) лучше, чем на западных и восточных. Поэтому при составлении предварительной карты ПТК крутым склонам северной и южной экспозиций следует давать разные номера. Выпуклые склоны как на профиле, так и плане отличаются от вогнутых по увлажнению, и это тоже надо учитывать при рисовке контуров ПТК.

Мы рассмотрели лишь частные примеры выявления контуров форм и элементов рельефа в условиях эрозионных равнин средней полосы Русской равнины при крупном масштабе картографирования. В иных физико-географических условиях возникнут новые вопросы. Например, в условиях холмисто-грядового моренного рельефа, чередующегося с водно-ледниковыми поверхностями, где эрозионная сеть может быть слабо развитой, для первого, наиболее общего разграничения территории на разные природные комплексы А.А. Видина рекомендует раскрасить карту в горизонталях по разным высотным уровням. И действительно, этот прием позволяет без особого труда разобраться в сложном «переплетении» моренных и водно-ледниковых образований. На моренных холмах могут выявиться вершинные поверхности, полого-наклонные или с мелкими всхолмлениями, а на водно-ледниковых равнинах будут видны террасовидные поверхности разных уровней. Впрочем, этот прием ярусной раскраски по горизонталям может оказаться полезным и на эрозионно-расчлененной территории. В обоих случаях это позволяет выявить ярусность ПТК, в частности склоновую микрозональность.

От масштаба карты зависит и ранг ПТК, выделяемого в самостоятельный контур. Например, на карте масштаба 1:10 000 в пойме более или менее значительной реки хорошо читается по горизонталям гривистый рельеф, и каждую гриву и межгривное понижение (урочища) можно выделить контуром. На картах масштаба 1: 25 000 это уже не всегда возможно и часто выделяется целиком участок гривистой поймы, т.е. целая совокупность взаимосвязанных урочищ. На карте же масштаба 1: 200 000 даже целиком всю пойму практически невозможно проследить по горизонталям, так как сечение горизонталей 20 м, а относительные превышения террас над поймой могут составлять 5 - 10 м.

В этом случае помогают другие косвенные признаки, читаемые по топографической карте, например граница луга и пашни (хотя пойма может тоже оказаться распаханной, а терраса луговой). Иногда вдоль реки на карте показана заболоченность, позволяющая «нащупать» пойму. Может помочь и размещение населенных пунктов, которые, как правило, находятся вне поймы. Во всяком случае, многоэтажной застройки на пойме не будет нигде, если только это не искусственная насыпь на бывшей пойме. Шоссейная дорога «без нужды» также не пойдет по пойме, а пойдет по террасе или коренному берегу. Если же она пересекает речную долину, то ее отрезок на пойме выделится знаком насыпи. Скотный двор или водонапорная башня в пойме реки почти однозначно отмечают островок надпойменной террасы, не выразившийся в горизонталях карты и т.д.

Рисовка контуров ПТК по топографической основе чаще всего идет параллельно с работой над аэрофото- и космоматериалами, а также над отраслевыми картами, поэтому многие вопросы снимаются. Отметим лишь, что при работе с топографическими картами среднего и мелкого масштабов хорошо иметь и более крупномасштабные карты для более уверенной и точной рисовки.

Работа с аэрофото- и космическими материалами и отраслевыми картами

Использование аэрофотоматериалов можно рекомендовать как для крупного, так и для среднего масштабов исследований. Космические снимки удобны для работ мелкого и среднего масштабов, а при условии их увеличения и для крупного.

Обычно при крупномасштабных исследованиях используются черно-белые контактные отпечатки аэрофотоснимков разных масштабов (чаще 1:17 000 и 1:12 000, но возможны и другие - от 1: 5000 до 1:60 000) в зависимости от наличия в фондах Госгеонадзора готовых негативов, так как заказывать специально новую аэрофотосъемку часто невозможно из-за финансовых соображений. Выбираются материалы более свежих полетов, лучше начала лета, когда контрастность в увлажнении разных ПТК фиксируется наиболее четко.

На аэрофотоснимках обычно хорошо просматриваются типы местностей со специфичной для них урочищной структурой. Можно распознать на них и подурочища, и отдельные крупные фации. На космических снимках, охватывающих большую территорию, видны уже разные ландшафты, приуроченные к определенным тектоническим структурам, или, может быть, «просвечивают» тектонические структуры через разный рисунок ландшафтов.

По возможности используются цветные или спектрозональные снимки, особенно для дешифрирования растительности, а также (дополнительно) аэрофотоснимки прежних лет разной давности, по которым можно проследить скорость протекания некоторых процессов (например, эоловых, эрозионных, заболачивания, зарастания, смену угодий, изменений в размещении населенных пунктов и т.д.). Практикуется также просмотр парных снимков под стереоскопом. На снимках выявляются контуры, отличающиеся по форме, фототону, рисунку (структуре) фотоизображения, его тени.

Выявляются, в первую очередь, естественные границы, связанные с изменениями природного характера. Резкая смена фотоизображения по прямолинейным границам часто отражает результаты хозяйственной деятельности человека (смену угодий, полей севооборота и др.). Такие границы интересны как границы и т.д.................


Перейти к полному тексту работы



Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.