Геоэкология с основами биогеографии: учебное пособие

Закладки
Читать
Cкачать
A   A+   A++
Размер шрифта

Введение

Геоэкология – раздел экологии, изучающий экосистемы высших уровней – биомов, биохоров, биогеографических царств и областей. Ее рассматривают иногда как раздел глобальной экологии, поскольку последняя изучает высшую иерархическую единицу Земли – биосферу, а геоэкология – ее наиболее крупные подразделения. Иногда геоэкологию именуют ландшафтной экологией, что правомерно, ибо в основе выделения того или иного биома лежит ландшафтно-географическая зона или подзона. Через ландшафтную экологию (геоэкологию) экология смыкается с таким разделом географии, как ландшафтоведение.

Геоэкология также тесно связана с биогеографией. Различие между ними в том, что биогеография изучает распространение на Земле различных видов животных и растений и их комплексов – фаун и флор. Геоэкология изучает распространение экосистем, экологические условия и характер жизненных форм растений и животных. Основные единицы биогеографии – биогеографические царства и области (Голарктическая, Неотропическая, Эфиопская и пр.), подобласти и провинции. Основные единицы геоэкологии – биомы (тундра, тайга, пустыни, тропические леса, мангры и т. д.). Биогеография, например, подчеркивает различия фаун тропических лесов Африки и Южной Америки (разные подотряды приматов, наличие в первой области отряда хоботных, а во второй – неполнозубых и др.). Геоэкология подчеркивает сходство (сходный режим влажности, осадков, освещенности, тепла, сходные жизненные формы животных и растений, многоярусность данной экосистемы, наличие древолазающих форм в разных классах позвоночных и мн. др.).

Различные биомы Земли, а их порядка 20 на суше и до 10 в Мировом Океане, соединяясь при помощи переходных экосистем – эко-тонов – образуют единое целое – геоэкологическую оболочку Земли – Геомериду. Характер геоэкологической оболочки Земли определяется, с одной стороны, процессами, обусловливающими единство географической среды Земли как планеты, с другой – различиями отдельных участков ее поверхности.

Часть 1

Основные понятия геоэкологии

Глава 1

Единство географической среды

Единство географической среды-кардинальное понятие физической географии. В его основе лежит идея о целостности Природы, а отдельные элементы географической оболочки рассматриваются с точки зрения их роли в формировании земной поверхности как единого целого. Применительно к экологии отдельные элементы земной поверхности, занятые различными экосистемами, составляют геоэкологическую оболочку и рассматриваются с точки зрения их роли в формировании биосферы как единого целого. Следовательно, понятия единства географической и геоэкологической среды во многом идентичны. Это единство надо понимать не только как общегеографическое, но и как общебиологическое, поскольку оно действует в пределах всей биосферы, оказывая влияние на каждый из ее компонентов и проявляется в любой ее части, в любой экосистеме независимо от ее иерархического уровня.

Единство географической (или, что то же самое, геоэкологической) среды настолько велико и носит настолько общий характер, что стоит измениться одному компоненту его, как сопряжено с ним начинают меняться и остальные. Каждый компонент (горные породы, рельеф, водные и воздушные массы, почвы, флора и фауна) развивается по своим законам, но ни один из них не существует изолированно, не испытывая на себе влияния других и, в свою очередь, не оказывая влияния на них. По степени устойчивости к изменениям компоненты можно расположить в такой ряд: литосфера – рельеф – климат – воды – почвы – флора – фауна.

Взаимосвязь и целостность компонентов геоэкологической оболочки Земли существовали всегда. Наступления и таяния ледников резко меняли уровень Мирового Океана, при этом менялись контуры материков, обнажались или, наоборот, затоплялись шельфовые мелководья, возникали или пропадали межконтинентальные соединения, по которым мигрировали с континента на континент животные и растения. При понижениях уровня Мирового Океана усиливался речной сток, следовательно, усиливалась водная эрозия и мн. др.

В целом законы единства географической (геоэкологической) среды сформулировал в 1970 г. известный российский ученый, географ, академик С. В. Калесник. Всего их пять.

1. Непрерывный обмен веществ и преобразования энергии между компонентами ландшафтной оболочки Земли обусловливают ее целостность.

2. Круговорот веществ и преобразования энергии в ландшафтной оболочке обеспечивают многократность процессов и их высокую суммарную эффективность при ограниченных исходных количествах вещества.

3. Для ландшафтной оболочки Земли характерны периодичность и циклическая повторяемость различных процессов и явлений во времени.

4. Все географические компоненты закономерно изменяются по широте (зональные). Азональные факторы играют существенную роль, но все же меньшую, чем зональные.

5. Северное полушарие отличается от южного по распределению суши и морей, климату, структуре ландшафтов, геологической истории, формам оледенений и биотам (явление полярной асимметрии).

Если четыре первых закона С. В, Калесника не требуют особо сложных доказательств, т. к. выводятся из общих закономерностей существования нашей планеты, то пятый закон, верней, его проявления, необходимо рассмотреть более подробно.

Прежде всего сама фигура Земли асимметрична – полярное сжатие в северном полушарии меньше, чем в южном, поэтому северный полюс примерно на 30 км выше, чем южный. Суша в северном полушарии занимает 39 % его поверхности, а в южном-только 19 %. В северном полушарии находятся наиболее древние приподнятые участки земной поверхности – щиты (Балтийский, Алданский, Анабарский, Канадский), а в южном – самые обширные впадины океанического дна (Афро– Антарктическая и Беллинсгаузена). Различна также геологическая история обоих полушарий. Северные материки – части суперконтинента Лавразии – образовались в основном в середине Протерозойской эры, южные – части суперконтинента Гондваны – в конце ее, т. е. на полмиллиарда лет позже. Большая часть южных материков занята древними платформами и слабо подвергалась процессам горообразования, на северных же материках много молодых гор альпийской складчатости (в основном образовавшиеся в начале Кайнозойской эры). Материки северного полушария имеют изрезанную береговую линию и множество островов и полуостровов – 24–39 % их общей площади. Южные – меньшую изрезанность и меньшее количество островов и полуостровов, 1–2 %. В северном полушарии имеется пояс молодых гор от Пиренеев и Атласских гор до Саян, протянувшийся вдоль геосинклинали на месте исчезнувшего моря Тетис. В южном полушарии ему аналогов нет.

Асимметричность суши и Мирового Океана влечет за собой и другие диспропорции в распределении компонентов географической оболочки. В южном полушарии, вследствие значительного преобладания водной поверхности, климат ровнее, чем в северном. Средняя разность между температурами самого холодного и самого теплого месяцев составляет в северном полушарии 14 °C, а в южном – 6 °C. Но температура поверхностных вод Мирового Океана в северном полушарии на 3 °C выше, чем в южном. Это происходит потому, что теплые течения в северном полушарии от экватора доходят до Северного Ледовитого океана, а в южном – не далее 35° ю. ш.

Сильно различается и характер оледенений. Подавляющая часть ледников Земли находится в южном полушарии, на материке Антарктида (87 %). В Арктике континентальное оледенение слабое, но сильное морское, и широко распространена вечная мерзлота: 95 % (20 млн км2) в северном полушарии, а в южном 5 % (1 млн км2).

Асимметрично распределение растительного и животного мира в пределах обоих полушарий. Географические пояса северного полушария, особенно умеренный субтропический, намного превышают по площади аналогичные пояса южного полушария. Северные материки по количеству биомассы на единицу площади также превышают южные, за исключением Южной Америки, имеющей рекордную биомассу – 85 400 т/км2. Даже в Мировом Океане 55 % всей биомассы относится к северному полушарию, 11 % к экваториальному поясу и лишь 34 % – к южному полушарию.

Типичная бореальная растительность – таежная и тундровая – имеются только в северном полушарии, в южном им аналогов нет. Если, к примеру, сравнить видовой состав голосеменных растений, то сосновые, тисовые, секвойи, гинкго (как ныне живущие, так и ископаемые формы) растут в основном в северном полушарии, в то же время саговники, араукариевые, подокарповые – в южном.

Различается и животный мир. Например, в Антарктиде нет белых медведей, песцов, северных оленей, леммингов, чистиковых птиц. В Арктике нет пингвинов. Чайковые, тюлени обитают в обоих холодных поясах Земли, но совершенно разных видов. В Арктике много тресковых рыб, в Антарктике же – эндемичные семейства нототениевых и белокровок.

Аналогично происходило и развитие древних оледенений. Ледниковые периоды раннего Протерозоя, позднего Ордовика и Антропогена в основном затронули северную группу материков, а позднекембрийское и пермское оледенения – южную.

Глава 2

Понятие о ландшафтах

Основной формацией, изучаемой в геоэкологии, является биом – экосистема ландшафтно-географической зоны или подзоны. Следовательно, предварительно необходимо ознакомиться с таким явлением природы, как ландшафт.

В географии под ландшафтом (нем. «вид земли», «вид местности») понимают генетически однородный природно-территориальный комплекс, характеризующийся относительным единством рельефа с образующими его породами, климата, почв, вод и живых организмов.

В геоэкологии принимается несколько иная формулировка, несущая конкретно-экологическое содержание. Ландшафт – крупное подразделение земной поверхности, в пределах которого геоморфологические особенности, субстраты (почва, подпочва, донные осадки и т. д.), приход-расход энергии, атмосферно-климатические процессы, фазовое состояние среды (твердое, жидкое, газообразное) создают условия для нахождения здесь специфической экосистемы.

Ландшафты – реально существующие части земной поверхности, представляющие собой самостоятельные природные образования, качественно отличающиеся друг от друга. Любой ландшафт слагается из ряда компонентов и связей между ними, т. е. представляет собой естественную систему. Каждый ландшафт имеет свой индивидуальный внешний облик и внутреннюю структуру, образуемую прямыми и обратными связями между ландшафтообразующими природными компонентами, конкретное положение на земной поверхности и границы, развитие в пространстве и времени.

Группы сходных между собой ландшафтов объединяются в ландшафтно-климатические (физико-географические) зоны.

Ландшафты изучаются как в индивидуальном, так и в типологическом плане. Для науки и практической деятельности человека имеет интерес как конкретный ландшафт (например, ландшафт окрестностей г. Омска), так и общие (типологические) признаки, повторяющиеся в разных ландшафтах, позволяющие свести эти ландшафты в единый тип (в случае с окрестностями г. Омска – лесостепной тип ландшафта) и выделить внутри типа классы (в случае лесостепи – европейские, западно-сибирские, забайкальские, северо-американские и др.).

Любой ландшафт имеет свою структуру, которая изменяется как в пространстве, так и во времени. Характер этих изменений может быть периодическим, циклическим и ритмическим. К периодическим изменениям относятся изменения, повторяющиеся через более– менее равные отрезки времени, например, затопление поймы реки паводковыми водами весной, или затопление приливно-отливной зоны моря (литорали) дважды в сутки. К циклическим изменениям относят возврат ландшафта к исходному состоянию через любой промежуток времени и через переходные формы ландшафта, например, восстановление леса после вырубки или пожара. Ритмические изменения – изменения, наступающие через неправильные промежутки времени и несущие необратимый характер, например, изменения поверхности Земли в результате землетрясений, извержений вулканов, оползней, водной эрозии.

По степени стабильности ландшафты делятся на устойчивые, относительно устойчивые и сукцессионные. Устойчивые ландшафты – это такие ландшафты, в которых процессы развития приводят к их восстановлению даже после существенного внешнего воздействия. Это горные ландшафты. Относительно устойчивые ландшафты восстанавливаются после не очень значительных воздействий, но за определенным пределом этого воздействия ландшафт уже не восстанавливается. Пример – лесные ландшафты. Сукцессионные ландшафты постоянно меняются в определенном направлении под влиянием активно протекающих в них процессов. Это озерно-болотные ландшафты.

Ландшафт состоит из более мелких морфологически выраженных частей, формирование и развитие которых обусловлено местными особенностями каждого конкретного участка. Самой простой, низшей единицей ландшафта является фация – природно-территориальный комплекс, на протяжении которого сохраняются одинаковыми поверхностные породы, микрорельеф, микроклимат, тип почвы и биоценоз._Пример фации – опушка колка, склон оврага, группа кустов среди луга и т. п. Фациям соответствуют экосистемы уровня яруса, синузии или микробиоценоза. Сочетание нескольких фаций образует урочище – морфологическую часть ландшафта, систему взаимосвязанных фаций, формирующуюся в пределах одной мезоформы рельефа. Пример урочища – осиново-березовый колок, озеро с окружающей его влаголюбивой растительностью, днище небольшой межгорной долины и т. п. Урочищам соответствуют экосистемы уровня ассоциации или группы сходных ассоциаций.

Основные природные ландшафтообразующие компоненты подразделяются на зональные (климат, почвы, флора и фауна) и азональные (геологическое строение и рельеф).

Характер и внутренняя структура большинства современных ландшафтов в значительной мере зависят от антропического воздействия на них – плотности населения и характера его хозяйственной деятельности. Социально-экономические факторы все больше и больше влияют на формирование структуры ландшафтов Земли. В отличие от природных, антропические ландшафтнообразующие процессы изменяют ландшафты намного быстрее.