Природа, геосферы, компоненты природы, геосистема

Для разумного выбора рассматриваемой природной системы необходимо определить само понятие «природа».

Природа – совокупность естественных факторов и условий существования человеческого общества.

Фактор – материально-энергетическая составляющая процесса, условие - обстоятельство, при котором развивается процесс.

Понятие «окружающая среда» несколько шире, поскольку включает ещё и «вторую природу» - технические системы, встроенные в природу. Для изучения природно-техногенных комплексов полезно понимать этот термин в узком, специальном смысле:

Для упрощения анализа природных процессов и устройства оболочки Земли её делят на геосферы: атмосфера – воздушная, гидросфера – водная, литосфера – земная кора, биосфера – оболочка земли, в которой присутствует жизнь и биогенное вещество, педосфера – почвенная оболочка.

Но они, в свою очередь, достаточно сложные системы, состоящие из компонентов: воды (во всех состояниях), воздуха, массы твердой земной коры, почвы, живых организмов.

Компоненты природы: массы вод во всех состояниях, воздух, массы твердой земной коры, почва, биота.

Одна из фундаментальных проблем природообустройства, как и природопользования – встраивание деятельности человека в единое природное тело. Сразу возникает вопрос: а как же выделить это природное тело?

Введено понятие «геосистема» - пространственно-временной комплекс всех компонентов природы, взаимообусловленный в своем размещении и развивающийся как единое целое.

 

Свойства систем

Теория систем позволяет отыскать ряд свойств, характерных для всех сложных объектов, которые функционируют как единое целое благодаря взаимодействию составных частей. Часть этих свойств присуща всем системам, часть – только динамическим, в которых роль связей играют потоки вещества, энергии и информации. Геосистемы являются динамическими системами, т.е. частным случаем систем вообще, поэтому их свойства можно разделить на три группы: присущие им как системам вообще, как динамическим системам и своеобразные свойства, которые есть только у земных природных систем.

Общие свойства систем

Целостность (эмерджентность) – это способность систем проявлять полностью свои свойства только при взаимодействии элементов. Важнейшее свойство, наличие которого, согласно определению, позволяет отнести объект к системам.

С этих позиций геосистемы нужно рассматривать как совокупности взаимосвязанных и взаимообусловленных элементов - компонентов природы или подсистем более низкого ранга. Так, невозможно достоверно судить о процессах в почве, не учитывая особенностей функционирования ландшафта в целом. С другой стороны, относительно замкнутые круговороты веществ на уровне ландшафта невозможно изучать, не имея информации о региональных и глобальных процессах.

Сложность. В соответствии с принципом «Вселенная бесконечно систематизирована» можно представлять систему состоящей из элементов различных уровней существования материи, вплоть до атомного, элементарного и даже кваркового. В таком случае во всех природных системах число элементов очень велико.

Но при изучении геосистем нужно оставаться на уровне рассмотрения процессов, значимых для ландшафта, местности, урочища, фации, для чего рассматривать уже укрупненные элементы – природные тела (атмосферные потоки, почву и её горизонты, водные объекты, фитоценозы, популяции животных и колонии микроорганизмов, грунты и гидрогеологические системы). При моделировании стараются рассматривать по возможности меньшее число элементов. Наиболее рациональный путь упрощения модели – выделение и описание взаимодействия между подсистемами, включающими в себя множество элементов. Важная для природообустройства система «почва – вода – атмосфера - растение» состоит из четырех подсистем, каждую из которых можно описывать более или менее сложной моделью в зависимости от поставленных задач.

Разнообразие Система жизнеспособна только тогда, когда состоит из разнообразных элементов и связей. В геосистемах это свойство выражается в изменчивости и неоднородности свойств компонентов природы в пространстве и может быть детерминированным (упорядоченным, тогда можно говорить о трендах и нанесении на карту распределения некоторой величины) и стохастическим (случайным), т.е. когда какое-то свойство (плотность, пористость, коэффициент теплопроводности и т.п.) меняется из точки в точку, не подчиняясь какой-либо функциональной закономерности. Внутренняя неоднородность и изменчивость повышают устойчивость геосистемы.

Структурность характеризует организацию системы. В геосистемах выражается в виде пространственно-временной упорядоченности (организованности), определенным расположением ее частей и характером их соединения. Различают вертикальную, или ярусную структуру, указывающую на взаиморасположение компонентов, слоистость, и горизонтальную, или латеральную структуру, раскрывающую порядок расположения геосистем низшего ранга. Поэтому нужно рассматривать как вертикальные или межкомпонентные связи, так и горизонтальные, или межсистемные связи.

Система без выраженной структуры неустойчива и подвержена случайным воздействиям, которые её «расшатывают». Так ведёт себя песчаная дюна, перемещаемая ветром.

Система со сложной жесткой структурой устойчива, но не способна развиваться и усложняться. Оросительная система, состоящая из насосной станции, трубопроводов, дождевальной техники, выдерживает нормальные эксплуатационные нагрузки, но само восстанавливаться она не может, и уж тем более не может самопроизвольно, за счет внутренних факторов превратиться во что-то более совершенное.

Системы со средне выраженной структурой занимают промежуточное положение; они обладают достаточной устойчивостью, но способны в некоторых пределах изменяться, а иногда и перестраиваться в другие системы со своей устойчивостью. Так, пожарище со временем превращается в луг, а он сменяется лесом.

Создание ПТК разрушает ранее существовавшие природные структуры и вносит новые структуры в геосистемы, что делает их более «жесткими» и может снизить их способность к развитию и адаптации. Если же природные структуры разрушаются или упрощаются человеком (монокультура взамен лугового разнотравья, планировка поверхности и ликвидация микрорельефа), то системы становятся менее устойчивыми из-за меньшего разнообразия.

Четыре отмеченных свойства характерны для всех систем: природных, технических и др. На этих свойствах основаны принципы целостности и необходимого разнообразия, которые позволяют создавать оптимальные техногенные подсистемы природообустройства с учетом наиболее общих закономерностей теории систем.