Виділяючи геосистеми як якісно особливий рівень організації земної природи, слід відразу зазначити, що в рамках загального поняття «геосистема» існує своя внутрішня ієрархія, свої структурні рівні – від відносно простіших до складніших. До геосистем можна віднести і верховий болотний масив, і Прип’ятське Полісся, і Тайгову зону, і, нарешті, всю географічну оболонку. Зрозуміло, що це утворення різного порядку, або рангу, хоча усім їм властиві деякі загальні ознаки, що дозволяють вважати їх геосистемами. Встановлення ієрархічних відносин, природного взаємовпорядкування у величезному різноманітті геосистем становить одну з важливих задач ландшафтознавства.
Перш ніж розпочати огляд основних понять, що стосуються властивостей геосистем, необхідно розрізняти три головні рівні організації геосистем: планетарний, регіональний і локальний, або топічний (від грецьк. topos – місце).
Планетарний рівень представлений на Землі в єдиному екземплярі – географічною оболонкою. Термін «географічна оболонка» походить від назви науки і не несе ніякого змістовного навантаження (у назвах окремих земних сфер таке «навантаження» міститься: атмосфера перекладається як повітряна оболонка, гідросфера — як водна оболонка і т. д.). Тому пропонувалися різні найменування цієї оболонки. Найкоротший і точніший термін — епігеосфера, що в буквальному перекладі означає «зовнішня земна оболонка», як її вперше і визначив ще в 1910 р. П. І. Броунов.
До геосистем регіонального рівня належатьвеликі і досить складні за будовою структурні підрозділи епігеосфери – фізико-географічні, або ландшафтні, зони, сектори, країни, провінції та ін.
Фізико-географічні зони, ландшафтні зони суші – крупні підрозділи географічної оболонки Землі, які змінюються від екватора до полюсів і від океанів углиб континентів; мають близькі умови температур і зволоження, що визначають однорідні ґрунти, рослинність, тваринний світ та інші компоненти природного середовища. Виражені на суші і в океані, де виявляються менш виразно. У межах фізико-географічної зони щодо переважання ландшафтів того або іншого типу виділяються фізико-географічні підзони. Багатьом фізико-географічним зонам назви традиційно даються за найяскравішим індикатором – типом рослинності, що відображає найважливіші особливості більшості природних компонентів і процесів (лісові зони, степові зони, зони саван та ін.).
Фізико-географічний сектор – великі частини материків з різною структурою географічної зональності і з своєрідною сезонною ритмікою природних процесів, пов’язаних з відмінностями у зволоженні, із впливом океанічних течій, із ступенем континентальності клімату та іншими чинниками. Розрізняють західно-приокеанічні, внутрішньоматерикові, східно-приокеанічні і перехідні між ними сектори.
Фізико-географічна країна – велика територія, що виділяється за географічним положенням і природними умовами; одна з вищих таксономічних одиниць фізико-географічного районування (фізико-географічне районування – див. розд. 4.1) Фізико-географічна країна характеризується єдністю геологічної структури, спільністю макрорельєфу, атмосферних процесів, специфічними проявами географічної зональності або висотної поясності.
Фізико-географічна провінція – частина географічної зони у складі певної фізико-географічної області; регіональна одиниця фізико-географічного районування. Фізико-географічні провінції виділяються за морфоструктурними особливостями рельєфу і клімату, а в горах – за характером висотної поясності.
Під системами локального рівня розуміють відносно прості ПТК, з яких побудовані регіональні геосистеми, які називають урочища, фації (див. розд.3.3) та ін.
Регіональні і локальні геосистеми, або природні територіальні (географічні) комплекси, і є безпосередніми об’єктами ландшафтного дослідження. Таким чином, можна визначити, що ландшафтознавство є розділом фізичної географії, предметом якого є вивчення геосистем регіонального і локального рівнів як структурних частин епігеосфери (географічної оболонки). Це визначення підкреслює нерозривний зв’язок ландшафтознавства і загальної фізичної географії.
Епігеосфера, будучи єдиною, цілісною матеріальною системою, зовсім не є чимось однорідним або аморфним: у ній виразно виділяються різнорідні структурні частини. Епігеосфера має одночасно властивості безперервності (континуальності) і уривчастості (дискретності). Обидва ці властивості знаходяться в діалектичній єдності і неправомірно ставити питання про те, яке з них «головне», або «переважаюче», а яке «підлегле», «другорядне» і т.п. Континуальність епігеосфери обумовлена взаємопроникненням її компонентів, потоками енергії і речовини, їх глобальними круговоротами, тобто процесами інтеграції. Дискретність – прояв процесів диференціації речовиниі енергії епігеосфери, певної внутрішньої структурованості окремих частин, що виконують свої функції у складі цілого. Диференціація і інтеграція здійснюються в природі спільно і одночасно і також повинні розглядатися в діалектичній єдності. Нерідко один і той самий чинник виконує як диференціюючу, так і інтегруючу роль в епігеосфері. Рельєф, наприклад, створює великі контрасти між геосистемами, але він же їх об’єднує, спрямовуючи «крізні» потоки води і мінеральних речовин.
Просторова диференціація епігеосфери має двоякий характер – її слід розглядати по вертикалі і по горизонталі. По вертикалі будова епігеосфери має ярусний характер і виражається в розташуванні основних приватних геосфер відповідно до щільності складаючої їх речовини. На контактах атмосфери, гідросфери і літосфери відбувається їх найактивніше взаємопроникнення і взаємодія, саме тут спостерігається концентрація життя, формується похідний компонент – ґрунти. Вузьку контактну і найактивнішу плівку епігеосфери іноді називають ландшафтною сферою. Вона складається із трьох різних частин, що стосуються до приповерхневого шару літосфери разом із приземним шаром тропосфери, до поверхневого шару Світового океану і океанічного дна.
Найбільшою складністю і мозаїчністю горизонтальної (латеральної) структури відрізняється контактний шар на поверхні розділу суші і атмосфери, який можна називати сферою наземних ландшафтів. По суті, ця структурна одиниця епігеосфери формується на контакті всіх трьох основних геосфер, включаючи гідросферу, яка представлена тут різноманітними скупченнями поверхневих і підземних вод. Тут же зосереджена переважна частина (не менше 99%) живої речовини нашої планети. У сфері наземних ландшафтів знаходяться основні механізми трансформації енергії і речовини, це свого роду грандіозна лабораторія, в якій безперервно відбуваються процеси розчинення, окиснення, відновлення, гідратації, біологічного синтезу і розкладання, механічного руйнування гірських порід, перенесення і акумуляції пухких відкладень, випадання атмосферних опадів, стоку, фільтрації, випаровування, формування ґрунтів, льодовиків, різномантних форм рельєфу.
Складна диференціація ландшафтної сфери, що виражається в мозаїці геосистем різних рангів і різних типів, поступово згладжується по вертикалі – у напрямку до зовнішніх рубежів епігеосфери (тобто в атмосфері і літосфері). Тому межі регіональних і локальних геосистем практично неможливо продовжити до верхніх і нижніх меж епігеосфери. Іншими словами, не можна просто розділити всю товщу цієї оболонки на геосистеми всіх ступенів або ж, навпаки, скласти з останніх, як з кубиків, всю епігеосферу.
Задачі ландшафтознавства полягають у всесторонньому пізнанні ПТК, тобто регіональних і локальних геосистем суші, – закономірностей їх диференціації і інтеграції, розвитку і розміщення, їх різних властивостей, структури, функціонування, динаміки і еволюції.
Найважливішою властивістю всякої геосистеми є її цілісність. Це означає, що систему не можна звести до простої суми її частин. Із взаємодії компонентів виникає щось якісно нове, чого не могло б бути у механічній сумі рельєф + клімат + вода і т.д. До особливих нових якостей геосистеми слід віднести її здатність продукувати біомасу. Біологічна продуктивність – це результат «роботи» свого роду складного природного механізму, в якому беруть участь всі компоненти геосистеми, включаючи енергетичний компонент – сонячну енергію. І невипадково кількість (а також якість) щорічно продукованої біомаси змінюється у строгій відповідності до характеру географічного комплексу: у степовій зоні воно вище, ніж в тундровій або пустинній, на карбонатних породах вище, ніж на безкарбонатних, в долинах вище, ніж на межиріччях, і т.д.
Своєрідним «продуктом» наземних геосистем і одним з яскравих свідоцтв їх реальності і цілісності служить ґрунт. Якби сонячне тепло, вода, материнська порода і організми просто співіснували на одному місці, але не взаємодіяли, не функціонували як єдиний складний механізм, ніякого ґрунту не могло б бути.
Цілісність геосистеми виявляється в її відносній автономності і стійкості до зовнішніх дій, у наявності об’єктивних природних меж, упорядкованості структури, більшій тісноті внутрішніх зв’язків порівняно із зовнішніми.
Геосистеми належать до категорії відкритих систем; це означає, що вони пронизані потоками енергії і речовини, що пов’язують їх із зовнішнім середовищем. Середовище геосистемиутворене вмісними системами вищих рангів, кінець кінцем – епігеосферою (середовище останньої – космічний простір і підстилаючі глибинні частини земної кулі).
У геосистемах відбуваються безперервний обмін і перетворення речовини і енергії. Складніше питання про наявність і роль інформаційного обміну в геосистемах. При широкому тлумаченні поняття «інформація» його можна застосувати і до географічного комплексу. Але і при вужчому і строгішому значенні цього слова треба визнати, що інформаційні зв’язки у геосистемі наявні, оскільки одним із її компонентів є біота, якій властивий обмін інформацією.
Усю сукупність процесів переміщення, обміну і трансформації енергії, речовини, а також інформації у геосистемі можна назвати її функціонуванням. Функціонування геосистеми здійснюється за законами механіки, фізики, хімії і біології. З цієї точки зору геосистема є складною (інтегральною) фізико-хіміко-біологічною системою. Функціонування геосистем складається із трансформації сонячної енергії, вологообороту, геохімічного круговороту, біологічного метаболізму і механічного переміщення матеріалу під дією сили тяжіння.
Структура геосистеми – складне, багатопланове поняття. Її визначають як просторово-часову організацію (упорядкованість) або як взаємне розташування частин і способи їх з’єднання.
Просторовий аспект структури геосистеми полягає в упорядкованості взаємного розташування її структурних частин. Останні, у свою чергу, розглядаються двояко – як компоненти і як субсистеми, тобто підлеглі геосистеми нижчих рангів. Таким чином, у природному територіальному комплексі, як і у всій епігеосфері, необхідно розрізняти структуру вертикальну (або радіальну) і горизонтальну (або латеральну). Перша виражається в ярусному розташуванні компонентів, друга – в упорядкованому розташуванні ПТК нижчих рангів. Але поняття структури припускає не просто взаємне розташування складових частин, а способи їх з’єднання. Відповіднорозрізняються дві системи внутрішніх зв’язків уПТК – вертикальна, тобтоміжкомпонентна, і горизонтальна, тобтоміжсистемна. Ті й інші здійснюються шляхом передачі речовини і енергії (частково також інформації). Прикладами вертикальних системотвірних потоків можуть служити випадання атмосферних опадів, їх фільтрація в ґрунт і ґрунтові води, підняття водних розчинів по капілярах ґрунту і материнської породи, випаровування, транспірація, опадання органічних залишків, всмоктування ґрунтових розчинів кореневою системою рослин. До горизонтальних потоків, що зв’язують між собою окремі ПТК у межах територіальної єдності вищих рангів, належать водний і твердий стік, стікання холодного повітря по схилах, перенесення хімічних елементів з водоймищ на суходоли з біомасою птахів і комах та ін.
Структура геосистеми має, крім просторового, і часовий аспект. Складові частини геосистеми впорядковані не тільки в просторі, але і в часі. Достатньо пригадати про сніжний покрив – це специфічний тимчасовий (сезонний) компонент багатьох геосистем, наявний у них тільки взимку. З іншого боку, зелена маса рослин у помірних широтах наявна і «працює» тільки в теплу пору року. Таким чином, у поняття структури геосистеми необхідно включити і визначений, закономірний набір її станів, що ритмічнозмінюються у межах деякого характерного інтервалу часу, який можна назвати характерним часом, або часом виявлення геосистеми. Таким відрізком часу є один рік: це той мінімальний часовий проміжок, протягом якого можна спостерігати всі типові структурні елементи і стани геосистеми.
Усі просторові і часові елементи структури геосистеми становлять її інваріант. Інваріант – це сукупність стійких, відмінних рис системи, що додають їй якісну визначеність і специфічність і дозволяють відрізнити дану систему від усіх інших.
Із сказаного видно близькість понять структура і динаміка геосистеми. Під динамікою слід розуміти зміни системи, які мають оборотний характер і не ведуть до перебудови її структури. Сюди відносять головним чином циклічні зміни, що відбуваються у рамках одного інваріанта (добові, сезонні),а також відновні зміни станів, що виникають після порушення геосистеми зовнішніми чинниками (у тому числі і господарською дією людини). Динамічні зміни свідчать про певну здатність геосистеми повертатися до початкового стану, тобто про її стійкість. Стійкістьі мінливість – дві важливі якості геосистеми, що знаходяться в діалектичній єдності.
Від динаміки слід відрізняти еволюційні зміни геосистеми, тобто розвиток. Розвиток – спрямована (необоротна) зміна, що приводить до корінної перебудови структури, тобто до появи нової геосистеми. Прогресивний розвиток властивий усім геосистемам. Перебудова локальних ПТК може відбуватися на очах людини, про це свідчать такі процеси, як заростання озер, заболочування лісів, виникнення ярів. Час трансформації систем регіонального рівня вимірюється геологічними масштабами. Розвиток геосистем – складний процес, пізнання якого вимагає специфічних підходів залежно від рангу геосистеми.
Складність будови геосистеми знаходиться в прямій відповідності з її рівнем (рангом), тому всі ознаки і властивості геосистем потребують конкретизації і роздільного розгляду стосовно різних ступенів геосистемної ієрархії. Про три головні рівні геосистемної ієрархії вже згадувалося вище. Вони охоплюють весь ряд послідовних ступенів від фації як нижньої, далі неподільної, або елементарної, географічної одиниці до епігеосфери як верхньої межі фізико-географічного дослідження.
У цьому ряді необхідно виділити основну, або вузлову, сходинку – ландшафт. Якщо весь ієрархічний ряд геосистем уявити у вигляді сходів з багатьма сходинками, нижня з яких – фація, а верхня – епігеосфера, то ландшафт можна порівняти зі сходовим майданчиком, що розділяє нижній проліт сходів (що відповідає системам топологічної розмірності) і верхній (відповідний системам регіональної розмірності).
Співвідношення між індивідуальними і типологічними категоріями геосистем схематично відображені на рис. А.2(додаток А).
