Инвариантная структура предполагает наличие множества переменных состояний. Для исследования динамики геосистемы необходимо выявление ее коренных и переменных состояний, а также производных модификаций.
Под влиянием эндогенных и экзогенных процессов в природной среде возникают два типа геосистем: геомеры - геосистемы с гомогенной структурой и геохоры - геосистемы с гетерогенной структурой. В основе представления о геомерах лежит понятие о гомогенном природном ареале [43]. Гомогенные системы на земной поверхности распределены мозаично в границах определенного ареала. Геохоры представляют собой пространственные гетерогенные системы, образованные территориально примыкающими друг к другу геомерами, в совокупности составляющими структурнодинамическое и функциональное целое. Геохоры и геомеры образуют иерархический ряд геосистем, представляющий собой структурные уровни - от более простых к более сложным. Для геомеров и геохор условия соподчинения задаются физико-географическими характеристиками, присущими узловым геосистемам. По мнению В. Б. Сочавы [43], иерархические ряды геомеров и геохор во взаимосвязи в узловых звеньях позволяют создать двухрядную ландшафтную классификацию на системной основе. К ним относятся свита типов ландшафтов - физико-географический пояс, классы геомов - физико-географическая область, геомы - ландшафт. Любые изменения в функционировании узловых геосистем существенно меняют направление развития подчиненных [21].
Введение в научный обиход понятия «геосистема» вызвало бурные дискуссии. В. Б. Сочава [43], А. Г. Исаченко [16; 18] отстаивали понимание геосистемы как природной системы, акцентируя внимание на ее целостности, системообразующих связях и отношениях. Некоторые ученые геосистемами стали называть особые классы природных объектов. Так, Н. А. Гвоздецкий [10], А. Ю. Ретеюм [37] предлагают считать геосистемами только объекты, формирующиеся однонаправленными потоками вещества, а А. Д. Арманд [2] - на территориальные «единицы-общности» элементов, связанных обменом вещества и энергии. Многие исследователи считают, что геосистемами следует называть интегральные образования, включающие в себя природу, хозяйство и население, так как объекты, изучаемые экономической географией, тоже являются географическими [1; 34]. Ф. Н. Мильков предлагает различать две категории геосистем - природные и антропогенные [28]. Антропогенными он называет те, в которых хотя бы один из компонентов подвергся коренному изменению под воздействием человека. Б. В. Виноградов [7] призывает «антропогенные» структуры называть «антропизированными», т. е. не созданными человеком, а преобразованными им.
Мы придерживаемся той точки зрения, что геосистемы - это природные объекты, физико-географические характеристики которых определяют особенности антропогенных преобразований и даже характер природопользования в их пределах.
Изучение трансграничных геосистем, региональных по размерности, должно базироваться на результатах интегрального анализа, вскрывающего закономерности самоорганизации геосистем. Учитывая размеры трансграничных территорий, как правило, рассматривают геомеры и геохоры региональной размерности. Минимальной таксономической единицей принимается геом в ряду геомер и макрогеохора, или округ, в ряду геохор. История развития территории, зональные и азональные изменения режимов тепла и влаги позволяют более целенаправленно рассмотреть особенности пространственной дифференциации геосистем трансграничных территорий.
Экологический подход в исследовании трансграничных территорий
Усиливающиеся масштабы антропогенных воздействий на природу в зонах контакта различных географических объектов вызвали ухудшение состояния окружающей среды и привели к деградации некоторых геосистем, поэтому при исследовании трансграничных территорий следует обратить особое внимание на особенности взаимодействия природы и общества.
Впервые на изучение подобных взаимоотношений обратил внимание Х. Берроуз. К. Тролль ввел в науку термин «геоэкология». Теоретическую и практическую значимость экологического подхода в географии доказал В. Б. Сочава [41].
Целью экологического исследования является выявление связей, существующих между изучаемым объектом и окружающей его средой. Экологический подход, по мнению И. П. Герасимова [11], следует понимать в широком смысле как «экологический путь познания» или «экологическое научное мышление». Он имеет большое практическое значение при рассмотрении проблем окружающей среды. Внедрение экологического подхода в географические исследования позволяет говорить об экологической парадигме в географии [15; 23; 27; 40; 43], которая проявляется в интеграции географии и экологии и формировании на их основе геоэкологии [25; 31-33; 35].
Геосистемы - это ландшафтно-экологические категории, так как познание механизма взаимодействия между компонентами возможно только с позиции экологического подхода [43]. Геосистемы как открытые динамические системы органически связаны со своим окружением, любое внешнее воздействие на геосистему трансформируется ее взаимосвязанными составляющими. Наиболее резкие трансформации характерны для геосистем с жестким, свойственным для «молодых» систем, и дискретным, присущим для серийных и реликтовых систем, типами взаимосвязей [38]. И те и другие широко представлены в пределах трансграничных территорий.
Геоэкологические исследования базируются на изучении соподчиненных пространственно-временных образований (геохоры и геомеры), на разработанных методах и методиках изучения режимов вещественноэнергетического обмена, геофизических, геохимических моделях их статистических и эволюционно-динамических состояний [5; 12; 39; 43]. В этом случае термин «геоэкология» используется как синоним термина «ландшафтная экология», следовательно, геоэкология входит в систему географических наук.
Цель геоэкологических работ заключается в выявлении пространственной организации окружающей среды [27]. Предмет геоэкологии - гомо- и гетерогенные геосистемы разных размерностей, функционирующие в условиях различного по интенсивности антропогенного воздействия. Геоэкологические (ландшафтно-экологические в нашем понимании) исследования являются по существу географическими, но преследуют экологические цели.
В процессе развития отдельные природные компоненты обнаруживают различные темпы и степень изменчивости. Наиболее мобильные из них и
быстро трансформирующиеся под влиянием разного рода воздействий называют критическими. Для геосистем внетропического пояса В. Б Сочавой [43] было выделено три критических компонента - эффективная радиация, вода и биота, так как «никакая географическая система не может мыслиться без энергетического начала и необходимого условия физико-географического процесса - воды» [43, с. 34]. Коллективом авторов Института географии СО РАН были выявлены закономерности распределения, пространственной и видовой структуры растительности в зависимости от некоторых экологических факторов (сумма активных температур, радиационный индекс сухости и т. п.) [45]. Результатом этих исследований стала корреляционная эколого-фитоценотическая карта Азиатской России.
Геоэкологические (ландшафтно-экологические) исследования трансграничных территорий основываются на выявлении двух основных групп факторов - природных и антропогенных. Под природными мы понимаем пространственно-временную структуру объективно существующих геосистем, представленных гомогенными (геомеры) и гетерогенными (геохоры) ареалами, и потенциал их устойчивости к антропогенным воздействиям. Антропогенные факторы подразумевают вид использования территории и степень антропогенной нагрузки, т. е. любые прямые или косвенные воздействия человеческого общества на природу.
Поскольку геосистема является открытой динамической системой, любое внешнее воздействие отражается на ее структуре. В естественных условиях особенности функционирования геосистемы определяются потоками тепла, влаги и минеральных веществ. Важное место при ландшафтноэкологических исследованиях уделяется проблеме устойчивости к антропогенным нагрузкам, т. е. способности геосистем испытывать внешние возмущения без нарушения, без смены инварианта. Устойчивость физикогеографической системы - это ее способность активно сохранять свою структуру и характер функционирования в пространстве и во времени при изменяющихся условиях среды [6; 26; 30]. Следует отметить, что устойчивость выступает в единстве с изменчивостью [22]. По мере усиления антропогенного воздействия устойчивость снижается, но не утрачивается полностью. Следовательно, устойчивость геосистемы к антропогенным нагрузкам включает в себя особенности всех ее элементов противостоять, т. е. сохранять способность к восстановлению, при любых видах антропогенных воздействий.
Оценка устойчивости трансграничных геосистем регионального уровня дифференциации проводится с учетом трансформирующих взаимосвязей, возраста, иерархии, согласованности процессов, соответствия узловой системе. Геосистемы с жестким или дискретным типом взаимосвязей крайне неустойчивы и при значительных воздействиях среды изменяются или распадаются как структурный тип [22].
При геоэкологических исследованиях трансграничных территорий важным является выявление зон экологических рисков и связанных с ними геоэкологических проблем и ситуаций. По основным видам условий формирования выделяются три группы ситуаций (рис. 1). Ландшафтноэкологическая ситуация в этом ряду занимает особое место. Характер природных условий определяется существующей на территории ландшафтной структурой, и анализ ее как основы, на которой строится вся хозяйственная и общественная деятельность человека, является основополагающим при эколого-географических исследованиях.
Рис. 1. Основные группы геоэкологических (эколого-географических) ситуаций
Вслед за Б. И. Кочуровым [25] по степени остроты мы выделили следующие категории эколого-географических ситуаций:
1) удовлетворительная (нормальная) ситуация свойственна районам, слабо затронутым антропогенной деятельностью;
2) слабонапряженная характерна для районов с незначительными изменениями в структуре геосистем, которые восстанавливаются в результате процессов саморегуляции или проведения несложных природоохранных мер;
3) при напряженной ситуации возникают значительные изменения геосистем, происходит быстрое нарастание угрозы истощения уникальных природных объектов, наблюдается устойчивый рост заболеваемости населения;
4) при критичной ситуации в геосистемах возникают очень значительные и практически слабокомпенсируемые изменения, происходит полное истощение природных ресурсов и резко ухудшается здоровье населения;
5) катастрофическая ситуация характеризуется необратимыми изменениями геосистем и угрозой здоровью населения.
Взаимодействие вышеперечисленных ситуаций создает на территории определенную экологическую обстановку.
Методика ландшафтно-экологических исследований трансграничных территорий
Методика ландшафтно-экологических исследований трансграничных территорий была разработана на основе материалов А. Г. Исаченко [17], Б. И. Кочурова [24; 25], Б. В. Виноградова [7], А. В. Дончевой [14]. Она применялась нами при ландшафтно-экологическом картографировании селенгинской части Байкальского региона и показала возможность исследования устойчивости и антропогенной трансформации геосистем трансграничных территорий.
На первом этапе была составлена карта геосистем, отражающая их пространственную дифференциацию, при этом учитывалась степень устойчивости природных систем к антропогенным нагрузкам.
На втором этапе определялись характеристики экологических условий функционирования естественных систем, так называемый природный фон, на который накладываются различные антропогенные воздействия, способные привести к трансформации геосистемы, т. е. фиксируются экологические параметры естественного состояния ландшафта: климатические (атмосферные осадки, сумма температур выше 10°С, радиационный индекс сухости, коэффициенты увлажнения, стока, континентальности), орографические (крутизна склонов, расчлененность рельефа, овражистость), почвенные (почвообразующие породы, механический состав) и многие другие.
На третьем этапе выявляются районы природно-антропогенных трансформаций, характеризуемые определенным единством природных и социально-экономических условий. При этом учитываются типы природопользования, степень освоенности территории, плотность населения, наличие крупных промышленных центров и узлов, транспортных магистралей, которые дают представление об антропогенных модификациях геосистем и степени их трансформации.
На заключительном этапе производится ландшафтно-экологическое районирование исследуемой территории по степени критичности, направленное на выявление регионов, специфика и целостность которых определяется наличием особой экологической обстановки. При оценке критичности учитывается степень и характер трансформации геосистем, тип и уровень освоенности территории, площадь распространения и интенсивность деструктивных процессов. Границы антропогенно нарушенных районов устанавливались в пределах геосистем регионального уровня дифференциации (рис. 2).
Рис. 2. Основные этапы геоэкологических исследований трансграничных территорий
Таким образом, в ходе ландшафтно-экологических исследований должны быть рассмотрены:
• природные условия исследуемой территории;
• структура геосистем с выделением слабоустойчивых геосистем;
• структура и характеристика землепользования на территории;
• центры экологически опасных производств;
• районы с разным уровнем экономического развития и степенью хозяйственной освоенности территории;
• культурно-исторические традиции природопользования;
• демографические характеристики (численность, плотность, состав, смертность, миграции населения).