Шпаргалка по "Геофизика ландшафта"

Уравнение связи можно записывать не только через Е, но и через сток, и через фотосинтез.

В качестве графического выражения уравнения связи можно построить график: по оси абсцисс - осадки Х, мм/год; по оси ординат - испарение E, мм/год. Начиная с какого-то значения (свое в каждой зоне, т.е. для каждого радиационного баланса) испарение не растет с ростом количества осадков (т.к. не хватает тепла), т.е. испарение лимитируется энергетическими ресурсами (также влияют сток и рельеф).

Можно по оси ординат откладывать не испарение, а сток Z, мм/год. Сток начинает сильно расти при определенном количестве осадков, когда при данном значении радиационного баланса больше уже не может испариться.

 

26. Причины заболачивания вырубок на севере

Пример с вырубками:

Рассмотрим водный и тепловой баланс ельников в южной части республики Коми и вырубок (3-5 лет) на месте таких ельников. Значения составляющих водного баланса указываются в мм/год, теплового баланса - в ккал/см²Чгод.

	X	Eў	T	Eсум.	Z	DW	R	LE	P	F	Bz
ельники	650	150	250	400	250	-	37	24	12	0,5	0,5
вырубки	600	170	150	320	290	40	30	102	10	0,2	0,6

 

Как видно из таблицы, на вырубках существенно сокращается транспирация. За счет этого формируется избыток влаги. Часть этого избытка пополняет сток, но в целом в условиях не очень хорошего дренажа (особенно на плоских водораздельных поверхностях) происходит заболачивание (так показатели структуры водного и теплового баланса можно использовать для экономической оценки территории).

 

Другие примеры влияния деятельности человека на водный и тепловой баланс:

Уравнение теплового баланса можно кратко записать:

R = LE + P.

Некоторые территории оказывают очень большое влияние на климат Земли - Антарктида (“холодильник”), Сахара и Аравийский п-ов (“сковородка”). В Сахаре, Аравии удельный вклад единицы площади в тепловой баланс Земли больше в 3 раза, чем в среднем по Земле. При орошении затраты на испарение в Аравии возрастают с 5 до 70-80% и средняя температура на Земле может понизиться на несколько градусов.

В экваториальных лесах Бразилии в структуре теплового баланса преобладает транспирация. В результате вырубки лесов она уменьшается, сокращаются и затраты тепла на испарение, происходит повышение температуры.

 

27. Баланс вещества в геосистемах

Мы будем рассматривать уравнение вещества на примере геосистем Европейской территории России (тайга, широколиственные леса, степи и т.д.).

Уравнение вещества в геосистемах имеет вид:

где M_x - приход вещества с осадками;

М_А - поступление вещества с ветром - воздушный перенос (осаждение пыли);

М_Т - приход вещества с тектоническими движениями;

N_s - вынос вещества с поверхностным стоком;

N_p - вынос вещества с внутрипочвенным стоком;

N_u - вынос вещества с подземным стоком;

N_T - вещество, которое растения выносят при транспирации;

N_A - вынос вещества ветром;

± N_g - вещества подземных вод.

 

Растительный опад - внутреннее звено геосистем, не выносится из ландшафта, поэтому не учитывается в уравнении.

Приход вещества с осадками (т/км²Чгод). Минимум - на Крайнем севере (кроме районов активной деятельности человека, например, Норильска) - 1-2 т/км²Чгод; в Антарктиде (0,9). Широколиственные леса - 4-5, средняя тайга - 3-4, степь - 4-7, пустыни и предгорья Средней Азии - 50 т (фоновые значения).

Эоловый перенос вещества: север - 5-10, степь - 20-30. В локальных очагах активного распространения деятельности человека (например, КМА) - до 200. На Северном Кавказе, Кубани, юге Украины при прохождении холодных фронтов 2-го рода случаются пыльные бури (циклоны без осадков). При этом происходят очень большие разовые осаждения.

Сток вещества. На гидрометпостах фиксируется суммарный твердый сток. Величина твердого стока очень зависит от особенностей ландшафта: скальные породы - 1,5-1,6; Западная Сибирь (песчаные отложения) - 5-8; лесостепь - 20-35; горные реки в районах залегания песчаников, мергелей, сланцев - 1200 (например, река Белая в Адыгее).

Расход вещества растительностью - до 30-36 тыс. км³/год на всей Земле, для сравнения - твердый сток всех рек мира равен 37 тыс. км³/год. Вынос вещества с транспирацией исследовал геохимик Ковалевский. Химический состав выносимых веществ - K, Cl, Mg; тяжелые металлы (растения стремятся от них избавиться). Таким образом, растения поставляют в атмосферу тяжелые металлы.

Тектоническое поступление вещества - существенно только за многолетний период (даже в самых тектонически активных районах). Самый точный учет тектонических движений - метод повторных нивелировок. Однако данных нивелировок более чем столетней давности не существует. Поэтому используются геоморфологические методы (например, анализ отложений террас). Ю.А.Мещеряков изучал нивелировки по железной дороге Москва - Симферополь за 1920-1950 гг. Был определен характер тектонических движений на разных участках, составлена карта современных тектонических движений.

 

28. Факторы физико-географической дифференциации и ландшафтная интеграция

Ключевой вопрос физической географии: “почему в данном месте такие ландшафты, а не иные?”. Ученый Муравейский в 1947 г. так сформулировал эту задачу:

1. Выделение физических факторов дифференциации:

• внешних по отношению к ПТК;

• относительно независимых;

2. Выделение объектов, на которые направлено действие факторов;

3. Выделение индицирующих показателей (индикаторов).

 

Набор факторов дифференциации зависит от объекта (плакорная фация, склоновая фация, весь бассейн и т.д.). К числу факторов физико-географической дифференциации относятся радиационный режим Q, R (характеризует поступление энергии); циркуляция атмосферы, осадки; тектонический фактор - неотектоника, современные движения; механический состав пород; химический состав пород; время; генезис биоты и расстояние от центра видообразования. Также выделяют фактор-ретранслятор - рельеф.

В ландшафте происходят интегральные процессы: климатообразование; стокообразование; образование органического вещества; выветривание. Характерными индицирующими показателями являются: 1) сток; 2) биологическая продукция; 3) показатели расчлененности рельефа (характеристика прошлого территории; 4) показатели структуры почвенного покрова - например, соотношение горизонтов A1/A2; 5) некоторые характеристики климата (режим увлажнения и т.д.), причем, измерения климатических показателей на высоте 2м - характеристика урочища, на высоте 0,5 м - характеристика конкретной фации.

 

29. Трофическая пирамида

Экосистема - динамический комплекс соподчиненных функционально различных групп организмов и абиотических компонентов, связанных процессами обмена веществ в условиях одностороннего притока и рассеивания энергии. Основным “строителем” экосистемы выступает сквозной поток энергии Солнца, связываемый растениями благодаря реакции фотосинтеза и передающийся затем по цепям питания.

Построением моеделей функциональной организации экосистем занимались ученые Г.Г.Винберг, П.П.Второв, Н.Н.Дроздов, Д.А.Криволуцкий и др. Наиболее распространена модель трофической пирамиды Ю.Одума:

1. Продуценты - автотрофы - зеленые и высшие растения и водоросли (фитопланктон), усваивающие поток ФАР.
2. Макроконсументы - гетеротрофы - животные и в меньшей степени растения, питающиеся созданными органическими веществами:

а) макроконсументы 1-го порядка (рода) - растительноядные животные и паразиты зеленых растений, зоопланктон;

б) макроконсументы 2-го порядка - плотоядные, питающиеся за счет растительноядных животных, хищники 1-го рода;

в) макроконсументы 3-го порядка - крупные плотоядные животные, питающиеся плотоядными, - хизники 2-го рода и животные, паразитирующие на хищниках 1-го рода.

3. Биоредуценты (микроконсументы) - организмы, осуществляющие разложение (деструкцию) и минерализацию органического вещества растений, питающиеся трупами животных, производящие минерализацию продуктов экскреции животных.

Важную роль в изучении потоков энергии играет модель-представление о консорции (Беклемишев, Раменский). Консорция - совокупность организмов, связанных в процессе своей жизнедеятельности с определенным видом - детерминантом консорции. Таким образом, консорция - элементарная энергетическая подсистема биоценоза, выделяемая на основе энергетических и топических связей. Количество консорций в биоценоза определяется числом автотрофных самостоятельно существующих растительных видов или групп экологически близких видов растений.

 

30. Физико-географические факторы фотосинтеза

Сущность процесса фотосинтеза состоит в превращении растениями, водорослями лучистой энергии солнечного света, поглощаемой флорофиллом или другими фотосинтетическими пигментами, в химическую реакцию разнообразных биополимеров - углеводов, жиров и белков. Носителем этой энергии является АТФ. Все энергетические процессы в живых организмах связаны с превращением АТФ в АДФ. Энергия освобождается при разрыве макроэргических связей и АТФ переходит в АДФ. АТФ синтезируется из АДФ и  H₃PO₄ за счет световой энергии или энергии, выделяющейся при  гликолизе, брожении или дыхании.

Общий вид уравнения фотосинтеза:

6CO₂ + 6 H₂O + ФАР (2,18 кДж) = С₆H₁₂O₆ + 6О₂.

Существенную роль в процессе фотосинтеза играют физико-географические факторы - 1) интенсивность потока солнечной радиации и ФАР, 2) относительная влажность воздуха, 3) запасы продуктивной влаги в почве, 4) температура почвы, 4) температура воздуха, 5) концентрация СО₂в приземном слое воздуха, 6) скорость ветра, 7) положение растения в сообществе, вертикальная структура сообщества (архитектура растительного покрова).

 

1. Фотосинтетически активная радиация (ФАР) располагается в диапазоне длин волн 0,38-0,71 мкм. ФАР составляет 40-60% интегрального потока солнечной радиации. ФАР рассчитывают через прямую I и рассеянную S радиацию по формуле:

ФАР = 0,43 I + 0,57 S.

ФАР измеряют специальными актинометрами и пиранометрами (с фильтрами на определенные частоты).

Другая формула для расчета ФАР:

ФАР = 0,48 Q Ч K,

где Q - суммарная солнечная радиация, К - коэффициент на продолжительность светового дня. Значения ФАР для основных типов ландшафтов СССР (ккал/см²Чгод):

Тундра	30-35
Тайга	35-45
Широколиственные леса	50-55
Степь Европейской территории	55
Степь Забайкалья	50
Полупустыня	65-70
Субтропики	60

Таким образом ФАР имеет зональное распределение, локальные отличия обусловлены особенностями соотношения прямой и рассеянной радиацией, связанными с облачностью.

2. Для поглощения СО₂ устьица растения должны все время быть в увлажненном состоянии. Влага поднимается по ксилеме растений, а образовавшийся сахар распределяется по всем частям растения с помощью флоэмы. Одновременно идет транспирация влаги в атмосферу.

При 100% влажности фотосинтез подавлен, при влажности 90-100% интенсивность фотосинтеза снижена.

В тропиках высотная поясность обусловлена именно влажностью, а не температурой воздуха. В умеренных широтах более важным фактором является температура.

3. Относительная влажность может обуславливать верхний предел распространения лесных ландшафтов в условиях влажного тропического климата.

4. Запасы продуктивной влаги - запасы влаги, доступной корневым системам растений.

 

31. Продуктивность. Структура продуктивности

Говоря о продуктивности, важно различать валовую первичную продукцию, чистую первичную продукцию и чистую продукцию сообщества (Ю.Одум).

Валовая продукция П_В - все то, что производят растения, скорость накопления органического вещества, в том числе идущего на дыхание. Измерить ее можно только за короткий промежуток времени. Большая часть продукции идет на дыхание Д. Разницу П_В - Д называют чистой первичной продукцией П_ч. Если из нее вычесть часть, съедаемую гетеротрофами Г (гетеротрофное дыхание): П_ч - Г, то получится чистая продукция (продуктивность) сообщества. Все эти показатели имеют размерность т/м²(га)Чгод. Иногда их выражают не в весовых, а в энергетических единицах - ккал/см²Чгод.