Реферат: В. Н. Каразіна 25-річному Ювілеєві першої в Україні природоохоронної кафедри

Харківський національний університет імені В.Н.Каразіна


25-річному Ювілеєві першої в Україні природоохоронної кафедри –

кафедри географічного моніторингу і охорони природи - присвячується


І.Г. Черваньов

С.В. Костріков

Б.Н. Воробйов


ФЛЮВІАЛЬНІ ГЕОМОРФОСИСТЕМИ:


дослідження й розробки Харківської геоморфологічної школи


Науковий редактор І.Г. Черваньов


Харків-2006


УДК 551.4.01+551.436:528.94 (470.44)

ISBN 966-623-359-2


Друкується за рекомендацією Вченої ради Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна, протокол № 1 від 27 січня 2006 року


Рецензенти: В.П.Палієнко, доктор географічних наук,

зав. відділом геоморфології Інституту географії НАН України

І.П.Ковальчук, доктор географічних наук,

зав. кафедрою конструктивної географії та картографії

Львівського національного університету імені Івана Франка


^ Черваньов І.Г., Костріков С.В., Воробйов Б.Н.,

Флювіальні геоморфосистеми: дослідження й розробки Харківської геоморфологічної школи / Наук.ред. І.Г.Черваньов.- Харків: РВВ Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна, 2006. - 320 с. Укр. мовою

Наведено парадигми та методологічний апарат вчення про флювіальні геоморфосистеми, що є здобутком останніх 25 років діяльності вчених Харківської геоморфологічної школи. На додаток до сучасних світових розробок, уперше розглянуто тривимірні топологічні мережі тальвегів і вододілів флювіальних геоморфосистем та способи їхнього комп‘ютерного аналізу й синтезу за цифровими моделями рельєфу. Також подається оригінальна методика моделювання інших ландшафтних компонентів на підставі індикаційного значення мережі рельєфу у функціонуванні водозборів. Методи дослідження та моделювання запроваджено на прикладі водозбору р. Оскіл – притоки р. Сіверський Донець, що входить у систему Дону.

Табл. 29. Іл. у тексті: 37. Коль. іл.: 24. Бібліогр.: 353 назв.


Chervanyov, I., Kostrikov, S., Vorobiov, B.

Fluvial Geomorphosystems: Research and Developments of the Kharkiv geomorphological school / I. Chervaniov, editor. – Kharkiv, 2006. - 320 p. In Ukrainian This book reviews new paradigms and methodological tools related to the theory of fluvial geomorphosystems developed by the Kharkiv geomorphological school in the last 25 years. In addition to relevant current advances made in fluvial geomorphology all over the world, emphasis has been placed on topological channel/divide network representation within the 3-D environment by computer modeling with digital elevation models. The book discusses the possible status of geographical landscape component modeling on the base of the fluvial network indicative value for many processes in a watershed. As a case study the Oskol-river watershed (a large tributary of the Siverskij Donets – Don system) has been selected, examined, modeled and discussed.

Tabl. 29. Fig. In text: 37. Color visuals: 24. Ref.: 353 titles


© Черваньов І.Г., наукове редагування,

вступ та частина 1 тексту, 2006

© Костріков С.В, Воробйов Б.Н., частина 2 тексту, резюме (англійською), комп’ютерна графіка, 2006

ЗМІСТ

Зміст 3

Передмова наукового редактора 7

ВСТУП 9

^ ЧАСТИНА ПЕРША

ПАРАДИГМА ТА МЕТОДОЛОГІЯ 14

1.1. БАЗОВІ ПОНЯТТЯ 14

1.1.1. Пластика і морфологічний код рельєфу 14

1.1.2. Структурна організація земної поверхні 16

1.1.3. Структура рельєфу: внутрішній і

зовнішній концентри існування 19

^ 1.2. ФЛЮВІАЛЬНА ГЕОМОРФОСИСТЕМА 21

1.2.1. Геоморфосистема 21

1.2.2. Просторово-часові відносини у ФГМС 22

1.2.3. Простори ФГМС 23

1.2.4. Час ФГМС 27


^ 1.3. СТРУКТУРИ ФГМС 30

1.3.1. Топологічна структура 30

1.3.2. Симетрія 31

1.3.3. Асиметрія 33

1.3.4. Топологічна симетрія/асиметрія ФГМС 34

1.3.5. Анізотропія ФГМС 36

1.3.6. Інваріант 37


^ 1.4. СТРУКТУРНА ОРГАНІЗАЦІЯ ФГМС 39

1.4.1. Первинні структурні елементи 39

1.4.2. Вторинні структурні елементи 39

1.4.3. Третинні структурні елементи 40

1.4.4. Топологічні структури ФГМС 41

1.4.5. Геоморфологічне значення топологічної структури ФГМС 42


^ 1.5. ІЄРАРХІЯ ФЛЮВІАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ 45

1.5.1. Мережа тальвегів 45

1.5.2. Ієрархії мережі тальвегів 46

1.5.3. Ієрархія вододілів 54

1.5.4. Лінії перегину схилів 55

1.5.5. Формалізація двовимірних структурних мереж тальвегів 58

1.5.6. Тривимірні мережі ФГМС 59

1.5.7. Структурні побудови на тривимірних мережах 62


^ 1.6. КОНЦЕПЦІЯ САМООРГАНІЗАЦІЇ ФГМС 67

1.6.1. Поняття самоорганізації 67

1.6.2. Просторово-структурні відносини 67

1.6.3. Часові відносини 71

1.6.4. Елементи самоорганізації 74

1.6.5. Відносини в елементарних системах 76

1.6.6. Вторинні відносини у ФГМС 79

Висновки 91

Література до першої частини 93



^ ЧАСТИНА ДРУГА

СТРУКТУРНІ МЕРЕЖІ РЕЛЬЄФУ, ЇХ РОЛЬ ТА ІНДИКАЦІЙНЕ

ЗНАЧЕННЯ У ФУНКЦІОНУВАННІ ВОДОЗБОРІВ


97


95

^ 2.1. СТРУКТУРНА МЕРЕЖА ФЛЮВІАЛЬНОГО РЕЛЬЄФУ ВОДОЗБОРУ

95

2.1.1. Системний підхід до вивчення флювіального рельєфу. Водозбірний басейн як геосистема


95

2.1.2. Поняття структури рельєфу. Структурна мережа флювіального рельєфу


103

2.1.3. Сполученість флювіального рельєфоутворення, ерозії ґрунтів і ландшафтної міграції хімічних елементів


106

2.1.4. Висновки


109

^ 2.2. ВЛАСТИВОСТІ СТРУКТУРНОЇ МЕРЕЖІ РЕЛЬЄФУ, МЕТОДИ ЇХ ДОСЛІДЖЕННЯ І МОДЕЛЮВАННЯ


110

2.2.1 Топологічні властивості

110

2.2.1.1. Структурні елементи рельєфу

111

2.2.1.2. Потужність і складність - інтегральні топологічні показники структурної мережі


120

2.2.1.3. Індексний аналіз. Індексація показників топологічних властивостей


123

2.2.2. Метричні властивості структурної мережі. Морфометричний аналіз флювіального рельєфу


128

2.2.2.1. Метрика і морфологія рельєфу

128

2.2.2.2. Морфометричний аналіз елементів структурної мережі рельєфу водозбору


129

2.2.2.3. Індексація показників метричних властивостей

132

2.2.3. Ангулярність структурної мережі та її аналіз

135

2.2.4. Моделювання мереж первинного гідрологічного стоку – основа відтворення структурної мережі рельєфу


2.2.5. Математична модель формалізованого подання флювіального рельєфу


139


142

2.2.5.1. Основи методичного підходу до формалізованого опису флювіального рельєфу

2.2.5.2. Комп’ютерне моделювання маршрутизації гідрологічного стоку по цифровій моделі рельєфу водозбору

2.2.6. Висновки


142


147

152


^ 2.3. СТРУКТУРНА МЕРЕЖА РЕЛЬЄФУ РІЧКОВОГО БАСЕЙНУ – РЕГІОНАЛЬНИЙ АСПЕКТ


154

2.3.1. Гідролого-геоморфологічні особливості району досліджень. Загальна характеристика структурної мережі рельєфу басейну р.Оскіл



154

2.3.2. Топологія структурної мережі рельєфу водозбору

158

2.3.3 Морфометричний аналіз елементів структурної мережі рельєфу


164

2.3.3.1. Результати статистичних досліджень метрики рельєфу


164

2.3.3.2. Аналіз ізолінійних показників метрики рельєфу

184

2.3.4. Індексний аналіз показників топологічних й метричних властивостей структурної мережі рельєфу водозбору


186

2.3.5. Територіальний розподіл параметрів ангулярності структурної мережі


192

2.3.6. Кореляційний аналіз факторів, що визначають організацію мережі рельєфу уздовж головної (стовбурної) структурної лінії водозбору



198

2.3.7. Чисельне моделювання рівноважної структурної мережі рельєфу водозбору


199

2.3.8. Висновки


210

^ 2.4. ІНДИКАЦІЙНЕ ЗНАЧЕННЯ МОРФОДИНАМІКИ Й МЕРЕЖІ РЕЛЬЄФУ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ФУНКЦІОНУВАННЯ ВОДОЗБОРУ



212

2.4.1. Порівняльний аналіз будови структурної мережі рельєфу з часовим лагом (методом ключової ділянки)

2.4.2. Вивчення інтенсивності руслової ерозії на підставі спектрального аналізу динаміки твердих витрат й характеру відкладень еродованого матеріалу

2.4.3. Моделювання поверхнево-схилового змиву з територій субводозборів й типологічне районування басейну р. Оскіл за величинами річного модуля змиву


212


227


234

2.4.4. Геостатистична варіабельність морфології рельєфу

250


2.4.5. Визначення рельєфозалежного фактора ландшафтно-геохімічної міграції на флювіальному рельєфі

2.4.6. Оцінки водної ерозії по геоінформаційних моделях водозборів

2.4.7. Висновки


Література до другої частини

Список основних абревіатур до другої частини



254


267

282


284

302

Extended Summary (розгорнуте резюме монографії, англійською)

304


^ Передмова наукового редактора


Харківська геоморфологічна школа є прадавньою навіть у порівнянні з віком геоморфології. Перші дослідження рельєфу тут було здійснено майже одночасно професорами Харківського університету геологами М.Н. Борисяком, особливо ж І.Ф. Леваковським та його учнем О.В. Гуровим у 70-рр. ХІХ ст., тобто ще до офіційного оформлення геоморфології, що зазвичай співвідноситься з діяльністю У.М. Девіса та Альбрехта й Вальтера Пенків. Але справжній розвиток систематичних геоморфологічних досліджень розпочався у першій чверті ХХ ст. Д. М. Соболєвим, котрий вважається засновником Харківської університетської геоморфологічної школи, та його іменитим колегою М.І. Дмитрієвим. Історію геоморфології у Харківському університеті докладно викладено останнім з нагоди 150-річчя, тобто на середину ХХ ст., тобто у межах класичного етапу 9.

Тривалий час – майже протягом 100 років – харківські геоморфологи здійснювали прискіпливе вивчення рельєфу за історико-генетичнною парадигмою, згідно з якою кінцевим пунктом вивчення рельєфу має бути встановлення часу, геолого-географічних умов виникнення його форм та їх походження. На цьому шляху досліджень було досягнуто переконливих результатів. Д.М. Соболєву належить оригінальна інтерпретація відомостей про рельєф Європи і складання скульптурно-структурної карти Європи, що досі залишається, на думку авторів, неперевершеним шедевром наукової думки щодо пояснення будови й походження рельєфу значної частини субконтиненту. М.І. Дмитрієв узагальнив відомості про рельєф України у книзі «Рельєф УРСР», що тривалий час слугувала першим підручником з регіональної геоморфології.

М.І.Дмитрієв разом із Д.М.Соболєвим та послідовниками (Д.П.Назаренко, І.М.Ремізов та ін.) встановили й досконало вивчили номенклатуру терас рік басейнів Дніпра й Сів. Дінця, поступово описавши наявність у них до 9 надзаплавних терас пліоцен-четвертинного віку. В жодній іншій геоморфологічній школі немає такого детального аналізу терас рік Чорноморського водозбору.

Окремою яскравою сторінкою здобутків харківських геоморфологів є наукова діяльність С.І. Проходського, котрий уперше здійснив планомірний (за охопленням території й методикою досліджень) структурно-геоморфологічний аналіз сучасного рельєфу рівнинних регіонів України для виявлення площ, перспективних на пошуки нафти й газу (натепер біля 10 прогнозів ствердилися!) і започаткував історичну геоморфологію як спосіб пізнання етапності геоморфогенезу шляхом дослідження викопних поверхонь. Це надало йому можливості суттєво переінтерпретувати історію геоморфогенезу у межах Дніпровсько-Донецької западини й відтворити етапність формування (починаючи з девону) регіональної геоморфоструктури Дніпровсько-Донецької низовинної рівнини. С.І. Проходському вдалося створити дійовий колектив однодумців і учнів, до числа яких належать і автори цієї книжки. Учениця С.І. Проходського Л.Б. Поліщук детально вивчила історичну геоморфологію неогену цього ж таки регіону, поглибивши й деталізувавши наукові уявлення про неоген Східної України геологів наукової школи Д.М. Соболєва.

Протягом останніх 30 років автори монографії з благословення С.І. Проходського розпочали дослідження, пов‘язані з математичним моделюванням і структурним аналізом флювіального рельєфу, що поступово вилилися у нову парадигму морфології такого рельєфу як певного інтегрального коду, що відображує у згорнутому вигляді усі відомості про рельєф як структурно-інформаційну систему. Ця парадигма дозволяє ставитись до рельєфу як до морфологічної системи, що самоорганізується і тому здатна функціонувати й розвиватися автономно, навіть певною мірою незалежно від зовнішніх умов. У дослідженні структури й самоорганізації такого рельєфу співавтори цієї книжки Б.Н. Воробйов, І.Г. Черваньов разом з колегою М.В. Куценком та сибірським дослідником рельєфу О.В.Поздняковим показали нові обрії пізнання його системної сутності [26]. Доречно зазначити, що ХХУІІ пленум Геоморфологічної комісії РАН (Томськ, 2003) відбувся під гаслами, що суттєвою мірою відображають спрямування досліджень Харківської геоморфологічної школи: «Самоорганизация и динамика геоморфосистем».

У монографії наведено результати тривалої (більше ніж 30-річної) дослідницької діяльності науковців Харківської геоморфологічної школи, що вивчають самоорганізацію флювіального рельєфу у різних її аспектах. Розділи монографії належать авторству різних науковців.

У частині 1 І.Г. Черваньовим подано парадигму і загальну методологію дослідження самоорганізації флювіальних геоморфосистем.

Частина 2, написана С.В. Костріковим спільно з Б.Н. Воробйовим, викладає у більш конкретному вигляді методологію, систему методів і прикладні аспекти структурного аналізу флювіальних мереж (в тому числі - на окремих регіональних прикладах). В цій частині книги також коротко розглядаються оригінальні авторські розробки в галузі комп’ютерного геоінформаційного моделювання довкілля водозбірних басейнів, які, можемо стверджувати без перебільшення, не мають відповідних аналогів у світовій науці й ГІС-технологіях. Тексти, що належать різним авторам, можуть розглядатися, певною мірою, окремо, хоча для повного розуміння змісту положень, що викладаються, доцільно читати їх послідовно.

Науковим редактором збережено стиль, особливості змісту, різні способи подання бібліографічної інформації, притаманні кожному з авторів, і різні позначення математичних величин, що прийняті у різних розділах.

Діяльність авторів прямо чи, принаймні, опосередковано пов‘язана зі створеною С.І. Проходським кафедрою раціонального використання природних ресурсів і охорони природи, котра певний час (протягом 5 років) готувала геоморфологів, а тепер набула назви кафедри географічного моніторингу і охорони природи. Автори мають честь присвятити цю книжку 25-річному ювілеєві рідної кафедри.

ВСТУП


І.

Півтора десятка років тому ми звернули увагу на те, що поняття “рельєф” є багатоаспектним і поліфункціональним 44. Наголошувалося, що при кожному погляді на земну поверхню будь-яким спостерігачем, але найчастіше – дослідником земної поверхні визначається то образний рисунок розчленовування, то лише співвідношення висот, а то й розшифровується порядок чергування морфологічних елементів. Отже, задля вирішення при цьому різних кінцевих задач: генетичних, функціональних, діагностичних, системно-структурних, геоекологічних – використовуються різні морфологічні властивості рельєфу. Морфологія рельєфу кожного разу слугує ключем до пізнання різних якостей навколишнього середовища – природно-антропогенного довкілля, бо перерозподіляє речовинно-енергетичні потоки й забезпечує самоочищення земної поверхні від продуктів і форм техногенезу 31,33,41 та ін..


ІІ.

Дослідники динамічних аспектів рельєфоутворення, механізмів саморегулювання геоморфологічного процесу, факторів і явищ геоморфогенезу неодноразово звертали увагу, що в ряді випадків рельєф земної поверхні поводиться як цілісна система, тобто відповідає на зовнішні впливи певним детермінованим способом, що відрізняє це поводження від випадкового. Наприклад, знижуючись, рельєф одночасно ускладнюється (хоча з загальних розумінь здавалося б природним, якби зі зменшенням потенційної енергії за рахунок зниження висот деградувала б і структура). При збільшенні поверхневого стоку на схилі формується ерозійна мережа, якої раніше не було, що є засобом більш ефективно відводити зі схилу стік і дисиповану енергію. У літературі відомі приклади виникнення в рельєфі систем позитивного і негативного зворотного зв'язку, адаптації до нових зовнішніх умов, що змінилися з певних причин, і т.ін. Тому усе частіше говорять про геоморфосистеми, тобто цілісні утворення рельєфу земної поверхні, та їх особливий клас – флювіальні геоморфосистеми (ФГМС). Саме їм присвячено книжку, вони є предметом дослідження авторів, здійснюваного з різних боків і з певними цілями.

ФГМС демонструють яскравий прояв здатності рельєфу бути доцільно організованим. Йдеться про наявність ерозійної мережі на значній території суходолу, де з кожної точки мережі є один-єдиний шлях до відповідного морського (озерного) басейну. Дослідження показали, що така мережа топологічно та функціонально подібна кровоносній системі високорозвиненого організму в тому відношенні, що вона рівномірно дренує територію (як кровоносна мережа - тканини), забезпечує погоджений (як правило, без розривів і переповнення в нормальних умовах стоку) потік речовини і спрямований її рух протягом шляху, вимірюваного часом тисячами кілометрів, а також дисипацію енергії поверхневого стоку. Дослідження показують, що навіть на обмеженій території важко спроектувати таку штучну мережу, маючи усі інженерно-технічні можливості науково-технічного прогресу.

З пізнавально-психологічного боку, вся ця вражаюча організація земного рельєфу через ієрархічну ФГМС не здається нам дивною тільки через те, що вона звична і відома нам з малолітства. На інших планетах її немає. Їхня поверхня представляється нам, судячи з наявних матеріалів, хаотичним скупченням нерівностей. Коли на Марсі було відкрито лише фрагмент деревоподібної структури, морфологічно схожої із ерозійною долиною, одна ця обставина виявилася настільки значущою, що породила ряд гіпотез про спільність земних і марсіанських умов морфогенезу [56]. Такою є пізнавальна "вага" цієї обставини.


Через колосальну складність земного рельєфу зусилля геоморфології досі витрачаються переважно на інвентаризацію форм і ще частіше – територіально значних комплексів форм рельєфу. Цей необхідний етап будь-якої науки, забезпечуючи систематичність знання, не може в той же час вважатися заключним у пізнавальному процесі. На разі рельєф, поряд з вивченням його як об‘єкта природознавчого, розглядається разом з людиною, бо формує умови її життя – тобто як об‘єкт геоекологічний, притаманний сучасній екологічній геоморфології 12,34.


Суб‘єкт-об‘єктний підхід останнім часом жваво розвивається у провідних дослідженнях та узагальненнях. За визначенням, що наведене в останній із згаданих робіт, екологічна геоморфологія – науковий напрямок про геоморфологічні умови (рельєф, процеси його утворення), які впливають на формування екосистеми людини, на її розвиток та стійке існування. Розгорнуте розуміння змісту екологічної геоморфології уперше наведене В.Стецюком і Т.Ткаченко у вигляді «логічних міркувань щодо визначення харизматичності екологічної геоморфології в Україні», що включають 6 позицій (див.34, с. 18-19). У цих позиціях, зокрема, маємо найбільш заглиблений пошук способу оцінювання властивостей рельєфу як визначального чинника середовища буття людини.


ІІІ.

Тривалий час рельєф оцінювався як досить сталий, врівноважений, такий, що виходить із рівноваги переважно через негативний вплив людської діяльності, котра її порушує. Значна кількість наукових досліджень геоморфологів досі виходить з парадигми^ 1.1.2. Структурна організація земної поверхні

Відповідно до сучасних уявлень, базовим поняттям фізичної географії, що має слугувати її об‘єктом, є характерна просторова структура, що існує як самоорганізована цілісність – геосистема. Як геосистему розуміють таку сукупність структурних одиниць нижчого ієрархічного рангу, які взаємодіють поміж собою певним чином залежно від внутрішніх властивостей кожної з них, їхнього просторового положення та топологічних відношень (сусідство, ієрархія). Геосистема є тривимірним (тобто просторовим у загальновідомому смислі) утворенням 2.

Поняття геосистеми не є ієрархічно однорівневим, тобто існують у природі досить різні за масштабами і особливо – за способом підпорядкування геосистеми. Але досі їхня строга ієрархія не встановлена, що є певним нонсенсом щодо географії. Відомо лише те, що геосистемою найвищого рангу є географічна оболонка (комплексна геосфера), а геосистемою найнижчого рангу є топологічна структура рангу урочища у ландшафтознавстві (бо морфологічні одиниці нижчих рангів є елементними). Досить різнобічний аналіз поняття геосистеми є у згаданій монографії О.М. Ласточкіна.

На відміну від класичної географії, де основним способом виділення складових одиниць будь-якої системи є просторовий, що найбільш чітко проявляється у морфологічній структурі географічного ландшафту, геосистеми вирізняються переважно за структурно-функціональними рисами. Через це, як правило, геосистема не є однорідною ділянкою території (якою за визначенням є морфологічний елемент ПТК у ландшафтознавстві), а становить певну різноманітність і водночас єдність різнорідних ділянок, що поєднується у цілісність потоками речовини, енергії й інформації.


Будь-яка геосистема функціонує у певних просторово-часових масштабах. Геосистема не є, як правило, стаціонарним утворенням (у строгому фізичному розумінні поняття), бо її стан залежить від часу фіксації параметрів, а незмінність стану – частіше виняток, аніж норма. Вона не є врівноваженим утворенням з двох причин:

- бо зовнішні умови функціонування постійно змінюються;

- через те, що геосистема гетерогенна, причому кожна генетично (але й структурно) відмінна складова існує, “живе” за власним характерним часом, через що досить часто власні (тобто внутрішні) ритми коливань параметрів не співпадають, а лише корелюють поміж собою.

Геосистемна концепція в цілому спирається на розуміння простору і часу в різному сенсі. ^ Простір у геосистемній концепції має різну структуру в залежності від рангу досліджуваної геосистеми.

Час у геосистемній концепції існує принаймні в трьох формах. Зовнішній час відповідає, в основному, природним ритмам, що незалежні від рельєфу (космічні і телуричні чинники). Поряд з ним, є внутрішній час. Він є іманентною властивістю геосистеми. Звичайними є фази розвитку, коли кожна фаза незалежно від фізичної тривалості (дління) має значення одиниці часу (свого роду «топологічний час»). Є також час функціонування, що має дискретно-пульсуючий режим. Існують час реакції і т.п.

Ключовою властивістю геосистеми є баланс речовини-енергії. ^ Стала неврівноваженість – це такий стан геосистеми, коли нею підтримується певний (кількісно незначний) дисбаланс приходу-видатків речовини/енергії. Завдяки йому відбуваються процеси самоорганізації: механічна робота, перетворення енергії (з витратою частини її на дисипацію), впорядкування й удосконалення структури. Отже, рівновага, якщо розглядати її щодо геосистеми, не є станом, котрий ми знаємо з побутового досвіду. Образно, стійка неврівноваженість нагадує стан людини під час сильного вітру, коли для того, щоб втриматися на ногах, вона має нахилятись проти вітру так, щоб навіть центр ваги опинився поза меж площини опору. Отже, така людина здатна утримуватися у стійкому стані лише за рахунок протидії зовнішній силі. Це і є груба, але образна модель системи у стані стійкої неврівноваженості.

Геосистема у стані стійкої неврівноваженості здійснює, як тепер вважається, три типи рухів 4:

- розвиток, тобто таку послідовність змін, котра не відтворюється надалі і лише частково залежить від стану зовнішнього середовища, оскільки воно є джерелом ресурсів розвитку;

- динаміку (у точному смислі слова) – сукупність змін, як правило, спричинених ритмікою стану зовнішнього середовища, причому ці зміни є зворотними;

- функціонування – сукупність рухів усередині геосистеми, котрі спрямовані на підтримання нею певного стану (гомеостазис).

Зрозуміло, що така класифікація рухів, притаманних геосистемі у часі, є досить умовною, але вона зручна через те, що має досить чіткі фізичні критерії.

Розвиток геосистеми є, вважають, циклічним процесом, тобто таким, де реально існують початок і кінець:

- геосистема проходить цикл розвитку через зміну послідовності фаз (закон послідовності фаз розвитку за В.О. Боковим), котрі можуть чергуватися лише у певному, еволюційно закріпленому, порядку. Перестановка таких фаз (подій) неможлива (закон некомутативності геосистемних подій В.О. Бокова)

Досить часто цей порядок набуває жорсткості сукцесії, коли новий стан геосистеми неодмінно слідує за попереднім, тому дослідник може його спрогнозувати й за потреби - попередити. Іншими словами, існує в природі порядок, що схожий на топологічний час, коли кожний стан неодмінно наслідує попередній, але тривалість їх може бути якою завгодно різною. Через це:

- дві чи більше геосистем, навіть якщо вони є ієрархічно однаковими, можуть розвиватись за одним і тим самим сценарієм, але водночас не синхронно (що реально найчастіше спостерігається у природі географічної оболонки (закон метахронності розвитку географічної оболонки за К.К.Марковим).

Геосистеми конкурують поміж собою за простір, енергію, речовину тощо. У цьому суперництві найчастіше перемагає та геосистема, що найефективніше сприяє надходженню речовини й енергії й найефективніше їх переробляє (закон максимізації енергії Одума).

Геосистеми домагаються максимально можливої різноманітності. На нашу думку, різноманітність зростає доти, доки вистачає енергії, що надійшла ззовні (закон максимальної різноманітності Шеннона).

Найскладнішим є функціонування геосистеми. На відміну від попередників, котрі досліджували функціонування геосистем (О.Д. Арманд, Н.Г. Беручашвілі, В.О. Боков та ін.) вважаємо наступне:

- нормальним станом геосистеми є неврівноваженість, що самодовільно підтримується односпрямованими потоками речовини та енергії 11,32,36.

1.1.3. Структура рельєфу: внутрішній і зовнішній концентри існування

Панує інтуїтивне розуміння форми як зовнішніх обрисів об'єкта і загальнонаукове - як системи стійких зв'язків, організації змісту.

Детальне дослідження співвідношення цих і інших понять зробив видатний російський геофізик М.О. Флоренсов: "В современном естествознании форме Гегеля как системе устойчивых связей частей целого ближе всего соответствует понятие "структура", и таким образом, правильно было бы говорить о структуре как внутренней форме тел (явлений) и, в свою оче­редь, о форме как внешней их структуре " (див. 39, с. 41).

Ми надалі розрізнятимемо зовнішню і внутрішню форми рельєфу в такий спосіб.

Наглядні обриси рельєфу, його пластика - те, що ми спостерігаємо в рельєфі безпосередньо – становлять його зовнішню форму, чи користуючись традиційною термінологією - морфологію рельєфу.

Внутрішню форму ми свого часу назвали структурою рельєфу, дотримуючись загальнонаукового розуміння цього терміну в методології системно-структурного аналізу. Внутрішньою формою – тобто структурою рельєфу - є властивості рельєфу, що управляють процесами - організують літодинамічний потік, у вузькому сенсі - поверхневий рух речовини. Значення внутрішньої форми полягає в тому, що вона організує рельєф у єдину матеріальну систему.

Геоморфосистеми є одиницями ієрархічної структурної організації рельєфу. Вони можуть мати різну генетичну природу. Надалі мова йтиме переважно про флювіальні геоморфосистеми.

Зважаючи на ряд обставин – саме широке поширення флювіального рельєфу, його переважання на обжитих територіях суходолу, але перш за все – очевидність певного порядку, притаманного цьому рельєфові, системний підхід до нього (навіть і без застосування специфічного понятійно-термінологічного апарату) набув досить широкого застосування.

Ряд досить відомих геоморфологічних робіт відображали будову й функціонування такого рельєфу ще до визнання системного підходу. Крім робіт згадуваних у Вступі класичних досліджень Хортона з його системними законами «гідравлічної геометрії», це дослідження річкових систем Н.Н. Гарцмана (див. 7), О.В. Позднякова 24, О.І. Спирідонова 33, В.П. Філософова 37, 38 та ін. Саме ці роботи стали канвою для подальшого вже свідомого вторгнення системології в аналіз флювіальних геоморфологічних систем 21,26,30,45.

У свою чергу, нова методологія спричинила появу нових прикладних досліджень і відповідних розробок, перш за все у сфері автоматизованого й автоматичного аналізу дистанційної інформації про флювіальний рельєф, що стали основою включення відповідних алгоритмів і розробки програм до потужних комп‘ютерних систем проектування, розпізнавання місцевості, орієнтування тощо.


У той самий час, виникла потреба вилучення й більш глибокого усвідомлення саме морфологічної інформації як фізіономічного образу флювіальної геоморфосистеми. У цьому напрямі здійснювалися дослідження автора розділу з колегами, що узагальнюються нижче 15,46,47,50.

Досить складним у геосистемній концепції є співвідношення онтологічного та гносеологічного щодо поняття геосистема. З одного боку, геосистеми є, як зазначалося, природними утвореннями, бо процеси функціонування (енерго-масопереносу) підкоряються структурі (внутрішній формі) такої системи, котра визначає її організацію. Крім того, геосистема певного ієрархічного рангу включається до системи більш високого рангу як підсистема, водночас будучи над системою щодо систем ще нижчих рангів. Нарешті, кожна з геосистем саморегулюється, водночас відбиваючи той самий процес у геосистемі вищих рангів і впливаючи на нього у геосистемах нижчих рангів. Найпереконливіше це можна побачити на прикладі саме флювіального рельєфу, де кожний водозбір повністю відповідає названим рисам. Отже, геоморфосистеми слід онтологічними утвореннями, тобто такими, властивості системної організації котрих притаманні їм генетично.

Щодо гносеологічного статусу таких систем, то він до певної міри визначається онтологічними властивостями, але все ж має у собі суттєві риси залежності від дослідника. Про це свідчить, зокрема, відомий факт того, що різні дослідними, вивчаючи такі онтологічні геосистеми, як ФГМС, приходять до якісно різних висновків, котрі інколи є суперечливими. Це, зокрема, стосується й нашого дослідження, де досить часто властивості геосистем описуються як іманентні, натомість інші геоморфологи їх або не визнають, або не помічають. Це особливо стосується просторово-часових відносин і відповідних шкал або мір, а також явищ симетрії, анізотропії та ін..

Остання обставина не є органічною вадою парадигми. Вона свідчить про пізнавальну незалежність дослідника від онтологічного статусу об’єкта, тобто можливість розглядати останній різнобічно.

^ 1.2. ФЛЮВІАЛЬНА ГЕОМОРФОСИСТЕМА


1.2.1. Геоморфосистема


Поняття геоморфосистеми стосується закономірної сукупності візуально окреслених форм і елементів поверхні, котрі поєднані поміж собою узгодженою структурою, єдністю умов функціонування, тобто потоками речовини/енергії, й спільною механізмом їхнього саморегулювання, що виникає спонтанно.

З інформаційної точки зору, закономірна сукупність (композиція) нерівностей різного розміру у своїх правильних сполученнях і чергуваннях, що проглядають крізь мережу випадковостей, визначає морфологічну сутність геоморфосистеми. Структурно вона виявляється в тому, що елементи, форми, композиції форм - неодмінно мають морфологічну виразність. Вони обов‘язково помітні й однозначно різняться поміж собою візуально і сполучаються у певних порядках, тому чітко виділяються з навколишньої загальної поверхні за зовнішніми обрисами. Завдяки останній властивості, тобто певному порядку чергування природних елементів і форм, штучні форми відразу вирізняються на рельєфі і досить легко розпізнаються.

У цій роботі маємо обмежити предмет вивчення лише геоморфосистемами флювіального ряду. Поряд з ними, геоморфологією мають вивчатися геоморфосистеми інших функціонально-генетичних рядів – денудаційного, еолового, кріогенного, аквально- та субаквально-морського. Але у даній роботі вони не розглядаються. Отже, надалі йтиметься про флювіальні геоморфосистеми (ФГМС) – тобто геосистеми, складові котрих поєднуються у ціле через флювіальний процес. Останній є генетичним різновидом геоморфологічного процесу. Флювіальний процес образно можна назвати стрижнем ФГМС.

Флювіальний процес є притаманним тій частині рельєфу земної поверхні, котра розвивається дією текучих вод. Обмежимо поняття ФГМС лише такими складовими флювіального рельєфу, котрі актуально є ареною флювіального процесу. У такому разі, не весь флювіальний рельєф може розглядатися як ФГМС, тобто між цими поняттями немає однозначної відповідності. У флювіальному рельєфі є елементи, що реально не беруть актуальної участі у енерго-масопереносі, будучи законсервованими чи залишаючись реліктовими. ФГМС обмежується тими елементами рельєфу, що безпосередньо взаємодіють актуально, беручи участь у згадуваному літодинамічному потоці. Характерною і необхідною (але недостатньою) властивістю ФГМС є саморегуляція літодинамічного потоку, про що неодноразово писали різні дослідники, у тому числі автори цієї роботи. В часовому розрізі, ФГМС має ще й більш складну властивість самоорганізації, тобто здатність підтримувати, відновлювати й удосконалювати структуру і функції геоморфологічного процесу, у якому літодинамічний потік є його частиною.

Отже, на нашу думку, до ФГМС належать лише ті комплекси флювіального рельєфу, котрі мають наступні властивості:

морфологічну виразність: звичайно це водозбір визначеного порядку, включаючи лінії стоку і гребені (лінії вододілів), що є основними організуючими елементами ФГМС;

динамічну єдність: кожна точка ФГМС постійно знаходиться в динамічній єдності з іншими її точками;

сталу неврівноваженість процесу: у кожній точці рельєфу (крім гребенів) відбувається односпрямований процес енерго-масопереносу, що фізично можливий тільки тоді, коли є градієнти властивостей, тобто стійкі в часі просторові відміни;

саморегуляцію: здатність спонтанно підтримувати чи регулювати процес енерго-масопереносу, що призводить до формоутворення автономно від зовнішніх умов чи, навпаки, в залежності від них.


^ 1.2.2. Просторово-часові відносини у ФГМС


Простір і час виступають у різних іпостасях у залежності від ступеня спільності розгляду явищ. У загальнофілософському сенсі простір і час – невід'ємні атрибути матеріального світу і єдино можлива форма існування останнього. Це проблема діалектики. У філософській літературі відношення до простору і часу різне. Простір тривимірний, він ізотропний, декартовий, час – одномірний, односпрямований, тому необоротний (час розвитку) 20.

Різним, у цілому ж – іншим, є відношення до простору і часу в природничих науках, де простір може мати різну розмірність, різну структуру й організацію, але звичайно розглядається як зовнішня форма існування об'єктів. Час найчастіше визначається в абсолютних шкалах, в основі яких лежить визначене фізичне явище, завдяки чому час тече рівномірно. Точність встановлення часу визначається точністю квантування (шкала часу). У багатьох природничих науках (наприклад, фізика) час оборотний, інтервали часу задаються за певною шкалою розмірностей. Класичним прикладом є механіка, диференціальне й інтегральне зчислення - як засоби рішення фізичних задач.

Таким чином, простір у цих випадках є свого роду вмістилищем об'єктів, явищ, подій, час – шкалою, з якою співвідноситься тривалість і/або послідовність подій.


Однак, у деяких розділах фізики (астрофізика, наприклад) але особливо в історичній гео