6. Геосистемы и геоструктуры

Геосистемы

Одной из основных категорий теоретической географии является геосистема. Это стержневое понятие позволяет «увязать» её категориальный аппарат. «Геосистема» логично продолжает главный ряд понятий теоретической географии: географическое пространство – географическое поле – геосистема.

Геосистемы функционируют и развиваются как «проекция» на территорию географического поля со всеми его атрибутами. Анализ геосистем предполагает применение всех методологических подходов: системно-диалектического, дедуктивного и индуктивного, ноосферного, исторического, экологического, воспроизводственного, проблемного и др. Вместе с тем геосистема служит непосредственным выходом теоретической географии на прикладные разделы всей системы географических наук. Через геосистемы осуществляется связь географического поля как абстрактной модели с реальными направлениями, «перенесение» выводов теоретической географии на конкретную многообразную географическую деятельность.

Впервые понятие геосистемы (1963 г.) ввёл академик В.Б. Сочава, ограничив его ландшафтной сферой. Наиболее полное его физико-географическое толкование было раскрыто позднее²⁵. Интегральное понятие геосистемы как единой системы «природа – население – хозяйство» раскрыто Ю.Г. Саушкиным и А.М. Смирновым²⁶. При этом они отмечают, что представление о системах, в которых слиты воедино природа, хозяйство и население, формировались ещё прошлом – в работах К. Риттера, Ф. Ратцеля, Э. Реклю, А. Геттнера и др.

Позднее под геосистемой стали понимать всю совокупность систем, функционирующих на территории. Всё множество представлений о геосистемах можно объединить в четыре группы²⁷:

- частная геомоносистема, представленная сочетанием однородных элементов, например, тектоническая, океаническая, гидрологическая система;

- интегральная геомоносистема, включающая разнородные, но одноуровневые элементы, например, геохимическая система;

- геополисистема, объединяющая элементы, относящиеся к разным уровням сложности, например, природно-территориальная, территориальная социально-экономическая системы;

- интегральная географическая система (геосистема), включающая социальные, экономические и природные элементы, например, природно-общественная, или иначе – система «природа – население – хозяйство».

Основой учения о геосистемах служит понятие взаимосвязанности. Реальность обычно является чрезвычайно сложной из-за своих связей между различными переменными, а системный анализ предоставляет удобную абстракцию этой сложности в форме выделения наиболее значимых взаимосвязей.

Сейчас геосистему интерпретируют как систему, включающую:

1) множество элементов;

2) множество отношений между этими элементами;

3) множество отношений между элементами и внешней средой.

Конкретная геосистема характеризуется определённым составом, средой и структурой.

Состав есть совокупность её элементов,

среда – совокупность объектов, не входящих в геосистему,

структура – совокупность реальных отношений.

Рассматривая геосистемы на самом общем уровне с их подсистемами – природа – население – хозяйство, необходимо отметить, что в основе любой геосистемы или её подсистемы лежит функционирующий элемент. Это объект, выполняющий определённое функционирование и не подлежащий расчленению в рамках поставленной задачи. Связи его с внешней средой моделируются с помощью входов и выходов. Функционирование элемента – деятельность по преобразованию входных данных в выходные. По этим же соображениям следует признать, что функционирование системы выражается в процессах взаимодействия функционирующих элементов между собой и с внешней средой. Взаимосвязь с внешней средой также раскрывается с помощью анализа входов и выходов.

В познавательном смысле полезной является структурная классификация геосистем, исходящая из внутренней сложности их строения. Такую классификацию предложили английские исследователи Р.Чорли и Б. Кеннеди²⁸. Из одиннадцати классов выделенных ими систем наибольший интерес представляют первые четыре.

1. Морфологические системы. Они содержат морфологические или одновременные по внешнему проявлению физические свойства, совокупность которых как раз и характеризует систему, являющуюся отражением географической реальности. Например, какой-либо географический объект характеризуется сложным набором параметров (характеристик). Взаимосвязанное их изучение позволяет выяснить характер поведения такой системы в зависимости от того, как изменяются и комбинируются эти показатели. Другими словами, динамические свойства этих систем могут быть изучены посредством познания и последующей идентификации взаимодействующих параметров.

2. Каскадные системы. Представляют собой цепочку подсистем, часто характеризующихся наличием порогов (перепадов) массы или энергии, т.е. масса и (или) энергия, выходящая из одной подсистемы, становится входной величиной для следующей. Хорошим примером является транспортный узел, куда поступают потоки различного объёма, в котором частично оседают, а частично выносятся другим транспортным путём, имеющим иную пропускную способность. В данном случае транспортный узел является пороговым регулятором этой системы.

3. Процессорные системы. Образуются путём совмещения морфологических и каскадных. Каскадные и морфологические компоненты взаимно регулируют друг друга, меняя тем самым вход-выход подсистем. Последнее положение, особенно в случае, когда регулировка осуществляется пороговым регулятором, которые допускают вместимость извне, приводящие к перераспределению массы и (или) энергии в каскадных системах, приводит к появлению следующего типа.

4. Управляемые системы.

Для отражения специфики геосистем нужно раскрыть общие свойства и факторы их существования²⁹. Наиболее характерной чертой или свойством геосистем является их целостность.

Свойство целостности раскрывается рядом взаимосвязанных, относительно самостоятельных атрибутов геосистемы. К ним относятся синергетика, эмерджентность, компонентность, структурность, функционирование, отношение геосистемы к внешней среде, историзм (генезис).

Целостность геосистемы имеет свои особенности.

Наиболее общие основания целостности геосистем заключаются в материальном единстве мира, обретающем специфические проявления в конкретном типе целостной системы. Обмен веществом, энергией и информацией между компонентами целостной геосистемы объединяет части в единое целое, обеспечивает существование и развитие геосистем.

Условием сохранения и развития целостности является противоречивость геосистем, сторонами и отношениями которой выступают элемент и система, часть и целое, прерывное и непрерывное, структура и функция, внутреннее и внешнее, организация и дезорганизация и т.п. Единство и взаимодействие противоположностей является источником развития целостной системы.

Таким образом, при изучении целостности геосистем необходимо учитывать, что она,

с одной стороны, обусловливает необходимость рассматривать элементы и подсистемы геосистемы в их взаимной связи и моделировать систему в целом,

а с другой – предполагает структурную сложность, неоднородность, членимость и моделирование отдельных её частей.

Целостная геосистема обладает новыми качествами, не присущими её отдельным компонентам. Поэтому наличие синергетических и эмерджентных свойств выступает одной из характерных особенностей целостной системы. Каждая из геосистем обладает единственным в своём роде сочетанием элементов, поэтому целое представляет собой нечто большее, чем простую сумму частей. Чем выше организация геосистем, тем в большей степени присуще это качество, тем более уникальным и своеобразным является это сочетание. Свойство сложных систем приобретать новое качество, не встречающееся у элементов или подсистем по отдельности – это свойство синергетики и эмерджентности.

Геосистемам присуще также свойство компонентности: в единстве целого и частей относительная самостоятельность частей реализуется при ведущей роли целого. Свойство компонентности реализуется в следующих двух принципах геосистем:

• в принципе делимости на части и

• в принципе зональности и азональности, т.е. установлении и изучении зон влияния.

Зональность может быть выражена в географии в виде широтной зональности и вертикальной поясности в ландшафтной оболочке земли, и в виде зональности процессов, и в виде зон влияния каких-либо объектов на окружающую территорию, и в виде зон отдыха вокруг городов и т.д.

Целостной геосистеме присуща особая структурность. Части геосистемы, находясь в определённом отношении друг к другу, создают особую упорядоченность. Она и определяет структуру геосистем. В свою очередь структура характеризуется определённой пространственно-временной динамической устойчивостью. Упорядоченность выражается в координации компонентов, соподчиненность – в их субординации. Отсюда следуют принципы изучения геосистем: структурной однородности-неоднородности, иерархичности, организованности. Нетождественность частей целого обусловливает неоднородность компонентов геосистем. В свою очередь неоднородность часто служит зародышем новых качественных состояний геосистем.

Принцип иерархичности подчёркивает свойств делимости геосистем на относительно обособленные, однако соподчинённые между собой подсистемы различного ранга. Иерархия обладает рядом свойств:

1) вертикальной декомпозиции, т.е. вертикальные связи обусловливают многоуровневость подсистем геосистемы и вышестоящие подсистемы включают в себя нижестоящие;

2) приоритетом действий подсистем верхнего уровня;

3) зависимостью функционирования и развития подсистем нижних уровней.

С иерархичностью тесно связан принцип организованности. Организованностью определяется также структура геосистем. Мерой упорядоченности служит высота уровня негэнтропии. Мерой дезорганизованности, беспорядка в геосистеме выступает энтропия. Процесс развития геосистем, с одной стороны, ведёт к усложнению иерархии, повышении организованности в геосистеме, что соответствует уменьшению энтропии. С другой стороны, естественный процесс неизбежно сопровождается выравниванием различных потенциалов, понижением уровня организации. В этой сложной борьбе выкристаллизовывается структурная организация геосистем.

Целостная система предполагает её обособленность, ограниченность от внешней среды, следовательно, выделение границ геосистем имеет объективное обоснование. Этот процесс достаточно сложен, ибо выделенные геосистемы пересекаются. Целевая направленность позволяет исследовать данные сложности и выделить границы.

Геосистемы формируются в результате взаимодействия на определённой территории качественно различных объектов, одни из которых подчиняются в своём функционировании и развитии природным законам, другие – общественным. Объективной основой возникновения взаимодействия между ними является не только и даже не столько их географическая близость, сколько необходимость в обмене веществом, энергией и информацией, без которых невозможно функционирование и само существование объектов. Географическая близость в данном случае выступает, скорее, в качестве своеобразного фактора детерминации, определяющего не характер и содержание взаимодействий, а то, какие объекты вступают в непосредственный контакт, что служит основой формирования геоструктур.

Геоструктуры

В самом общем виде под структурой поднимается совокупность устойчивых связей и отношений объектов, обеспечивающих их целостность. Применительно к геосистемам главными свойствами структуры (геоструктуры) являются упорядоченность, организация и устойчивость.

Обычно геосистемам приписывают наличие

• территориальных,

• иерархических,

• поэлементных,

• покомпонентных,

• стратиграфических,

• пространственных,

• региональных,

• отраслевых и других структур.

Все эти устойчивые образования можно отнести к категории «частных структур». Их можно рассматривать как результат упорядочения многообразия сложно организованных геосистем. Помимо частных, во всех геосистемах есть общая структура, но она реально проявляется в виде частных структур.

При этом следует иметь в виду, что понятие о структуре носит онтологический и гносеологический характер. Конкретная структура является реальностью как инвариантный аспект геосистемы. Одновременно структура – это методический инструмент изучения системы, даже своеобразный методологический подход. Следовательно, возможны содержательный и формальный подходы к изучению структур.

Структуры геосистем можно представить и формализовать по различным системообразующим отношениям. В географическом смысле наибольший интерес вызывает анализ по отношениям пространственной упорядоченности между элементами. Углубляя эти исследования, А.Г. Топчиев и В.Н. Андерсон предложили следующие типы территориальных структур³⁰:

- разнокачественные контуры – геотекстуры, представленные разнообразными картосхемами районирования, зонирования, множеством любых контуров и ареалов;

- количественные градации признака – картограммы, которые можно рассматривать как «чёрно-белые» (контрастные) геотекстуры;

- скалярные поля, формализующие непрерывные (континуальные) скалярные свойства геосистем с помощью отметок – значений признака в отдельных точках, ареалов равных значений признака (картограммы), линий одинаковых значений признака – изолиний;

- векторные поля, формализующие многомерные (векторные) свойства территориально-упорядоченных элементов геосистем.

В геосистемах наряду с пространственной имеются и другие частные структуры. Одной из них является поэлементная структура. Совокупность однородных элементов образует компонентные структуры образования. В результате подобных взаимодействий в составе геосистем формируются структуры растительного мира, животного мира, почвенного покрова, техники, производства, населения, производственной инфраструктуры, социальной инфраструктуры и т.д.

Более сложная структуризация может быть осуществлена по функциональным признакам. Формирование устойчивых совокупностей элементов в процессе выполнения определённых функций в составе геосистем приводит к образованию устойчивых структур:

• абиотической,

• биологической,

• экономической,

• демографической,

• социальной.

Особый вид инвариантных геоструктур образуется в процессе разноуровневого таксонирования. Иерархическая структура геосистем опирается на некоторые общие для многих систем положения. Выступающие в качестве целого геосистемы более высокого ранга делятся на целостные части – геосистемы более низкого ранга.

Иерархическая структура геосистем, начиная с низшего уровня, включает нано-, топо-, микро-, мезо-, макро-, супер- и глобальную системы (?- АК).

Сложность и проблемность выделения структур в геосистемах заключается в том, что они редко проявляются в чистом виде. В конкретных геосистемах множество функционирующих элементов, отношений и связей взаимно переплетено, что приводит к разным комбинациям, образованию на их основе новых структур. Общеизвестны такие комбинированные структуры, как функционально-компонентная, функционально-пространственная, пространственно-компонентная и др.

Задача выявления комбинированных структур геосистем тесно связана с проблемой потенциальных структур. Некоторые структуры могут находиться в потенциальном, резервном состоянии и не всегда явно проявляются. Это происходит потому, что в современной организации геосистемы они не вносят нового импульса в её развитие или же подавлены другими структурами. Кроме того, структуры могут находиться в потенциальном состоянии в результате недостаточного изучения геосистем с целью выявления резервных связей и отношений, способствующих повышению целостности развития геосистем