45. Пространство и время в географической оболочке; пространственно-временные масштабы явлений и процессов.

Географическая оболочка и ее составные части наряду с вещественно-энергетическими обладают и пространственно-временными характеристиками. На ранних этапах эволюции научной мысли пространство и время не отделялись от вещественной стороны окружающего мира. С развитием форм логического анализа они были выделены в особые категории и атрибуты материи, определяемые через размеры, форму, взаимное положение и ориентацию объектов, а также их возникновение и уничтожение, длительность и этапы существования, развития, ритмику, изменение свойств и др.

Пространство и его характеристики. Самым общим свойством пространства географической оболочки (геопространства) является его сферичность. Это означает, что кратчайшим расстоянием является отрезок дуги большого круга, пространство замкнуто и в нем есть верх и низ. Последнее качество сопряжено с тем, что в поле силы тяжести Земли наблюдается выраженная анизотропность (неравнозначность вертикальных движений), а из-за суточного вращения Земли — неравнозначность западного и восточного направлений (отклонение движущихся тел в соответствии с силой Кориолиса).

Благодаря наличию полюсов и экватора пространство географической оболочки обладает зеркальной симметрией относительно плоскости экватора. Она проявляется не только в фигуре Земли, но и в строении географических поясов, системах циркуляции воздуха и воды и др. Закономерные отклонения от симметрии — асимметрия — имеют значение как показатели неравновесного состояния Земли и географической оболочки.

Наиболее общая пространственная характеристика геосистем — размеры. Диапазон размеров географических объектов чрезвычайно велик: диаметр магнитосферы близок к 100 тыс. км, окружность Земли — приблизительно 40 тыс. км, а размеры наименьших геосистем (фация), изучаемых географией, — несколько десятков метров.

Время и его характеристики. Наиболее общей временной характеристикой географической оболочки и геосистем является длительность их существования. В относительной геохронологической шкале она включает криптозой и эозой, а в физической — несколько миллиардов лет. Это время сопоставимо с возрастом Земли (4—5 млрд лет) и Вселенной (15— 20 млрд лет).

Фундаментальным географическим понятием является характерное (или собственное) время — последовательность событий от появления (рождения) географической системы до ее исчезновения (смерти). В данную последовательность входят стадии преобразования (эволюции) системы, которые удобно, по аналогии с живым организмом, называть юностью, зрелостью и старостью, в то время как процесс самопроизвольного движения системы по шкале собственного времени называется саморазвитием.

Пространственно-временные меры. Пространственные и временные масштабы геосистем обычно даются в метрических мерах, введенных в физике. Однако нередко удобнее использовать иные меры и шкалы. Так, расстояние между объектами иногда оценивают не в единицах длины, а в затратах времени (один день пути) или энергии (водным или воздушным потоком) на его преодоление. В метеорологии сила ветра часто дается по 12-балльной шкале Бофорта, а не в метрических единицах (например, в м/с).

В географии также используют позиционные меры расстояния, а в качестве единиц меры — отдельные позиции, которые закономерно разделяют пространственные объекты. Например, между водораздельной линией и руслом водотока непременно находятся склон водораздела (бровка, верхняя, средняя, нижняя части склона, подножье) и пойма.

Время как форма проявления свойств геосистем также не сводится к определению длительности их существования по временной шкале. Из физических мер только год и сутки имеют географический смысл, другие временные меры его лишены. Однако для понимания географических процессов в геосистемах важны такие временные отрезки, как время возвращения геосистемы в равновесное состояние, время становления геосистемы, период, на протяжении которого система проходит полный цикл изменений (циклический период). Содержательное значение имеет соотнесение состояния геосистемы с одной из стадий ее эволюции, т. е. с элементом ее собственной временной шкалы. Например, У. М.Дэвис еще в конце XIX в. выделил три стадии развития рельефа: молодости, зрелости, старости. В.В.Докучаев, В.Р.Вильямс и С.С.Соболев исследовали стадии почвообразования и саморазвития эрозионных форм, используя сходную шкалу.

Пространственно-временная интеграция геосистем. Б.Б.Полынов и В. А. Николаев установили, что в такой сложной геосистеме, как ландшафт, сочетаются молодые, зрелые и реликтовые (оставшиеся от прошлых ландшафтов) элементы. Это не случайно. Собственное время каждого элемента различно, поэтому стадии их саморазвития, как правило, не будут совпадать, даже если они имеют близкую природу или непосредственно соседствуют и взаимодействуют между собой.

Благодаря тому, что физико-географические объекты, из которых интегрируются системы в результате их взаимодействия или пространственного соседства, имеют разные пространственно-временные масштабы, взаимодействие объектов может осуществляться только вероятностно-статистическим путем. Ярким примером является формирование климата, который А. С. Монин определяет как статистический ансамбль состояний системы «атмосфера—океан—земная поверхность», создающийся в течение нескольких десятилетий. В.Н.Солнцев, подчеркивая статистический характер ландшафтных взаимодействий, определяет ландшафтную систему как статистический ансамбль состояний, которые проходят ее территориальные компоненты также за несколько десятилетий.

Пространственно-временные ряды географических явлений. Примером пространственно-временного ряда может служить известный в геологии закон Головкинского-Вальтера, в соответствии с которым последовательность литологических фаций в вертикальном разрезе отложений отвечает их чередованию в горизонтальном направлении. Поскольку осадконакопление происходит в определенной физико-географической обстановке, то, очевидно, мы можем распространить этот закон и на последовательность чередования обстановок. Вертикальный разрез соответствует времени, а горизонтальный — пространству.

Пространственно-временная эмерджентность. Взаимодействия порождают эффект эмерджентности — появление у взаимодействующих объектов новых свойств или качеств, отсутствующих ранее у каждого из них. Эмерджентные свойства проявляются по-разному. Если объединяются однотипные объекты (например, небольшие участки леса — в лесную зону, отдельные водотоки — в речную систему, несколько водоемов — в водный бассейн и др.), то характер взаимодействия внешне не изменяется. Однако при этом происходят значительные изменения свойств геосистем, процессов и ответных воздействий на внешние «раздражения». Например, в лесу, расчлененном на отдельные небольшие массивы, ослаблено влияние растительности на микроклимат, более активна борьба древесной и травянистой растительности, иная экологическая обстановка, чем в сплошном лесу.

Сравнение однотипных объектов, которые различаются длиной, площадью и объемом, показывает, что при изменении их пространственных характеристик происходит изменение свойств самих объектов, в частности:

• увеличение площади материка приводит к возрастанию континентальности его климата (самая большая континентальность свойственна внутриматериковым районам Евразии);

Однако на свойства геосистем влияет и другая пространственная характеристика — форма. Форма выражает соотношение периметра и площади, площади и объема (для плоских и объемных географических образований соответственно). Чем больше это соотношение, тем активнее воздействует на данный объект внешняя среда. Так, сильно изрезанные побережья морей (далматинский или риасовый тип) имеют совершенно иные ландшафты, чем берега бискайского типа. Для них характерны разные режимы волнения, прибоя, ветра, температуры прогрева вод, а, следовательно, и заметно различающийся характер взаимодействия суши и моря.

Свойства эмерджентности возникают и в связи с разновременностью событий. Например, существенно, как чередуются дождливые и сухие периоды в летнее время (даже если число дождей и количество осадков одинаковы). Это относится к другим показателям, используемым для экологических оценок (сумма положительных температур, количество часов солнечного сияния и др.). В зависимости от временного фактора (скорости протекания процесса) возможны различные его исходы. Например, при длительных напряжениях твердые кристаллические породы литосферы способны к пластическим деформациям, но при кратковременных нагрузках ведут себя как твердое тело.