ЛАТЕРАЛЬНІ РЕЧОВИННІ ПОТОКИ ПРАВОБЕРЕЖНОЇ ЧАСТИНИ ПОЛІСЬКОГО КРАЮ

Краткое содержание

У першому розділі “Теоретичні основи дослідження латеральних речовинних потоків” розглянуто основні положення поняття ландшафту як складної, багатокомпонентної, цілісної, відкритої системи з динамічними внутрішніми зворотними та незворотними зв’язками, сполученої зовнішніми зв’язками з навколишнім середовищем (Н.А.Солнцев, 1949, В.Б.Сочава, 1978, А.Г.Ісаченко, 1979 та ін.). Головні напрямки дослідження геосистем, цілісність яких зумовлена одностороннє спрямованими вертикальними та горизонтальними потоками речовини, енергії та інформації, окреслено в роботах В.Б.Сочави (1963), Ф.М.Мількова (1966), К.Н.Дьяконова (1975), Н.А.Гвоздецького (1977), Г.І.Швебса (1982), В.А.Бокова (1983) та ін.

Надходженням енергії в ландшафти викликається кругообіг гідромас, аеромас, біомас і літомас (Н.Л.Беручашвілі,1990). В межах ландшафту відбувається зміна радіального на латеральний напрямок масоенергопереміщення, та латерального на радіальний. Хоча поняття ЛРП охоплює передусім горизонтальну складову всіх типів циркуляційних кругообігів, воно також чітко пов’язано і з вертикальною структурою ландшафтів.

Вертикальна структура є регулятором ЛРП та визначає саму можливість і напрям перерозподілу речовини кінетичними потоками в полі сили тяжіння. Роль вертикальної диференціації ландшафту виявляє себе, головним чином, через перерозподіл стоку і диференційований вплив схилів на інсоляційні та циркуляційні характеристики.

Функціонування ландшафтів це постійний обмін речовиною та енергією між компонентами ландшафту та між ландшафтом і його зовнішнім середовищем. Навіть незначні зміни інтенсивності зовнішніх масоенергетичних надходжень викликають зміни функціональних зв’язків, спонукаючи їх активізацію у певному напрямку або викликаючи стан хаотичності, чи затухання до стану абсолютного спокою. Однак досягнення таких кінцевих станів унеможливлене відкритістю геосистем і одержанням наступних масоенергетичних надходжень, які, порушуючи баланс, надають поштовх для подальшого розвитку геосистем. Одним із важливих проявів цього розвитку і є ЛРП як функціональні ландшафтні процеси. Вони полягають у латеральному або фізико-механічному переміщуванні речовини.

Таким чином, під латеральними речовинними потоками розуміються природно-механічні системи, які забезпечують спрямоване, полігенетичне переміщення речовини по земній поверхні або у межах, контрольованих земною поверхнею, і є реалізацією співвідношення та перетворення потенціальної, кінетичної і теплової енергії в межах ландшафту.

Провідним фактором, що визначає особливості формування та структуру латеральних потоків, є рельєф, а в широкому розумінні – літоморфооснова ландшафту, тобто поверхня, де відбувається формування та структуризація потоків. Саме ця поверхня визначає локалізацію масопереміщення, розміщення окремих потоків, формування та розформування потоків, напрямок переміщень, їх інтенсивність. Напрям потоків зумовлений градієнтними величинами (гіпсометричними, баричними), причому переміщення відбувається в сторону зменшення потенціалу. Потенційно-енергетичний аналіз гіпсометрії рельєфу як поля показників дає можливість виділяти еквіпотенціальні та градієнтні ділянки й окремі об’єкти, що відповідають поняттю потенційної “ями” та потенційного “бар’єру” і мають усі їх головні властивості.

Латеральні речовинні потоки є не тільки скалярними, але й векторними величинами, що дає змогу використовувати апарат векторного аналізу при дослідженні просторової структури трас потоків.

Латеральні потоки відносяться до механічної групи процесів, проте не підлягають законам класичної механіки, що дійсні для закритих систем. Виходячи з цього, для аналізу латеральних потоків було задіяно варіаційні принципи механіки (ВПМ), що розглядають переміщення та рухи, які можуть мати місце в об’єктній системі при наявності певних зв’язків і є дійсними для закритих і відкритих систем (принципи Гауса, Ейлера, Лагранжа, Гамільтона та інші).

ВПМ не тільки виражають у простій інваріантній формі рівняння рухів, але й синтезують континуальність і дискретність аспектів руху і передають узагальнений принцип причинності у фізиці та засвідчують адекватність методів аналітичної механіки. Поняття інваріанту й коваріанту та їх надзвичайна важливість для пізнання всіх явищ природи у часи Ейлера та Лагранжа були ще невизначені, проте виявилося, що варіаційний підхід у механіці передбачив цей напрямок – принцип інваріантності у ВПМ задовольняється автоматично (К.Ланцош, 1965).

Із позицій варіаційної механіки просторова структура реальних латеральних потоків є інваріантом певного часового виміру досліджуваного ландшафту, тобто єдино можливим напрямком переміщень, які можуть мати місце при наявності конкретних просторових зв'язків і є єдино можливим переміщенням, при якому дія має мінімум.

Подальший розвиток принципів варіаційної механіки для вивчення процесів, їх структури як єдиної множини системи позиційних координат визначено в межах зонної механіки, де структура та динаміка процесів розглядаються в графічній формі у вигляді “зонної площини” (М.В.Бунін, В.В.Нічке, 1996). Варіаційні принципи та зонна механіка як система процесів визначають головні напрямки дослідження функціональної структури латеральних потоків ландшафтів.

У другому розділі ”Методика досліджень латеральних речовинних потоків” розглянуті методичні прийоми застосовані при дослідженні ЛРП Правобережжя Поліського краю. Визначено комплекс картографічних побудов, за допомогою яких можна отримати цілісне (всебічне) уявлення про ЛРП. Важливими складовими цього комплексу є карти трас латеральних потоків, геоморфологічні, ландшафтознавчі, структурного дешифрування.

Проведено морфологічний аналіз рельєфу як провідного ландшафтоформуючого фактору. Дослідження подібності рельєфу до фізичного (електричного) поля, висвітлено в роботах Н.В.Куценка, 1982, А.В.Позднякова та І.Г.Черваньова, 1990. У фізичному змісті земна поверхня є площиною, яка визначає потенційну енергію, ступені свободи латерального переміщення речовини в ландшафті та умови переходу в кінетичну енергію потоків. На основі морфологічного аналізу  рельєфу як поля показників параметру абсолютної висоти виділено еквіпотенційні та градієнтні поверхні й еквіпотенційні та градієнтні смуги.

Морфографічний метод при дослідженні земної поверхні полягає у виділенні елементарних частин ‑ поверхонь (граней), ліній, точок і визнається головним методом морфологічного аналізу багатьма дослідниками: А.І.Спиридоновим, 1970; А.Н.Ласточкіним, 1987, 1991 та іншими.

Основою аналізу просторової структури трас потоків обрано методику побудови параметричних карт земної поверхні за А.Н.Ласточкіним (1987). Методика базується на виділенні точок і ліній як головних елементів рельєфу. Гребеневі та кільові лінії є геометричним місцем точок із екстремальними значеннями H (x,y) ‑ абсолютної висоти, у вигляді безперервної функції планових координат. Відображені на картах точки та лінії визначають найбільш складні та напружені, найдинамічніші територіальні елементи ландшафту, у межах яких відбуваються принципові якісні й кількісні зміни, конвергенція й дивергенція латеральних потоків. Морфографічні побудови, що ґрунтуються на виділенні ліній гіпсометричних екстремумів, визначають напрямки трас ЛРП. Вони придатні для подальшого аналізу на основі ВПМ, які теж оперують поняттями мінімальних екстремумів.

Векторний аналіз карт кільових ліній і ліній току дає можливість за кутом злиття потоків визначити в межах окремих басейнів ділянки накопичення і видалення речовини, самоочищення та забруднення ландшафтів.

Детальний і повний аналіз ландшафтів неможливий без використання МДЗЗ. Сучасною основою аерокосмічних методів досліджень природного середовища є багатоспектральне зондування ділянок поверхні Землі та одержання інформації, яка не може бути отримана жодним іншим методом. Як головні методи дешифрування МДЗЗ використано ландшафтознавчо-індикаційний та контрастно-аналоговий. Ландшафтознавчо-індикаційний метод дешифрування полягає у виділенні за спектральними особливостями компонентів ландшафту – рельєфу, гідромережі, рослинності, ґрунтів, літооснови, об’єктів антропогенної діяльності, у проведенні їх композиційного аналізу та глибинної інтерпретації. Контрастно-аналоговим методом провадилося дешифрування матеріалів космічного знімання та виділення елементів територіальних структур не безпосередньо через ландшафтні комплекси, а через тональну структуру зображення, зумовлену властивостями ландшафтів.

Детальні карти укладено на основі дешифрування аерофотознімків, а середньомасштабні карти – на основі космічних знімків (LANDSAT-ТМ, КАТЕ-200, IRS). Також використано синтезовані знімки, створені за допомогою програмного забезпечення “Photo Shop” та “Erdas Imagine” різних каналів LANDSAT-ТМ. Для одержання додаткової інформації при виділенні перезволожених і заболочених ділянок ландшафтів задіяні теплові канали космічних знімань.

На основі варіаційних принципів механіки вперше розроблено прийом, що полягає у дослідженні просторової структури латеральних потоків ‑ аналіз “варіаційної різниці”. У ході даного аналізу створюють модель неузгодженості реальних та ідеальних трас потоків. Реальні траси потоків формуються за структурними лініями ландшафту і відповідають принципам лагранжевської та гамільтонівської динаміки, за якими з усіх вірогідних траєкторій руху природою обирається така траєкторія, для якої дія має мінімальне значення. Модель ідеальних трас потоків, яка є істинною тільки для закритих систем з ідеальними зв’язками, складається із векторів, які з’єднують витоки з гирлами реальних потоків, як напрямки, найбільш наближені до напрямку вільного падіння (принцип Гауса). Просторова різниця між реальним та ідеальним напрямком трас потоків зумовлена функціональними особливостями закритих і відкритих систем. Відхилення (тензор) траси реального потоку від траси ідеального потоку визначає вплив геосистеми на структуру латеральних потоків. За площею прояву впливу окреслюється проекція зв’язків об’єкта-збудника, наприклад, надрового тіла.

Великомасштабні дослідження ЛРП проведено у межах еталонних ділянок: Чарторийської (Волинське Полісся) та Чорнобильської (Київське Полісся). Середньомасштабні дослідження проведено в межах Олевської ділянки Житомирського Полісся. При виборі ділянок витримано кілька умов: проведено регіональний морфологічний аналіз рельєфу з потенційно-енергетичної позиції; виділено ділянки з найбільш репрезентативними природними умовами формування латеральних потоків; враховано забезпеченість матеріалами аерокосмічних знімань, топографічними та геолого-геофізичними матеріалами.

У третьому розділі “Латеральні речовинні потоки в ландшафтах Правобережної частини Поліського краю” представлено огляд історії досліджень, розглянуто природні умови регіону в цілому і ділянок досліджень: Чарторийської, Олевської та Чорнобильської.

Головною умовою виникнення потоків, у тому числі й латеральних, є наявність градієнтів певних показників. На основі морфологічного аналізу і визначення нахилу поверхні (м/км) виділено кілька градієнтних та еквіпотенційних поверхонь і смуг. Поверхні та градієнтні смуги формують характерні для поліських ландшафтів каскадні ступені. Еквіпотенційні смуги – це наскрізні канали, що з’єднують різні ландшафти і є інтегруючими факторами загальних латеральних переміщень. У межах ділянок досліджень проведено ідентифікацію ландшафтів, встановлено відповідність їх  потенційно-енергетичним поверхням та смугам і, зокрема, встановлено, що еквіпотенційні поверхні представлено зандровими рівнинами, надзаплавними терасами та заплавами високого рівня, а градієнтні поверхні – мореними й підвищеними хвилястими зандровими рівнинами. Виділення локальних градієнтних ділянок зумовлено масштабом досліджень. До них можна віднести Білокоровицько-Топільнянський кряж і окремі моренні або піщані горби та пасма. Градієнтні смуги представлено схилами, еквіпотенційні смуги – заплавами низького рівня.