Градостроительная организация ландшафта как фактор устойчивого развития территории
Теория устойчивого развития территории за счет правильного использования ландшафта описывает закономерные зависимости качеств среды, главным образом сохранения природного и культурного наследия в условиях урбанизации, от интенсивности и форм использования элементов рельефа, а также от структуры и баланса антропогенных и природных ландшафтов, входящих в состав территории. Перспективная структура… Читать ещё >
Содержание
- Раздел 1. СОВРЕМЕННОЕ ЗНАНИЕ О ЛАНДШАФТЕ И ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОМ ОБОСНОВАНИИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В
- ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВЕ
- Глава 1. Инвариант структуры природного ландшафта. Значение ландшафтных местоположений
- 1. 1. Общее понятие о ландшафте. Значение ландшафта для градостроительной организации окружающей среды и устойчивого развития территории
Ландшафт (от немецкого land — земля, schaft — связь) — участок земной поверхности, ограниченный естественными рубежами, обладающий закономерной организацией пяти компонентов (горные породы, почвы, воды, воздух и биота — совокупность живых организмов) и своей пространственной структуры. Земная поверхность организована как ландшафт. Все пять компонентов представляют собой оболочки, или сферы поверхности земли, обладают каждый своей вещественно-энергетической, генетической и функциональной спецификой, однако в их взаимодействии образуют единство, именуемое ландшафтом. Качественные характеристики компонентов и параметры процессов их взаимодействия меняются от места к месту. Эти изменения носят закономерный характер. Поэтому ландшафтом называют участок поверхности, в пределах которого характер изменений свойств компонентов соответствует конкретным исследовательским или проектным задачам. Границы ландшафтной целостности зависят также от масштабов отличий свойств компонентов (разнообразия и контрастности структур). Размах отличий в свойствах компонентов (рельефа, климата, растительности и т. д.) позволяет классифицировать ландшафты по их таксономическому рангу. Ранг ландшафта (фация, урочище и т. д.) говорит о масштабе территории, в которой реализуется то или иное ландшафтное единство, и о степени необходимого обобщения различий в свойствах компонентов, позволяющей мысленно обособлять тот или иной природно-территориальный комплекс.
Значение строения поверхности земли для градостроительства невозможно переоценить. Градостроительство как сфера человеческой деятельности формирует территорию для целей организации жизнедеятельности общества. При этом компоненты и элементы ландшафта приспосабливаются для хозяйственной деятельности и проживания населения. Ландшафт представляет для градостроительства, во-первых, место — пространственный ресурс, основу для размещения технических элементов окружающей среды: заводов, электростанций, дорог, городского и сельского жилища, других зданий и сооружений. Геологическая среда служит основанием для всех сооружений. Она может быть более или менее устойчивой к техногенным нагрузкам. Во-вторых, ландшафт служит «фабрикой» естественных ресурсов жизни — кислорода воздуха, воды и почв, без которых жизнь вообще и в т. ч. человека невозможна. От средопродуцирующей способности ландшафта, от того, насколько хорошо ландшафт справляется с регенерацией воздуха, вод, рекреационных ресурсов, зависит здоровье населения земли. В-третьих, территориальный рисунок ландшафта служит основой градостроительной композиции. От характера, густоты и глубины расчлененности рельефа, от рисунка и мощности объектов речной сети, от наличия акваторий зависит характер и уникальность пространственной структуры систем расселения, городов и городских районов, сельских населенных мест. В-четвертых, ландшафт предоставляет для градостроительных систем материал и энергию, из которых и строится материально-техническая основа зданий, городов, производственных и инфраструктурных объектов. Глина для кирпича, мрамор для цемента, металл, древесина, нефть, газ, другие рудные и нерудные материалы и энергия извлекаются из ландшафта для построения градостроительных систем.
Различия в направленности хозяйства, традициях культуры, в технологиях производства, в формах обустройства населенных мест отражаются и в разных способах преобразований ландшафтов. Вместо природного ландшафта возникает так называемая окружающая среда — система условий и ресурсов человеческой жизнедеятельности. В основе этой системы условий и ресурсов лежит природный ландшафт, его компонентная и пространственная структуры. Под влиянием градостроительных преобразований, компонентная, пространственная структуры и ландшафтные процессы претерпевают изменения. С одной стороны, они приспосабливаются для нужд цивилизации, становятся пригодными для производства, быта и развлечений населения в цивилизованных формах. С другой стороны, изменения свойств компонентов ландшафтов и параметров ландшафтных процессов, под воздействием цивилизации, предстают как экологические проблемы — загрязнение воздуха, вод, деградация почв, изменения климата, сокращение биоразнообразия и т. д. Земля становится все менее пригодной для жизни человека, как биологического вида и для человеческого сознания, в котором этика и эстетика не могут мириться с уничтожением земной природы, с разрушением ее гармонии, как основы земной жизни.
Градостроительство должно сообразовывать масштабы, характер, смысл и содержание деятельности по организации территории с возможностями ландшафтов претерпевать эти преобразования без потери устойчивости, использовать рационально ландшафтные процессы и компоненты для улучшения окружающей среды и восстанавливать нарушенные ландшафты, деградированные территории.
В ходе истории в результате преобразования природных ландшафтов возникают антропогенные ландшафты. Их категории достаточно разнообразны. В структуре культурных ландшафтов запечатлены следы человеческой деятельности, свидетельства истории. Многие исторические ландшафты гармоничны, служат образцами творческого соединения природных и антропогенных элементов в своей пейзажной композиции. Эти исторические территории также заслуживают пристального внимания со стороны «ландшафтного градостроительства». Их необходимо использовать и охранять как национальное и даже всемирное наследие.
Итак, ландшафт заключает в себе важнейшие ценности: служит системой воспроизводства и поддержания жизни (природная ценность), и служит хранилищем памяти об исторических процессах, результатом
приложения человеческой культуры к материалу природы (культурная ценность). Природное и культурное наследие воплощены в ландшафтах, соответственно, природных и антропогенных. Отсюда становится очевидным значение градостроительной организации территории для ее устойчивого развития. Устойчивое развитие — понятие, получившее официальное признание после конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио де Жанейро в 1992 г. Устойчивое развитие отличается тем, что рост благосостояния и повышение уровня жизни населения должен происходить при условии сохранения природы и культурного наследия для будущих поколений. То есть градостроительная организация использования и охраны ландшафтов представляет собой реальный и непереоценимый ресурс устойчивого развития территории.
От режимов и форм градостроительной организации ландшафта, от реализации разумных градостроительных программ зависит не только обеспечение условий хозяйственной деятельности, улучшение условий жизни населения, но и сохранение и восстановление природного и культурного потенциала ландшафта.
1.2. Основоположники современного ландшафтоведения. Их вклады в теорию ландшафта.
Основоположниками ландшафтоведения в России считаются Берг JI.C. (1876−1950), Морозов Г. Р. (1867−1920) и др. представители школы В. В. Докучаева начала 20 в. Докучаев В. В. (1846−1903) создал учение о мировой зональности природы1. Среди его учеников самым выдающимся является Владимир Иванович Вернадский (1863−1945). Труды Вернадского по геохимии, по минералогии и кристаллографии, по истории развития науки, его учение о биосфере, о ноосфере, выходят за рамки собственно ландшафтоведения, но намечают связь ландшафтоведения со смежными дисциплинами, с научным мировоззрением вообще. Вернадский В. И. заложил фундамент науки о рациональном природопользовании в масштабе планеты Земля.
Важнейшую роль в развитии ландшафтоведения сыграл Б. Б. Полынов (1877−1952). В 1915 году он ввел понятие элементарного ландшафта. Это ландшафт, формирующийся на одном элементе рельефа и характеризующийся единством литологического состава, равными условиями залегания грунтовых вод, одним типом почв и одной растительной ассоциацией. Существует три типа элементарных ландшафтов: элювиальные (вершинные), субак-вальные (низинные) и супераквальные (склоновые). Планшет 2. Рис. 4.
A.A. Григорьев (1883−1968) определил объект физгеографии как единство, состоящее из совокупности земной коры, нижней части атмосферы, гидросферы, почвенного покрова, растительного и животного мира — географическую оболочку земли. Ландшафтовед Исаченко А. Г. определяет
Изучая почвы, Докучаев В. В. определил зоны мира (северного полушария): 1) бореаль-ная (тундровая), где для сельскохозяйственного освоения почв нужна их аэрация- 2) таежная, требующая минерального удобрения почв (зона минерализации) — 3) черноземная (лесостепная и степная), где почвы требуют улучшения их структуры (зона «физиации») — 4) пустынь и полупустынь с почвами, нуждающимися в искусственном орошении (зона «гидрации») — 5) субтропическая и тропическая красноземная, или латеритная, — зона интенсивного солнечного воздействия на культурные растения (зона «гелиации»). [См. 203] основной «атом», из множества вариаций которого состоит географическая оболочка, т. е. ландшафт, как неделимую в зональном и азональном отношении «конкретную территорию, однородную по своему происхождению и истории развития, обладающую единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов и закономерным набором морфологических частей — фаций и урочищ» [108]. Таким образом, в ландшафтоведении синтезируются данные, накопленные в науках о земле в ходе их дифференцированного развития, об отдельных компонентах ландшафта.
Компоненты ландшафта — горные породы, почвы, воды, воздух и биота — каждый имеют свою структуру, находятся в процессах изменения, движения, развития, и, самое главное, взаимодействуют друг с другом так, что результатом являются совместные процессы ландшафтообразования. Каждый из компонентов имеет свой характер происхождения, функционирования и развития во времени и пространстве, свою вещественно-энергетическую структуру, но во взаимодействии процессы соорганизации компонентов синтезируются как ландшафтообразующие. Объем научных данных в геологии, климатологии, биологии, гидрологии и гидрогеологии, в почвоведении и других естественных науках, изучающих отдельные компоненты ландшафта или даже их фрагменты настолько велик, что их объединение в едином предмете единой науки весьма трудоемкая задача — это задача ландшафтоведения. Одним из фундаментальных трудов, в котором осуществлен синтез данных о компонентах природно-территориального комплекса в единое знание о ландшафте является труд C.B. Калесника [114].
Особое значение для градостроительства имеет вопрос о закономерностях пространственной организации ландшафта, о том, как зависят качества ландшафта от его пространственной организации. И здесь «нитью Ариадны», позволяющей распутать клубок взаимосвязей между компонентами, являются научные представления о зависимости качеств ландшафта и его компонентов от рельефа территории. Учение о влиянии рельефа и его геологического фундамента на качества и структуру ландшафта основано Николаем Адольфовичем Солнцевым [213]. Планшет 1 Рис. 2.
Наука, изучающая закономерности образования и развития рельефа -геоморфология, также чрезвычайно полезна для градостроительства. Развитие форм, экзогенные процессы формирования рельефа, происхождение и развитие рыхлого осадочного чехла, который непосредственно служит основанием для сооружений и субстратом для почвенно-растительного покрова, изучают в геоморфологии и представляют необходимые сведения для градостроительства. Основоположником учения о геоморфологических циклах развития рельефа под влиянием экзогенных факторов является У. М. Дейвис (1850−1934) [44]. В отечественной геоморфологии большой вклад внесли Марков К. К., 1948 (учение о геоморфологических уровнях) и Герасимов И. П., 1959 (учение о геотектурах, геоструктурах и геоскульптурах) [203].
Таким образом, данное исследование опирается на фундамент ланд-шафтоведения, заложенный основоположниками этой науки и направлено на извлечение прикладного знания, пригодного для градостроительных целей организации окружающей среды.
1.3. Компоненты ландшафта и их основные свойства.
Каждый компонент ландшафта изучается самостоятельно соответствующими науками [114]. Для целей градостроительной организации окружающей среды нужны обобщенные сведения о компонентах, касающиеся их фундаментальных свойств и подробные прикладные данные изысканий территории, подлежащей проектированию.
Горные породы слагают земную кору — твердую каменную оболочку Земли, состоящую в основном из двух слоев — гранитного и базальтового. Гранитный слой более легкий (2800 кг/м3 удельным весом) находится сверху и называется «сиаль» (по сокращенному названию основных химических элементов, входящих его минеральный состав — silicium — кремний и aluminium — алюминий). Базальтовый слой («сима» — от символов кремния и магния) тяжелее (3200 кг/м3), поэтому лежит ниже и слагает, в частности, дно океанов. Известно 4000 минералов, из которых состоят различные горные породы. Скальные породы, смятые в складки, разбитые разломами и подвергшиеся сдвигам, сбросам, воздыманиям и другим горообразовательным процессам, формируют рельеф. Планшет 2. Рис. 5.
Эндогенные горообразовательные процессы, источником энергии которых в земной коре служит внутреннее тепло земли, возникающее в результате полураспада радиоактивного вещества, формируют макро- и мезорельеф — горы и равнины. Планшет 1 Рис. 3.
Верхний слой земной коры подвергается выветриванию — разрушению монолитной скалы на обломочные осадочные породы. Кроме механического выветривания, в результате которого образуются обломочные фракции: глыбы, валуны, щебень, песок и пыль, происходит химическое и органогенное выветривание, в т. ч. каолинизация алюмосиликатов, с образованием глин. Размельчение пород, высвобождение зольных элементов питания растений подготавливают условия для начала почвообразовательного процесса на верхнем слое коры выветривания.
Отложение и переотложение осадочных пород под действием экзогенных факторов (атмосферных явлений, движений воды и изменений ее агрегатного состояния и т. п.) производят вторичные преобразования рельефа. Формируется микро- и нанорельеф. Осадочные породы сортируются по фракционному и химическому составу. 50% рыхлого осадочного чехла складываются глинами, продуктами разложения полевых шпатов, входящих в т. ч. в состав гранита. Тонкие пылеватые продукты выветривания отлагаются под действием ветра в эоловые отложения, на которых формируются лессовые и лессовидные почвогрунты.
Отступающее море оставляет известняки — осадочные породы, покрывающие 34% земной коры. Известняки — продукты осаждения кальциевых соединений из морской воды микроорганизмами. Известняки снабжают рыхлый осадочный чехол кальцием — одним из важнейших элементов для почвообразования и для построения тела животных и растений.
Почва — биокосное тело, возникающее в результате воздействия живого вещества — микроорганизмов и растений — на рыхлый осадочный чехол материнской горной породы. В результате синтеза высокомолекулярных соединений органического вещества с минеральным веществом образуются почвенные коллоиды. Органическое вещество почвы представлено разлагающейся и полуразложившейся органикой растительного и животного опада и гумусового вещества, среди которых важнейшими частями почвы являются гуминовые кислоты. Коллоиды почвы обладают способностью удерживать, поглощать и отдавать в среду ионы химических элементов, в т. ч. зольные элементы питания растений. Концентрация и минеральных и органогенных элементов в почве увеличивается благодаря деятельности микроорганизмов и растений. Поглощение, замещение, высвобождение элементов происходит в результате движения в почве воды, образующей обычные и коллоидные растворы. Движение воды в форме просачивания создает на пути своего движения горизонты, где аккумуляция, вынос и вторичное отложение элементов формируют профиль почвы, определяющий характерные черты ее типа.
Основные типы почв — чернозем, подзолистые, солончаки, болотные почвы. К почвам элювиального ряда относят те почвы, где формирование горизонтов идет под влиянием движения воды сверху вниз. Почвы гидроморф-ного ряда — болотные и солончаки формируются под влиянием подъема грунтовых вод. Почвенное плодородие зависит от мощности перегнойно-аккумулятивного горизонта, богатства зольными элементами питания, от структуры почвы, связанной с размером гранул грунта, от наличия кальция, который способствует образованию устойчивых частичек почвы, от типа растительности. Под лесом с кислой подстилкой формируются подзолы, из которых вымывается в нижние горизонты кальций, гумус и другие элементы. Под степной травяной растительностью на лессовых эоловых отложениях формируются плодородные черноземы с мощным перегноем. Болотные почвы характеризуются накоплением полуразложившейся органики в условиях избыточного увлажнения. Анаэробные процессы в подстилающей глинистой породе приводят к образованию голубовато-зеленоватого глеевого горизонта, насыщенного закисями железа и продуктами разложения алюмосиликатов. На мелкоземных грунтах с более доступными для усвоения элементами питания формируются более плодородные почвы, нежели на обломочном материале. Важную роль в плодородии почв играет сочетание тепла и влаги. Микрорельеф, микроклимат, залегание рыхлых осадков разного химического и гранулометрического состава создают пеструю картину распределения почв по поверхности земли.
Воды подземные и поверхностные играют в ландшафте такую же роль, как топливо в двигателе внутреннего сгорания. Выпавшие атмосферные осадки либо испаряются вновь в атмосферу, либо просачиваются под землю, либо стекают по рекам в океан. Влага в почво-грунтах содержится в формах гигроскопичной, пленочной, капиллярной и гравитационной воды. Гигроскопичная вода настолько тесно связана с частицами вещества, что по существу является твердой. Пленочная вода обволакивает частицу слоем в один или несколько молекулярных рядов и движется под действием сил поверхностного натяжения, от одной частице к другой, если они находятся в контакте и слой воды на одной из них толще. Капиллярная вода заполняет микротрещины в породе диаметром не более 0,5 мм и движется по законам волосности. Наиболее подвижна гравитационная вода — капельно-жидкое тело, которое занимает поры между зернами обломочных пород и трещины в скалах.
Гравитационная вода стекает вниз, стремится занять самое нижнее положение. Движение воды вниз зависит от водопроницаемости пород. По отношению к способности вмещать воду горизонты земной коры делятся на водоносные и водоупорные. Водоупорными породами служат глины и скальные породы. Изменение условий водопроницаемости в породах приводит к скоплению подземных вод. После того, как вода в своем просачивании достигнет водоупора, она начинает двигаться в сторону. Зеркало верхнего уровня грунтовых вод представляет собой не горизонтальную, а волнистую поверхность. Зависит это от распределения и режима источников питания, проницаемости пород и, главным образом, от рельефа, поскольку форма наземного рельефа, в т. ч. крутизна уклонов, определяет условия просачивания и поверхностного стока. Зеркало УГВ сглаженно повторяет форму наземного рельефа. Планшет 2 Рис. 6. Если верхний уровень подземной воды свободно колеблется в геологической среде, такую воду называют грунтовой. Если его покрывает водоупорная кровля из глинистых или скальных пород, то образуется напорная вода артезианского типа. Пересечение водоносного пласта с дневной поверхностью создает выход вод на поверхность — источники, родники. Температура и минерализованность источников зависят от залегания их вблизи подземных источников тепла и состава растворимых пород. Минеральные и термальные источники привлекают пристальное внимание в виду своей хозяйственной, целебной, эстетической ценности (гейзеры).
В растворимых породах, к которым относятся известняки, доломиты, гипсы, подземная вода образует карст — особенности гидрографии и совокупность форм рельефа, обусловленных растворением горных пород и выносом растворов из карстовой области. Трещины в известняках при растворении расширяются, образуют воронки, рытвины, глубокие борозды на склонах -карры. Под землей образуются пещеры и галереи. Растворение (порой многоэтажных) галерей и полостей идет до тех пор, пока вода не достигнет подстилающего карстующуюся породу водоупора. Кровля пещер и полостей обрушивается, дневная поверхность нарушается, проседает, образуя блюдца озер, периодически заполняемых водой и осушающихся в результате просачивания вод вглубь. В результате карста образуются котловины с останцами -нерастворившимися островками и столбами скальной породы. Конечный результат карста — выработанная низменная равнина. Реки в таких областях то выходят на поверхность, то исчезают под землю, поверхность сухая, несмотря на возможно обильные осадки. Формы останцов причудливые.
Воды поверхностные образуют три рода потоков — склоновый нерусловой, временный русловой и постоянный русловой — реки. Реки есть продукт климата их бассейнов на фоне общих ландшафтных условий. Водность, источники питания и режим колебания уровня вод зависят от климата. Сезонные колебания уровня реки в умеренном поясе представлены следующими периодами: весенним половодьем, летней меженью, ледоставом, зимней меженью и ледоходом. Они отличаются водностью и различными эффектами влияния на ландшафтную оболочку. Реки образуются врезыванием речной струи в склон. Между двумя точками на склоне, в одной из которых образуется исток реки, до второй точки — вместилища, куда впадает река, наибольшая глубина врезывания получается в месте, где водность потока и его эрозионная способность достигают максимума. Ложе, или профиль реки, получает вогнутую форму, напоминающую параболу. Точка вместилища называется базисом эрозии — ниже его река врезаться не может. На участке русла, прилегающем к истоку, образуется наиболее крутой уклон, и здесь активизируется эрозия. Река удлиняется путем пятящейся эрозии. Если река, пятясь, прорезывает гребень водораздела, у нее снижается высота эрозии и энергия ее врезывания, перестает расти бассейн. Если сила сопротивления ложа сравнивается или превышает эрозионную способность реки, то в этом случае вырабатывается профиль равновесия. С выработкой профиля равновесия прекращается врезывание, но продолжается боковая эрозия, расширение русла.
Работа реки заключается в размыве, переносе и отложении материала. Реки совершают работу по строительству поверхностей и сооружений в ландшафте, равную произведению веса воды на высоту их падения. Материал переносится в растворе, во взвесях и волочением по дну. Масса материала, переносимого по дну волочением, зависит от скорости потока и водности реки. Волочение обломочного материала по дну как раз и совершает эрозионную работу реки. С высоких мест материал выносится, в низких откладывается. Отложение ила и глинистого материала происходит в нижнем течении, песка и камня в среднем течении, грубообломочного валунного материала — в верхнем течении. Отложенный рекой материал называется аллювием. Боковая эрозия — выработка поперечного профиля долины осуществляется раскрытием У-образной формы долины и меандрированием. Первоначальная извилистость русла усугубляется центробежными ускорениями воды, движущейся по дуге меандра, инерцией кругового движения, благодаря которому излучины удлиняются. Становятся все полнее, приближаясь к замкнутой форме, и когда вода прорывает прирусловые валы, то река соединяет основания петель и спрямляет путь. Оставленный меандр образует старицу. Меандры подрезают склоны, расширяют днище долины, делают его плоским, ровным, широким. С выработкой профиля равновесия заканчивается эрозионный цикл реки, она способна только переносить и откладывать материал.
С изменением базиса эрозии начинается новый эрозионный цикл. Если базис эрозии опускается, начинается новое врезывание реки, опять-таки путем пятящегося движения. В выработанном днище река углубляет свое новое русло и постепенно начинает откладывать аллювий, формировать новую пойму. В результате образуются речные террасы — ступени бывших пойм, прислоненные к склону долины.
В дельте происходит особенно активное отложение материала, причем мелкоземного, в результате чего образуются плодородные дельтовые равнины. В дельте, выступающей в море, река выдвигает материал, образует прирусловые валы, затем прорывает их, бежит по новому руслу с большим уклоном ложа, снова откладывает материал и валы, вновь их прорывает и таким образом формирует веерообразную систему проток и островов. Совместные дельты больших рек образовали великие дельтовые равнины мира. На Байкале формируются дельты рек Голоустной, Селенги и др.
Атмосфера и климат. Воздух участвует в жизни ландшафтной оболочки как результат и условие газообмена живых организмов со средой и как фактор ландшафтообразования путем циркуляции воздушных масс. В постоянной работе перемещения воздушных масс перераспределяется тепло и влага, приходящиеся на земную поверхность. Дополнительное ландшафтообра-зующее значение имеет перенос пылеватых частиц и аэрозолей.
Основной закон, которому подчиняется движение воздуха — это перетекание его из области высокого давления в область низкого давления. Основная причина здесь — степень нагретости поверхности. Над холодной поверхностью воздух более плотный и оказывает большее давление на нее, над теплой поверхностью воздух разреженный и с меньшим давлением. Теплый воздух поднимается вверх и наверху над теплой областью поверхности возникает давление, превышающее давление на этой же высоте над холодной областью. Это вызывает переток теплого воздуха на высоте в направлении холодной области. В свою очередь, в нижнем приземном слое над холодной областью это вызывает еще большее увеличение давления и понизу холодный воздух перетекает из холодной области в теплую область. Таким образом, в движении воздуха выделяются вертикальные, восходящие и нисходящие, и горизонтальные ветви — из холодных мест в теплые в приземном слое и из теплых мест в холодные в высоких слоях атмосферы.
В циркуляции атмосферы господствующей тенденцией является напол-занйе экваториальных воздушных масс к полюсам поверху и растекание полярного воздуха к низким широтам понизу. Однако эта тенденция сильно искажена вращением земли с запада на восток вокруг своей оси, в которое вовлекаются и воздушные массы, что ведет к смещению потоков к западу. Перемещение и взаимодействие воздушных масс, сформировавшихся над разными областями, осуществляется в виде фронтов, на поверхностях которых разыгрываются циклоны и антициклоны. Циклоны в умеренных широтах образуются при затекании языка теплого воздуха в область холодного воздуха. В зоне циклона давление падает по направлению к центру, его замыкает кольцо высокого давления. В этих условиях движение воздушных масс направлено к центру, а вращение земли превращает его в вихревое. В антициклонах над холодными областями происходит растекание центробежных потоков к периферии, а вращение земли придает этому движению направление вращения по часовой стрелке. Над антициклонами господствуют нисходящие токи воздуха и безоблачная без осадков погода. Над теплым и холодным фронтами циклонов вследствие подъема воздуха выпадают осадки.
Эколого-градостроительное значение имеют как глобальные закономерности движения воздуха, так и локальные их проявления: температурная инверсия и соответствующая ей циркуляция в горно-долинной местности- формирование островов тепла над городскими территориями с концентрированными выбросами тепла от производственных и коммунальных объектов.
Температурная инверсия обусловлена стеканием холодного воздуха со склонов гор в долину. Этот воздух вытесняет со дна долины теплый воздух, который устремляется наверх. Таким образом, вместо нормального температурного градиента по вертикали (охлаждение воздуха на 1 градус с увеличением высоты на каждые 100 м) возникает локальное повышение температуры воздуха с набором высоты. Температурная инверсия вызывает застой воздуха над долиной (котловиной). Город в такой местности всегда имеет свои выбросы у себя над головой, они не поднимаются в верхние слои атмосферы и не рассеиваются.
Проблема может быть решена созданием планировочного «теплового насоса». Так, в частности, в ЦНИИП градостроительства разрабатывались (Чолоян Е.С., [235]) предложения по очистке застойного загрязненного воздуха над городом Душанбе путем создания острова тепла (крупного промышленного предприятия) на юго-западной периферии города в долине р. Кафирнигана. Это вызвало бы перетекание воздуха из городского бассейна в долину и разорвало бы замкнутую горно-долинную циркуляцию над городом, обусловленную воздействием Гиссарского хребта (нагретые горы притягивают городской запыленный воздух и не дают ему выхода в южном направлении).
Биота -совокупность живых организмов — живое вещество. Жизнь неотъемлемо присутствует в ландшафте. Совокупность живых организмов разнообразна. Если минералов известно порядка 4 тысяч видов, то растений -500 тысяч видов, а животных — не менее 1,5 млн. видов. Область распространения живых организмов определяется физическими пределами условий их существования, временем сохранности семян и спор, границами жизнепри-годного для определенных видов биоты пространства. В целом область жизни — биосфера занимает на земле тропосферу, гидросферу и осадочную оболочку земли — т. е. совпадает с границами ландшафтной оболочки. Биота участвует в создании земной коры — через участие в почвообразовании, выветривании, изменении рельефа. Участвует в создании определенных видов горных пород. К ним относятся известняки, кремнистые осадочные породы и каустобиолиты.
Массивные известняковые и кремнистые отложения вызваны в основном осаждением углекислого кальция и кремнезема из растворов морей водными организмами. Только организмы способны так концентрировать элементы из среды, в которой они находятся в рассеянном состоянии. Из кау-стобиолитов гумусовые: уголь каменный и бурый, антрацит, торф — произошли из остатков наземных растений, а битуминозные: сапропелиты, нефть, ас-фальты, горный воск и горючие сланцы — произошли из водорослей. Мировые запасы угля 8000 млрд. т, нефти — 25 млрд.т. Запасов органического вещества в почвах, угле, торфе, нефти во много раз больше массы наличного живого вещества. В. И. Вернадский определяет земную кору как след былых биосфер. Из органогенных руд выделяются тонкослойные железистые кварциты (типа Криворожских), созданные железобактериями.
Биота создала и регенерирует современный состав атмосферы. Живые организмы строят свои тела из газов, а после смерти возвращают их в атмосферу. Кислорода в атмосфере 1015 т. Современные зеленые фотосинтези-рующие растения этот объем кислорода воспроизвели бы за 10 тыс. лет. Продуктивность по кислороду — важный эколого-градостроительный показатель территории. Для соответствующего масштаба деятельности растения развивают гигантскую площадь поглощения солнечного света. На 1 га луговых трав эта площадь составляет 22−38 га, люцерны — 85 га, букового леса — 7.5 га. Но площадь хлорофилловых зерен еще больше: на одном дереве она составляет 2 га! Отсюда понятны требования к площади фотоактивных панелей солнечных батарей. Зеленые растения являются коллектором энергии, зеленым трансформатором.
Биомасса современных живых организмов — 0.1% от массы земной коры, но биота приводит в движение материала не меньше, чем реки, ледники, ветер и т. п. Причина такой активности в энергоактивности биоты и в ее размножении. Одна инфузория туфелька за пять лет может создать протоплазмы массой в 104 раза больше Земли. Эти потенциальные возможности никогда не осуществляются, но совокупная биомасса на планете росла в течение истории существования жизни.
В отношениях организма и среды ведущим является приспособление первого ко второй. Однако в совокупном действии биоты видна тенденция преобразования среды в направлении повышения жизнепригодности. Активная роль в приспособлении — за биотой. Здесь действуют факторы изменчивости и наследственности, биологической инерции и пластичности. Дарвинисты считают, что историческим результатом естественного отбора является целесообразность устройства, функции и поведения организмов, т. е. приведение организма в максимальное соответствие с его жизненным окружением.
Организация живых организмов в биосфере наблюдается как в аспекте формирования трофических цепей и циклов (экосистем), так и в аспекте территориальных сообществ (биогеоценозов). В цикле трофических связей крупно выделяются следующие группы живых организмов: автотрофы — зеленые растения, наделенные способностью к фотосинтезу, травоядные животные, питающиеся растениями, хищники, питающиеся травоядными и микробы, грибы, микроорганизмы почвы, питающиеся всеми остальными и минерализующие органику предыдущих уровней.
В аспекте территориальных сообществ выделяются тундры, лесотундры, хвойные и листопадные леса, вечнозеленые леса, степи и пустыни — по видовому составу растительности, по продуктивности и образу жизни. Смена растительных ассоциаций от места к месту зависит от сочетания тепла и влаги. Приход тепла и влаги регулируется рельефом и климатом. Растительные ассоциации приспособлены к сочетанию тепла и влаги своего местоположения. Каждый вид, организм, особь занимает свою нишу в структуре биогеоценоза, наилучшим образом взаимодействуя с биогеоценозом, обеспечивая как общую устойчивость, так и собственную жизнь. Так, лес образует многоярусную структуру. Деревья разной высоты формируют «этажи» леса. Самые высокие являются доминантами. Множество самых распространенных по высоте деревьев формирует основной полог. Второй ярус — подлесок, или породы, выживающие под основным пологом. Ниже располагаются кустарниковый, кустарничковый ярусы, травяный покров и напочвенная подстилка — дернина, опад, ветошь. В геоботанической формуле леса указывается доля лесообразующих пород и основные виды лесных ярусов. Например, 7К- 4П-1С — 7 кедров, 4 пихты, 1 сосна — в пределах картируемого выдела- пихтово-кедровые чернично-травяно-зеленомошные леса оптимального (редуцированного, ограниченного) развития. Далее в определении указывается местоположение ассоциации, например, долин, склонов или междуречий.
Эколого-градостроительное значение биоты — в учете ландшафтообра-зующей роли ее жизнедеятельности. Целенаправленное формирование живых покровов — один из главных смыслов организации открытых пространств в городской застройке. Зонирование и структурная организация генерального плана города должна опираться на представление о природном каркасе — совокупности тех местообитаний живых организмов, прежде всего растений, где они наиболее продуктивны, а значит и активны в средоформировании. Формирование среды города невозможно без участия биоты, которой надлежит отводить соответствующую роль в планировочной структуре.
1.4. Ландшафтообразующая роль компонентов. Компонентно-функциональная структура ландшафта. Обобщая вышеизложенный материал о компонентах ландшафта, сформулируем основные направления процессов образования ландшафтов. Направленность процессов ландшафтообразования в компонентах ландшафта -борьба жизни и смерти: воздвижение гор и их денудация и пенепленизация, почвообразование и эрозия почв, давление жизни на минеральную основу мира, преобразование ее биотой, и минерализация отмершего живого вещества-