Функционально-динамическое доопределение экотопов

Функционально-динамическое доопределение экотопов, соотносимых со струями и звеньями внутрисистемных нисходящих потоков.

Звенья и струи системообразующих нисходящих потоков по ЗП и в ее ближайшей окрестности соотносятся с местоположениями, выделяемыми и систематизированными в соответствии со всеми основными геоморфологическими параметрами, описывающими гравитационную экспозицию экотопов (табл. 35): а) по их вертикальному положению Н (ху), уклонам и направлению падения Н"(ху) ЭП (А—1);

• б) по форме этих поверхностей и местоположений в плане Кг (А—2);
• в) по форме ЭП и местоположений в профиле Н'(ху) (А—3).

Нисходящие потоки по ЗП испытывают всесторонний и наиболее жесткий геотопологический контроль. Все их кинематические параметры в пределах каждого звена или струи полностью определяются основными геоморфологическими показателями ЗП, а все их звенья и струи четко соотносятся с площадными элементами ЗП и с приуроченными к ним местоположениями.

Часть используемых в табл. 33 определений (точнее, доопределений) элементов относится к функциональному значению и характеризует их место или роль в функционировании любой геосистемы. К ним принадлежат экотопы как инициальных, транзитных и терминальных местоположений, так и экотопы, не включенные в потоки или выключенные из них, экотопы-трансляторы и ретрансляторы, вертикальные барьеры или накопители, проводники. Иногда в этих дефинициях содержится как кинематическая, так и функциональная слитная характеристика, которую трудно разделить на эти две категории. Определения, относящиеся к другой части, больше динамические или, точнее, кинематические, характеризующие влияние экотопов на геометрию потоков (центробежно или билатерально разделяющие и соединяющие, ориентирующие в продольном и поперечном направлениях), их скорость (высокоили низкоскоростные), ускорение (ускоряющие, замедляющие, сохраняющие скорость) и линейную плотность (дезинтегрирующие, концентрирующие и сохраняющие плотность). Большинство из них имеет отношение к общей функционально-динамической характеристике экотопов в рамках всей геосистемы. И лишь экотопы, соотносимые со звеньями и струями, кинематика которых определяется внутренними собственно морфологическими особенностями — формой ЭП в профиле (А—3) и в плане (А—2), оказывают сугубо местное (внутриэлементное) воздействие на нисходящие потоки. Эти различия отражены в слове «локально» (в смысле «внутриэлементно») и в противопоставленном ему термине «внутрисистемно», означающем воздействие особенностей совокупностей элементов на потоки в рамках динамической геосистемы.

Функционально-динамическое доопределение морфологических элементов, соотносимых со струями и звеньями нисходящих потоков

Функционально-динамическое доопределение тех и других предусматривает не только их общее разделение на верхние — инициальные и нижние — терминальные, но и обязательное выделение заключенных между ними собственно склоновых — транзитных морфологических элементов ЗП и ЛГП и одновременно с этим звеньев — составных поперечных частей нисходящих потоков. Данная систематика осуществлена по главному критерию — Н (х, у) и практически сводится к функционально-динамическому доопределению всей морфологической триады, типологических или морфологических единиц геокомпонентной (в почвоведении, микроклиматологии, геоботанике и т. д.) и геокомплексной (в ландшафтоведении, геохимии ландшафта) дифференциации на три по-разному называемые категории. В областях с «всесторонне развитым», включающим все эти три категории рельефом (в отличие от «примитивного рельефа» со сквозными ЭП, например на «дурных землях») систематика ЭП и местоположений предусматривает отнесение к каждой из них строго определенных и ограниченных конкретными видами СЛ площадных и объемных элементов.

Инициальные местоположения дают разный изначальный импульс, определяют направление идущих от них нисходящих потоков и включают стартовые линии или точки, отражающие на карте (по крайней мере в рамках ЭП Р^а~^с) зоны или изометричные участки отсутствия эрозии (А. А. Вирский, 1952). Стартовыми линиями в областях с плосковершинным рельефом являются ограничивающие эти вершины выпуклые перегибы, простирание которых определяет нормальное к ним направление потоков.

Направление потоков на транзитных местоположениях чаще всего подчинено концентрической или билатеральной симметрии и элементам симметрии — главным верхним и нижним XT (С₀⁺ и С₀~) и СЛ (L_: и L₂). Собственно склоновые элементы ЗП и ЛГП определяют (токовое) направление в перемещениях вещества и энергии, ускорение или замедление нисходящего потока, являясь его трансляторами, ретрансляторами, ускорителями и барьерами или накопителями на его пути. Разделяющие их СЛ выступают в роли своеобразных трансмиссий с передачей движения и механической работы от каждой вышерасположенной к смежной с ней нижерасположенной ее поверхности (местоположению). Данная передача сопровождается обязательным изменением кинематических параметров и прежде всего скорости и ускорения. Пересечение потоком СЛ Ь₅ сопровождается его ускорением, а СЛ L₆— его замедлением. Значения того и другого возрастают в зависимости от контрастности этих линейных элементов в поперечном профиле, которая увеличивается в направлении: L^a~^b, L^b~^a —> L^b~^c, L^c~^b —> L^a~^c, L^c~^a.

В предлагаемой систематике промежуточное положение между транзитными и терминальными занимают вдолькилевые местоположения, являющиеся, с одной стороны, конечными базисами эрозии для потоков меньшего порядка, а с другой — проводниками или каналами для дальнейшего прохождения водных, ледниковых и воздушных (в частности, горно-долинная циркуляция) масс с их компонентами, а также смешанных водно-минеральных (суспензионных, селевых) потоков. В терминальных местоположениях нисходящие потоки заканчивают свое движение. Принимая на себя перемещаемое вещество, они направляют не только соотносимые с ними звенья и струи потоков, но и потоки в пределах связанных с ними по ориентировке вышерасположенных транзитных местоположений.

Если не считать еще не включенные в нисходящие потоки (не подвергшиеся эрозии поверхности выравнивания) верхние и уже выключенные из них (выровненные предшествующим осадконакоплением) нижние плоские вершины, весь ряд местоположений, выделенных по их вертикальной позиции на профиле, делится на две симметричные части: группу верхних — дезинтегрирующих и группу нижних — концентрирующих потоки местоположений (см. табл. 35). Центробежная (при радиально-концентрическом строении ЗП) и билатеральная (при других видах симметрии в структуре ЗП) дезинтеграция потоков осуществляется в верхних и в связанных с ними по направлению склоновых местоположениях, в пределах которых их линейная плотность характеризуется небольшими и убывающими со снижением уровня ЗП значениями. В рамках вдольгребневых местоположений данная дезинтеграция, как правило, невелика, а в привершинных снижается в соответствии с их геометрией в плане от стартовых изотропных XT С₀⁺ к нижним границам — СЛ 1₅ или L₆. В собственно склоновых местоположениях с максимальными значениями уклонов, выпуклой формой в плане и вогнутой формой в профиле нисходящие потоки могут принимать свои крайние формы фронтального перемещения водных, минеральных и воздушных масс (гравитационная тектоника, солифлюкция, плоскостной смыв и др.). Этим же видам симметрии подчиняется и концентрация потоков в пределах нижних, билатерально и центростремительно соединяющих их и связанных с нижними склоновых местоположений. В пределах нижних — концентрирующих местоположений линейная плотность непосредственно увеличивается, достигая максимальных величин во вдолькилевых канализирующих местоположениях и в конечных изотропных точках стока С₀^_.

Если связь линейной плотности потоков с различными категориями собственно склоновых местоположений установить не удается, то можно с уверенностью провести их функционально-динамическое доопределение через такие кинематические параметры, как скорость и ускорение. Экстремальные значения скорости звеньев на уступах, к которым приурочены местоположения с высокоскоростными потоками, и площадках с низкоскоростными местоположениями определяются их уклонами. Широкие площадки могут вообще прерывать нисходящий поток, который ниже их возобновляется практически «с нуля» — от еще одной стартовой линии выпуклого перегиба.

Суммарное или общее ускорение в рамках всего звена нисходящего потока (в отличие от узколокализованного ускорения на «трансмиссиях» — СЛ L₅) отмечается на фасах в связи с увеличениями уклонов как на их верхних, так и на нижних границах — на входе потока в экотоп и выходе его из местоположений данной категории. В связи с суммарным ускорением нисходящих потоков для фасов характерны такие особенности, как наибольшая дренированность и наименьшая загрязненность вредными химическими веществами и радионуклидами.

В связи с высокими значениями соответственно ускорения и скоростей нисходящих потоков фасы и уступы характеризуются минимальными сроками релаксации или исчезновения эффекта главного вида антропогенного воздействия на ОС — загрязнения. Однако такая относительно быстрая релаксация осуществляется за счет относительно ускоренной передачи или трансляции загрязнителей нижним местоположениям. В чередовании трансляции (и ретрансляции, в частности, на лестнице террас разного генезиса) в одних экотопах с их относительным замедлением, кратковременными задержками и долговременной аккумуляцией или накоплением — в других экотопах и заключается сложное многоступенчатое вторичное распределение или перераспределение компонентов и микрокомпонентов нисходящих водных и воздушных масс.

Общее замедление их потоков на подножии определяется уменьшением уклонов по сравнению с расположенным выше экотопом в целом и на двух его границах, что практически всегда обеспечивает положительный баланс — значительный приход и минимальный расход транспортируемого вещества. Это сопровождается дезинтеграцией потоков, о чем свидетельствуют горные или континентальные подножия с характерными для них конусами выноса и бифуркацией русел (рек, каньонов на континентальном склоне). Данная бифуркация связана с перезаполнением потоками транспортирующих каналов, «переливанием через их край» и разработкой этими потоками новых путей.

Таким образом, на фасах и подножиях происходит общее или суммарное ускорение или замедление потока соответственно. Минимальные значения ускорения и скорости на подножиях и площадках определяют их функциональную роль во внутрисистемных процессах. Они чаще всего сопряжены друг с другом и выступают в качестве вертикальных (гидродинамических, геохимических, литодинамических, радиологических и прочих) барьеров-накопителей на пути следования нисходящих потоков, являясь наиболее обводненными зонами, зонами снижения эрозионной и транспортирующей способности водных потоков, аккумуляции перемещающихся осадков и их компонентов. «Барьерный эффект» подножий увеличивается при их выпуклой форме в плане (за счет рассеивания и в связи с этим ослабления транспортирующей способности потока) и вогнутой в профиле (за счет снижения его скорости в пределах одного звена — на отрезке от верхней до нижнеи границ экотопов этой категории).

Различия литогенной основы фасов и подножий четко проявляются на однородных песчано-глинистых склонах. Для «сухих призм» этих грунтов на фасах характерна высокая прочность, повышенная хрупкость, слабая текучесть, а для грунтов, составляющих литогенную основу подножий, — высокий гидростатический градиент, уменьшение прочности, повышение пластических деформаций.

Струи нисходящих потоков соотносятся с местоположениями (а также сочетаниями местоположений), разделенными по форме в плане на три категории: 1) выпуклые, дезинтегрирующие поток с расходящимися его векторными линиями; 2) вогнутые, концентрирующие поток со сходящимися векторными линиями; 3) прямолинейные или выдержанные по простиранию с параллельными и прямыми линиями тока (см. табл. 35). Для первых характерно уменьшение линейной плотности потока при его перемещении от верхней границы местоположения (их сочетаний) к нижней, для вторых — увеличение ее в этом же направлении, а для третьих — неизменность линейной плотности в рамках отдельных местоположений или их комплекса на склоне.

По развитию склонов выделяют: а) выпуклые проксимальные склоны со стрессовыми разгрузками и наиболее глубоким залеганием зеркала подземных вод и рассеивающимся поверхностным стоком, дезинтеграция которого существенно ослабляет его эрозионную и транспортирующую способность; б) регрессивные, быстро отступающие, вогнутые в плане склоны с относительно неглубоким залеганием и выходами на ЗП зеркала грунтовых вод, концентрирующихся в интенсивно развивающихся долинах постоянных и временных водотоков; в) прямолинейные или боковые склоны, занимающие некое среднее положение по своей динамике. Неравномерность развития разных по форме в плане склонов заключается в их отступании не параллельно самим себе, а дифференцированно, с разными скоростями, определяемыми знаком и значениями Кг.

Данное обстоятельство существенно дополняет и усложняет известные теоретические модели рельефообразования как путем педипленизации — отступания склонов «сбоку», не параллельно самим себе, а с разной скоростью, зависящей от изначальной кривизны склонов в плане, так и путем пенепленизации — выравнивания «сверху». Оно же широко используются на практике при строительстве долговременных сооружений: древних замков в средневековой Европе, маяков на высокоподнятых мысах и т. д. В целом относительно быстро осуществляемая пенепленизация господствует на вогнутых в плане местоположениях в связи с преобладанием на них регрессивной эрозии, за счет которой они осваиваются ложбинами стока, долинами временных и постоянных водотоков. Суммарная вогнутая форма продольных профилей водотоков определяет такую же форму в профиле всего экотопа. Значительно более медленная педипленизация осуществляется на выпуклых в плане местоположениях, которые чаще всего характеризуются такой же формой в профиле. Конечный результат педипленизации (до окончательного выравнивания сбоку) чаще всего представляет собой изометричные или округлые в плане останцы. Таким образом, наиболее распространены в рельефе и ЛГП экотопы с согласованной формой в плане и в профиле: P_n^aj^ и Р"^сг^.

Разные по вертикальной позиции и форме в плане ЭП и местоположения соотносятся также со звеньями нисходящих потоков, в рамках которых ускорение или замедление происходит в зависимости от знака и абсолютных значений Н"(х, у) и проявляется локально — в рамках каждого из элементов при перемещении вещества от его верхней границы к нижней. На выпуклых в профиле местоположениях ускорение потока в пределах соответствующего данному местоположению звена приводит в действие механизм педипленизации, а на вогнутых — механизм пенепленизации. В первом случае через нижнюю границу — «трансмиссию» осуществляется передача ускоренного движения, во втором — замедленного, что естественно отражается и на транспортировке и аккумуляции вещества и энергии в смежном, расположенном ниже по склону местоположении. На вогнутых в профиле экотопах вещество, изъятое в их верхней части и в вышерасположенных по склону местоположениях, транспортируется с замедлением и поэтому может частично или полностью оставаться в их нижней части, не перемещаясь в смежное с ним на профиле нижерасположенное местоположение. На выпуклых в профиле поверхностях вовлеченное в ускоряющийся поток транзитное вещество и вещество данного местоположения с большей вероятностью может покидать его — пересекать его нижнюю границу. Местоположения с прямолинейным поперечным профилем (линейчатой ЭП) транслирует нисходящий поток без изменения его скорости.

При функционально-динамическом доопределении местоположений следует иметь в виду те экотопы, которые в своей совокупности (сочетаниях) создают пороговый эффект для нисходящих потоков. В эти сочетания входят верхние элементы Р₊₅, P_a__m, осложняющие более крупные по относительным превышениям и площади склоны и усложняющие транзит нисходящего вещества: замедляющие (выше по течению), а затем ускоряющие (ниже по течению) его транспортировку.