Вещественно-энергетический обмен. Функционирование геосистемы, приход вещества и энергии определяются уровнем системной иерархии геосистемы. С понижением иерархического уровня происходит уменьшение площади, занимаемой геосистемой, а в совокупности - общей суммы эффективной радиации и объема воды. В геосистеме это вызывает модификацию внутренних связей и изменяет характер взаимодействия с внешней средой. Как результат, между геосистемами одного уровня иерархии усиливаются взаимосвязи и перераспределение вещества и энергии, вследствие чего смежные геосистемы одного ранга зависят друг от друга намного сильнее, чем сопредельные региональные единицы воздействуют друг на друга [4].
Развитие. Пространственно-временная самоорганизация геосистем в значительной мере обусловлена воздействием фактора развития. Смена одних геосистем новыми происходит благодаря трансформации нескольких или всех компонентов геосистем под воздействием факторов внешней среды. Однако не все компоненты геосистемы одинаково быстро реагируют на воздействие этих факторов. Часть из них относительно быстро отзываются на изменения и являются мобильными компонентами (воздушные массы, биота). Другие же компоненты являются инертными, консервативными (почва, литогенная основа). В современных геосистемах сохраняются реликтовые черты прошлых эпох. Поэтому всякая новая геосистема обладает «памятью», наследуя черты исходной.
Геосистема как историческое образование состоит из разновозрастных компонентов. Чем древнее геосистема, тем больше в ней сосредоточено остаточных реликтовых образований, которые отличаются пониженной устойчивостью, так как находятся в дисгармонии с окружающей средой.
Резонанс процессов. От согласованности протекания процессов, свойственных геосистемам, зависит изменение их самоорганизации. Определенный интервал, в пределах которого могут совершаться количественные вариации протекающих процессов в геосистеме, именуется степенью свободы [6]. Степень свободы показывает отсутствие жесткой взаимообусловленности между отдельными компонентами геосистем и позволяет ей изменяться в этих пределах, не нарушая самоорганизации. Этот интервал для соподчиненных таксономических подразделений определяется физико-географическими условиями, характерными для узловых геосистем. Переработка потоков вещества и энергии геосистемой в неравновесных условиях адаптации к воздействиям внешних и внутренних источников возмущения имеет динамический характер. Взаимодействие колебаний может проявляться в различных вариантах [3]. Если близкие процессы пребывают в конкурентных отношениях за вещественно-энергетический источник, то происходит подавляющее воздействие этих процессов друг на друга. В том случае, если к текущему процессу присоединяются другие, обостряя его, происходит «усиление» процесса; колебания могут достигать критических значений параметров [4].
Устойчивость геосистем - способность сохранять свою структуру и характер функционирования во времени и пространстве при внешних воздействиях. Изменение структуры геосистемы и характера функционирования может происходить под влиянием природных и антропогенных факторов [1].
Факторы, обеспечивавшие относительно устойчивое состояние геосистемы на прежнем этапе, дестабилизируют ее на новом. В этой связи в свойстве устойчивости заложена информация о возникновении условий качественного преобразования геосистем, которая определяет их способность восстанавливать прежнее состояние после внешнего возмущения либо адаптироваться к изменившимся условиям среды, переходить в новое состояние [2].
Устойчивость геосистем к действию естественных (природных) и антропогенных возмущений обеспечивается механизмами, выработанными в процессе естественной эволюции. Устойчивость нельзя непосредственно измерить, поэтому при ее оценке используются косвенные признаки.
Внешние и внутренние взаимосвязи. Межкомпонентные взаимосвязи - это отношение взаимной зависимости между компонентами геосистемы. Межкомпонентные взаимосвязи классифицируются по направленности (прямые и обратные) и характеру (положительные и отрицательные) воздействия, по характеру согласованности компонентов (гармоничные, жесткие, дискретные).
Условия соподчинения геомер и геохор определяются физикогеографическими характеристиками, свойственными узловым геосистемам, являющимся высшими таксонами планетарного, регионального и топологического уровня.
Модификация, т. е. каждое изменение функционирования таких геосистем, оказывает значительное влияние на подчиненные, в результате чего они видоизменяют направление своего развития либо приходят к состоянию хаоса. В случае частых модификаций параметров узловых систем подчиненные геосистемы теряют возможность формировать новый порядок и приходят в критическое состояние. Это способствует изменению уровня самоорганизации геосистемы и сопровождается качественными изменениями в структуре и функционировании. Естественный ход процессов самоорганизации ускоряет антропогенная деятельность.
Наиболее заметно это выражается в геосистемах с крайними проявлениями согласованности компонентов (жесткие взаимосвязи) и несоответствием показателей вещественно-энергетического обмена (прежде всего поступления тепла и влаги) региональному физико-географическому фону. Воздействие на отдельные компоненты вызывает в геосистеме цепную реакцию, со временем преобразующую и другие ее компоненты.
Жестко взаимодействующие компоненты создают условия для необратимых изменений геосистем. Эти геосистемы - с недостаточным разнообразием компонентов и находящиеся в жестких взаимосвязях между собой и окружающей средой - быстро достигают состояния хаоса. В том случае, если воздействие нехарактерно самоорганизации геосистемы и ее генезису, происходит модификация геосистемы.
Геосистема является открытой системой и, как всякая открытая система, взаимодействует с окружающей ее средой. Взаимодействие среды и геосистемы отражается в различных комбинациях согласования геомеров и геохор, путем чего воссоздаются различные варианты самоорганизации - временные, иерархические и территориальные.
Геосистема неизбежно подвергается внешним воздействиям, которые преобразовываются ее внутренними взаимосвязанными частями, впоследствии становясь ее внутренней средой.
Тем не менее не каждое воздействие внешней среды может вызвать трансформацию геосистемы.
Влияние среды в естественных условиях определяет специфика функционирования геосистемы. Прежде всего это потоки влаги, тепла и минеральных веществ. Воздействия, которые способны перевести систему из одного состояния в другое, именуются возмущениями. Если влияние среды не выходит за рамки степени свободы, то, как правило, видимой реакции не происходит [4].
Внешнее воздействие одиночного сигнала на геосистему приводит к деформации, которая может быть мягкой и упругой, а может привести к необратимым изменениям. Периодическое поступление сигналов внешней среды в геосистему сохраняет в ней свой отпечаток, который со временем фиксируется в памяти.
Со временем накапливаясь, эти изменения модифицируют геосистему в направлении большего соответствия условиям окружающей среды. Повторяющиеся импульсы вызывают долговременную реакцию геосистемы, которая зависит от характера самоорганизации.
Если самоорганизация геосистем обладает недостаточным разнообразием компонентов или жесткими взаимосвязями, то происходит блокирование импульсов, и усиливается роль перестройки внутренних связей с повышением уровня самоорганизации.
географический планетарный самоорганизация
Выводы
В настоящее время исследованию самоорганизации геосистем и других систем посвящено значительное количество публикаций. В них отмечается, что самоорганизация - это процесс упорядочения процессов в открытой системе за счет согласованного взаимодействия множества ее элементов.
В географии самоорганизация понимается как возникновение новых структур, эволюционно более совершенных, чем предыдущие, либо как сложный процесс формирования, сохранения и упорядоченного преобразования целостности за счет внутренних факторов. Основными факторами, определяющими самоорганизацию геосистем, являются вещественноэнергетический обмен, внутренние взаимосвязи, резонанс процессов, взаимосвязь со средой, развитие, устойчивость. Вещественно-энергетический обмен между геосистемами и их компонентами является фактором, который обусловливает их внутреннее единство.
Анализ научных публикаций, особенно зарубежных, показал, что при исследовании самоорганизации геосистем по-прежнему преобладает изучение свойств отдельных компонентов либо их взаимосвязей (процессы), а также различных факторов самоорганизации. Геосистемы рассматриваются в статике, без учета закономерностей развития.
Список литературы
1.Белов А. В. Естественная устойчивость растительности геосистем юга Средней Сибири / А. В. Белов, Л. П. Соколова // География и природные ресурсы. - 2011. - № 2. - С. 12-23.
2.Коновалова Т. И. Уникальность геосистем и функциональное зонирование центральной экологической зоны оз. Байкал / Т. И. Коновалова // Изв. Иркут. гос. ун-та. Сер. Науки о Земле. 2011. - Т. 4, № 2. - С. 107-120.
3.Коновалова Т. И. Самоорганизация геосистем юга Средней Сибири / Т. И. Коновалова. - Новосибирск : Гео, 2012. - 148 с.
4.Ноговицына М. А. Самоорганизация геосистем Южного Прибайкалья : дис. ... канд. геогр. наук / М. А. Ноговицына. - Иркутск, 2016 - 121 с.
5.Ноговицына М. А. Самоорганизация геосистем Южного Прибайкалья / М. А. Ноговицына // Изв. ИГУ. Сер. Науки о Земле. - 2016. - Т. 18 - С. 91-104.
6.Саушкин Ю. Г. Геосистемы и геоструктуры / Ю. Г. Саушкин, А. М. Смирнов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5, География. - 1968. - № 5. - С. 7-12.
7.Bionic Assembly System: Queuing, Technology Matrix And Life File / F. Berger; C. Laengauer, J. Homung, P. Hamilton, C. Dolezal, R. Zeitlinger,P. Cesarec // Annals of DAAAM for 2009. - Proceedings of the 20th International DAAAM Symposium, 2009. - N 20. - P. 21-28.
8.Bonabeau E. Swarm Intelligence: From Natural to Artificial Systems / E. Bonabeau, M. Dorigo, G. Theraulaz. - N. Y. : Oxford University Press, 1999. - 120 p.
9.Selforganization in Biological Systems / S. Camazin, J.-L. Deneubourg, N. R. Franks, J. Sneyd, G. Theraulaz, E. Bnobeau. - Princeton University Press, 2001. - 54 p.
10.Self-organizing systems in Nature and Technology/ B Katalinic; P. Cesarec, M. Stopper, R. Kettler // 7th International DAAAM Baltic Conference «Industrial Engineering», Tallinn, Estonia, 2010. - P. 74-79.
References
1.Belov A.V., Sokolova L.P. Natural resistance of vegetation in geosystems of the southern Middle Siberia. Geografiya i prirodnye resursy [Geography and natural resources], 2011, no 2, pp. 12-23 (in Russian).
2.Konovalova T.I. Uniqueness of geosystems and functional zoning of the Central ecological zone of the lake. Baikal. Izvestija Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Series “Earth Sciences” [News of Irkutsk state University], 2011, vol. 4, no 2, pp. 107-120 (in Russian).
3.Konovalova T.I. Samoorganizacija geosistem juga Srednej Sibiri [The selforganization of geosystems of the southern Middle Siberia]. Novosibirsk, 2012. 148 p.
4.Nogovitsyna M.A. Self-Organization of Geosystems of the Southern Baikal Region. Extended abstract of Doktor's thesis. Irkutsk, 2016. 121 p. (in Russian).
5.Nogovitsyna M.A. Self-Organization of Geosystems of the Southern Baikal Region. Izvestija Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Series “Earth Sciences " News of Irkutsk state University, 2016, vol.18, pp. 91-104 (in Russian).
6.Saushkin Yu.G., Smirnov A.M. Geosystems and geostructure. Vestnik Moskovskogo universiteta [Bulletin of Moscow University. Series 5. Geography], 1968, no 5, pp. 7-12 (in Russian).
7.Berger F., Laengauer C., Hornung J., Hamilton P., Dolezal C., Zeitlinger R., Cesarec P. Bionic Assembly System: Queuing, Technology Matrix And Life File. Annals of DAAAM for 2009. Proceedings of the 20th International DAAAM Symposium, 2009, no 20, pp. 21-28.
8.Bonabeau E., Dorigo M., Theraulaz G. Swarm Intelligence: From Natural to Artificial Systems. N. Y., Oxford University Press, 1999. 120 p.
9.Camazin S., Deneubourg J.-L., Franks N.R., Sneyd J., Theraulaz G., Bnobeau E. Selforganization in Biological Systems. Princeton University Press, 2001. 54 p.