Определения биома

1. Полное сообщество живущих организмов в отдельной главной экологической области.

Определение: биом – это крупномасштабное сообщество или единица окружающей среды, которая может быть описана в соответствии с ее преобладающими экологическими характеристиками, типами ее растительности, топографии и климата.

Область, вообще определяемая как управляемая климатом и различающаяся господством некоторых типов растений и животных.

2. Самое большое распознаваемое сообщество животных и растений на Земле. Распределение биомов управляется главным образом климатом.

3. Один из самых больших распознаваемых и отличимых экосистем на Земле; сообщества растений и животных и связанные с ними почвы, которые являются характерными для данного регионального типа климата.

4. Главное региональное или глобальное биотическое сообщество растений и животных, чей состав определен почвой и преобладающим климатом. Земля подразделяется на десять биоклиматических зон, или биомов: (1) Тундры – безлесные области между границей льда и линией леса арктических областей (регионов), имеющие постоянно мерзлую почву и поддерживающие низкорослую растительность типа лишайников, мхов и чахлых кустов. [2] Тайга – субарктика, вечнозеленые хвойные леса северной Евразии, расположенные к югу от тундры и с господством ели. [3] Умеренный Лес -лесная область, характеризованная листопадными растениями с умеренными температурами, погодой или климатом. [4] Открытые области, типа прерий или лугов, травы или подобная травам растительность. [5] Саванны тропических или субтропических областей. [6] Пустыня – бесплодные или пустынные области, особенно сухие, часто песчаные области с редкими дождями, чрезвычайно высокими температурами и редкой растительностью. [7] Горные – прохладные, сырые зоны, обычно располагаемые около линии лесов и обычно во власти вечнозеленых деревьев. [8] Тропические дождевые леса – плотные вечнозеленые леса, занимающие тропическую область с ежегодными осадками по крайней мере в 2,5 метра. [9] Тропические сухие Леса – тропические или субтропические леса, подобные тропическим дождевым лесам, за исключением того, что многие из растений теряют листву в результате сезонного выпадения осадков.

Приведенные определения не исчерпывают всего возможного списка представлений об иерархических уровнях организации биологического разнообразия, однако они ясно показывают, с одной стороны общность, а с другой – разнообразие восприятия этого явления.

В основе этого разнообразия лежит явное и неявное разделение двух основных способов восприятия:

1) биолого-экологическое направление, в рамках которого иерархический ряд строится по схеме: (местообитания и сообщество) – экосистема – биом;

2) эколого-географическое: элемент мозаики – ландшафт – экорегион (биорегион).

Однако это деление нельзя определить как однозначное. Так, местообитания чаще всего трактуются через абиотические характеристики, определяющие условия существования вида на конкретной территории, что отличает его от понятия экологической ниши. Но, с другой стороны, по отношению к животным в качестве характеристик местообитания и критерия его выделения обычно рассматривается и растительность. В результате местообитание становится соизмеримым по объему с экосистемой, но ориентированной на отображение среды конкретного вида или группы функционально подобных видов. С другой стороны, экосистемы определенного масштаба могут рассматриваться, и рассматриваются, как элементы мозаики ландшафта, хотя такое рассмотрение и не обязательно. Экосистема обобщается в биом, который по объему, в общем, может соответствовать экорегионам высшего уровня и отражает в себе, в первую очередь, влияние климата. Понятие экорегиона весьма разно-масштабно и в общем эквивалентно единицам физико-географического районирования России, но без строго организованной территориальной иерархии. При этом в литературе последних десяти лет практически не удается обнаружить следов классического биогеографического районирования Земли. Все схемы останавливаются в основном на уровне биогеографических царств.

Лишь в некоторых университетских курсах сохраняется классическое определение биогеографии как науки, изучающей распределение растений, животных и других организмов на Земле и развивающей теории, объясняющие эти распределения.

Проблемы пространственно-временной иерархии занимают ведущее место, начиная с Delcourt [1983], и связываются с проблемами организации сообществ, экосистем и ландшафтов [Forman,1997, Shugart, 1998]. Различные подходы к отображению пространственной иерархии для ландшафта были подробно рассмотрены Б. В. Виноградовым [1998], а теоретические и прикладные аспекты проблемы – Ю.Г. Пузаченко [1998].

Связь пространства –времени в первом приближении выводится из теории линейных колебаний. Период свободных, собственных колебаний линейно связан с корнем квадратным из ее момента инерции, или в первом приближении –с массой. Массу можно представить через удельную плотность и объем. Если полагать, что рассматриваемые системы почти плоские, то период собственных колебаний будет приближенно равен:

T = cpL,

где c – константа, связанная с потенциальной энергией;

p – плотность; L – размеры.

Так, системы, периоды которых различаются в 1,5–2 раза, квазиравновесны, то между ними не может возникать сильных взаимодействий. Соответственно, системы с одинаковой удельной плотностью различаются в 2 раза по линейным размерам и взаиморавновесны, так что изменения состояния системы более высокого ранга определяют медленные равновесные изменения системы более низкого ранга. При этом системы будут образовывать самоподобную пространственно-временную иерархическую структуру. Это соотношение приблизительно определяет общие условия равновесного состояния сложной системы. На рис. 3 представлена принципиальная схема организации сложной системы, объединяющей несколько компонентов, каждый из которых имеет собственную иерархию. Каждый компонент отличается от других своим собственным моментом инерции. Наименее инерционны системы атмосферной циркуляции, наиболее инерционны системы литосферы. Если рассматривать системы атмосферы и литосферы с близким периодом собственных колебаний, то первые будут иметь большие характерные размеры, а вторые очень малые. Соответственно, несмотря на общность периода собственных колебаний в силу принципиально разных размеров между ними, не может быть каких-либо заметных взаимодействий. Однако если компоненты имеют сходный период собственных колебаний и лишь в два раза различаются по удельной плотности, то система, меньшая по линейным размерам, может оказывать сильное воздействие, увеличивая амплитуду колебания менее инерционной системы. Возможны и обратные эффекты, когда при совпадении частоты колебаний менее инерционных систем с частотой более инерционных возникают катастрофические преобразования последних. Такова, например, природа лесных пожаров, которые возникают только в условиях накопления достаточной мощности мертвого опада типичного при волновых автоколебаниях развития древостоя. При совпадении этих периодов с периодичностью колебания атмосферного увлажнения (обычно периоды около 40 и 100 лет) создаются предпосылки для естественного возникновения лесных пожаров, охватывающих значительные площади, но все-таки существенно меньшие, чем площади однородных барических структур. Типичность таких катастрофических перестроек определяет широкое распространение видов растений, существование которых невозможно без пожаров. Аналогичные механизмы, по-видимому, определяют периодичность селей и оползней (собственное время формирования развитого делювия, совпадающее с периодичностью изменения атмосферного увлажнения). Из двух систем, имеющих сходные линейные размеры пространственных структур, система с большим моментом инерции может усиливать амплитуду колебаний системы с меньшей инерцией и в частном случае вызвать эффекты, близкие к резонансам.

Такое соотношение типично для взаимодействия рельефа и приземных слоев атмосферы, усиливающего вертикальную циркуляцию и формирование, например, грядовых кучевых облаков. В свою очередь, возникающие высокочастотные колебания освещенности и поля температур во взаимодействии с транспирующей растительностью могут создавать более высокочастотные колебания термодинамических переменных в приземном слое, увеличивать колебания газообмена и стимулировать высокочастотные колебания фотосинтеза. Таким образом, в конечном итоге в равновесном или в квазиравновесном режиме в пространстве и времени возникает некоторое согласование колебаний территориальных структур, порождающих некоторое пространственно – временное единство, фиксируемое в наблюдениях как ландшафты, их внутренние иерархически соподчиненные единицы, физико-географические районы, зоны, биомы и т. п. При этом, так как каждый из компонентов сохраняет относительную автономность своей динамики, интегральные структуры неизбежно имеют несколько размытые границы, допускающие множественность подходов в их выделении.

При всех условиях в такой системе существуют значительные ограничения на сильные взаимодействия, и инерционные компоненты могут хранить, и хранят, память о весьма отдаленном прошлом и через эту память во многом определять пространственную структуру более высокочастотных компонентов. Так, в частности, из этой схемы вытекает, что колебания климата с периодами порядка 100 – 400 лет могут вызвать заметные преобразования растительности на уровне первых квадратных километров, но вне зависимости от амплитуды не могут вызвать существенного изменения зональных границ. Инерционность растительного покрова на уровне биомов и зон, как следует из прямых палеогеографических данных, соответствует, по крайней мере, первым тысячелетиям и на относительно высокочастотные колебания климата может реагировать на существенно меньшем территориальном уровне.

Таким образом, биосферу и ее иерархические пространственно-временные подразделения можно рассматривать как конгломеративные системы с локальным проявлением синергизма, функционирующим при относительно высокой автономности компонентов. Именно эта автономность обеспечивает ее общую высокую устойчивость и физиономическую, но не фактическую, обратимость процессов. Максимизируя устойчивость, каждый компонент генерирует иерархическую структуру, обеспечивающую максимально возможную независимость от других. Если на уровне абиотических процессов этот принцип реализуется на основе случайного отбора локально устойчивых сочетаний состояний компонентов, то видовые популяции и, соответственно, образуемые ими системы активно ищут эти области и открывают в ходе эволюции ранее не известные условия устойчивости.

В конечном итоге в ландшафте интегрируется разнообразие взаимодействий всех компонентов системы Земли, включая и все формы деятельности человека. В зависимости от целей, слово «ландшафт» может нести несколько различное содержание, однако он во всех случаях понимается как территория, в пределах которой взаимодействующие компоненты образуют мозаику частей или выделов, сохраняющую определенную правильность или регулярность сочетаний в пространстве. Эта структура ландшафта определяет особенности и возможности его хозяйственного использования и сохранения.

Характер пространственного сочетания разнотипных элементов мозаики (как состояний локального равновесия компонентов) порождает разнообразие ландшафта. Иерархическая организация поверхности порождает мозаики при различных масштабах отображения территории. Соответственно, можно говорить не только о разнообразии на различных уровнях, но и о разнообразии самой иерархической организации, что в полной мере соответствует теории термостатики. Так как различные компоненты ландшафта не строго детерминированы относительно друг друга, а, напротив, весьма независимы, то они порождают разнообразие сочетаний или отношений друг с другом. Степень или мера взаимосогласованности компонентов ландшафта или каких-либо отражающих их свойства измеримых переменных, или, иначе говоря, разнообразие отношений, являются важным показателем организованности природы территории, ее эволюционного состояния, ее потенциальной устойчивости к возмущениям и возможной эффективности ее хозяйственного использования.

Все способы измерения разнообразия и все используемые метрики в конечном итоге прямо согласуются с мерами энтропии, используемыми в термостатике и теории информации, или опираются на близкие теоретические модели организации материального мира. Все они отражают объективные и фундаментальные свойства географического пространства, содержат информацию об его организации и имеют прикладное значение.

Так как ландшафт может описываться очень большим числом переменных, то измерение его полного разнообразия, учитывающего как варьирование в пространстве каждой переменной и каждого компонента с учетом их взаимосвязей, ограничивающих разнообразие, является весьма сложной задачей, решение которой возможно только при организации специальных исследований. Чаще ландшафтное разнообразие измеряется на основе данных космической дистанционной сканерной съемки. Дистанционная информация является важнейшей основой для измерения параметров ландшафтного разнообразия на обширных территориях.