Лекция 9. Сквозные методы и направления в географии

К. К. Марков выделил сквозные направления (методы) в гео­графии, три из которых широко используются в физической геогра­фии – геохимическое, геофизическое и эволюционное (палеогеографическое), а три других как в физической, так и в географии со­циально-экономической - сравнительное географическое, картог­рафическое и математическое (геоинформационное).

Сравнительный географический метод и географическое описание. У истоков метода стояли греческие ученые Геродот (V в. до н. э.) и Страбон (I в. до н. э.). Для становления и внедрения в физическую географию сравнительного метода многое сделано А. Гумбольдтом и К. Риттером. В основе метода лежит геогра­фическое описание регионов, местностей, элементарных ПТК (описание географической точки), в котором необходимо выделить типичное, главное и особенное. Унификация описания (полнота опи­сания) - важнейшее к нему требование. Научная классификация и районирование - формы обобщения географического описания ­отражают зрелось науки.

В физической географии выработан стандарт описания регио­на. Средства описания разнообразны, а само описание претерпе­вает изменения. Современное географическое описание использу­ет количественные характеристики, измеряемые в поле, на картах,
аэро- и космических снимках земной поверхности, что позволяет применять математические методы при описании территории. Описание многих географических процессов выражается посред­ством математических уравнений, графиков, номограмм, что принципиально повышает достоверность и выразительность полу­ченных результатов и дает возможность любому исследователю воспроизвести полученный результат.

Особое место в системе сквозных методов в географии занима­ет художественное описание, великолепные образцы которого лег­ко найти в произведениях И. А. Бунина, С. А. Есенина, М. М. Приш­вина, К. Г. Паустовского и др.

Картографический метод (направление).Хотя термин кар­та появился в эпоху Возрождения, картография такая же древняя наука как география. Географическая карта - это уменьшенное, обобщенное, математически определенное изображение поверх­ности Земли на плоскости.

Карта - результат географического исследования и одновремен­но средство получения нового географического знания. Карты бы­вают общегеографические и тематические. Общегеографические карты классифицируются по масштабу.

Атлас - систематическое собрание карт, выполненное ПО об­щей программе как целостное произведение, взаимодополняющих друг друга. Атласы бывают общегеографическими, тематически­ми справочными и т. д.; например, Атлас мира, Атлас лесов СССР, Aтлаc автодорог России, Атлас стран СНГ и Балтии.

Значение карт заключается в: а) создании геоинформационных систем; б) единовременном обзоре пространства в любых преде­лах; в) ознакомлении с местностью; г) ориентировании и навига­ции; д) использовании в проектировании; е) обучении; ж) военном деле; з) использовании в различных науках и для получения нового знания.

Существуют широко используемые способы картографическо­го анализа, важнейшие из которых - визуальный анализ, матема­тико-статистический, картометрические исследования и др.

Геофизические методыиспользуют все физико-географы, в особенности климатологи, гидрологи, гляциологи, криолитологи и ландшафтоведы. Конкретным выражением геофизического направления выступает метод балансов, на значение которого впервые было указано А. И. Воейковым. Существенный вклад в разработку балансового метода внесли А. А. Григорьев, В. Г. Глушaкoв, д. Л. Арманд, М. И. Львович, М. И. Будыко и др. Балансовые уравнения геосистем (ландшафтов) - средство их физического описания. Метод позволяет рассматривать потоки энергии и вещества, говоря языком кибернетики, на «входе» и на «выходе» геосистемы, внутренние преобразования и взаимосвязь процессов в ландшафте. Основными уравнениями метода являются: уравнения радиационного, теплового, водного баланса и бaланса вещества.

В качестве примера запишем важнейший энергетический баланс деятельного слоя - элементарного природного территориального комплекса (фации):

В = LE + LT + Ра + Р + F ± А + Bz - LC,

где В - радиационный баланс, L - скрытая теплота испарения, Е - физическое испарение, Т - транспирация, Ра - затраты тепла на турбулентный обмен с атмосферой, р - теплообмен в деятель­ный слой (растительный покров), F - ассимиляция солнечной энер­гии в результате процесса фотосинтеза, А - поток тепла в почву или из почвы, Bz - вынос тепла со стоком, LC - тепло, выделяю­щееся при конденсации водяных паров. Физическая размерность уравнения - МДж/м, год, кал/см× мин.

Геохимический метод (направление).Становление направле­ния связано с именами выдающихся ученых: В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана, В. М. Гольдшмидта, а развитие геохимии ланд­шафта - с именами Б. Б. Полынова и его учеников - А. И. Перель­мана, М. А. Глазовской. Современными лидерами геохимическо­го направления в изучении ландшафтной сферы Земли являются В. В. Добровольский, Н. С. Касимов, В. А. Снытко и др.

Первичным методом геохимического направления следует считать метод кларков. Кларк химического элемента - среднее его содержание в земной коре или в какой-либо ее части. Термин предложен в 1923 г. А. Е. Ферсманом в честь американского гео­химика А. Кларка. Сопоставляя содержание химического элемен­та в различных горных породах, частях ландшафта с его кларком можно судить о степени концентрации или рассеяния этого элемента.

Вещество постоянно мигрирует в природе. Выделяют четыре вида миграции химических элементов: механическую, физико-хи­мическую, биогенную и техногенную.

Основной метод ландшафтно-геохимического исследования - сопряженный геохимический анализ. Именно благодаря примене­нию этого метода можно говорить о геохимическом методе как сквозном. Сущность его такова. В пределах фации - элементарно­го природного территориального комплекса (ПТК) - определяется химический состав основных компонентов - надземной и подзем­ной частей растительности, почвенных горизонтов, почвенных и грунтовых вод, коры выветривания, материнских пород. Это по­зволяет выявить вертикальную (радиальную) геохимическую структуру фации с использованием целого ряда геохимических ко­эффициентов.

Обычно в пространстве можно выделить, как минимум, четы­ре типа ПТК по гипсометрическому положению: водоразделы, скло­ны, поймы, реки (ручьи), озера. Они образуют пространственную геосистему, которую Б. Б. Полынов назвал геохимическим ландшафтом. В каждом из названных элементарных ПТК также оп­ределяется химический состав отдельных компонентов, рассчитыва­ются коэффициенты водной миграции, биологического поглощения и другие коэффициенты и индексы, позволяющие охарактеризовать закономерности накопления, рассеяния в пространстве химичес­ких элементов, пространственную (латеральную) геохимическую структуру территории. Это тоже составная часть сопряженного геохимического анализа.

Значение геохимического метода за последние 20 лет резко воз­росло в связи с проблемами загрязнения окружающей среды. Гео­химический метод один из действенных способов доказательства загрязнения среды обитания человека. Он - неотъемлемая часть геоэкологического мониторинга.

Используя геохимический метод, мы можем судить о степени изменения химического состава земных сфер и химической диф­ференциации вещества в процессе эволюции Земли (табл. 2). Начальные условия характеризуют среднее содержание химических элементов в изверженных породах; дифференциацию вещества - ­содержание в структурных частях географической оболочки. Направление стрелок указывает на тенденцию процесса.

Таблица 2

Среднее содержание (%) химических элементов в изверженных породах

и структурных частях географической оболочки

Палеогеографический (эволюционный) метод. Его назначе­ние - анализ прошлого ради настоящего и будущего, т. е. установление законов и закономерностей развития ландшафтов в целом и отдельных его компонентов. Прогнозирование, важнейшая задача науки, - это процесс получения данных о возможном состоянии исследуемых объектов. Методы пространственных и временных аналогий, сочетания ретроспекции и экстраполяции полученных палеогеографических результатов широко используются в геогра­фическом прогнозировании. В развитие палеогеографического на­правления выдающийся вклад внесли работы И. П. Герасимова, К. К. Маркова, А. А. Величко, П. А. Каплина,
В. А. Николаева, Ю. П. Селиверстова и др.

Один из основных методов палеоландшафтных реконструкций - спорово-пыльцевой анализ, позволяющий на основе встречаемос­ти пыльцы и спор определить палеорастительность. Пыльца и спо­ры хорошо сохраняются в торфяниках и других органогенных гори­зонтах. Используя метод актуализма можно определить типы и подтипы ландшафтов прошлого. Для определения абсолютного возраста отложений используется совокупность различных методов. Наиболее распространенным является радиоуглеродный метод. Он предложен Либби в 1949 г. Основан на распаде радиоуглерода C¹⁴, имеющего период полураспада 5568 лет. Растения усваивают из атмосферы С0₂ и С. После смерти растения его содержание начи­нает уменьшаться вследствие радиоактивного распада. Путем срав­нения концентрации (14 в образце и в современных подобных образ­цах можно определить возраст. Метод дает удовлетворительные результаты в интервале десятков - первых сотен тысяч лет. Другой метод абсолютного датирования - калий-аргоновый.

В связи с возможной реализацией к середине-концу XXI в. гло­бального потепления климата на 1,5-4⁰ С палеогеографические со­бытия в голоцене, особенно 7 500-5 000 тыс. лет назад (атланти­ческий период), привлекают повышенное внимание, поскольку именно в тот период климат был теплее и влажнее, чем в настоя­щее время.

Математuческое направление, геоинформатuка. Трудным и противоречивым был путь внедрения количественных и математических методов в географию. Лидирующая роль гидрометеорологических наук в середине XX в. Роль школ Вашингтонского и Лундского унивеситетов. Развитие математических методов в СССР. Значение работ
Д. Л. Арманда, А. С. Девдариана, Ю. Г. Саушкина, Ю. г. Пузаченко, В. А. Светлосанова, Ю. Г. Симонова.

Значение математических методов в доказательстве достоверности результата и в получении нового знания.

По В. С. Тикунову, суть математического моделирования – абстрагированное и упрощенное отображение действительности логико-математическими формулами, передающими в концентрированном виде сведения о структуре, взаимосвязях и динамике исследуемых географических явлений. Важнейшие математические направления, используемые в географии: теория вероятностей и математическая статистика, факторный анализ, метод главных компонент, имитационное моделирование.

Геоинформационные системы (ГИС) стали разрабатываться в мире более 40 лет назад, а в России позже на 15-20 лет. ГИС, по А. М. Берлянту, - особые аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных. ГИС – многофункциональны. Одна из их основных функций – создание и использование компьютерных (электронных карт), атласов и других общегеографических и тематических картографических произведений.