Wykład 1 Kot - Geografia Krajobrazu PDF

Wykład 1 Kot Geografia krajobrazu - ekologia krajobrazu, kompleksowa geografia fizyczna, geoekologia, nauka o krajobrazie Ekologia krajobrazu - całościowo traktuje przedmiot badań, którym jest krajobraz Kompleksowa geografia fizyczna - nazywana geografią krajobrazu jest nauką o zróżnicowaniu i fu...

Wykład 1 Kot Geografia krajobrazu - ekologia krajobrazu, kompleksowa geografia fizyczna, geoekologia, nauka o krajobrazie Ekologia krajobrazu - całościowo traktuje przedmiot badań, którym jest krajobraz Kompleksowa geografia fizyczna - nazywana geografią krajobrazu jest nauką o zróżnicowaniu i funkcjonowaniu środowiska przyrodniczego Krajobraz - kompleksowy system oddziaływań, jednoczący wszystkie znane formy materii, to znaczy szczeble bytu nieorganicznego, organicznego i bytu ludzkiego -​ zdolność do samoregulacji i charakteryzująca się indywidualizmem -​ całość funkcjonująca zgodnie z prawami przyrody -​ złożony z powiązanych wzajemnie ekosystemów -​ podlega ewolucji -​ zmienny w czasie -​ suma procesów które w nim zachodzą i kształtują strukturę -​ holistyczny system przyrodniczy wysokiej rangi System – teoria systemu 1.​ Teoria Bertalanffiego -​ zbiór elementów znajdujących się w określonych relacjach między sobą i otoczeniem -​ powiązania między nimi - obiekt systemowy Otoczenie systemu - składniki nie wchodzące w skład systemu, ale oddziałujące na niego lub znajdujące się pod jego wpływem 2.​ W obrębie systemu możemy wyróżnić: -​ Elementy - obiekty nie podlegające dalszemu podziałowi – budowa i wewnętrzne funkcje nie są brane pod uwagę, istotne są tylko te właściwości elementów, które określają ich współdziałanie z innymi elementami -​ Podsystemy - geokomponenty lub jednostki przestrzenne różnej rangi Ten sam obiekt systemowy można podzielić na elementy i podsystemy w różny sposób, zależny od rodzaju relacji. Dwa rodzaje cech elementów i podsystemów -​ addytywne - takie same wewnątrz i na zewnątrz sytemu, charakterystyką zespołu składników jest suma cech elementów -​ konstytutywne – zależą od relacji między składnikami zespołu, do char. zespołu nie wystarczy znajomość elementów lecz niezbędna jest wiedza o relacjach między nimi Aspekty systemu -​ statyczny - budowa struktury -​ kinetyczny - przepływ sygnałów materii, energii i informacji między elementami -​ dynamiczny - zmienność w czasie oraz ewolucja systemu Bojarski wyróżnia 1.​ strukturę porządkującą system - statyczną  -​ aspekt przestrzenny – rozmieszczenie komponentów -​ aspekt łącznikowy – relacje sąsiedztwa -​ aspekt formy – kształt elementów -​ aspekt rodzajowo-ilościowy – struktura liczebna typów komponentów 2.​ strukturę organizującą system - kinetyczną Składowe geosystemu wg Krauklisa -​ inercyjne – szkielet geosystemu -​ mobilne – oddziaływania zewnętrzne i wewnętrzne źródła -​ biotyczne – determinujące aktywność i plastyczność Geosystem - jednostka funkcjonalno-systemowa, geokompleks, którego komponenty traktowane są jako elementy i relacje systemu -​ układ komponentów przyrody powiązanych przez procesy, przy czym działania badawcze skupiają się na procesach ich poznawaniu, odtwarzaniu i prognozowaniu -​ geokompleks rozpatrywany zgodnie z założeniami teorii systemów Terminem komplementarnym dla geosystemu jest ekosystem (biocenoza + biotop = ekosystem). W założeniu powinny to być jednostki tożsame. W praktyce jednak przy delimitacji geosystemów bierze się pod uwagę głównie elementy abiotyczne, a podczas wydzielania ekosystemów elementy przyrody żywej. 1.​ komponenty: skały, powietrze, woda, organizmy żywe 2.​ elementy: budowa geologiczna, rzeźba, klimat, gleby, rośliny, zwierzęta Populacja - grupa osobników 1 gatunku, zamieszkujących wspólny obszar Badania terenowe - analiza istniejących źródeł połączona ze wstępnym rekonesansem w terenie, kartowanie terenowe, zdjęcia, lokalizacja obiektów np. GPS, wywiady z miejscową ludnością, badania laboratoryjne, prace kameralne - zestawienie wyników badań, opracowaniu map i komentarza tekstowego Potencjał - możliwości ukryte w każdym krajobrazie, których realizacja jest możliwa tylko przy udziale człowieka Potencjał środowiska przyrodniczego -​ wszystkie zasoby, których eksploatacją jest zainteresowany człowiek -​ zasoby i walory krajobrazu kreujące zdolność do zaspokajania potrzeb człowieka aktualnie i w przyszłości oraz podtrzymujące te zdolności w wyniku działania w krajobrazie mechanizmów samoregulujących i odpornościowych -​ zależy od: 1.​ struktury 2.​ sposobu funkcjonowania 3.​ geokompleksów sąsiednich 4.​ stopnia antropopresji Pełen potencjał wyrażony jest w jednostkach energii Potencjały częściowe - określenie potencjału pełnego jest trudne - brak danych, wyróżnia się:  -​ samoregulacyjno - odpornościowy - zdolność do przeciwdziałania zmianom struktury i charakteru funkcjonowania krajobrazu spowodowanych bodźcami przyrodniczymi i antropogenicznymi -​ zasobowo - użytkowy - zdolność krajobrazu do zaspokajania energetyczno - materialnych potrzeb człowieka (produktywności biotycznej, wodny, surowcowy, atmosferyczny. transurbacyjny, rekreacyjno-balneologiczny) -​ percepcyjno - behawioralny - zdolność krajobrazu do oddziaływania na zmysły człowieka i stymulowania jego zachowań Solon - potencjały (podobny podział) Usługi ekosystemowe: -​ świadczenia zaopatrzeniowe - zasoby, które są bezpośrednio eksploatowane przez ludzi, takie jak żywność, woda, surowce naturalne, leki -​ świadczenie regulacyjne - naturalne mechanizmy odpowiedzialne za regulację klimatu, cyrkulację substancji odżywczych i wody, regulacja liczebności organizmów, zapobieganie powodziom; -​ wspomagające - procesy, które pośrednio pozwalają na eksploatację zasobów naturalnych, takie jak produkcja pierwotna, zapylanie; -​ kulturowe - korzyści, jakie ludzie uzyskują ze środowiska naturalnego dla celów rekreacyjnych, kulturalnych i duchowych. Funkcjonowanie -​ wszelkie zmiany stanu geokompleksu, cykliczne i ewolucyjne -​ istota funkcjonowania geosystemu polega na wymianie materii, energii i informacji z otoczeniem i na zachodzącym pod jej wpływem zmianach wewnątrz geokompleksu -​ intensywność funkcjonowania zależy od dostawy energii, głównie energia słoneczna np. jezioro: 1.​ materia - woda, organizmy; 2.​ energia - światło dostarczane do powierzchni, energia cieplna, energia kinetyczna falowania; informacja - zimna woda, zanieczyszczenie Podstawowe procesy funkcjonowania geokompleksów: -​ denudacja -​ powierzchniowy i podziemny odpływ wody -​ przemieszczanie mas powietrza -​ migracja organizmów żywych i pierwiastków chemicznych Systemy przyrodnicze: -​ otwarty (każdy system przyrodniczy taki jest) - pomiędzy geosystemami istnieje wymiana energii i materii, -​ zamknięty - istnieje tylko wymiana energii z otoczeniem, -​ izolowany - całkowicie niezależny od otoczenia Funkcjonowanie układów przyrodniczych można charakteryzować za pomocą trzech parametrów: 1.​ tendencja do zmian - wzrost, spadek, utrzymanie 2.​ amplituda lokalnych zmian - fluktuacja  3.​ rytm zmian Wymiana energii i materii między geosystemami odbywa się na drodze potoków do których zaistnienia konieczne są: -​ możliwość przemieszczania się cząstek materialnych -​ obecność sił przyciągania i odpychania -​ źródło energii Koncepcja potoków energii i materii Hassego i Neumeistera Potoki dzieli się w zależności od: -​ rodzaju substancji przenoszonej -​ kierunku -​ skali występowania -​ siły sprawczej -​ stosunku do systemu Koncepcja homogenicznych ciał przestrzennych Hassego i Neumeistera Ciała te są homogeniczne z punktu widzenia potrzeb badawczych i umożliwiają: -​ obserwacje i podział potoków materialnych -​ badanie transformacji energii -​ bilansowanie zmian materialno-energetycznych Metody badań funkcjonowania geokompleksów - problemy badawcze funkcjonowania geokompleksów: -​ trudności metodyczne -​ rzadka sieć stacji prowadzących obserwacje ważna jest powtarzalność i weryfikacja narzędzi Badania terenowe - Etapy wyróżniane w procesie kartowania polowego: 1.​ analiza istniejących źródeł połączona ze wstępnym rekonesansem w terenie 2.​ właściwe kartowanie terenowe wraz z lokalizacją, dokumentacja fotograficzna, wywiady i rozmowy z ludnością miejscową, niezbędne badania laboratoryjne 3.​ prace kameralne polegające na zestawieniu wyników badań, opracowaniu odpowiednich map Badania polegają na wielokrotnym powtarzaniu obserwacji. Ich głównym celem jest uchwycenie rytmiki przebiegu zjawisk i zmian środowiska przyrodniczego. -​ badania stacjonarne – 3-5 obserwacji na dobę -​ badania półstacjonarne – mniej obserwacji, w określonych porach roku -​ badania ekspedycyjne – w celu określenia struktur geokompleksów -​ badania lotniczo-desantowe (aerowizualne) – prześledzenia stanów geokompleksów Organizacja badań funkcjonowania geosystemu według Lasera - metoda reprezentatywnych wycinków geosfery -​ np. wycinki (terasy) na wysoczyźnie, zboczu, dolinie Badania bilansowe funkcjonowania jednostek przyrodniczych Veena - dla homogenicznych geokompleksów próbuje się zestawić bilans: -​ energetyczny -​ wodny -​ materiału transportowanego grawitacyjne -​ bilanse chemiczne (obieg substancji chemicznych) -​ bilanse biologiczne (obieg materii organicznej) -​ bilanse radiacyjne Wykład 2 Delimitacja energetyczna geosystemów metodą energotopów Grzybowskiego: -​ Energotopy – geokompleksy częściowe charakteryzujące się określonymi właściwościami warunkującymi jednolitą strukturę bilansu cieplnego, o której decyduje rzeźba terenu, rodzaj podłoża lub typ użytkowania terenu. -​ Zespoły energotopów – geokompleksy choryczne o podobnej strukturze bilansu energetycznego. Połączenie porzez asocjację rzeźby i rodzaju podłoża na terenach rolniczych typu lasu Metoda pomiarów stanów geosystemów -​ Geomasy i steksy N. I. Beruczaszwilego – badania przestrzenno-czasowej struktury środowiska przyrodniczego poprzez obserwację zmieniających się stanów geokompleksów Podstawowe elementy strukturalno-funkcjonalne środowiska przyrodniczego - geomasy: -​ Litomasa – 15000 - 25000 t/ha -​ Pedomasa – 1500 – 6000 t/ha -​ Fitomasa -​ Hydromasa -​ Aeromasa Geohoryzonty to jednorodne pod względem parametrów geofizycznych (termiki, wilgotności, wymiany powietrza, obiegu wody, przebiegu biocykli) warstwy charakteryzujące się wzajemnym stosunkiem geomasy. -​ różnią się od pięter roślinności i poziomów genetycznych gleb -​ są wyróżniane głównie ze względu na parametry geofizyczne i jednoczą wszystkie komponenty -​ ulegają zmianom w ciągu roku -​ mają granice poziome, które odpowiadają granicom frakcji Steksy – dobowy stan geokompleksu. Każdej frakcji odpowiada w określonej dobie konkretny steks Typologiczna klasyfikacja steksów N. J. Beruczaszwili - Klasy steksów zależne od rodzaju procesów: -​ solarne - w których dominującą rolę odgrywa transformacja energii słonecznej  -​ hydrogenne - warunkowane przez obieg wody -​ grawitacyjne - warunkowane przez ruchy masowe -​ katastrofalne - zjawiska ekstremalne -​ niwalno-kriotermalne – śnieżno-lodowe -​ pluwialne – środowisko wodne -​ eoliczne – wietrzne Typy steksów uzależnione od warunków termiczno-wilgotnościowych 1.​ Rodzaje uzależnione od geohoryzontu -​ Etocykl – zmienność steksów związana z zamkniętym rytmem pór roku 2.​ Zjawiska rytmiczne (homeostatyczne), strefowe i astrefowe - polegają na obiegu materii i energii: -​ obieg powietrza na Ziemi -​ obieg wody (stany skupienia) -​ teoria cykli geomorfologicznych (Davisa), powtarzające się cyklicznie orogenezy i denudację -​ obieg biomasy 1. Rytm dobowy – temperatura i inne zjawiska 2. Rytm roczny – monsuny, zjawiska glebowe, pogoda 3. Wieloletnie – 11 letni cykl aktywności Słońca etc. Zjawiska strefowe i astrefowe – jako efekt samoadaptacji -​ Przyczyną strefowości jest kształt Ziemi i jej położenie względem Słońca -​ Strefowość polega na zróżnicowaniu przestrzennym epigeosfery wraz ze zmianą szerokości geograficznej Strefowość opadów -​ wilgotna międzyzwrotnikowa (20N-20S) > 1000 mm -​ dwie strefy suche związane ze zwrotnikamni < 250 mm -​ dwie strefy wilgotne średnich szerokości geograf. – suma opadów do 1000 mm -​ dwie strefy suche wysokich szerokości geograficznych < 250 mm Strefowość radiacji zależna od natężenia nasłonecznienia (bilansu radiacji) 1.​ pas polarny 2.​ pas umiarkowany 3.​ pas podzwrotnikowy 4.​ pas zwrotnikowy Strefy przyrodnicze na lądach 1.​ lądolodów 2.​ tundry (peryglacjalne) 3.​ borealnych lasów iglastych (tajgi) na wieloletniej zmarzlinie 4.​ borealnych lasów iglastych, mroźna, bez wieloletniej zmarzliny 5.​ lasów liściastych strefy umiarkowanej – Polska 6.​ lasów liściastych strefy podzwrotnikowej 7.​ formacji trawiastych chłodna (z mrozami) i cieplejsza 8.​ pustyń chłodnych i gorących 9.​ sawann i podzwrotnikowych lasów liściastych  10.​lasów tropikalnych Astrefowe obszary górskie (Przewoźniak & Czochański, 2020) 1.​ Sektorowość i prowincjonalność związana z rozkładem lądów i mórz 2.​ Piętrowość – wywołana zmianami temperatury i wilgotności wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem morza Granice piętrowości 1.​ Granica wiecznego śniegu – uzależniona od temp. i intensywności opadów od 6400 m n.p.m. w Tybecie do 200 m na Spitsbergenie 2.​ Granica górnego zasięgu lasów – warunki termiczne i czynniki lokalne do 64000 m n.p.m. 3.​ Granica dolnego zasięgu lasów – określona przez minimalną ilość opadów niezbędną dla rozwoju drzew w Tybecie leży na wysokości 5000 m i przekracza górną granicę lasów Wykład 3 Regulacje systemu – sprzężenia zwrotne -​ Regulacja – oddziaływanie na określony proces w celu zmniejszenia odchyleń w jego przebiegu od przebiegu pożądanego Sposoby regulacji stanu systemu: -​ unikanie zakłóceń (zwierzęta budują nory i przesypiają zimę) -​ regulacja przez kompensację zakłóceń -​ regulacja (sterowanie) według wyrównywania odchyleń -​ adaptacja Właściwości systemu krajobrazowego: -​ złożoność -​ otwartość termodynamiczna -​ całościowość i organizacja -​ probabilistyczność i hierarchiczność Złożoność systemu -​ System jest złożony – więcej niż n-1 sprzężeń między n elementami -​ System jest wysoce złożony – sprzężeń jest więcej niż n(n-1) Na złożoność systemu składają się również 3 wymiary złożoności: -​ przestrzenny – liczebność i charakter elementów przestrzennych, ich wzajemne ułożenie, trwałość -​ funkcjonalny – procesy wewnątrz elementów, interakcje, regulacje na granicach i ponad granicami jednostek -​ czasowy - interakcje współczesne bezpośrednie i pośrednie, konsekwencje procesów odłożone w czasie, stopniowe pojawianie się nowych właściwości systemowych Właściwości systemu krajobrazowego 1.​ Otwartość termodynamiczna – niezbędne warunki rozwoju całościowego, uorganizowania i złożoności systemu -​ Krajobraz i jego składniki są elementami otwartymi -​ Z otoczenia pobierane są substancje o wysokim stopniu uporządkowania (niskiej entropii) i wydalanie substancji nieuporządkowanej (o wysokiej entropii), co prowadzi do obniżenia entropii całego systemu (wzrostu negentropii). Podsystemy: roślinność oraz gleba. -​ Otwartość i negentropijność krajobrazu są niezbędnymi warunkami rozwoju całościowości, zorganizowania i złożonoci systemu 2.​ Całościowość – stopień zintegrowania składników systemu -​ System w pełni całościowy wobec otoczenia zachowuje się jak zintegrowana jedność (system koherentny) -​ Zmiana jednego pociąga zmiany we wszystkich pozostałych. -​ Niezależność jest przeciwieństwem całościowości (trudno wówczas mówić o systemie) -​ Koncepcja całościowości sytemu krajobrazowego wynika z holistycznego pojmowania przyrody -​ W obrębie systemów roślinnych całościowość spada wraz z przechodzeniem na wyższe stopnie hierarchii, od populacji przez fitocenozę do krajobrazu roślinnego -​ W hierarchii jednostek od pojedynczego geosystemu do epigeosfery, całościowość wzrasta, rośnie liczba cykli materialno-energetycznych przy przechodzeniu na wyższe stopnie hierarchii 3.​ Organizacja systemu: -​ Uporządkowanie elementów i funkcji systemu -​ Charakterystyka funkcjonalna systemu -​ Im wyższa organizacja, tym system lepiej zachowuje swoje wewnętrzne parametry pomimo oddziaływań otoczenia. tak rozumiana organizacja ma bezpośredni związek ze stabilnością systemu. 4.​ Probabilistyczność systemu, oznacza, że na podstawie znajomości stanu w chwili T1, można, ale tylko z pewnym prawdopodobieństwem, określić stan w chwili T2. 5.​ Hierarchiczność systemu -​ W jednostce dowolnego poziomu taksonomicznego są dwojakiego typu zależności: ​ jest ona zbudowana ze zorganizowanych jednostek niższego rzędu, i w pewnym stopniu zależy od sposobu i stopnia integracji tych jednostek ​ jest nową całością i od jej funkcjonowania jako całości zależy struktura i funkcjonowanie jednostek niższego szczebla. -​ Każdy poziom hierarchiczny ma sobie właściwe prawa i prawidłowości, będące nową jakością i nie będące sumą właściwości poziomów niższych -​ Systemy niezależne od zajmowanego miejsca w hierarchii, mogą być ze sobą powiązane, tj. mogą na siebie oddziaływać. Regulacje w systemie -​ Systemy, niezależnie od zajmowane miejsca w hierarchii, mogą być ze sobą powiązane, tj. mogą na siebie oddziaływać  -​ Oddziaływanie dokonujące się dzięki przepływowa sygnału informacyjnego pomiędzy wyjściem jednego sygnału,m a wejściem drugiego, nazywa się sprzężeniem 1.​ Sprzężenia: istnieją dwa rodzaje sprzężeń: sprzężenia proste - gdy jeden system oddziałuje na drugi; sprzężenie zwrotnr- gdy dw aoddziałują na siebie wzajemnie Przepływ sygnału informacyjnego pomiędzy wejściem jednego systemu a wejściem drugiego, nazywa się sprzężeniem. -​ Proste – gdy jeden system oddziałuje na drugi -​ Zwrotne – gdy dwa systemy oddziałują na siebie wzajemnie Informacja – to miara zmniejszenia niepewności danego zdarzenia w wyniku otrzymania sygnału 3 aspekty informacji: 1.​ pragmatyczny – skuteczność wykorzystania informacji 2.​ semantyczny – sens i treść informacji 3.​ syntaktyczny – ilość przekazywanej informacji Koncepcja informacji, pozwala na opisanie zachowania systemów bez stosowania podejścia materialno-energetycznego, jedynie przy wykorzystaniu różnych miar zróżnicowania. Miary ilości informacji: -​ Hartleya (1928) -​ Kołmogorowa (1965) -​ Shannona (1948) Zastosowanie teorii informacji w badaniach krajobrazowych 1.​ Pamięć – zdolność danego obiektu do magazynowania informacji i do jej oddawania w miarę potrzeby -​ wewnętrzna – decyduje o strukturze wewnętrznej i rozwoju, np. przemieszczanie substancji w glebie -​ zewnętrzna – odpowiada za zapamiętywanie przeszłych stanów systemu i wpływu stanów przeszłych na ich obecny stan - np. ukształtowanie terenu Cybernetyczna zasada sprzężenia zwrotnego umożliwia zachowanie trwałości istnienia, samoregulację żywych organizmów, systemów społecznych i niektórych automatów. Wiele świadczy o tym, że sprzężenia zwrotne zachodzą w przyrodzie żywej i nieożywionej. Andrzej Marsz (1965) traktuje sprzężenia zwrotne jako prawa ogólnogeograficzne. 1.​ Dodatnie sprzężenia zwrotne – powodują przyspieszenie obiegu procesów i rozszerzenie ich zasięgu terenowego. Układy mało stabilne i mogą łatwo stracić równowagę 2.​ Ujemne sprzężenie zwrotne – osłabienie działania procesu, mogą całkowicie zahamować lub ograniczyć intensywność procesu. Układy stabilne i odporne. Sprzężenia: -​ W przyrodzie działa wiele procesów i obserwuje się wiele sprzężeń zwrotnych. -​ W każdym systemie z dominacją sprzężeń dodatnich występują też sprzężenia ujemne i odwrotnie. W zależności od etapu rozwoju środowiska przyrodniczego, zmienia się stosunek stężeń dodatnich do ujemnych. Wyróżniamy następujące fazy: 1.​ Początkowa -​ przewaga sprzężeń dodatnich -​ stopniowo włączają się sprzężenia ujemne -​ przebieg procesów jest szybki W miarę osiągania stanu dojrzałego, przebieg procesów zwalnia 2.​ Homeostaza (ujemne sprzężenia zwrotne) -​ stan układu zapewniający mu utrzymywanie określonych wielkości w dopuszczalnych granicach -​ pojęcie określające zdolność organizmu zwierzęcego do utrzymania stałości środowiska wewnętrznego, np. stałej temperatury 3.​ Adaptacja (dodatnie sprzężenia zwrotne) -​ przekształcenie, przeróbka, przystosowanie do innego użytku Metryki krajobrazowe 1.​ Konfiguracja krajobrazu (mcGarigal, Marks, 1995) – tworzą ją trzy pierwsze aspekty (przestrzenny, łącznikowy i formy) - odzwierciedla fizyczne rozmieszczenie płatów w przestrzeni. Miary konfiguracji dotyczą relacji z innymi typami płatów (np. stopień izolacji, kontrastowość itd.), inne związane są z charakterystykami konkretnych płatów 2.​ Kompozycja krajobrazu – aspekt rodzajowo-ilościowy - dotyczy zróżnicowania obfitości występowania poszczególnych typów płatów, natomiast nie obejmuje ich lokalizacji przestrzennej. Miernikami kompozycji mogą być np. udział powierzchniowy typów, liczba typów, różnorodność typologiczna, wskaźnik różnorodności Według McGarigala i Marksa (1995) wskaźnik konfiguracji i kompozycji krajobrazu określa się łącznie mianem metryk krajobrazowych W. Bojarski wyróżnia: 1.​ Strukturę porządkującą system (statyczną) -​ określającą relacje rozmieszczenia komponentów -​ określającą relacje sąsiedztwa -​ określającą kształt elementów -​ określającą strukturę liczebną poszczególnych typów komponentów 2.​ Strukturę organizującą system (kinetyczną)