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 методы используют 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

Химический элемент

Изверженные породы

Кора выветривания

Вода

Живое вещество

Тропосфера

О

47

51

86

70

23

С

0,8

2,5

¯ 0,02

18

¯ 0,01

Н

0,1

0,6

11

10

¯ 0,000003

N

0,0002

0,06

0,00001

1,5

76

Si

28

¯ 27

¯ 0,0003

¯ 0,2

¯ -

Al

8

¯ 7

¯ Следы

¯ 0,005

¯ -

Na

2,8

¯ 0,8

¯ 1

¯ 0,02

¯ -

Fe

4,6

¯ 4,2

¯ 0,00026

¯ 0,02

¯ -

Сумма, %

91

93

98

»100

99

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.