Акад. Г. Н. Высоцкий, развивая учение В. В. Докучаева о географических зонах природы, сделал ряд важных обобщений, относящихся к связям между зональными растительными формациями, климатом, рельефом, гидрологическими и почвенно-грунтовыми условиями. Особенный интерес представляют те обобщения Высоцкого, которые касаются связей между рельефом и гидрологическими условиями суши. Эти выводы Высоцкого (1927) относятся преимущественно к мезорельефу, т. е. к тем элементам земной поверхности, которые характеризуются средней расчлененностью, измеряемой метрами, или в крайнем случае не более чем несколькими десятками метров вертикальной амплитуды. Это — ложбины стока, овраги, балки, речные долины в равнинной местности; неглубокие долины в горном ландшафте, исключающие сколько-нибудь значительные проявления вертикальной климатической зональности.
Согласно Высоцкому, всякая местность суши в гидрологическом отношении может быть расчленена на два основных типа рельефа: плакор — возвышенное место вместе с его склонами (хребет, холм, плоское водораздельное плато и т. п.) и плаккат — понижение (речная долина, ее пойменная терраса, ложбины стока, тальвеги балок, днища замкнутых понижений и т. п.). На рисунке представлена схема Высоцкого, иллюстрирующая типы рельефа и взаимоотношения между ними и характером грунтовых вод. Схема показывает, что на плакоре и его склонах преобладает промывной (пермацидный, инфильтрационный) режим увлажнения, благодаря которому на некоторой глубине образуются грунтовые воды, стекающие вниз к плаккату. На плаккате режим грунтовых вод иной — выпотный, в условиях которого вода способна подниматься по капиллярам к дневной поверхности, испаряться и накоплять соли, принесенные ею из плакора.
Схема-профиль рельефа в связи с гидрологическим режимом (по Г. Н. Высоцкому)
Упомянутые взаимосвязи типов рельефа и грунтовых вод определяют общую тенденцию: плакоры теряют влагу и растворенные вещества, вследствие чего становятся суше и беднее питательными для растений веществами; плаккаты, воспринимая воды внутреннего и поверхностного стока, а также приносимый ими растворимый и мелкоземистый материал, становится влажнее и богаче плакоров.
Рассмотрим элементарный случай мезорельефного склона на далеководном местоположении, т. е. при отсутствии в пределах ризосферы горизонта грунтовых вод. Процесс стока вод из высоких мест в низину происходит в этом случае лишь по поверхности почвы. Увлажнение склона может быть одинаковым во всех его точках лишь в том случае, когда субстрат, слагающий склон, отличается полным отсутствием водопроницаемости. Это случай монолитного скалистого склона, не задерживающего влагу. Итог увлажнения здесь равняется нулю. Но если склону свойственны почвы или рыхлые горные породы, обладающие более или менее значительной шероховатостью и водопроницаемостью, то поверхность склона приобретает способность замедлять скорость стока и поглощать стекающую влагу. В этом случае увлажненность склона неодинаковая — разные по высоте части получают различное увлажнение.
Схема-профиль увлажнения склона на далеководных грунтах
Увлажнение склона в каждой его точке зависит от атмосферных осадков W, количество которых можно принять одинаковым для всех элементов мезорельефа; расхода влаги на поверхностный сток W1, которое также можно принять одинаковым для каждой точки склона при одинаковом угле его падения, и, наконец, прихода влаги от поверхностного стока с вышележащих частей склона W2, количество которой возрастает вниз по склону. Таким образом, увлажнение склона в каждой его точке (если игнорировать испарение) определяется величиной W—W1 + W2. Поскольку W и W1 одинаковы для разных частей плоского склона (т. е. склона, имеющего во всех своих частях одинаковый угол падения), увлажненность каждой его точки определяется величиной W2, т. е. приходом влаги, стекающей с выше лежащих его частей. Следовательно, наиболее сухой частью склона является его верхняя часть и наиболее увлажненной — нижняя и подножие (плаккат).
Однако значительную роль в этих явлениях играет скорость движения поды, нарастающая книзу согласно законам тяготения. Так как движение воды по склону сопровождается эрозией субстрата (смывом более мелких частиц рыхлой горной породы или почвы), то при древнем рельефе профиль склона приобретает форму опрокинутой параболы, т. е. нижние его части становятся более пологими, чем верхние. Это выравнивает скорость водного потока вдоль всего профиля. Следовательно, в типичном случае зрелого рельефа увлажненность склона определяется соотношением стока и притока поверхностных вод: чем ниже, тем склон влажнее.
Таково общее правило увлажнения склонов на далеководных (инфракватных) местоположениях. Если рельеф и геологическое строение способствуют выходу грунтовых вод в нижней части склона или у его подножья, то приведенная закономерность становится еще более резкой, еще более подчеркнутой.
В первом приближении можно принять, что участки возвышенных и бессточных мест на плакоре получают выпадающие осадки полностью, без потерь на поверхностный сток. Приход атмосферной влаги в почвы этих мест равняется количеству осадков W. Почвы склонов получают влагу в количестве W (осадки) минус поверхностный сток W1 и плюс его приток W2. Пониженные места у подножий склонов (плаккаты) получают W (осадки) плюс остаток поверхностного стока со склонов W3 и плюс сток внутренний W4. Все эти элементы баланса влаги в своем итоге ведут к тому же результату, что и в предыдущем случае, но еще более отчетливо: наиболее сухими местоположениями являются верхние части склонов, затем средние и нижние и, наконец, плаккаты — наиболее увлажненные понижения. Бессточные плато в зависимости от климатических условий могут соответствовать по размерам прихода влаги то средним, то нижним частям склонов. В свою очередь склоны, в зависимости от их формы, длины, крутизны и экспозиции, также разнообразны по условиям увлажнения. Наиболее сухими являются короткие и крутые склоны солнечных экспозиций. Их верхние части являются предельно сухими в каждых данных климатических условиях.
Экспозиция склона зачастую играет большую лесообразующую роль. Как показали исследования, проведенные на основе методов сравнительной экологии, мнение о том, что ведущим экологическим фактором на склонах разных экспозиций (солнечных и теневых) является фактор освещения, не соответствует действительности. Общеизвестная закономерность состава лесов в горных условиях — бук на северных, дуб — на южных склонах и другие подобные ей закономерности, обязаны не световому, а тепловому режиму. Теневые склоны характеризуются мягким тепловым режимом, высокой относительной влажностью воздуха, а солнечные — интенсивным нагревом, резко амплитудным тепловым режимом, большим испарением. Это является главной причиной того, что солнечные склоны заняты дубовыми и сосновыми лесами, а теневые — лесами из бука, съедобного каштана и других пород мягкого климата. У границ континентального и мягкого климата, например, в северной, лесостепной части Одесской обл., горный дуб (Quercus petraea Liebb) занимает верхние части склонов, избегая низин и плоских лёссовых плато. Верхним частям склонов свойствен воздушный сток — дренаж, благодаря чему эти элементы рельефа наименее подвержены влиянию заморозков.
Схема-профиль экологических рядов горной долины. Схема профиль дубрав Голованевского лесхоза Одесской обл.