Техногенные воздействия на геосистемы

Очень важной и еще недостаточно изученной в теоретическом плане проблемой является сосуществование и взаимодействие естественных ландшафтов и встроенных в них человеком искусственных сооружений, устройств, насколько меняется ландшафт при изменении растительного покрова, при изменении режима течения рек, при строительстве водохранилищ, карьеров, шахт и т.д.

Бурная деятельность человека по преобразованию природы приводит некоторых ученых к мысли о создании антропогенных (по смыслу слова - созданных человеком) ландшафтов. Насколько это верно по сути? Например в ГОСТе 17.8.1.02-88 "Ландшафты" последние прямо подразделяются на сельскохозяйственные, лесохозяйственные, водохозяйственные, промышленные, ландшафты поселений и т.д. Если слово ландшафт использовать в бытовом смысле как общий вид местности то такие названия ландшафта имеют смысл, но и не более того.

Мы придерживаемся другой точки зрения, разделяемой серьезными учеными географами: ландшафт это настолько крупное природное тело, формирующееся и развивающееся под действием объективных законов природы, что создать нечто подобное чертовском заново невозможно.

Встроенные в ландшафт или в геосистемы любого ранга искусственные сооружения или вносимые в него новые элементы (посевы новых культур, размещение на нем в больших количествах домашних животных) функционируют в нем, подчиняясь природным законам. Новые техногенные или антропогенные объекты физически входят в ландшафт, становятся его элементами, но ландшафт остается природной системой. В некотором смысле неважно, как появился в составе ландшафта тот или иной элемент: образовался водоем в результате естественной запруды на реке или человек насыпал в русле плотину, образовался овраг естественным путем или в результате неправильной распашки склонов. Важно то, что эти элементы "работают" вместе с естественными и именно их взаимодействие нужно изучать, чтобы уменьшить негативные последствия изменения ландшафта.

При опенке воздействий человека на природу, конкретно, на определенные геосистемы, в том числе и на ландшафты, надо иметь в виду фундаментальное обстоятельство, заключающееся в том, что как бы сильно не был изменен ландшафт человеком, в какой бы степени ни был насыщен результатами человеческого труда, он остается частью природы, в нем продолжают действовать природные закономерности. Человек не в состоянии отменить объективные законы функционирования и развития геосистем, снивелировать качественные различия между ландшафтами тайги и степи, степи и пустыни. Пашня в тайге и в степи - это не одно и то же, первая всегда будет принадлежать таежной зоне, а вторая - степной, пока действуют зональные закономерности и пока человек не научился управлять циркуляцией атмосферы, движением Земли и поступлением солнечной радиации.

Воздействие человека на ландшафт следует рассматривать как природный процесс, в котором человек выступает как внешний фактор. При этом надо иметь в виду, что новые элементы, внедряемые человеком в ландшафт (пашни, сооружения, техногенные выбросы) не вытекают из структуры ландшафта, не обусловлены им и поэтому оказываются чужеродными элементами, не свойственными конкретному ландшафту. Поэтому ландшафт стремится отторгнуть их или "переварить", модифицировать. В связи с этим, антропогенные элементы, внедряемые в ландшафт, являются неустойчивыми, не способными самостоятельно существовать без постоянной поддержки человека. Так, культурные растения, если за ними не ухаживать, не возобновлять, будут вытеснены "дикими", пашня - зарастет, домашние животные - одичают, каналы в земляном русле - или заплывут или будут меандрировать, как реки, здания - разрушатся.

Следствием этого, во-первых, является необходимость постоянной затраты человеком труда и ресурсов на поддержание таких элементов, необходимость ухода, ремонта, реконструкции, а во-вторых, для повышения устойчивости внедряемых элементов человек должен максимально уменьшать их "чужеродность" для ландшафта, т.е. соблюдать принцип природных аналогий.

Итак, ландшафт, претерпевший техногенное вмешательство, остается по своей сути природной системой. Другое дело, что он при техногенных воздействиях в той или иной степени модифицируется, могут измениться его структура, параметры функционирования, эти изменения имеют обратимый или необратимый характер.

Для оценки характера и глубины техногенного воздействия, определения допустимого предела воздействия или допустимой антропогенной нагрузки на геосистему, за которыми наступают необратимые и нежелательные ее изменения, необходимо в каждом конкретном случае определять устойчивость геосистемы к техногенным нагрузкам.

Всякая геосистема приспособлена к определенным условиям, в пределах которых она устойчива и нормально функционирует даже при возмущениях внешних природных факторов (динамичность геосистемы).

Техногенные возмущения часто превосходят природные, они более разнообразны, некоторые вообще отсутствуют в природе, например загрязнение искусственными веществами. Все это вызывает необходимость в специальных исследованиях реагирования геосистемы на конкретные воздействия, которые должны быть положены в основу проектов по природопользованию и природообустройству. Отметим здесь важность долговременных количественных прогнозов поведения геосистем при разных вариантах техногенных воздействий (см. принцип опережающего отражения).

Приведем здесь лишь общие критерии устойчивости геосистем в дополнение к крагко сформулированным выше. Прежде всего - это высокая организованность, интенсивное функционирование и сбалансированность функций геосистем, включая биологическую продуктивность и возобновимость растительного покрова. Эти качества определяются оптимальным соотношением тепла и влаги, а находят свое выражение в степени развитости почвенного покрова, в конечном итоге, в плодородии почв.

Так, тундровые ландшафты с недостатком тепла имеют слаборазвитые почвы, они очень неустойчивы к техногенным нагрузкам, сильно ранимы и очень медленно восстанавливаются. Дефицит тепла определяет низкую активность биохимических процессов, медленную самоочищаемость от промышленных выбросов. При разрушении растительного и почвенного покровов нарушается тепловое равновесие многолетнемерзлых пород, что вызывает просадки, разрушение фундаментов сооружений и т.п.

Таежные ландшафты в целом более устойчивы из-за лучшей обеспеченности топотом и благодаря мощному растительному покрову, здесь формируются естественно не очень плодородные подзолистые почвы, но отзывчивые на хорошую культуру земледелия. Интенсивный влагооборот способствует удалению подвижных форм загрязняющих веществ, но биохимический круговорот еще медленный. Устойчивость геосистем в этой зоне снижается также из-за заболоченности, а также при сведении лесного покрова.

Высокой устойчивостью обладают ландшафты степной зоны, где имеется наиболее благоприятное (для условий России) соотношение тепла и ватаги. Здесь под пологом мощной степной травянистой растительности в естественных условиях образовались одни из самых плодородных почв - черноземы. Высокая биохимическая активность степных ландшафтов способствует их довольно интенсивному самоочищению. Но следует иметь в виду, что широкомасштабная распашка черноземных почв существенно понизила их устойчивость: происходит интенсивная обработка гумуса, а это фактор устойчивости, повсеместно развилась водная и ветровая эрозия, ухудшаются свойства почв при многократных обработках, особенно с применением тяжелой техники, происходит уплотнение почв, увеличивается их слитость. Неаккуратное орошение: большими нормами, с большой интенсивностью искусственного дождя также ухудшают свойства почвы, вымывают из нее питательные вещества.

В пустынных ландшафтах интенсивная солнечная радиация ускоряет биохимические процессы, в частности разложение отмерших растительных остатков и органических загрязнителей, но недостаток влаги уменьшает вынос продуктов разложения, в том числе и загрязняющих веществ. Растительность здесь бедная, биологическая продуктивность невелика, в следствие этого почвы маломощные и также как и в тундровой зоне - сильно ранимы. Поэтому пустынные ландшафты малоустойчивы. Повысить их устойчивость может орошение, что и широко используется человеком. Трудности с орошением здесь вызваны недостатком водных ресурсов и наличием большого количества солей в подземных водах, в грунтах и в почвах. Орошение, особенно без соблюдения правильных норм, большие фильтрационные потери из каналов интенсифицируют гидрохимические потоки, что приводит к вторичному засолению земель и, в конечном итоге, делает эти ландшафты неустойчивыми.

Водные мелиорации в принципе повышают устойчивость геосистем, так как они приводят к оптимуму соотношение тепла и влаги, но, являясь очень сильным возмущающим фактором, при их передозировке могут привести к противоположному результату.

Устойчивость геосистем зависит от внутренней неоднородности свойств компонентов, так разнообразный состав луговых трав делает луг более устойчивым при разных погодных условиях, чем искусственный сенокос с одной-двумя травами. Выраженный микрорельеф и вариация водно-физических свойств почв также повышает устойчивость и почвенного и растительного покровов: в сухие периоды года продуцирование биомассы лучше в понижениях с глинистыми почвами, а во влажные периоды лучшие условия создаются на микровоззышениях.

Устойчивость геосистемы растет с повышением ее ранга. В этом смысле наименее устойчивой является фация - наименьшая геосистема. характеризуемая однородными условиями местоположения и местообитания и одним биоценозом. Фации сильней всего откликаются как на изменение внешних природных условий, так и на деятельность человека. При сельскохозяйственном использовании территории в пределах фации размещается один севооборотный участок или даже отдельные поля, при осушении - это участок с одинаковым типом водного питания. Фации наиболее радикально изменяются при природопользовании. Более крупные геосистемы подвержены непосредственным изменениям в меньшей степени.

Степень изменения ландшафта зависит от того, какие компоненты подверглись модификации или даже разрушению. С этих позиций выделяют первичные и вторичные компоненты. Принято считать, что геологический фундамент и свойства воздушных масс, т.е. климат являются базовыми, первичными, формирующими облик ландшафта, их, к стати, человеку трудней всего изменить, хотя примеры этого уже имеются: разработка месторождений открытым способом, когда карьеры достигают глубины 100... 200 и более метров, а в плане измеряются десятками километров. Легче всего человек изменяет вторичные компоненты: растительный покров, почвы, сильно воздействует на поверхностные воды, но вторичные компоненты и легче восстанавливаются.

В настоящее время принято по степени изменения ландшафтов подразделять их на:

условно неизмененные, которые не подверглись непосредственному хозяйственному использованию и воздействию, в них можно обнаружить лишь слабые следы косвенного воздействия, например, осаждение техногенных выбросов из атмосферы в нетронутой тайге, в высокогорьях, в Арктике, Антарктике;

2) слабоизмененные, подвергающиеся преимущественно экстенсивному хозяйственному воздействию (охота, рыбная ловля, выборочная рубка леса), которое частично затронуло отдельные "вторичные" компоненты ландшафта (растительный покров, фауну), но основные природные связи не нарушены и изменения носят обратимый характер; это тундровые, таежные, пустынные, экваториапьные ландшафты;

3) среднеизмененные ландшафты, в которых необратимая трансформация затронула некоторые компоненты, особенно растительный и почвенный покров, это - сводка леса, широкомасштабная распашка в результате которых изменяется структура водного и частично тестового баланса;

4) сильно измененные (нарушенные) ландшафты, которые подверглись интенсивному преднамеренному или непреднамеренному воздействию, затронувшему почти все компоненты (растительность, почвы, воды и даже твердые массы твердой земной коры), что привело к существенному нарушению структуры, часто необратимому и неблагоприятному с точки зрения интересов общества, это главным образом южнотаежные, лесостепные, степные, сухостепные ландшафты, в которых типичны обезлесивание, эрозия, засоление, орошение, осушение, подтопление, загрязнение атмосферы, вод и почв;

5)культурные ландшафты, в которых структура рационально изменена и оптимизирована на научной основе, с учетом вышеизложенных принципов, в интересах общества и природы; именно таким ландшафтам должно принадлежать будущее.

Возвращаясь к проблеме измененной человеком геосистемы, отметим, что хотя измененная геосистема и остается по сути природным объектом, но в случае, когда человек интенсивно внедряет в нее искусственные сооружения нити другие элементы, можно рассматривать ее как природно-техническую или геотехническую систему, состоящую уже из двух блоков: природного и техногенного. Этот ' подход не отменяет фундаментального положения, что техногенная геосистема

функционирует по природным законам, но позволяет рассматривать и другие связи, например взаимодействие разных техногенных блоков, зависимость техногенных блоков от социально-экономических условий, например, в свете собственности: земля принадлежит одному субъекту, а оросительная система, построенная на ней - другому.

При рассмотрении природно-технических систем изменяется видение на их устойчивость, которая даже вступает в противоречие с устойчивостью измененной природной системы! Если природная система старается возвратиться в "первобытное" состояние, о чем было сказано выше, то человек заинтересован в устойчивости природно-технических систем, в которых природный блок преднамеренно модифицирован. Критерии устойчивости в обоих случаях имеют противоположный характер. Если зарастание пашни служит критерием устойчивости геосиетемы как природного образования, то это) же процесс рассматривается как свидетельство неустойчивости уже природно-технической системы, в данном случае - агрогеосистемы, назначение которой - поддерживать заданные свойства пашни.для получения требуемого урожая определенных культур. Еще пример: осушительная система без поддержки человека приходит в негодность (мелеют каналы, замуляются и зарастают корнями дрены и т.п.), следовательно, природная геосистема восстанавливает свой естественный водный режим, который был до осушения, и это есть критерий ее устойчивости. С точки зрения природно-технической системы эта же ситуация является признаком неустойчивости.

Устойчивость преднамеренно модифицированной геосистемы вместе с встроенным в нее техногенным блоком определяется как способность выполнять заданную социально-экономическую функцию.

Еще раз отметим, что измененные человеком геосистемы, как правило, менее устойчивы, чем первичные, поскольку естественный механизм саморегулирования в них нарушен. Поэтому экстремальные отклонения параметров внешней среды, которые "гасятся" в естественной геосистеме, могут оказаться разрушительными для антропогенной модификации: один заморозок может погубить культурную растительность, пыльная буря за несколько дней может разрушить почвенный слой на распаханной территории.

Техногенный блок природно-технических систем менее устойчив и может существовать только при постоянной поддержке человеком.