1. Программа дисциплины «Геоэкология оболочки Земли

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Филиал в г.Ишиме
Геоэкология оболочки Земли
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов специальности
050103.65 – География с дополнительной специальностью биология
очной формы обучения
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ишимский государственный педагогический институт им. П.П. Ершова»
УТВЕРЖДАЮ
Ректор ФГБОУ ВПО «ИГПИ
им. П.П. Ершова»
___________С.П. Шилов
«___» __________ 200__ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ГЕОЭКОЛОГИЯ ОБОЛОЧКИ ЗЕМЛИ
050103.65 ГЕОГРАФИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ СПЕЦИАЛЬНОСТЬЮ
БИОЛОГИЯ
Ишим 2011
Предисловие
УТВЕРЖДЕНО
На заседании кафедры
_экологии, географии и МП_
Протокол № от «___» ____ 20 __ г.
Зав. кафедрой
УТВЕРЖДЕНО
На заседании УМК факультета
_биолого-географического__
Протокол № от «___» ____ 20 __ г.
Председатель УМК
___________ __В.М. Андреенко___
________ _Л.И. Каташинская_____
роспись
И.О.Ф зав. кафедрой
роспись
И.О.Ф декана
СОГЛАСОВАНО
«___» ______ 20 __ г.
Зав. библиотекой_________ _________
роспись
И.О.Ф зав. библиотекой
ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с «_01__» ___09______ 20_11_ г.
РАЗРАБОТАН _Квашнин С.В. к.г.н., доцентом каф.экологии,географии и
методики их преподавания
РЕЦЕНЗЕНТЫ
Щеглов А.Ф., к.г.н., доцент кафедры экологии, географии и МП
(Ф.И.О., ученая степень, ученое звание, должность)
Калиненко Н.А., д.с-х.н., профессор ОмГПУ
(Ф.И.О., ученая степень, ученое звание, должность)
Периодичность ПЕРЕСМОТРА _1 раз в год_
Содержание
1. Программа дисциплины «Геоэкология оболочки Земли» ......................................5
1.1. Выписка из ГОС ВПО .....................................................................................................5
1.2. Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины .............................................5
1.3. Требования к уровню освоения дисциплины .............................................................5
1.4. Объем дисциплины и виды учебной работы ..............................................................5
1.5. Разделы дисциплины, виды и объем занятий.............................................................6
1.6. Содержание разделов дисциплины ...............................................................................6
1.7. Материально-техническое оснащение дисциплины .................................................8
2. Организация аудиторной и самостоятельной работы студентов ......8
2.1. Краткий курс лекций.......................................................................................................8
2.2. Планы практических занятий и методические рекомендации к ним ..............195
2.3. Планы лабораторных занятий и методические рекомендации к ним ..............211
1. Программа дисциплины «Геоэкология оболочки Земли»
1.1. Выписка из ГОС ВПО
ГОС предусмотрена как национально-региональный (вузовский) компонент цикла.
1.2. Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины
Дисциплина «Геоэкология оболочки Земли» читается с целью формирования
знаний об общих закономерностей развития географической оболочки,
неразрывном единстве всех компонентов географической среды, глобальных
геоэкологических проблемах человечества, особенностях их регионального и
локального проявления.
Основными задачами курса являются: углубление знаний в области
оптимизации взаимодействия человека, общества и природы; формирование
геоэкологического мышления при изучении основных глобальных экологических
проблем человечества; развитие творческого потенциала студентов при
рассмотрении различных подходов к решению геоэкологических проблем.
В ходе изучения курса формируется представление о наиболее общих
закономерностях в процессах взаимодействия геосфер Земли, основных проблемах
эпигеосферы как глобальной экологической системы, природных и природнохозяйственных системах, антропогенных воздействием на них и формами реакции,
экологических рисках, кризисах и катастрофах.
1.3. Требования к уровню освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен:
мира;
знать:
- основы природопользования и охраны природы;
- глобальные экологические и эколого-политические проблемы России и
- географические и социально-экономические аспекты экологических
проблем.
уметь:
- составлять элементарные геоэкологические прогнозы развития
компонентов географической оболочки, ландшафта или природного объекта;
- оценивать геоэкологическое состояние региона;
- составлять рекомендации по исправлению предкризисных и кризисных
экологических ситуаций.
владеть:
навыками
измерений
основных
физико-географических
и
геоэкологических характеристик при производстве натурных измерений на
местности;
- современными методами геоэкологических исследований, включая
использование информационных технологий;
- различными способами представления геоэкологической информации и
результатов исследований.
1.4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной деятельности
Всего
часов
Распределение по семестрам в часах (семестр)
7
8
Общая трудоемкость
дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ),
семинары (СЗ)
Лабораторные работы (ЛР),
другие виды аудиторных
занятий
Самостоятельная работа (СРС)
Курсовые работы, рефераты
Вид итогового контроля: зачет
150
38
112
74
42
18
10
56
32
14
4
10
18
4
14
76
8
20
56
8
-
1.5. Разделы дисциплины, виды и объем занятий
№
темы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Наименование разделов и тем
Основы геоэкологии
Учение о геосистемах
Эпигеосфера
Литосфера
Атмосфера
Гидросфера
Биосфера
Вторичные геосферы
Геоэкологические процессы
Биогеохимические циклы
Геохимический ландшафт
Экологическая остановка
Экологический риск
Экологические кризисы и
катастрофы
Саморегуляция природной
среды
Геоэкологический мониторинг
Геоэкологическое
картографирование
Геоэкологическое
районирование
Концепция устойчивого
развития
всего
12
8
8
4
8
4
4
4
20
4
8
12
4
Объем в часах по видам занятий
Л
ПЗ,СЗ
ЛР
СРС
2
4
6
2
2
4
2
2
4
2
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
6
4
10
2
2
2
2
4
2
4
6
2
2
8
2
20
2
4
2
8
2
4
2
2
4
2
2
4
2
4
4
10
2
2
4
1.6. Содержание разделов дисциплины
1. Основы геоэкологии. Геоэкология как наука. Базовые понятия
геоэкологии. Методология геоэкологических исследований.
2. Учение о геосистемах. Системный подход в географии. Состав геосистем
и их функциональные характеристики. Классификация геосистем.
3.
Эпигеосфера.
Состав
эпигеосферы.
Структура
эпигеосферы.
Закономерности эпигеосферы.
4. Литосфера. Состав литосферы. Развитие литосферы. Формирование
рельефа. Экологические функции литосферы.
5. Атмосфера. Состав атмосферы. История образования атмосферы.
Энергетические процессы атмосферы. Климат.
6. Гидросфера. Происхождение и распространение вод. Геоэкологические
свойства вод. Круговорот воды. Мировой океан. Воды суши.
7. Биосфера. Живое вещество. Характер эволюции биосферы. Биогенная
миграция химических элементов. Значение биосферы.
8. Вторичные геосферы. Эволюция криосферы. Криолитосфера. Ледники.
Образование почвенного покрова. Свойства почв. Экологическая роль почв.
Деградация почв. Содержание концепции ноосферы. Ноогенез.
9. Геоэкологические процессы. Геологические процессы. Климатические
процессы. Почвенные процессы. Флювиальные процессы. Склоновые процессы.
10. Биогеохимические циклы. Структура цикла. Особенности цикла в
полярных ландшафтах, умеренных широтах, аридных и тропических территориях.
11. Геохимический ландшафт. Элементарный геохимический ландшафт.
Миграция элементов. Геохимические барьеры.
12. Экологическая остановка. Экологическая емкость территории.
Классификация экологической обстановки. Критерии экологических нарушений.
13. Экологический риск. Понятие об экологическом риске. Показатели
риска. Оценка риска.
14. Экологические кризисы и катастрофы. Экологические кризисы в истории
человечества. Природные экологические катастрофы. Техногенные экологические
катастрофы. Моделирование и прогнозирование катастроф.
15. Саморегуляция природной среды. Иерархия геосистем. Состояния
геосистем. Стабилизирующая динамика. Стабилизирующие связи.
16. Геоэкологический мониторинг. Назначение геоэкологического
мониторинга. Процедура геоэкологического мониторинга. Дистанционные методы
мониторинга. Определение нагрузок.
17. Геоэкологическое картографирование. Направления геоэкологического
картографирования. Создание геоэкологических карт. Геоинформационные модели
территории.
18. Геоэкологические районирование. Принципы геоэкологического
районирования. Виды районирования. Выбор признаков районирования. Методика
и процедура районирования.
19. Концепция устойчивого развития. Понятие об устойчивом развитии.
Принципы устойчивого развития. Стратегия устойчивого развития.
Список литературы.
Основная.
1. Колесников, С.И. Экологические основы природопользования [Текст]:
учебник / С.И. Колесников. - М.: Дашков и К, 2010. - 304 с. (1)
2. Богданов И. И.. Геоэкология с основами биогеографии: учебное пособие
[Электронный ресурс] / М.:Флинта,2011. - 210 с.
- URL:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=83074
Дополнительная.
1. Квашнин, С.В. Геоэкологические проблемы Приишимья [Текст] :
монография / С. В. Квашнин. - Ишим : Изд-во ИГПИ им. П.П. Ершова, 2008.
- 108 с. (4)
2. Экология [Текст] : учеб.пособие для бакалавров / под общ. ред. А.В. Тотая.
- М. : Юрайт, 2012. - 411 с. (1)
3. Комарова, Н.Г. Геоэкология и природопользование [Текст] : учеб.пособие
для вузов / Н. Г. Комарова. - М. : Академия, 2007. - 192 с. (3)
4. Ясаманов, Н.А. Основы геоэкологии [Текст]: учеб.пособие для эколог.
спец. вузов / Н. А. Ясаманов. - М.: Академия, 2007. - 352с. (3)
5. Мартынова, М.И. Геоэкология. Оптимизация геосистем : учебное пособие
[Электронный ресурс]/ М.И.Мартынова. - Ростов-н/Д : Издательство Южного
федерального
университета,
2009.
88
с..
URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=241010
6. Егоренков, Л.И. Геоэкология: учебное пособие [Электронный ресурс] /
Л.И.Егоренков, Б.И.Кочуров. - М.: Финансы и статистика, 2005. - 319 с. URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=225546
1.7. Материально-техническое оснащение дисциплины
Распечатки топографических карт, заданий, инженерные калькуляторы.
2. Организация аудиторной и самостоятельной
работы студентов
2.1. Краткий курс лекций
1. Основы геоэкологии
1.1. Геоэкология как наука
Термин «экология ландшафта» был предложен немецким ученым
Карлом Троллем в конце 30-х гг. XX века. Тролль считал главной целью
этой науки функциональный анализ ландшафта, и подчеркивал
важность таких исследований для пространственного планирования.
Такое понимание экологии ландшафта является следствием
интеграции географии и биологии. Термин «экология ландшафта»
переведен Троллем на английский язык как геоэкология, однако в
немецкоязычных странах геоэкологию рассматривают как часть
экологии ландшафта, занимающуюся абиотической средой, отделяя ее
от биоэкологии, занимающейся биотой.
Геоэкология
–
междисциплинарное
научное
направление,
объединяющее исследования состава, строения, свойств, процессов,
физических и геохимических полей геосфер Земли как среды
обитания
человека
и
других
организмов.
Геоэкологические
исследования включают изучение ландшафтов, почв, поверхностных
и подземных вод, горных пород, нижние слои атмосферы,
растительный покров и требуют интеграции геологии, географии,
почвоведения, геофизики, геохимии, горных наук в единую систему
знаний о геоэкологической среде.
Экология ландшафта имеет широкий предмет исследований,
который охватывает природный ландшафт, человека и результаты его
деятельности, и рассматривает их в структурном, функциональном и
визуальном аспектах.
Цель ландшафтной экологии – изучение закономерностей
организации, функционирования и пространственно-временного
распределения
геосистем.
Сочетание
пространственного
и
пространственно-функционального
подходов
дает
возможность
понять всю сложность реальных природных систем.
Как самостоятельное научное направление ландшафтная экология
начала формироваться сравнительно недавно. Резкое возрастание
интереса к этому направлению за рубежом было инициировано в
основном природоохранными проблемами. Именно невозможность
адекватного описания природных процессов и закономерностей без
выхода за пределы таких понятий, как «биогеоценоз», стало причиной
возрождения ландшафтной экологии в Северной Америке и Европе.
Современная
зарубежная
ландшафтная
экология
начала
развиваться вне традиций и уже сложившихся подходов в географии.
В результате неживые компоненты геосистем описываются в ней
очень упрощенно либо не учитываются вообще. Этим объясняется
бурное становление геоэкологии, закрывающей эту брешь.
Ландшафтная экология – составная часть экологии, активно
развивающаяся
последние
20 лет. Ее становление
можно
рассматривать как естественное дополнение классической экологии
конструкциями, в основе которых лежат отношения компонентов,
выявляемые на основе ординации и градиентного анализа,
взаимодействия компонентов в пространстве и сама структура
пространства. Своей основой ландшафтная экология принимает
представления об экосистемах, биогеоценозах, геосистемах.
Геоэкология имеет дело с пространственными закономерностями
изучаемых процессов, этим она отличается от биологической по своей
сути, исторически сложившейся экологии. Проблемы, решаемые
биологической и социальной экологией, не включают исследование
самого механизма, возникающего в результате интенсивного,
длительного и значительного по своим пространственным масштабам,
антропогенного воздействия на ландшафты.
В настоящее время в географической литературе сформировалось
представление,
согласно
которому,
предметом
исследования
геоэкологии являются процессы взаимодействия природы, населения,
и хозяйства на определенной территории. Именно территория, как
нечто единое и целое, является пространством функционирования и
взаимодействия как всех природных процессов и явлений, так и
техногенных, и социальных. В связи с этим отчетливо понимается
необходимость
территориального,
а
не
традиционного,
ведомственного, подхода к планированию и управлению народным
хозяйством.
Центральным разделом геоэкологии является изучение динамики
природной среды, которое открывает прямые пути научного познания
влияния человека на структуру и функционирование геосистем,
помогает вскрыть механизм антропогенных воздействий на природу.
Основной задачей геоэкологии является изучение изменений
жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек под влиянием
природных и антропогенных факторов, их охрана, рациональное
использование и контроль с целью сохранения для нынешних и
будущих поколений людей продуктивной природной среды.
1. Глобальные геосферные жизнеобеспечивающие циклы – изучение
роли геосферных оболочек Земли в глобальных циклах переноса
углерода, азота и воды.
2. Глобальная геодинамика и ее влияние на состав, состояние и
эволюцию биосферы.
3. Влияние геосферных оболочек на изменение климата и
экологическое состояние, геофизические и геохимические поля,
геоактивные зоны Земли.
4. Глобальный и региональные экологические кризисы.
5. Изменения природной среды под влиянием урбанизации и
хозяйственной деятельности человека: химическое и радиоактивное
загрязнение почв, пород, поверхностных и подземных вод,
возникновение и развитие опасных техноприродных процессов,
наведенные физические поля, деградация криолитозоны, сокращение
ресурсов подземных вод.
6. Динамика, механизм, факторы и закономерности развития
опасных природных и техноприродных процессов, прогноз их
развития, оценка опасности и риска, управление риском,
превентивные
мероприятия
по
снижению
последствий
катастрофических процессов, инженерная защита территорий,
зданий и сооружений.
1.2. Базовые понятия геоэкологии
В рамках ландшафтной экологии ландшафт рассматривается как
отображение взаимодействующих естественных геоморфологических,
климатических, биологических, почвенных процессов на фоне и же
воздействием различных нарушений. Используются семь базовых
понятий: 1) ландшафтная структура и функционирование, 2)
биологическое разнообразие, 3) расселение видов (организмов), 4)
круговорот и транспорт минерального питания (биогеохимия), 5)
потоки энергии, 6) динамика ландшафта, 7) устойчивость ландшафта.
Системный подход разнообразил и углубил понятие структуры
ландшафта. В работах Э.Г. Коломыца, А.Ю. Ретеюма, В.Н. Солнцева
была
развита
концепция
полиструктурности
ландшафтного
пространства. Организация географического пространства—времени
обусловлена
вещественно-энергетическим
(потоковым)
взаимодействием в поверхностном слое водных, воздушных,
грунтовых и биотических масс.
Пространственной
геосистемной
структуре
присущи
два
фундаментальных свойства — мозаичность и ориентированность. В
основе мозаичности лежит свойство геологических тел обосабливать
природные
комплексы,
связанное
с
пространственной
дифференциацией геостационарного поля Земли. Мозаичность
выражается в том, что геосистемную структуру на любом масштабном
уровне можно представить как совокупность геоячей, имеющих в
плане изометрическую форму и закономерно группирующихся в
геоячеи более крупного размера.
В качестве факторов, описывающих структуру, определяются пути
различных типов воздействия и взаимодействия: линии, коридоры,
матричные и сетевые структуры. Все эти частные структур
обобщаются в единую структуру, порождающую гетерогенное
строение территории.
В рамках функционирования рассматриваются представления
частных наук, которые в последующем интерпретируются через
различные типы структуры. В целом структура рассматривается через
подразделение на части или элементы ландшафта. Все формы
воздействия человека и проблемы управления рассматриваются в
рамках общей системы представлений.
Внимание привлекает также проблема ландшафтных экотонов.
Экотоны представляют собой переходные буферные зоны (полосы)
между смежными, достаточно контрастными по своей природе
геосистемами.
Им
свойственно
повышенное
разнообразие
ландшафтных структур, интенсивное проявление латеральных
вещественно-энергетических
потоков,
особая
динамичность
флуктуаций и трендов.
Этот краткий обзор показывает основные истоки ландшафтной
экологии, определяющие в первую очередь ее отличие от
ландшафтоведения. Можно утверждать, что ландшафтная экология,
хотя и не постулирует, но сохраняет высокую биоцентричность (как и
классическая экология), опирается на представления о переносах
вещества в пространстве, разработанных в частных науках, и
пытается
их
интегрировать
через
ориентированные
или
неориентированные в пространстве структуры. Представления об
иерархии структур лишь намечены конспективно.
Русская география развивалось из существенно иных оснований.
Специфика территории России и практические задачи определили
естественность развития ландшафтоведения на базе геоморфологии с
ее конструктивными представлениями о генезисе четвертичных
отложений.
Представления
географического
детерминизма,
являвшиеся во многом основой почвоведения и геоботаники,
создавали необходимую теоретическую основу для насыщения
содержанием
геоморфологически
однородных
территорий.
Необходимость отображения пространства в разных масштабах
стимулировало развитие идей об иерархической организации
территории и морфологии ландшафта. Таким образом, ядра
классического
ландшафтоведения
и
ландшафтной
экологии
существенно отличны. Первая строит свою конструкцию от
структуры, присваивая каждому уровню свой генетический фактор,
вторая – от взаимодействий, порождающих структуру. Вместе с тем
при расширенном понимании ландшафтоведения как раздела
физической географии эти
различия
становятся
не
столь
существенными.
Русская география исходно стояла на позициях полицентрического
представления объекта, ландшафтная экология явно стремится к
этому, но не преодолевает своего исходного биоцентризма. В русской
географии более полно разработаны представления о типологической
и
территориальной
иерархической
структуре,
соотношении
пространства и времени, в ландшафтной экологии – представления о
линейных, коридорных, сетевых и матричных взаимодействиях. В
конечном итоге два сравниваемых направления по сути дела хорошо
демонстрируют конвергентность развития научной мысли. Вместе с
тем различия исходного базиса и традиций англоязычной и
русскоязычных школ может создавать определенные трудности для
взаимопонимания.
Признавая за ландшафтной экологией устойчивый мировой научный статус,
которого не имеет ландшафтоведение, целесообразно направлять усилия на
включение конструктивных идей ландшафтоведения в ландшафтную экологию.
1.3. Методология геоэкологических исследований
Методологической
основой
геоэкологических исследований
служит
геоэкологический анализ (ГЭА). ГЭА – анализ пространственный, точнее,
пространственно-временной, причем не ограниченный жестко тем или иным
территориальным уровнем, а учитывающий всю пространственную иерархию
геосистем. Такой акцент диктуется географической традицией изучения земных
систем.
В силу отмеченного пути решения экологических проблем во многом (хотя и не
во всем) связаны с поиском удачных (обоснованных) пространственных решений, а
также с совершенствованием временной организации природопользования.
Геоэкологический анализ отличается от традиционного географического
прежде всего тем, что предполагает обязательное использование экологического
подхода в исследовании геосистем. Такой подход иногда называют «центральноориентированным вариантом системного подхода». При этом геосистема может
быть рассмотрена как центрированная либо на человека (население), либо на
хозяйство, либо на природу или ее составляющие.
Исследование геосистем должно вестись по всей цепочке связей и
взаимодействий между подсистемами: воздействия на природу – изменения природы
– обратные воздействия измененной природы – их социально-экономические и
экологические последствия.
Комплекс средств и методов геоэкологического анализа отдельных типов
геосистем и их компонентов включает:
 систему
наблюдений,
экспериментальных
исследований,
картографирования;
 разработку концептуальных, балансовых, математических моделей;
 дистанционное зондирование, включая использование космической
информации.
Ввиду исключительной сложности ГЭА, огромного массива используемой в
процессе анализа информации важную роль призвано сыграть применение в ГЭА
современных геоинформационных технологий.
В структуру ГЭА должны входить следующие основные звенья:
 изучение связей и взаимодействий в геосистемах, определяющих их
состояния;
 оценка современного состояния геосистем;
 определение «траектории» изменения их состояний в процессе
существования геосистем;
 прогноз (вариантный) возможных изменений состояний геосистем;
 определение мер по оптимизации состояний геосистем при разных
вариантах их существования;
 выявление изменений состояний геосистем после реализации (или
нереализации) этих мер; внесение корректив в методику оценки и прогноза
состояний геосистем, в практику их проектирования и создания.
Конечно, в каждом случае исследуется геосистема определенного типа и с
определенными целями. Поэтому обязательным этапом ГЭА должно стать четкое
формулирование цели и задач исследования и четкое определение объекта изучения
с указанием типа и ранга геосистемы и тех связей и взаимодействий в геосистеме,
которые являются основными в формировании ее экологического состояния. Вместе
с тем следует учитывать, что все геосистемы – системы открытые, что требует
постоянного внимания к связям между системами разных рангов и уровней.
Оценка состояний геосистем – одна из основных задач ГЭА. Целесообразно
выделить следующие звенья процесса оценивания:
 выявление факторов, определяющих состояние геосистем, а также
компонентов геосистем и их территориальных подразделений, подлежащих
оцениванию; выбор критериев оценки состояний геосистем;
 определение совокупности параметров, адекватно описывающих
состояния геосистем;
 мониторинг состояний как система слежения за данными параметрами;
 конструирование (моделирование) эталонных (желаемых, оптимальных,
идеальных) состояний геосистем;
 проведение собственно оценки реальных и потенциальных состояний
геосистем.
К числу принципов оценки и прогноза экологических состояний геосистем
относятся:
 принцип итеративности (последовательного уточнения посредством
многочисленных приближений) по двум направлениям;
 последовательность перехода от геосистем высших уровней иерархии к
низшим и наоборот;
 переоценка состояний геосистем (уточнения прогнозов) по мере
накопления новой информации и появления новых методик оценки и прогноза;
 избирательность, предполагающая, что главное внимание уделяется
ключевым звеньям, компонентам, связям и отношениям;
 последовательное изменение пространственного и временного масштаба
исследования; сочетание комплексных (синтетических, интегральных) оценок с
аналитическими, «покомпонентными» оценками;
 разностороннее описание состояний геосистем, их инвентаризация,
классификация, ранжирование, картирование.
Многосторонняя характеристика геосистем важна, в частности, потому, что
комплексное
видение
территориальных
реалий,
составляющее
суть
геоэкологического анализа, необходимо перевести на язык управления, обеспечить
точную адресность рекомендаций. Связано это с тем, что любая экологическая
ситуация по-разному рассматривается и воспринимается специалистами разных
ведомств и научных учреждений, представителями властей и населением.
Отсутствие многосторонних, многоаспектных характеристик геосистем часто
приводит к неразрешимым противоречиям при обсуждении экологических проблем.
Как показали исследования, результаты таких обсуждений зависят от того, с каких
позиций рассматривается та или иная экологическая обстановка, каковы цели и
ценностные ориентиры каждого из участников дискуссии.
Эколого-географическое положение геосистемы определяется: во-первых,
устойчивостью, сопротивляемостью ее природной составляющей к антропогенным
воздействиям, способностью природных компонентов и комплексов передавать,
трансформировать и ликвидировать эти воздействия; во-вторых, отношением к
природным и антропогенным источникам экологической опасности, внешним по
отношению к данной геосистеме, а также природным и антропогенным каналам
распространения воздействий.
Организация геосистемного мониторинга – одного из основных звеньев ГЭА.
Можно полагать, что основную информацию для оценки экологического состояния
геосистем будет поставлять мониторинг. При этом речь идет не о формировании
специальной сети наблюдений в связи с геоэкологическими исследованиями (это,
конечно, необходимо, но вряд ли осуществимо в обозримом будущем), а о
совершенствовании
существующей
сети
мониторинга,
в
частности
гидрометеорологической сети, и о расширении осуществляемых на ней программ
так называемого антропогенного мониторинга путем включения в них
экологических разделов.
Уже сейчас на территории нашей страны действуют многочисленные
государственные службы, проводящие наблюдения по многим разделам
геосистемного мониторинга (ГСМ). В их число входит сеть станций
гидрометеослужбы,
в
том
числе
воднобалансовые
и
стоковые,
агрометеорологические, лавинные и селестоковые, опытные сельскохозяйственные,
лесные
и
лесомелиоративные
станции,
гидрометеорологические
и
гидромелиоративные станции, санитарно-эпидемиологические станции и др. Однако
необходимо создать скоординированные программы наблюдений ГСМ и центров по
обработке получаемой информации. В структуру таких центров ГСМ должны
входить банки данных, банки проб, банки стандартов, банки прогностических и
управленческих моделей. Оперативно такой центр должен входить в систему
управления качеством окружающей среды – состоянием геосистем.
По материалам дистанционного зондирования Земли из космоса особенно
хорошо определяются показатели, характеризующие загрязнение воздуха;
расчлененность поверхности линейными сооружениями; сеть населенных пунктов,
промышленных и курортных зон; состояние гидрографической сети; антропогенные
изменения рельефа и почвенного покрова; состояние растительности и ее изменение
во времени.
Поскольку все геосистемы открытые, возникает необходимость анализа
распространения негативных последствий от геосистемы к геосистеме по
горизонтальным и вертикальным связям, наличие которых способствует
превращению локальных экологических проблем в региональные и глобальные. При
этом следует учитывать территориальные различия геосистем. Таким образом, ГЭА
должен быть повсеместным и в то же время – территориально
дифференцированным.
Изменения экологического состояния геосистем в процессе функционирования
требуют постоянного анализа временных параметров этих изменений. Необходимы:
анализ кратких, средних и длительных по времени возникновения последствий,
прежде всего негативных; своевременное выявление возможных изменений
экологического состояния геосистем с внедрением той или иной новой технологии;
своевременная информация о всех экологических катастрофах – «больших» и
«малых» и т. д. ГЭА должен быть не только повсеместным в пространстве, но и
непрерывным во времени. Он должен проводиться на всех этапах управления
геосистемами – от проектирования до эксплуатации и реконструкции.
Он направлен на создание научных основ решения проблем оздоровления
экологической ситуации и рационализации природопользования. ЭГА включает
комплекс методов: сравнительно-географический, геосистемный (ландшафтный),
картографический, геохимический и другие, предполагает изучение связей между
обществом (ядром) и окружающей средой.
2. Учение о геосистемах
2.1. Системный подход в географии
Традиционно объектом изучения географических наук выступают
природные компоненты и их сочетания – природные комплексы.
Процессы и явления, происходящие на поверхности Земли, связаны с
пространственной организацией природных комплексов. Территория
обладает такими свойствами, как географическое положение,
размеры, протяженность, «емкость» (т. е. большая или меньшая
возможность для заселения или хозяйственной деятельности).
Пространственное расположение географических объектов оказывает
влияние на степень их взаимодействия, функциональные показатели.
Начало теории систем положил австрийский биолог Людвиг фон
Берталанфи (1901-1971), профессор теоретической биологии в США.
Труд Берталанфи «Общая теория систем» вышел в середине 1950-х гг.
Тогда же он основал в США «Общество исследований и области общей
теории систем». Берталанфи назвал системой комплекс элементов,
находящихся во взаимодействии, выделил системы закрытые и
открытые, ввел понятия о равновесии и подвижном равновесии
системы, о поведении системы и согласованности скоростей
протекающих в ней процессов. Общая теория систем (ОТС) ввела в
науку представление не только о системе, но и об организации, об
изучении множеств, состоящих из объектов и процессов,
относящихся к разным формам движения материи.
Системные исследования развернулись в биогеоценологии, а затем
и в смежной с ней области ландшафтоведения. Системный подход в
географии (вообще говоря, типичный для нее в течение длительного
времени, особенно с возникновением научной школы Докучаева) стал
проникать в исследования в 1960-1970-е гг.
В нашей стране системные исследования связаны прежде всего с
сибирской школой географии В. Б. Сочавы, которая с 1960-х гг.
начала использовать системный анализ. За рубежом системный
подход стал раньше всего применяться в США, Швеции, а затем и в
Англии, где в 1971 г. вышла большая книга Ричарда Чорли и
Барбары Кеннеди «Физическая география: системный подход». В этой
книге авторы выделили системы морфологические, каскадные,
(цепные),
раскрывающие
процессы
и
контролирующие
(регулирующие) их. Кроме того, в Англии появился ряд работ по
теории систем применительно к отдельным областям географии –
геоморфологии, биогеографии и другим.
Анализ систем в географической науке требует, чтобы эти
системы реально существовали в пространстве-времени в масштабе,
позволяющем нанести эти системы на те или иные тематические
карты. Таким образом, исследуемые географической наукой системы
находятся в определенном диапазоне параметров. Системная
парадигма открыла перед географией новые перспективы. По-новому
стал трактоваться круговорот субстанции в географической оболочке.
Новое трактование получил процесс изменения количества
негэнтропии в ландшатфной сфере. На базе системного подхода поновому стали восприниматься представления о преобразовательной и
стабилизирующей динамике географической среды. Утвердилось
понятие о геосистемах и начало создаваться учение о них.
Внедрение системного подхода (парадигмы) в ландшафтоведение
в 70-е гг. XX в., с одной стороны, подтвердило фундаментальность
полученных ранее результатов и прежних теоретических доктрин, а с
другой — еще более обнажило некоторую узость структурногенетического подхода. Одновременно происходило развитие
функционально-динамического направления, т.е. возросло внимание
к временной составляющей геосистемной организации земной
поверхности. В фокусе рассмотрения методологических положений
оказались понятия "состояние", "саморегуляция", "изменчивость",
"устойчивость" и др. Тогда же была поставлена проблема изучения
пространственно-временной организации ландшафта.
Каждая исследуемая географической наукой система (геосистема)
представляет собой пространство, где отдельные компоненты
природы объединены процессами перемещения вещества и энергии.
В. Б. Сочава считал целесообразным называть геоэкологию
«учением о геосистемах» и рассматривал ее как современную
физическую географию в узком смысле. По существу, учение о
геосистемах можно рассматривать как стержень современной
физической географии. Содержание системного подхода состоит в
том, что он рассматривает каждый объект как сложное образование,
состоящее из различных элементов, взаимодействующих между
собой. Этот подход наиболее эффективен, когда изучаемый объект
имеет сложные и многосторонние внутренние и внешние связи.
Системная парадигма в географии является частью общенаучной
теории систем, она подчеркивает генезис процессов и системное
сходство их характера.
2.2. Состав геосистем и их функциональные характеристики
При системном описании ландшафт можно рассматривать как
определенную совокупность блоков, которые связаны между собой
потоками вещества и энергии. Кроме того, существуют потоки,
входящие в систему извне (входные потоки) и выходящие из нее
(выходные потоки). Под блоками понимаются любые компоненты
биогеоценоза, в которые вещества и энергия поступают, в которых
они преобразуются, хранятся и из которых они выходят. Потоками
называются вещества и энергия, перемещающиеся в данный момент
из блока в блок. Каждый блок характеризуется измеряемыми
величинами запасов веществ и энергии, и каждый поток –
интенсивностью, т. е. количеством вещества или энергии, которое
переносится из блока в блок за единицу времени
Теснота связей между компонентами геосистемы может быть
поставлена на первое место в ряду логических критериев учения о
геосистемах, так как характеризует очень важную особенность
структуру этих систем. При нарушении нормы тесноты (допустимой
жесткости детерминации) геосистема как таковая неминуемо
распадается. Это обстоятельство имеет глубокий смысл, так как с
одной стороны, определяет возможность длительного существования
геосистемы как целого и, с другой – не стесняет некоторые
отклонения режимов, ее компонентов.
Компонентами ландшафта (и любой геосистемы) являются
слагающие его “естественно - исторические тела” - качественно
особые виды материи (климат, морфологический комплекс с
присущей ему геологической основой, воды, почва, растительность и
прочее). Они характеризуются каждый своей формой движения
материи – по отношению к географической форме движения
(знаменующей развитие географической среды), менее сложной,
нередко низшей или побочной.
Н. Л. Беручашвили связал функционирование ландшафта с
динамикой геомасс – функциональных частей ПТК, имеющих
метрические характеристики, форму, ориентацию, плотность, вес,
цвет, спектральную отражающую способность и характерное время.
При активных состояниях геомассы способны перемещаться в
пространстве и изменять свои количественные характеристики. Если
геомассы количественно не меняются и не перемещаются в
пространстве,
но
принимают
участие
в
процессах
функционирования ПТК, то они относятся к стабильным. При
инертном состоянии процессы функционирования в геомассах
крайне замедлены и участие в функционировании ПТК они не
принимают.
К основным функциям геосистем относятся трансформация
солнечной энергии, механическое перемещение твердого вещества
под действием силы тяжести, циркуляция воздуха, влагооборот и
биогенный круговорот веществ. В каждой геосистеме относительно
высокого ранга системы более низких рангов выступают как особые
структурные части, связанные между собой потоками вещества и
энергии. Долины и междуречья, гряды и ложбины, холмы и
котловины образуют сопряженные территориальные системы.
Воздействие на соседние геосистемы осуществляется главным
образом
по
двум
потокам:
1)
биологическое
растекание,
обусловленное прежде всего разносом семян растений воздушными
потоками, а также мигрирующими животными; 2) почвенногрунтовый и русловой сток, изменения которого способны
существенно повлиять на характер данного ландшафтного
сопряжения. Если первый из этих потоков можно в грубом
приближении считать равнозначным по всем направлениям, то
второй является всегда однонаправленным.
Антропогенное воздействие на природные географические
системы приводит к формированию природно-хозяйственных систем
–
пространственно-временных
объектов,
характеризующихся
закономерным сочетанием природных условий, выраженных
морфологическими
единицами
ландшафта,
и
особенностями
хозяйственной и иной деятельности населения, отраженными в типах
или видах использования земель.
Согласно закону необходимого разнообразия, устойчивость
природно-хозяйственных систем к неблагоприятным воздействиям
находится в прямой зависимости от многообразия их динамических
состояний, способных компенсировать эти воздействия. Важнейшая
роль здесь принадлежит биоте как наиболее подвижному компоненту
ландшафта, обладающему способностью к самоорганизации. По
утверждению В. Б. Сочавы, масса живого вещества – не только
продукт геосистемы, но и отражение ее организованности.
Все превращения условно неизменного инварианта геосистемы
рассматриваются как ее динамика. Безусловно, в широком смысле
динамика не отделима от эволюции, а эволюция от динамики. Для
каждого
инварианта
время,
прошедшее
с
момента
его
возникновения в процессе эволюции ландшафтной сферы мы
считаем возрастом геосистемы, а время существования каждого из
переменных состояний одного инварианта на определенном участке
поверхности – долговечностью геосистемы. Таким образом, возраст
геосистемы – это продолжительность ее существования в
эволюционном
ряду в
качестве
определенного структурнодинамического типа. Как правило, чем выше рангом подразделение
природной среды, тем больше его возраст. При этом возраст
отдельных подразделений одного и того же ранга (например геомов)
может существенно различаться.
2.3. Классификация геосистем
Геосистемы сильно различаются по масштабу, поэтому они
делятся по критерию их размерности – длине, площади, объему,
массе,
времени.
От
величины
этих
показателей
зависят
характеристики системообразующих процессов. Ранг размерности
геосистем определяется особенностями круговорота субстанции.
Выделяется три класса размерности: топогеосистема (мощность до
2х7000 км), региональная геосистема (до 4х60000), планетарная
геосистема (17х2000000).
В. Б. Сочава, предложил рассматривать природную среду в
качестве двух взаимосвязанных категорий географических систем:
геомеров и геохор. Элементарный геомер выступает как однородное
пространство минимальных размеров, на котором умещаются все
составляющие геосистему компоненты. Геохора – гетерогенная
пространственная
система,
образованная
территориально
примыкающими друг к другу разными геомерами, в совокупности
представляющими структурно-динамическое и функциональное
целое.
Таким
образом,
географическая
система
получает
одновременно пространственное и структурно-функциональное
обоснование.
Элементарный геомер – это не только морфологическое понятие.
Он представляет собой первичный аппарат энергетического и
материального обмена в геосфере, который действует, однако, только
как часть элементарной геохоры и на фоне влияющих на нее
геосистем более высокого ранга.
По времени существования выделяют:
 коренные – существуюшие неограниченно долго
 серийные (долго- и кратковременнопроизводные) – время
существования ограничено, происходят сукцессии
 условно-коренные
–
близки
к
коренным,
но
функциональные процессы еще не устоялись
 квазикоренные – устойчивость достигнута за счет
гипертрофирования функции одного из факторов
(болото, солончак…)
Все
геосистемы
эквифинального
вида
–
коренные,
условнокоренные и квазикоренные – представляют собой своего рода
материнские ядра многочисленных серийных геосистем, ряды
которых исходят от эквифинала, когда сукцессия начинает
прогрессировать, и всходят к нему, когда коренное (или условно-, или
квази-) состояние начинает восстанавливаться.
Эпифация
–
это
совокупность
переменных
состояний
элементарных геомеров, каждое из которых подчинено одному
материнскому ядру – одной из эквифинальных фаций; ее можно
рассматривать как совокупность динамически связанных геомеров,
соотношение
между
которыми
целесообразно
изучать
количественными методами.
Эквифинальные структуры, их переменные состояния и
модификации, вызванные внешними агентами, в пределах
эпифации представляют динамическую целостность. В совокупности
они образуют множество, для упорядочения представления о котором
возможна только классификация всех переменных состояний
(включая и их трансформацию под влиянием человека) в связи с
материнским ядром – эквифинальной фации. То есть, коренная
фация, сопряженные с ней ряды серийных фаций, а также
различные ее модификации – все вместе должно рассматриваться
как некое динамическое целое.
3. Эпигеосфера
3.1. Состав эпигеосферы
По мере накопления знаний о природе стало ясно, что Земля имеет
оболочное строение. Поверхность земного шара стала пониматься как
результат сложного взаимодействия четырех составляющих ее сфер:
литосферы (твердой), атмосферы (воздушной), гидросферы (водной) и
биосферы
(живое
вещество).
Геосферы
–
географические
концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых
состоит
планета
Земля.
Выделяются
следующие
геосферы:
атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро
Земли.
Геосферы условно делятся на базовые или главные (литосфера,
атмосфера и гидросфера и другие), а также относительно автономно
развивающиеся вторичные геосферы: педосфера, антропосфера
(Родоман), социосфера (Ефремов) и ноосфера (Вернадский).
Первые предложения по сохранению единства знания о Земле и
созданию обобщающей его науки прозвучали в виде синтетической
концепции геосфер Э. Зюсса и в идее А. Геттнера. В России
сторонником единой и общей географии был В. В. Докучаев.
Эпигеосфера, географическая оболочка Земли – комплексное
природное образование, состоящее из четырех взаимопроникающих
природных
сфер,
обусловливающих
своим
взаимодействием
наружный облик поверхности планеты. В пределах эпигеосферы
взаимодействуют силы разного происхождения (в частности –
солнечная энергия, энергия внутренних слоёв Земли, сила тяжести,
движения воздушных, водных и литогенных потоков).
Земная кора, составляющая нижнюю сферу географической
оболочки, тесно связана с гидросферой и атмосферой. Между ними
происходит непрерывный обмен вещества и энергии, который
находит свое выражение в тектонических движениях, включая
землетрясения, вулканизм. Без учета структуры земной коры нельзя
понять природного разнообразия материков и океанов. На характере
внешнего строения земной коры сказывается и взаимодействие
литосферы с гидросферой и атмосферой. Атмосфера и гидросфера
поддерживают жизнь на Земле.
Географическая оболочка не имеет четких границ, поэтому ученые
проводят их по-разному. Обычно за верхнюю границу принимают
озоновый экран, расположенный на высоте около 25 км, где
задерживается большая часть ультрафиолетовой радиации, которая
губительно действует на живые организмы. Нижней границей на
суше чаще всего считают подошву коры выветривания. Это часть
земной поверхности, которая подвержена наиболее сильным
изменениям под воздействием воздуха, воды и живых организмов.
Ее максимальная мощность около 1 км. Таким образом, общая
мощность географической оболочки на суше составляет около 30 км.
В состав географической оболочки входит вся толща океанических
вод и воды, связанные на земной поверхности в жидком и твердом
агрегатном состоянии.
Характерная особенность географической оболочки Земли – это
внутренняя неоднородность и контрастность слагающих ее сфер,
проявляющаяся в слоистом строении атмосферы, гидросферы и
литосферы. Главное свойство географической оболочки заключается
в постоянном обмене веществом и энергией не только между нею и
внешним миром (космическим пространством), но и между сферами
самой оболочки и отдельными частями одной и той же сферы. Этот
обмен определяет внутреннюю неоднородность земных сфер в целом,
циклическое развитие географической оболочки. Изменчивость ее
состава и строения делает все более сложной организацию геосфер и
ландшафтных комплексов, выстилающих земную поверхность.
Наиболее крупными и важными частями географической
оболочки являются тропосфера, океаны, материки. Тропосфера
всегда находилась над физической поверхностью земного шара.
Положение же материков и океанов менялось.
Более простыми частями географической оболочки, возникшими в
ходе ее эволюции, являются географические комплексы. Комплексы
состоят из природных компонентов. Компонентами географической
оболочки являются горные породы, вода, воздух, почва, животный и
растительный мир. Компоненты в разных частях географической
оболочки сочетаются по-разному, и не всюду имеется их полный
набор.
Географическая оболочка прошла длительную и сложную историю
развития.
Предполагают,
что
первичная
холодная
Земля
образовалась, как и другие планеты, из межзвездных пыли и газов
4,6 млрд. лет тому назад. Первый этап развития географической
оболочки продолжался с 4,6 млрд. лет до 570 млн. лет назад. В этот
период сформировались материковые выступы и океанические
впадины. Около 2 млрд. лет назад появились бесскелетные
многоклеточные организмы.
Второй этап развития географической оболочки (от 570 млн. до 40
тыс. лет назад) включает палеозой, мезозой и почти весь кайнозой.
Этот этап характеризуется формированием современных атмосферы
и
гидросферы,
образованием
озонового
экрана,
резким
качественным (возникли и распространились скелетные организмы) и
количественным
скачком
в
развитии
органического
мира,
образованием почв. Причем, как и на предыдущем этапе, периоды
эволюционного развития чередовались с периодами, имевшими
катастрофический характер. Это относится как к неорганической,
так и к органической природе. Периоды спокойной эволюции живых
организмов сменялись периодами массового вымирания растений и
животных.
Третий этап (40 тыс. лет назад – наше время) характеризуется
возрастающим воздействием человека на окружающую его
природную среду. Причем ясно, что если эту деятельность не
ограничить определенными рамками, может наступить гибель
цивилизации.
3.2. Структура эпигеосферы
Структура эпигеосферы чрезвычайно сложна, причем четко
выражены как ее вертикальная, так и горизонтальная составляющие.
Три основных структурных блока – тропосфера, гидросфера и
осадочная оболочка земной коры (стратисфера) – расположены в
виде ярусов в соответствии с их плотностью. Четвертый блок
(компонент) – биосфера как совокупность всех организмов – не
образует самостоятельной оболочки, а пронизывает все три главных
яруса. При этом живое вещество в основном сосредоточено в зонах
непосредственного контакта трех неорганических сфер, образуя, по
выражению В. И. Вернадского, «пленки жизни». Наиболее сложное
строение эпигеосфера имеет на контакте сфер: атмосферы и
литосферы
(поверхность
суши),
атмосферы
и
гидросферы
(поверхностные слои Мирового океана), гидросферы и литосферы
(дно Мирового океана), а также в прибрежной полосе океана, где
контактируют гидросфера, литосфера и атмосфера. При удалении от
этих зон контактов строение географической оболочки становится
более простым. Вертикальная дифференциация эпигеосферы
послужила основанием известному географу Ф.Н. Милькову для
выделения внутри этой оболочки ландшафтной сферы – тонкого слоя
прямого соприкосновения и активного взаимодействия земной коры,
атмосферы и водной оболочки.
Ландшафтная сфера – биологический фокус географической
оболочки. Ее мощность изменяется от нескольких десятков метров до
200-300 м. Ландшафтная сфера распадается на пять вариантов:
наземный (на суше), земноводный (мелководные моря, озёра, реки),
водно-поверхностный (в океане), ледовый и донный (дно океана).
Самый распространённый из них – водно-поверхностный. Он
включает в себя двухсотметровый поверхностный слой воды и слой
воздуха высотой 50 м. В состав наземного варианта ландшафтной
сферы, лучше других изученного, входят слой воздуха высотой 30-50
м от подстилающей поверхности, современная кора выветривания,
почва и биоценозы. Как видно, ландшафтная сфера – активное ядро
эпигеосферы.
Эпигеосфера неоднородна не только в вертикальном направлении,
но и в горизонтальном. В этом отношении она расчленяется на
отдельные природные комплексы. Дифференциация эпигеосферы на
природные комплексы обусловлена неравномерным распределением
тепла на разных ее участках и неоднородностью земной поверхности.
Самый крупный природный комплекс – сама эпигеосфера. К
природным комплексам относятся также материки и океаны,
природные зоны (тундры, леса, степи и др.) и такие природные
образования, как Восточно-Европейская равнина, пустыня Сахара,
Амазонская низменность и др. Небольшие природные комплексы
приурочены к отдельным холмам, их склонам, долинам рек и их
отдельным участкам (руслу, пойме, надпойменным террасам) и
другим мезо- и микроформам рельефа. Чем меньше природный
комплекс, тем однороднее природные условия в его пределах.
Таким образом, вся эпигеосфера имеет сложное мозаичное
строение, она состоит из природных комплексов разного ранга.
Природные комплексы, образовавшиеся на суше, называют
территориальными, а в океане или другом водоеме – аквальными.
Все природные компоненты ландшафтной сферы (рельеф и
горные породы, наземный слой атмосферы, воды, почвы,
растительный и животный миры) находятся во внутренней
взаимосвязи и развитии. Повсюду природные компоненты
ландшафтной сферы несут следы антропогенной деятельности.
Доказано, что с развитием на Земле живых организмов между
естественными телами (живой и неживой природой) установилась
тесная генетическая связь, определившая целостный характер
земной поверхности.
Ф. Н. Мильков предлагает различать пять вариантов ландшафтной
сферы: наземный, земноводный, водный, ледовый и донный
(подводный). Природа земной поверхности состоит из сложных
систем, или природно-территориальных комплексов (ПТК), или
геокомплексов, представляющих собой совокупность закономерно
территориально
ограниченных
сочетаний
литологогеоморфологических,
водно-климатических
и
биологических
компонентов. Целостность отдельного геокомплекса вытекает из
взаимодействия и совместного развития всех составных частей –
компонентов ландшафтной сферы и находит свое конкретное
выражение в определенном геокомплексе, как более крупном и
сложном, так и в более мелком и относительно простом.
Существует понятие о таксономической системе геокомплексов,
каждая
единица
которой
находится
в
территориальном
соподчинении. Ландшафтная сфера состоит из следующей иерархии
геокомплексов: материк, пояс, страна, зона, провинция, округ,
район, микрорайон.
Природный ландшафт – генетически относительно однородный
участок территории (по характеру рельефа, почвенно-климатических
условий, вод и биоценоза), состоящий из взаимодействующих
природных
компонентов
и
подверженный
определенным
воздействиям со стороны человека. Ландшафты – объективно
существующие
части
земной
поверхности,
представляющие
самостоятельные природные образования, которые качественно
отличаются друг от друга. Геологическое строение, рельеф, климат,
почвы, воды и другие природные компоненты, принимающие
участие в формировании конкретного ландшафта, относятся к
ландшафтообразующим
факторам
и
представляют
системы
различного типа. Каждый ландшафт как реальное природное
образование, имеет свой индивидуальный внешний облик и
внутреннюю структуру, образуемую прямыми и обратными
взаимосвязями и взаимодействиями между ландшафтообразующими
природными компонентами; он имеет конкретное положение на
земной поверхности и границы, развитие в пространстве и во
времени, определяемое изменениями в соотношении массы и
энергетического баланса.
Ландшафты как природно-территориальные комплексы изучаются
в индивидуальном и типологическом плане. Это означает, что для
науки и практики может представлять интерес каждый конкретный
ландшафт (степной ландшафт Северного Кавказа, Северного
Казахстана и т. д.) с его индивидуальными, неповторимыми
особенностями природы. В то же время важно определить черты
сходства, общие (типологические) признаки, повторяющиеся в
различных ландшафтах. Это нужно для того, чтобы свести все их
чрезвычайное многообразие к определенным классификационным
понятиям – классам, типам, видам.
В типологическом понимании ландшафт – относительно
однородная территория или местность определенного характера.
Например, можно говорить о пустынном типе ландшафта вообще и о
его подтипах (песчаных, глинистых, каменистых и других пустынях),
о видах песчаных пустынь (барханных, лишенных растительности,
бугристо-грядовых, закрепленных растительностью и др.) и т.д.
Типологический подход имеет доминирующее значение при
исследовании,
характеристике
относительно
более
простых
комплексов – морфологических частей ландшафта, слагающих
конкретный его тип. Ландшафт в типологическом значении
понимается, изучается и классифицируется по его строению и
свойствам независимо от границ распространения. Ареалы того или
иного ландшафта в ранге определенной типологической единицы
служат объектами картографирования для различных прикладных
целей.
3.3. Функционирование эпигеосферы
Функционирование эпигеосферы осуществляется за счет энергии,
приходящей в основном извне, и прежде всего лучистой энергии
Солнца. Тепловой поток из глубин Земли эквивалентен всего лишь
0.02-0.03% потока солнечной энергии. Кроме того, эпигеосфера
обладает большими запасами потенциальной энергии, накопленной
за счет тектонических процессов и равной примерно половине
ежегодно приходящего к Земле потока электромагнитного излучения
Солнца. Эта энергия реализуется (превращается в кинетическую) при
денудации, т. е. перемещении твердых масс обломочного материала
(обвалы, оползни и др.). Запас энергии иного рода – потенциальной
химической – накоплен в осадочной толще организмами за всю
историю их существования и в настоящее время расточительно
расходуется человечеством.
Поглощенная солнечная радиация расходуется главным образом
на нагревание поверхности Земли и океанов (при этом между тремя
главными блоками эпигеосферы происходит сложнейший обмен) и на
испарение влаги с поверхности Мирового океана и материков. Эти
энергетические
взаимодействия
стимулируют
интенсивный
круговорот веществ, который, прежде всего, проявляется в наиболее
подвижных средах – воздушной и водной.
В силу неравномерного нагрева подстилающей поверхности на
разных широтах, а также на суше и на океанах атмосфера получает в
различных регионах неодинаковое количество тепла. По этой
причине над подстилающей поверхностью образуются воздушные
массы с разной плотностью (атмосферным давлением), нарушается
термодинамическое равновесие в тропосфере и происходит
перемещение (циркуляция) воздушных масс.
Аналогичные явления наблюдаются и в поверхностной толще
Мирового океана, но главным фактором циркуляции водных масс и
образования системы морских течений оказывается ветер, т. е.
циркуляция воздушных масс.
Круговорот вещества в эпигеосфере не ограничивается его
механическим
перемещением
в
однородной
среде.
Особое
географическое значение имеют переходы вещества из одной
геосферы
в
другую,
сопровождаемые
сложными
физикохимическими и биологическими превращениями и качественными
изменениями всех блоков эпигеосферы. Так, газы атмосферы
постоянно
присутствуют
в
других
структурных
ярусах
географической оболочки: растворяются в водах Мирового океана и
суши, попадают туда в виде воздушных пузырьков в результате
волнения, проникают далеко в глубь земной коры. Атмосферный
кислород участвует в разнообразных окислительных реакциях почвы,
водоемов, коры выветривания, используется организмами для
дыхания; углекислый газ – основной «строительный материал», из
которого зеленые растения синтезируют органические вещества.
Циркуляция атмосферы – важный передаточный механизм, с
помощью
которого
осуществляется
обмен
теплом,
влагой,
минеральными солями между сушей и океаном. Влага, поступающая
в воздушные массы в результате испарения, циркулирует вместе с
ними, составляя важнейшее звено мирового влагооборота. Ежегодно
в нем участвует 525 тыс. км3 воды. Из них 412 тыс. км3 составляет
водообмен между Мировым океаном и атмосферой (т. е. количество
влаги, испаряющейся с поверхности океанов и возвращающейся на
нее в виде атмосферных осадков), 41 тыс. км3 переносится
воздушными массами из океанов на сушу и столько же возвращается
в виде стока; влагооборот между сушей и атмосферой равен 72 тыс.
км3.
Наиболее сложный характер имеет влагооборот в сфере наземных
ландшафтов. Из общего количества осадков 113 тыс. км3 в виде
поверхностного стока удаляется 29 тыс. км3, остальная часть
фильтруется в почву и грунты, откуда частично также стекает в
Мировой океан в виде подземного стока, частично испаряется с
поверхности
почвы
и
растений,
но
наибольшая
часть
перехватывается корнями растений и участвует в продукционном
процессе. При этом лишь 1% всасываемой корнями влаги
используется на построение живого вещества, остальное же
«перекачивается» в атмосферу путем транспирации. В ландшафтах с
развитым
растительным
покровом
транспирируется
50-80%
выпадающих осадков.
Твердое вещество земной коры наиболее инертно вследствие
большой силы сцепления частиц. Но под влиянием атмосферных
газов, воды и организмов оно приводится в движение и вовлекается
в большой геохимический круговорот, в водную, воздушную и
биогенную миграцию. С речным стоком ежегодно с суши в океан
выносятся десятки миллиардов тонн взвешенных частиц и несколько
миллиардов тонн растворенных солей. Из океанов вместе с водяным
паром и брызгами солевые частицы поступают в атмосферу, и
некоторое их количество с атмосферными осадками выпадает на
земную поверхность, частично компенсируя их вынос из земной
коры. Кроме того, между сушей и океаном наблюдается интенсивный
пылеоборот: ветер поднимает в воздух десятки или даже сотни
миллиардов тонн пыли (в том числе и солевой) в год. Часть этой пыли
выпадает над океаном, часть оседает на поверхности суши.
В геохимическом кругообороте вещества особо следует выделить
биологическую составляющую. На синтез живого вещества
расходуется ничтожная доля поглощаемой эпигеосферой солнечной
энергии - не более 0. 1%. Да и сама масса его, казалось бы, ничтожна
– примерно одна миллионная доля от общей массы эпигеосферы.
Однако роль биоты в функционировании и развитии географической
оболочки
огромна
вследствие
исключительной
химической
активности организмов. Скорость биологического метаболизма
(обмена веществ) во много раз превышает скорость абиогенного
кругооборота. Ежегодно обновляется примерно 1/10 всей живой
массы Земли, а фитопланктон океана в среднем обновляется каждые
сутки. Для сравнения отметим, что для полного обновления всей
массы воды Мирового океана через испарение потребовалось бы
3200 лет. Иными словами, ежегодно в обороте находится лишь
1/3200 воды Мирового океана, а что касается вещества литосферы (в
той ее части, которая расположена выше уровня океана, т. е. при
средней мощности 875 м), то в оборот через денудацию вовлекается
ежегодно лишь несколько более 1/10 000000 ее части.
Организмы используют для построения живой материи почти все
химические элементы, особенно велика их роль в круговороте
углерода, азота, фосфора, серы. Относительное содержание углерода
в организмах в 780 раз выше, чем в осадочных породах, азота – в
150 раз. Вовлекая в круговорот элементы литосферы и накапливая их
в почвенном гумусе и осадочных породах, биота препятствует их
выносу в океан. За всю историю существования жизнь как бы
многократно
пропустила
через
тела
организмов
вещество
неорганических оболочек Земли, полностью преобразовав их. Вся
осадочная оболочка (стратисфера) создана при прямом или
косвенном участии живых существ; биогенное происхождение имеет
основной газовый состав атмосферы.
Все процессы в эпигеосфере подвержены ритмическим и
направленным (эволюционным) изменениям. Динамика эпигеосферы
складывается из множества ритмических колебаний разной
продолжительности и разного происхождения. Самые короткие
ритмы - суточный и годовой - имеют астрономическую природу.
Колебания солнечной активности вызывают возмущения магнитного
поля Земли и циркуляции атмосферы, а через последнюю
воздействует на климат, гидрологические процессы, ледовитость
морей, биологическую продуктивность (что фиксируется, в
частности, в годичных кольцах деревьев). Известны 11-летние, 22-23летние ритмы этого типа и более продолжительные (до 80-90 и 160200 лет).
Со взаимным перемещением тел в системе Земля-Солнце-Луна
связаны периодические изменения приливообразующих сил, что
проявляется в климате, водности, развитии ледников. Установлен
1850-летний цикл подобного происхождения, а кроме того,
намечается несколько более коротких (до 1-2 лет) и более
продолжительных
(до
3500-4000)
лет
ритмов.
Колебания
эксцентриситета земной орбиты, наклона земной оси к плоскости
орбиты также сказывается на климате. С этими факторами
связывают ритмы большой продолжительности (41 000-45 000, 90
000, 370 000 лет), одним из проявлений которых являются
материковые оледенения.
Самые длительные ритмы, с амплитудой в миллионы лет,
геологические. К ним относят большие геологические циклы (165-180
млн. лет), в том числе каледонский, герцинский, мезозойский и
кайнозойский. Начало каждого из них знаменовалось опусканиями
земной коры и морскими трансгрессиями, выравниванием
климатических контрастов; завершается цикл орогеническими
движениями, расширением суши, усложнением ее рельефа,
усилением климатических контрастов, большими преобразованиями
в органическом мире.
Разные ритмы накладываются друг на друга, причем многие из
них повторяются не со строгой периодичностью, а имеют
циклический характер. Поэтому отдельные ритмы не всегда бывают
ясно выражены. Возможны автоколебательные ритмические явления,
обусловленные не внешними по отношению к эпигеосфере
процессами, а собственными закономерностями, присущими тем или
иным компонентам или процессам. Простейший пример – циклы в
жизни
леса,
связанные
с
продолжительностью
жизни
лесообразующих пород. Более сложный процесс – автоколебания в
системе ледники – атмосфера – Океан. Рост ледниковых щитов
сопровождается похолоданием и понижением уровня океана. Это, в
свою очередь, приводит к уменьшению испарения, осадков и
сокращению ледников. Но сокращение ледников имеет своими
следствиями рост площади океанов, потепление, увеличение
количества осадков, что способствует новому наступлению ледников,
и т. д.
Ритмические изменения не бывают замкнутыми, и чем больше
продолжительность цикла, тем меньше возможность возвращения
природных
комплексов
к
прежнему
состоянию.
Каждый
последующий цикл не является полным повторением последнего, и в
конечном счете развитие эпигеосферы необратимо – оно имеет вид
восходящей
спирали,
каждый
виток
которой
знаменует
одновременно поднятие на более высокий уровень развития. В
качестве
самых
больших
«витков»
можно
рассматривать
тектонические циклы.
Необратимость
(направленность)
развития
эпигеосферы
проявляется в постепенном усложнении ее структуры, появления
новых компонентов и новых типов геосистем.
3.4. Закономерности эпигеосферы
Эпигеосфера обладает рядом закономерностей. К ним относятся:
целостность, ритмичность развития, горизонтальная зональность,
азональность, полярная асимметрия.
Целостность – единство эпигеосферы, обусловленное тесной
взаимосвязью слагающих её компонентов. Причем эпигеосфера – не
механическая сумма компонентов, а качественно новое образование,
обладающее своими особенностями и развивающееся как единое
целое. В результате взаимодействия компонентов в природных
комплексах осуществляется продуцирование живого вещества и
образуется почва. Изменение в пределах природного комплекса
одного из компонентов приводит к изменению других и природного
комплекса
в
целом.
Целостность
географической
оболочки
достигается круговоротом вещества и энергии. Круговороту
подвержены вещества литосферы, атмосферы, гидросферы и живое
вещество.
Круговороты в эпигеосфере различны по своей сложности. Одни
из них, например циркуляция атмосферы или система морских
течений, представляют собой механические движения, другие
(круговорот воды) сопровождаются сменой агрегатного состояния
вещества, третьи (биологический круговорот и круговорот в
литосфере) – химическими превращениями.
Эпигеосфере свойственна ритмичность – повторяемость во
времени тех или иных явлений. Существуют две формы ритмики:
периодическая и циклическая. Под периодами понимают ритмы
одинаковой продолжительности, под циклами – переменной
продолжительности.
В
природе
существуют
ритмы
разной
продолжительности – суточные, годичные, внутривековые и
сверхвековые. Проявляясь одновременно, ритмы накладываются
один на другой, в одних случаях усиливая, в других – ослабляя друг
друга.
Суточная ритмика проявляется в изменении температуры,
давления, влажности воздуха, облачности, силы ветра, в явлениях
приливов и отливов, циркуляции бризов, в функционировании
живых организмов и в ряде других явлений. Суточная ритмика на
разных широтах имеет свою специфику. Это связано с различной
продолжительностью освещения и высотой Солнца над горизонтом.
Годовая ритмика проявляется в смене времен года, в образовании
муссонов, в изменении интенсивности экзогенных процессов, а
также процессов почвообразования и разрушения горных пород,
сезонности в хозяйственной деятельности человека. В разных
природных регионах выделяется различное число сезонов года.
Годовая ритмика лучше всего выражена в умеренном поясе и очень
слабо – в экваториальном. Следует иметь в виду, что в разных
природных регионах причины годовой ритмики различны. Так, в
приполярных широтах она определяется световым режимом, в
умеренных – ходом температур, в субэкваториальных широтах –
режимом осадков и увлажнения.
Из внутривековых ритмов наиболее четко выражены 11-летние,
связанные с изменением солнечной активности. Она оказывает
большое влияние на магнитное поле и ионосферу Земли, а через них –
на многие процессы в эпигеосфере. Это приводит к изменению
атмосферных процессов, в частности, к углублению циклонов и
усилению
антициклонов,
изменению
интенсивности
осадконакопления в озерах, влияет на рост древесных растений, что
отражается на толщине их годичных колец, способствует
периодическим вспышкам эпидемических заболеваний, а также
массовому размножению вредителей леса и сельскохозяйственных
культур.
Интересно отметить, что ныне некоторые геологи с солнечной
активностью связывают даже усиление тектонической деятельности.
Сенсационное
заявление
на
эту
тему
было
сделано
на
Международном Геологическом конгрессе, состоявшемся в 1996 г. в
Пекине. Сотрудники института геологии Китая выявили цикличность
землетрясений в восточной части своей страны. Ровно через каждые
22 года (удвоенный солнечный цикл) в этом районе происходит
«возмущение» земной коры. Ему предшествует активность Солнца.
Ученые
изучили
исторические
хроники
и
нашли
полное
подтверждение своим выводам относительно 22-летних циклов
активности земной коры, приводящих к землетрясениям.
Планетарной
географической
закономерностью
является
зональность – закономерное изменение природных компонентов и
природных комплексов по направлению от экватора к полюсам.
Зональность
обусловлена
неодинаковым
количеством
тепла,
поступающего на разные широты Земли. Зональность усложняется
определенным наклоном земной оси к плоскости эклиптики.
На Земле зональны климат, воды суши и океана, процессы
выветривания, некоторые формы рельефа, образующиеся под
воздействием внешних сил (поверхностных вод, ветра, ледников),
растительность, почвы, животный мир. Наиболее крупные зональные
подразделения географической оболочки – географические пояса.
Они отличаются друг от друга радиационными условиями, а также
общими особенностями циркуляции атмосферы. На суше выделяют
13 географических поясов: экваториальный и в каждом полушарии
субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, а
также в северном полушарии – субарктический и арктический, в
южном – субантарктический и антарктический. В каждом из них
свои особенности для жизни и хозяйственной деятельности человека.
Наиболее благоприятны условия в субтропических, умеренных и
субэкваториальных поясах (кстати, все они – с хорошо выраженной
сезонной ритмикой развития природы). Они интенсивнее других
освоены
человеком.
Аналогичные
по
названию
пояса
(за
исключением субэкваториальных) выявлены и в Мировом океане.
Внутри поясов на суше, по соотношению тепла и влаги,
выделяются природные зоны, названия которым даны по
преобладающему в них типу растительности. Например, в
субарктическом поясе есть зоны тундр и лесотундр; в умеренном –
зоны лесов, лесостепей, степей, полупустынь, пустынь; в тропическом
– зоны вечнозеленых лесов, полупустынь и пустынь и др. В связи с
неоднородностью
земной
поверхности,
а,
следовательно,
и
увлажнения, в различных частях материков зоны не всегда имеют
широтное простирание. Иногда они протягиваются почти в
меридиональном направлении, как, например, в южной половине
Северной Америки или на востоке Азии. Поэтому зональность
правильнее называть не широтной, а горизонтальной.
Географические зоны подразделяются на подзоны по степени
выраженности зональных признаков. Теоретически в каждой зоне
можно выделить три подзоны: центральную, с наиболее типичными
для зоны чертами, и окраинные, несущие некоторые признаки,
свойственные смежным зонам.
Зональность открыл В.В. Докучаев. Во второй половине XX в. А.А.
Григорьев и М.И. Будыко сформулировали закон периодической
зональности, подведя под характеристики зон количественные
показатели – так называемый радиационный индекс сухости:
отношение годового радиационного баланса к тому количеству тепла,
которое нужно затратить, чтобы испарить все выпавшие за 1 год
атмосферные осадки. Радиационный индекс сухости изменяется от
нуля (крайне избыточное увлажнение) до трех и более (крайне
недостаточное увлажнение). Этот показатель определяет тип зоны
(лесной, степной, пустынной и т. д.), а радиационный баланс – ее
конкретный облик (например, леса умеренных, субтропических,
тропических широт и т. п.) Во всех поясах оптимальные условия для
развития растительности создаются при радиационном индексе
сухости, близком к единице.
Наряду с зональностью, существует и другая закономерность –
азональность, тем более, что зональность чётко выражена далеко не
везде.
Под азональностъю понимается распространение какого-либо
объекта или явления вне связи с зональными особенностями данной
территории. Существуют две основные формы проявления
азональности – секторность географических поясов и высотная
поясность. Причина азональности – неоднородность земной
поверхности: наличие материков и океанов, гор и равнин на
материках, своеобразие условий увлажнения и других особенностей.
Высотная
поясность
–
закономерная
смена
природных
компонентов и природных комплексов от подножья гор до вершин.
Она обусловлена изменением климата с высотой: понижением
температуры и увеличением осадков до определенной высоты (2-3
км) на наветренных склонах.
Высотная поясность имеет много общего с горизонтальной
зональностью: смена поясов при подъеме в горы происходит в той же
последовательности, что и на равнинах при движении от экватора к
полюсам. Однако природные пояса в горах меняются значительно
быстрее, чем природные зоны на равнинах. В северном полушарии в
направлении от экватора к полюсам температура убывает примерно
на 0,5°С на каждый градус широты, в то время как в горах она
понижается в среднем на 0,6°С на каждые 100 м.
В горах есть особый пояс субальпийских и альпийских лугов,
которого нет на равнинах. Но и каждый аналогичный по названию с
равнинным пояс гор существенно от него отличается, ибо горы
получают различную по составу солнечную радиацию и имеют
разные условия освещенности.
Явление интразональности связано с существованием во всех
зонах территорий со сходными природными условиями (поймам,
болото).
По мнению академика К.К. Маркова, основной закономерностью
географической оболочки следует считать полярную асимметрию
(несоразмерность). Причиной этой закономерности является, прежде
всего, асимметрия фигуры Земли: северная полуось Земли на 30-40 м
длиннее южной, поэтому Земля сильнее сплюснута у Южного полюса.
Асимметрично
и
расположение
на
Земле
материковых
и
океанических масс. В северном полушарии суша занимает 39%
площади, а в южном – лишь 19%. Вокруг Северного полюса
расположен океан, вокруг Южного – материк Антарктида. На южных
материках платформы занимают от 70% до 95% их площади, на
северных – 30-50%. В северном полушарии есть пояс молодых
складчатых сооружений (Альпийско-Гималайский), протянувшийся в
широтном направлении. Аналога ему в южном полушарии нет. В
северном полушарии между 50° и 70° с.ш. расположены наиболее
приподнятые в геоструктурном отношении участки суши (щиты
Канадский, Балтийский, Анабарский, Алданский). В южном
полушарии на этих широтах – цепочка океанических впадин. В
северном полушарии есть материковое кольцо, обрамляющее
полярный океан, в южном полушарии – океаническое кольцо, которое
окаймляет полярный материк.
Климат северного полушария более континентальный, чем южного
(годовые амплитуды температуры воздуха соответственно 14° и 6°С).
В северном полушарии слабое континентальное оледенение, сильное
морское и большая площадь вечной мерзлоты. В южном полушарии
эти показатели прямо противоположны.
В северном полушарии теплые течения распространяются вплоть
до Северного Ледовитого океана, а в южном – лишь до
субтропических широт. В северном полушарии огромную площадь
занимает таёжная зона, в южном – аналога ей нет. В южном
полушарии отсутствуют зоны тундр, лесотундр, а также лесостепей и
пустынь умеренного пояса. Различен и животный мир полушарий.
4. Литосфера
4.1. Состав литосферы
Литосферу принято обозначать как твердую каменную верхнюю
оболочку
земного
шара,
которая
подстилается
пластичной
полурасплавленной астеносферой и раскаленной плотной мантией.
Толща земной коры составляет 7-70 км. Средняя мощность коры
принимается равной 33 км, средняя масса - 3·10 25 г.
Температурный режим в пределах земной коры довольно
своеобразен. На некоторую глубину в недра проникает тепловая
энергия Солнца. Суточные колебания температуры наблюдаются на
глубинах от нескольких сантиметров до 1-2 м. Годовые колебания в
умеренных широтах достигают глубины 20-30 м. На этих глубинах
залегает слой пород с постоянной температурой - изотермический
горизонт. Его температура равна средней годовой температуре
воздуха в данном регионе. В полярных и экваториальных широтах,
где амплитуда колебания годовых температур мала, изотермический
горизонт залегает близко к земной поверхности. Верхний слой земной
коры, в котором температура меняется по сезонам года, называется
активным. В Москве, например, активный слой достигает глубины 20
м.
Ниже изотермического горизонта температура повышается.
Повышение температуры с глубиной ниже изотермического
горизонта обусловлено внутренним теплом Земли. В среднем
прибавка температуры на 1°С осуществляется при заглублении в
земную кору на 33 м. Эта величина называется геотермической
ступенью. Геотермическая ступень в разных регионах Земли
различна: полагают, что в зонах вулканизма она может быть около 5
м, а в спокойных платформенных областях - возрастать до 100 м.
Сведения
о
ее
состоянии
получены
интерпретацией
геофизических свойств земного шара (плотности, силы тяжести,
скорости прохождения через земные оболочки ударных волн) и
геофизических наблюдений на поверхности: вулканизм – следствие
деятельности астеносферы; землетрясения – движения в коре,
астеносфере и мантии, астроблемы – геологические результаты
падения астероидов извне и т.д. Литосфера – продукт контакта и
взаимодействия земной коры с самыми различными сферами и
телами окружающего пространства.
Опыт показал, что литосфера – сложный объект, состоящий из
множества отличающихся друг от друга частей, общим свойством
которых является лишь большая плотность и твердость. Этим общим
свойством литосфера и обособляется как целостность от жидкой
легкой гидросферы и газообразной атмосферы. Составные части
литосферы различным образам размещены в ее пространстве и
образуют ее структуру или геологическое строение. Вот эти-то части
необходимо строго и четко выделять для того, чтобы получить знания
о структуре литосферы.
Элементарной единицей вещества и структуры литосферы
является горная порода – часть пространства, обладающая в своих
пределах одинаковой текстурой, структурой и вещественноминеральным составом. Горная порода может состоять из одного или
нескольких минералов, но главная индивидуальная характеристика
горной породы, как части геологического пространства, это ее
текстура и структура. Они должны быть строго однородны. Текстуры
– это виды геометрического расположения минеральных частиц и их
агрегатов в пространстве (их ориентировка), структуры – это
размеры частиц и соотношения их размеров в пространстве.
Текстуры и структуры очень разнообразны. Именно в структуре и
текстуре горной породы находят свое отражение способы генезиса и
развития литосферы. A вот минерал, как элементарная частица
вещества литосферы, эту информацию зачастую нести не способен.
Минерал – это структурно-вещественно однородное химическое тело,
элементом структуры которого является молекулярная решетка. Он
образуется по физико-химическим законам. Минералы составляют
горные породы, но между минералами и горными породами имеется
принципиальное различие в способах образования: первые –
результат химических, вторые – геологических процессов.
Геологические процессы в своей основе являются совокупностью
физических и химических процессов, которые создают или
преобразуют структуру литосферы, иначе говоря, создают горные
породы и их соотношения в пространстве. В геологическом процессе
одновременно объединяются в единое целое самые различные, часто
по сути принципиально разные и противоположные друг другу
физико-химические процессы. Например, при образовании слоя
глины
одновременно
действуют
процессы
растворения,
противоположно им – коагуляция и образование глинистых
минералов, сорбция тяжелых металлов и, независимо от них,
гравитационное осаждение частиц. Поэтому очевидно, что нельзя
отождествлять геологические процессы и физико-химические; вторые
являются частью первых, первые организуют и направляют действия
вторых и по сути являются новой формой движения материи –
геологической формой.
Горные породы образуются двумя основными способами: физикомеханическим осаждением частиц твердого вещества из сред и
химической кристаллизацией вещества из расплавов, газов и
растворов. Первую группу пород можно назвать кластогенными
(обломочными) породами, вторую – хемогенными. К примеру,
обломочными породами являются пески и песчаники, илы и
алевролиты, туфы и пеплы, тектонические брекчии и др. Эти породы
обычно образуются на поверхности Земли, реже – в ее недрах и
выделяются как однородные индивиды прежде всего в структурнотекстурном отношении. Структуры и текстуры этих пород лежат в
основе их классифицирования (индивидуализации, обособления), а
их минеральный состав обычно детализирует классификацию (пески
кварцевые, аркозовые, граувакковые и т.д.).
Вторую группу пород представляют, к примеру, граниты,
кварцевые жилы, каменная соль, уголь. Эти породы состоят из строго
определенных минералов, образуются посредством химических
процессов
в
недрах
Земли
или
на
ее
поверхности
и
классифицируются прежде всего по минеральному (химическому)
составу, детализируясь по разнообразию текстур и структур (граниты
крупнозернистые, порфировидные, гнейсовидные и т.д.).
Некоторые породы однородного минерального состава могут быть
образованы и первым, и вторым путем, Например, есть известняки
обломочные (продукты размыва древних известняков) и есть
гидрогенные и биогенные.
Слои литосферы
Земную кору с упорством, достойным лучшего применения, во
всех учебниках продолжают делить на три слоя — осадочный,
гранитный и базальтовый. Большая часть сведений о глубинном
строении Земли получена по косвенным, геофизическим данным —
по скоростям распространения сейсмических волн, по изменениям
величины и направления силы тяжести (ничтожным, уловимым
только очень точными приборами), по магнитным свойствам и
величине электропроводности пород. Масса плотных пород в одном и
том же объеме больше, чем пород менее плотных, они создают
увеличенное поле тяготения. В плотных породах ударные волны
проходят быстрее. Проходя через породы с разными физическим
свойствами, волны отражаются, преломляются, поглощаются. Волны
бывают поперечные и продольные, скорости их распространения
различны. Исследуют прохождение природных ударных волн при
землетрясениях, создают эти волны искусственно, производя
взрывы*.
В 1909 г. сербский геофизик Андрей Мохоровичич заметил, что на
глубине
54 км
резко,
скачкообразно
возрастают
скорости
сейсмических волн. В дальнейшем этот скачок был прослежен по
всему земному шару на глубинах от 5 до 90 км и известен ныне как
граница (или поверхность) Мохоровичича, короче — граница Мохо,
еще короче — граница М. Поверхность М считают нижней границей
земной коры. Важная особенность этой поверхности состоит в том,
что она в общих чертах представляет собой как бы зеркальное
отражение рельефа земной поверхности: под океанами она выше,
под континентальными равнинами ниже, под наиболее высокими
горами опускается ниже всего (это так называемые корни гор).
Согласно традиционному представлению о строении земной коры, о котором
можно прочитать в любом учебнике, в составе земной коры принято выделять три
основных слоя. Верхний из них сложен преимущественно осадочными породами и
называется осадочным. Два нижних слоя носят названия «гранитный» и
«базальтовый». Соответственно, выделяют и два типа земной коры.
Континентальная кора содержит все три слоя и имеет мощность 35—50 км, под
горами до 90 км. В океанической коре осадочный слой имеет значительно
меньшую мощность, а средний, «гранитный» слой отсутствует; мощность
океанической коры — 5—10 км. Между «гранитным» и «базальтовым» слоями
лежит граница Конрада, названная по фамилии открывшего ее австрийского
геофизика.
Но исследования последних двух десятилетий показали, что эта
стройная, легко запоминающаяся схема плохо согласуется с
действительностью. «Гранитный» и «базальтовый» слои состоят
преимущественно из магматических и метаморфических пород. На
границе Конрада происходит скачкообразное увеличение скоростей
сейсмических волн. Такого увеличения скоростей можно ожидать при
переходе волн из пород с плотностью 2,7 в породы с плотностью 3
г/см3, что примерно соответствует плотностям гранита и базальта.
Поэтому вышележащий слой назвали «гранитным», а нижележащий
«базальтовым».
Одной из задач Кольской сверхглубокой скважины было
достижение границы Конрада, которая, согласно геофизическим
данным, залегает в этом месте на глубине 7—8 км. И пожалуй,
важнейшим
геологическим
результатом
бурения
оказалось
доказательство отсутствия границы Конрада в ее геологическом
понимании: в каких породах скважина шла выше установленной
геофизиками границы, в таких же прошла она и несколькими
километрами ниже ее.
Таким образом, по строению и вещественному составу оба
главные типа литосферы кардинально отличаются друг от друга, и
"базальтовый слой" геофизиков в них одинаков только по названию,
равно как и литосферная мантия. Различаются эти типы литосферы
и по возрасту - если в пределах континентальных сегментов
устанавливается весь спектр геологических событий начиная
примерно с 4 млрд. лет, то возраст пород дна современных океанов
не превышает триасового, а возраст доказанных наиболее древних
фрагментов океанической литосферы (офиолитов в понимании
Пенроузской конференции) не превышает 2 млрд. лет (Kontinen,
1987; Scott et al., 1998). В пределах современной Земли на долю
океанической литосферы приходится ~60% твердой поверхности. В
связи с этим, естественно, возникает вопрос - а всегда ли было такое
соотношение между этими двумя типами литосферы или оно
менялось во времени, и вообще - всегда ли они оба существовали?
Ответы на эти вопросы, очевидно, может дать как анализ
геологических процессов на деструктивных границах литосферных
плит, так и изучение эволюции тектоно-магматических процессов в
истории Земли.
4.2. Развитие литосферы
Главная сила – это сила всемирного тяготения. Действие сил
тяготения неуравновешенно. Если сила тяжести на Земле постоянна,
то действие небесных тел испытывает значительные изменения,
связанные с эллиптической формой орбит. Колебания расстояний
приводят к тому, что Земля испытывает то сжатие, то растяжение.
Она пульсирует, то вбирая энергию, то выбрасывая ее. Действия этих
сил обуславливают подъемы и опускания земной поверхности,
вулканизм, горизонтальные и вращательные движения блоков земной
коры.
Солнечная энергия служит источником процессов денудации
выступов литосферы и заполнения продуктами разрушения ее
впадин.
Эпохи
тектонической
активности
сменялись
эпохами
относительного
тектонического
покоя.
Происходит
это
с
периодичностью
около
180
млн.
лет,
что
соответствует
галактическому году.
Движение литосферных плит происходит по астеносфере — слою
верхней мантии, который подстилает литосферу и обладает
вязкостью, пластичностью. Вдоль осей срединно-океанических
хребтов площади литосферных плит постепенно увеличиваются. Этот
процесс получил название спрединг (английское spreading —
расширение, распространение). Но поверхность земного шара не
может увеличиваться. Возникновение новых участков земной коры
по сторонам от срединно-океанических хребтов должно где-то
компенсироваться ее исчезновением. Если мы считаем, что
литосферные
плиты
достаточно
устойчивы,
естественно
предположить, что исчезновение коры, как и образование новой,
должно происходить на границах сближающихся плит. При этом
могут быть три различных случая:
— сближаются два участка океанической коры;
— участок континентальной коры сближается с участком
океанической;
— сближаются два участка континентальной коры.
Процесс, происходящий при сближении участков океанической
коры, может быть схематически описан так: край одной плиты
несколько поднимается, образуя островную дугу; другой уходит под
него, здесь уровень верхней поверхности литосферы понижается,
формируется глубоководный океанический желоб. Таковы Алеутские
острова и обрамляющий их Алеутский желоб, Курильские острова и
Курило-Камчатский желоб, Японские острова и Японский желоб,
Марианские острова и Марианский желоб и т. д.; все это в Тихом
океане. В Атлантическом — Антильские острова и желоб ПуэртоРико, Южные Сандвичевы острова и Южно-Сандвичев желоб.
Движение
плит
относительно
друг
друга
сопровождается
значительными механическими напряжениями, поэтому во всех этих
местах
наблюдаются
высокая
сейсмичность,
интенсивная
вулканическая деятельность. Очаги землетрясений располагаются в
основном на поверхности соприкосновения двух плит и могут быть
на большой глубине. Край плиты, ушедший вглубь, погружается в
мантию, где постепенно превращается в мантийное вещество.
Погружающаяся плита подвергается разогреву, из нее выплавляется
магма, которая изливается в вулканах островных дуг.
Процесс погружения одной плиты под другую носит название
субдукция (буквально — поддвигание). Этот латинский термин, как
и приведенное выше английское слово «спрединг», широко
распространен, оба встречаются в популярной литературе, поэтому
учителям знать их нужно, но вводить в школьном курсе едва ли
имеет
смысл.
Когда движутся друг другу навстречу участки континентальной и
океанической коры, процесс идет примерно так же, как в случае
встречи двух участков океанической коры, только вместо островной
дуги образуется мощная цепь гор вдоль берега материка. Так же
погружается океаническая кора под материковый край плиты,
образуя глубоководные желоба, так же интенсивны вулканические и
сейсмические процессы. Магма, которая не достигает земной
поверхности,
кристаллизуется,
образуя
гранитные
батолиты.
Типичный пример — Кордильеры Центральной и Южной Америки и
идущая вдоль берега система желобов — Центральноамериканский,
Перуанский и Чилийский.
При сближении двух участков континентальной коры край
каждого из них испытывает складкообразование, разломы,
формируются
горы,
интенсивны
сейсмические
процессы.
Наблюдается и вулканизм, но меньше, чем в первых двух случаях,
так как земная кора в таких местах очень мощная. Так образовался
Альпийско-Гималайский горный пояс, протянувшийся от Северной
Африки и западной оконечности Европы через всю Евразию до
Индокитая; в его состав входят самые высокие горы на Земле, по
всему его протяжению наблюдается высокая сейсмичность, на западе
пояса есть действующие вулканы.
Как
известно,
в
настоящее
время
существуют
две
взаимоисключающие точки зрения на эволюцию литосферы: 1)
происходит наращивание континентальной литосферы за счет
океанической в процессе формирования активных переходных зон
между океанами и континентами (Хаин, Ломизе, 1995 и др.), и 2)
происходит преобразование континентальной коры в океаническую
("тафрогенный режим": Белоусов,1989). В отличие от первой модели,
уже давно обсуждаемой в геологической литературе, вторая
разработана значительно слабее. Это в значительной мере
объясняется тем обстоятельством, что такому процессу нет места в
канонической модели тектоники плит, предполагающей субдукцию
только океанической коры и практически не рассматривающей
другие альтернативы. Согласно этим представлениям, возникновение
океанической коры связано главным образом со спредингом в
пределах
срединно-океанических
хребтов,
приводящим
к
раскалыванию и раздвижению блоков легкой континентальной коры
практически без дальнейшего их преобразования. Формирование
новой континентальной коры по этой модели происходит на
деструктивных границах плит, в островных дугах. Предполагается,
что в процессе развития островных дуг происходит прогрессивное
раскисление верхних горизонтов земной коры за счет внедрения
значительных масс средних и кислых магматических расплавов, что
должно приводить к ее медленной "континентализации", т.е. к
формированию и наращиванию сиалического слоя коры за счет
поступления ювенильных расплавов.
Вместе с тем в зонах активного взаимодействия плит - активных
окраин континентов и океанов или мощных зонах коллизии
континентальных плит типа Альпийско-Гималайской - возникают
характерные структуры, где происходят обратные процессы деструкции континентальной литосферы с образованием задуговых
бассейнов с корой переходного или океанического типа. При этом
масштабы подобных процессов, судя по соотношению площадей
островных дуг и задуговых бассейнов, по крайней мере, на порядок
или на два и больше превышают масштабы новообразования
сиалической коры. Это скорее свидетельствует о том, что в подобных
структурах происходит "океанизация" земной коры, которая только
частично компенсируется процессами в островных дугах. Особенно
это становится очевидным в зонах коллизии континентальных плит,
где образуются молодые задуговые бассейны с океанической корой
типа морей Западного Средиземноморья или сухопутной Паннонской
впадины в тылу Карпатской дуги и где ситуация не может быть
объяснена отодвиганием континентального блока в сторону океана.
Однако при этом до сих пор остается неясным, каков был
конкретный механизм преобразования континентальной литосферы
в океаническую, и куда девалась эта огромная масса древнего
сиалического материала. Вместе с тем ответ на этот вопрос имеет
ключевое значение для понимания характера эволюции литосферы
Земли в целом.
4.3. Формирование рельефа
Одним из главных рельефообразующих факторов на поверхности
суши является эрозия – размыв или смыв текущей водой горных
пород и почв, перенос и аккумуляция разрушенного материала.
Эрозия и аккумуляция – два взаимосвязанных процесса, вызываемые
постоянными и временными водотоками.
В каждом русле водотока с самых первых стадий его образования
одновременно протекают два противоположных процесса – эрозия и
аккумуляция. От соотношения интенсивности их будет зависеть
конечный результат образования эрозионных или аккумулятивных
форм рельефа. Эрозия протекает в водотоке до тех пор, пока он не
достигнет такого уровня, ниже которого не способен углубить свое
русло. Такой уровень называется базисом эрозии. Высотное
положение абсолютного базиса эрозии зависит от того, куда впадает
данный водоток (в озеро, реку и т.д.). За абсолютный базис эрозии
для всех рек принимают уровень Мирового океана. Материал,
образованный в результате эрозии, транспортируется рекой или
временным водотоком в виде растворенных веществ, наносов.
Интенсивность эрозии определяют два главных фактора: эрозионная
способность водотока и устойчивость горных пород.
Определенное рельефообразующее воздействие на ландшафты
оказывают также четвертичное и современное оледенения, ветровая
эрозия, многолетняя мерзлота и другие процессы.
Поверхность суши характеризуется разнообразием сравнительно
крупных и мелких форм рельефа, в образовании которых основная
роль
принадлежит
экзогенным
процессам.
По
ведущим
рельефообразующим факторам морфоскульптурные формы рельефа
классифицируют в типы. Одна из самых распространенных
морфогенетических групп типов рельефа равнинных и горных
территорий – эрозионно-аккумулятивиая. Формы типов рельефа,
относящихся к данной группе, создаются в итоге эрозионных
процессов, переноса продуктов разрушения и их аккумуляции.
К типу эрозионно-аккумулятивного рельефа относится долинный,
созданный постоянными водотоками. Основная форма долинного
типа рельефа – речная долина. Это относительно узкие длинные
ложбины, образованные реками и имеющие уклон в соответствии с
направлениями их течения. Долины, выработанные в неоднородных
горных породах и отражающие особенности геологического строения
местности, называются структурными. Крупные структурные долины
имеют тектоническое заложение. По морфологическому признаку
речные долины бывают извилистые, прямолинейные с развитой
поймой, ущелья, теснины (без поймы) и др.
Основные элементы рельефа развитой речной долины: днище
(русло и пойма), склоны, состоящие из речных террас, и коренной
берег. Если количество террас и их ширина одинаковы на обоих
склонах, то долина симметрична. Как правило, долины рек, имеющих
строго направленное течение с севера на юг, асимметричны. Здесь
сказывается отклоняющая сила вращения Земли вокруг своей оси (в
Северном полушарии вправо, в Южном – влево). Кроме того,
асимметричные долины формируются, если: породы, которыми
сложены борта долины, легко поддаются размыву; глубина реки не
слишком велика по отношению к ее размерам (чем выше склон, тем
большую массу пород должна она убрать) и территория, по которой
протекает река, находится длительное время в состоянии
тектонического покоя.
В ранней стадии речного водотока русло и долина представляют
по существу одно и то же. В процессе развития долины начинают
четко обособляться ее морфологические части. Меняя свое русло из
года в год и образуя излучины – меандры, река формирует пойму.
Это затопляемое в половодье дно зрелой долины, по которой
протекает в низких берегах река. Ширина пойм крупных равнинных
рек достигает 10 км и более.
Оставшиеся в стороне от русла и поймы древние участки долины
в виде уступов-террас говорят о зрелом возрасте долины.
Речные террасы делятся по высоте над руслом реки на пойменные
(по возрасту более молодые) и надпойменные – более древние.
Количество надпойменных террас может достигать 5 и более; счет их
ведется от борта долины к пойме.
Кроме речных террас, бывают озерные, морские и др. Например,
озерные террасы – уступы полосы суши, выработанные прибоем в то
время, когда уровень озера был выше; морские террасы – остатки
прежней
береговой
площадки,
подвергшейся
абразии,
они
образуются обычно при колебании суши или опускании (падении
уровня моря).
Долинно-балочный тип рельефа образуется долинами рек с
разветвленной системой балок, не имеющих постоянных водотоков.
По общему виду это волнисто-холмистый рельеф с сочетанием долин
рек и густоразветвленной системой балок, возникающих обычно на
глинистых маловодопроницаемых породах, слагающих равнинные
территории (например, возвышенность Общий сырт).
Овражно-балочный
тип
рельефа
свойствен
возвышенноравнинным участкам поверхности, сложенным мощной толщей
рыхлых, легко размываемых отложений. Он особенно развит в
степной и лесостепной зонах. Основными элементами данного типа
рельефа являются овраг и балки – эрозионные формы, создаваемые
временными водотоками. Овраги – глубокие крутосклонные
рытвины, образованные на возвышенных равнинах или холмах;
возникают они также на склонах балок и лощин. Длина их достигает
нескольких километров, ширина и глубина – десятков метров. Часто
овраг образуют отвершки – боковые отроги. Такие овраги образуют
сложные разветвленные системы. Овраги заметно растут в сторону
водораздела, увеличиваясь в длину до нескольких метров в год. Балка
– конечная стадия развития оврага с выпуклыми, задернованными
склонами, часто поросшими кустарниками и лесом.
Территории с овражно-балочным типом рельефа отличаются
большой расчлененностью, что затрудняет их сельскохозяйственное
использование. Они не только сильно уменьшают площади
хозяйственно используемой земли, но и ухудшают качество соседних
угодий: сильно дренируют местность и вызывают значительное
понижение уровня грунтовых вод; при их развитии увеличивается и
испаряющая поверхность почвы; в зимний период снег легко
сдувается в овраги, а весной вода без пользы уносится в реки и т. д.
При
землеустройстве
разрабатываются
противоэрозионные
мероприятия по борьбе с оврагами.
Разновидностью овражно-балочного рельефа в предгорных
районах горных систем является адырный тип рельефа. Адыры –
холмисто-увалистые предгорья, сильно расчлененные овраги с сухими
руслами (саями). Особенно развит данный тип рельефа в Средней
Азии. Склоны оврагов в нижних частях обычно крутые и голые. Чаще
всего адыры сложены конгломератами, иногда прикрытыми лёссом.
Сильно напоминают адыры «дурные земли», которые также
свойственны
территориям
с
засушливым
климатом.
По
происхождению этот тип рельефа очень близок к овражно-балочному
и адырному, но отличается от них тем, что густота эрозионного
расчленения
достигает
здесь
максимального
выражения.
Крутостенные, ветвящиеся овраги располагаются очень близко друг к
другу, что часто создает как бы острые гребни, пирамиды, башни и
другие причудливые формы рельефа. Свое название «дурные земли»
(бедленд) получили из-за труднодоступности для прохождения и
непригодности для какого-либо хозяйственного использования.
К эрозионному рельефу, созданному временными водотоками,
относится и куэстовый тип рельефа. Куэсты – несимметричные
уступы и гряды, образованные размывом мягких пород. Пологий
склон куэсты бывает сложен более прочными пластами горных пород,
трудно поддающихся размыванию.
Своеобразный карстовый тип рельефа возникает в итоге
проявления различных химических процессов, происходящих в
растворимых водой горных породах: известняке, меле, гипсе,
доломите, каменной соли, мергеле. Название «карст» дано по имени
одноименного плато в Югославии, где классически выражены формы
этого рельефа. Развитие карстовых процессов происходит под
совокупным воздействием поверхностных и подземных вод. В итоге
этого процесса на территориях с упомянутыми породами образуются
различные поверхностные и глубинные формы рельефа: углубления в
виде воронок, полости и пустоты, колодцы, пещеры, карры (борозды
глубиной от нескольких сантиметров до 2 м, образующие карровые
поля), озера, подземные реки. Карстовый ландшафт обычно
выделяется
неровной
поверхностью,
изрытой
замкнутыми
котловинами, голыми каменистыми участками, изъеденными
каррами и воронками, глубоким залеганием грунтовых вод, слабым
развитием растительности. В нашей стране карстовые ландшафты
развиты в Крыму, на Кавказе, в Средней Азии, Предуралье и других
регионах.
Близко к карстовому процессу суффозионное – вынос мелких
минеральных частиц и растворенных веществ водой, фильтрующихся
в толщах горных пород. В итоге образуются замкнутые неглубокие
понижения (до 1-4 м); иногда они бывают заполненными водой.
Типичен этот рельеф для лесостепной, степной и полупустынной
природных зон.
Широко развит на равнинных и горных территориях оползневый
тип рельефа. Оползни – скользящее смещение масс горных пород
вниз по склону под влиянием силы тяжести. Чаще всего они
возникают на склонах речных долин, балок, горных хребтов,
сложенных
чередующимися
водоупорными
и
водоносными
породами. Часто оползни вызываются хозяйственной деятельностью
человека: устройство в нижних частях крутых склонов дорожных
выемок, открытых разработок полезных ископаемых и т.д.
Многочисленны
формы
и
типы
рельефа,
создаваемые
деятельностью ледника. В горах эрозионная и аккумулятивная
деятельность ледников – одна из ведущих в формировании
высокогорных типов рельефа: глубокорасчлененного с современным
оледенением и амплитудами относительных высот более 1000 м;
глубокорасчлененного
со
следами
древнего
оледенения;
высокогорного
выровненного
с
ледниковыми
формами.
Ландшафтообразующее значение на огромных пространствах
земного шара имеют формы рельефа, создаваемые мерзлотными и
эоловыми процессами. Основными формами рельефа, связанными с
многолетней мерзлотой, являются гидролакколиты, морозобойные
трещины, термокарстовые воронки и другие криогенные формы.
Гидролакколит – многолетний бугор вспучивания с ледяным ядром
внутри, образующимся в результате увеличения объема подземной
воды при замерзании в областях развития многолетнемерзлых
горных пород. Так, в Якутии размеры отдельных гидролакколитов
достигают 40 м высоты и 200 м ширины.
Эоловый
тип
рельефа
обусловлен
деятельностью
ветра
(развевание,
перенос
и
аккумуляция
песка),
создающего
специфические формы, характерные для пустынных природных зон.
В
образовании
эоловых
форм
рельефа
участвуют
пески:
материковые, морские и речные. Во внутриконтинентальных
пустынных районах широко распространены барханы – холмы
сыпучего
песка,
навеянного
ветром
и
не
закрепленного
растительностью.
На
океанических
и
морских
побережьях
своеобразной формой рельефа являются дюны. Они напоминают по
своей форме барханы, но имеют более крутые склоны и большие
относительные высоты – до 50 м и более. Дюны, как и барханы, могут
перемещаться в направлении преобладающего ветра со скоростью до
8-10 м в год.
Современное
воздействие
человека
на
рельеф
весьма
многообразно и охватывает более 70% суши. Оно проявляется
главным образом в преднамеренном создании искусственных форм
рельефа в результате тех или иных видов хозяйственной
деятельности. Это влияние выражается через техногенные формы
рельефа.
Например,
при разработке
полезных ископаемых
появляются шахты, карьеры, горные выработки, обвалы, насыпи; в
промышленности – свалки отходов, искусственные отстойники
сточных вод и др.; в земледелии – террасирование склонов,
строительство оросительных и осушительных каналов, «межевание»,
создание прудов и водохранилищ и т. д. Человек, вооруженный
современной техникой, перемещает огромное количество и вещества,
коренным образом видоизменяет те или иные формы рельефа, что в
конечном счете ведет к формированию новых антропогенных
ландшафтов.
Воздействие человека на рельеф в наши дни сказывается и в
непреднамеренном создании нежелательных форм поверхности, а
также в прямом или косвенном воздействии на природные
геоморфологические процессы, ускоряя или замедляя их. Так, при
сельскохозяйственной деятельности человек часто вызывает и
ускоряет также вредные процессы, такие как водная (в том числе и
ирригационная), ветровая и пастбищная эрозии, вторичное
засоление, заболачивание, усиление термокарстовых процессов в
полярных областях и т.д. Особенно угрожает земледелию на огромных
площадях ускоренная водная и ветровая эрозии почвы. Для
снижения степени проявления этих процессов им должна быть
противопоставлена целенаправленная деятельность.
Оказывает человек влияние и на эндогенные процессы. Например,
взрывные работы с использованием зарядов огромной мощности
сопровождаются, особенно в горных районах, искусственно
вызванными подвижками в земной коре (землетрясениями) и
различными нагромождениями. В зависимости от видоизменений
форм земной поверхности происходит (особенно в высокоразвитых
экономических районах и странах) и коренная перестройка
геоморфологической основы многих природных ландшафтов.
4.4. Экологические функции литосферы
Ресурсная функция определяет роль ресурсов, содержащихся в
литосфере, а также факторов пространственного характера для
жизни биоты и человека.
Человечество
стоит
перед
необходимостью
системного
георесурсного концептуального мышления. Человечество пока
намного более успешно разрушает, чем восстанавливает литосферу.
С большим трудом осознается, что объектом экологической заботы
является такой грандиозный экологический объект, как литосфера.
Человечество стало рельефообразующим фактором. К увеличению
сейсмичности приводит интенсивная добыча газа и нефти, закачка
воды глубоко под землю, рытье карьеров и котлованов, заполнение
водой котловин; оседают плотины электростанций, крупные города
типа Токио и Москвы. Глубина депрессий поверхности Земли
достигает сотен километров. Человечеству становится тесно на
поверхности планеты, а потому оно обращается к подземному
геологическому пространству. В этой связи требуется очень точная
геоэкологическая оценка.
Геодинамическая функция литосферы связана с масштабными
природными и антропогенными процессами, влияющими на жизнь
биоты и человека. Речь идет об аномалиях и напряженных
состояниях горных массивов, участках повышенной трещиноватости
и проницаемости, регионах, опасных в сейсмическом отношении или
охваченных
деятельностью
вулканов.
Важнейшее
значение
приобретает в этой связи прогноз развития катастрофических
геологических
процессов,
эколого-геологическое
обоснование
возможной инженерной защиты территорий и осуществление этой
защиты.
Разумеется,
с
различного
рода
нежелательными
последствиями связана такая техногенная деятельность человека,
которая увеличивает риск возникновения неконтролируемых
геодинамических потрясений.
Геохимическая функция литосферы касается в основном тех
геохимических неоднородностей, которые представляют опасность
для биоты, в том числе человека. Речь идет прежде всего о
химическом загрязнении, привнесении в литосферу различных
токсикатов (тяжелых металлов, пестицидов, пластмасс). Многие
химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными
свойствами. Опасные для жизни человека химические вещества в
земной коре находятся в связанном состоянии. Будучи извлеченными
из недр Земли, они возвращаются сначала на поверхность планеты, а
затем и в глубь нее уже в виде, представляющем большую опасность
для человека. Таковы, например, тяжелые металлы – свинец, цинк,
ртуть, медь, никель, железо, кадмий и др. Основными же
источниками
тяжелых
металлов
являются
промышленные
предприятия и атомные и тепловые электростанции. Сначала
тяжелые металлы попадают в атмосферу, но затем с осадками
выпадают на поверхность Земли. Согласно расчетам, вклад в
химическое загрязнение планеты антропогенного свинца составляет
94-97%, кадмия – от 84 до 89%, никеля – от 66 до 75% и т.д.
Значительный вклад в химическое загрязнение литосферы, особенно
земной коры, вносят различного рода отходы, в том числе
радиоактивные в твердом и жидком состояниях.
Геофизическая функция литосферы реализуется посредством
физических факторов, радиации, шумовых и тепловых эффектов. На
поверхности
Земли
постоянно
наблюдается
естественный
радиационный фон, который с медицинской точки зрения, как
правило, не является вредным. Однако есть такие регионы,
например в Индии и Бразилии, где этот фон превышает нормальный
в 100 и даже 1000 раз.
Земной радиационный фон наличествует даже в помещении.
Источник – радон и продукты его радиоактивного распада. Основной
канал проникновения радона – почва и строительные материалы.
Техническая
деятельность
человека,
связанная
с
выносом
естественных радионуклидов во внешнюю среду, приводит к
включению их в геобиогенные циклы. А это означает, что основная
часть радиационного фона имеет антропное происхождение.
Одна из форм загрязнения литосферы – экологический шум,
распространяющийся в приповерхностных слоях земной коры.
Промышленные предприятия и средства транспорта производят
шумы, которые накладываются на естественно-природный шумовой
фон. В итоге живые организмы, особенно те, места обитания которых
находятся в земле, и человек испытывают постоянный звуковой
дискомфорт.
Заслуживает упоминания также тепловой режим литосферы,
который зависит от последствий техногенной деятельности человека,
например теплотрасс, прокладываемых на глубине нескольких
метров, а порой и по земной поверхности. В результате этого
существенно изменяется тепловой режим обитания биоты.
5. Атмосфера
Атмосфера – воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой
тяжести. Нижней границей атмосферы является земная поверхность,
а верхняя размыта, так как с увеличением высоты воздух становится
разреженнее.
Следует отметить, что атмосфера имеет очень большое
экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли
от губительного влияния космических излучений и ударов
метеоритов,
регулирует
сезонные
температурные
колебания,
уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не
существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло
бы ±200 °С. Атмосфера есть не только животворным «буфером» между
космосом и поверхностью нашей планеты, носителем тепла и влаги,
через нее происходят также фотосинтез и обмен энергии — главные
процессы биосферы. Атмосфера влияет на характер и динамику всех
экзогенных процессов, которые происходят в литосфере (физическое
и химическое выветривания, деятельность ветра, природных вод,
мерзлоты, ледников).
Между
атмосферой
и
земной
поверхностью
происходит
непрерывный обмен теплом и влагой; основным поставщиком влаги
и аккумулятором тепла служит Мировой океан. Океан также служит
мощным поглотителем углекислого газа. Значительная часть газов
поступает в атмосферу из недр Земли благодаря геологическим и
геохимическим процессам. Колебания температур, ветер, осадки
являются экзогенными факторами рельефообразования, а рельеф, в
свою очередь, влияет на климат.
5.1. Состав атмосферы
Суммарная масса воздуха в атмосфере – (5,1-5,3)×1021 г. Из них
масса сухого воздуха составляет 5,1352±0,0003×1021 г, общая масса
водяных паров в среднем равна 1,27×1019 г.
Сухой чистый воздух на уровне моря (по объему): N2 – 78,08%, О2 –
20,95%, Ar – 0,93%, СО2 – 0,03%. Кроме того, атмосфера содержит
также водяной пар и различные газообразные загрязнения, большое
количество жидких и твердых частичек – капель воды, кристаллов
льда, пыли и т.д.
Характерным свойством атмосферы можно назвать то, что
содержание по крайней мере основных газов (N2, О2, Ar) с высотой
изменяется незначительно. Постоянство состава атмосферного
воздуха как по вертикали, так и по горизонтали поддерживается его
перемешиванием.
Современный состав воздуха Земли установился по крайней
мере несколько сотен миллионов лет назад и оставался неизменным
до тех пор, пока резко не возросла производственная деятельность
человека. В текущем столетии отмечается увеличение содержания
СО2 по всему земному шару примерно на 10-12%.
Каждый газ воздуха выполняет в географической оболочке
определенные функции. Свободный кислород поддерживает дыхание
и горение. Азот регулирует темп окисления, входит в состав белков и
нуклеиновых кислот. Диоксид углерода задерживает инфракрасное
излучение Земли, а также служит строительным материалом для
создания органического вещества в процессе фотосинтеза.
Атмосферный азот, кислород и углекислый газ биогенного
происхождения.
Водяной пар беспрерывно поступает в приземный слой
атмосферы за счет испарения с поверхности Мирового океана,
влажных поверхностей суши, растительного покрова и т.д.
Содержание зависит от t воздуха, высоты местности и колеблется от
0,2% в ледяных пустынях до 3-4% во влажных экваториальных лесах.
От представляет собой важное звено влагооборота и теплового
режима планеты.
Среди взвешенных частиц атмосферы – аэрозолей – наиболее
опасны продукты радиоактивного распада. Твердые частицы
выполняют в атмосфере роль ядер конденсации, ускоряя
образование туманов и облаков. Аэрозоли уменьшают прозрачность
атмосферы, ослабляя солнечную радиацию и уменьшая видимость.
По
характеру
изменения
температуры
в
вертикальном
направлении и другим физическим свойствам атмосферу делят на 5
концентрических оболочек.
Тропосфера – 80% массы, почти весь водяной пар, высота 17 км
на экваторе, 8-10 км на полюсах, 10-12 умеренные широты.
Температура у земной поверхности до тропопаузы уменьшается в
среднем на 0,60С на каждые 100 м. Непрерывное перемещение
воздуха, облаков, осадки. Горизонтальный перенос с запада на
восток. Резко выражено изменение температуры в течение суток и
года в приземном слое.
Воздух тропосферы нагревается от земной поверхности поверхности воды и суши. В тропосфере воздух постоянно
перемешивается. Конденсируются водяные пары, образуются туманы
и облака, выпадают дожди, происходят грозы и бури. Температура с
высотой убывает в среднем на 0,6С на каждые 100 м, а на верхней
границе она составляет -70С в районе экватора и -65С над
Северным полюсом.
Стратосфера – большей разреженностью воздуха, почти
отсутствует водяной пар, озон – максимально 22-27 км,
перламутровые облака (кристаллы льда, капли воды). Температура
нижней границы -600С с высотой повышается – температура
стратопаузы 00С. Направление ветра выше 18-20 км зимой –
западное, летом – восточное. Конвекция не развита.
Мезосфера – температура на нижней границе 0 0С, на высоте 7580 км до -850С. Скорость ветра от 50 до нескольких сотен км/ч
Термосфера – температура на высоте 600 км +15000С. Здесь
сгорают метеоры и появляется полярное сияние.
Экзосфера – температура около +20000С, водород и гелий
рассеиваются, образуя земную корону.
Подавляющее большинство процессов и явлений, протекающих на
поверхности Земли, в атмосфере и гидросфере обязаны своим
происхождением энергии, непрерывно поступающей от Солнца.
6.2. История образования атмосферы
Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во
времени пребывала в трёх различных составах. Первоначально она
состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из
межпланетного пространства. Это так называемая первичная
атмосфера (около четырех миллиардов лет назад). На следующем
этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению
атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом,
аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера
(около трех миллиардов лет до наших дней). Эта атмосфера была
восстановительной.
Далее
процесс
образования
атмосферы
определялся следующими факторами:
 утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное
пространство;
химические реакции, происходящие в атмосфере под
влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и
некоторых других факторов.
Постепенно эти факторы привели к образованию третичной
атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием
водорода и гораздо большим – азота и углекислого газа (образованы в
результате химических реакций из аммиака и углеводородов).
Образование
большого
количества
азота
N2
обусловлено
окислением
аммиачно-водородной
атмосферы
молекулярным
кислородом О2, который стал поступать с поверхности планеты в
результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд. лет назад. Также азот N 2
выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и
других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в
верхних слоях атмосферы.
Азот N2 вступает в реакции лишь в специфических условиях
(например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота
озоном при электрических разрядах в малых количествах
используется в промышленном изготовлении азотных удобрений.
Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически
активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и
клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с
бобовыми растениями.
Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на
Земле
живых
организмов,
в
результате
фотосинтеза,
сопровождающегося
выделением
кислорода
и
поглощением
углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление
восстановленных соединений – аммиака, углеводородов, закисной
формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании
данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти.
Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая
окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьезные и
резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере,
литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная
катастрофа.
В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода
претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со
скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды
угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно
превышало современный уровень.
Содержание в атмосфере углекислого газа СО2 зависит от
вулканической деятельности и химических процессов в земных
оболочках, но более всего – от интенсивности биосинтеза и
разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая
биомасса планеты образуется за счет углекислоты, азота и водяного
пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане,
в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и
природный газ.
В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать
влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный
значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за
сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие
геологические эпохи. Громадные количества СО2 потребляются при

фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в
атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и
органических веществ растительного и животного происхождения, а
также вследствие вулканизма и производственной деятельности
человека. За последние 100 лет содержание СО2 в атмосфере
возросло на 10%, причём основная часть (360 млрд. тонн) поступила
в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива
сохранятся, то в ближайшие 20-30 лет количество СО2 в атмосфере
удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.
Сжигание топлива – основной источник и загрязняющих газов
(СО, NO, SO2). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO3 в
верхних слоях атмосферы, который в свою очередь взаимодействует
с парами воды и аммиака, а образующиеся при этом серная кислота
и сульфат аммония возвращаются на поверхность Земли в виде т.н.
кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания
приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота,
углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец).
Аэрозольное
загрязнение
атмосферы
обусловлено
как
естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури,
унос капель морской воды и пыльцы растений и др.), так и
хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных
материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т.п.).
Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в
атмосферу – одна из возможных причин изменений климата
планеты.
5.3. Энергетические процессы атмосферы
За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность
1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс
20 C и относительная влажность 50%. Эти условные показатели
имеют чисто инженерное значение.
Солнечная радиация – электромагнитное излучение Солнца.
Радиация состоит на 46% из видимой и на 54% невидимой (7% – УФ,
47% – ИК). Большая часть ее отражается и поглощается атмосферой,
и только 50% достигает земной поверхности.
Количество солнечной радиации, получаемое поверхностью,
зависит от продолжительности освещения. В экваториальном поясе
количество солнечного тепла в течение года не испытывает больших
колебаний, тогда как в высоких широтах эти колебания очень
велики.
В зимний период различия в приходе солнечного тепла между
высокими и низкими широтами особенно значительны. В летний
период, в условиях непрерывного освещения, полярные районы
получают максимальное на Земле количество солнечного тепла за
сутки.
В южном полушарии в летний для него период поступает больше
тепла, чем летом в северном полушарии. Зимой картина обратная:
южное п/ш получает меньше тепла, чем северное.
Распределение суммарной радиации по земной поверхности имеет
зональный характер.
В
среднем
за
год
радиационный
баланс
поверхности
положительный, в то время как радиационный баланс атмосферы –
отрицательный.
Суточный и годовой ход температуры в нижнем слои тропосферы
до высоты 2 км в общем отражает ход температуры поверхности.
Амплитуда суточных колебаний с увеличением широты места
уменьшается. Наибольшая – на экваторе.
На состояние амплитуды колебания температур влияют:
 рельеф (выпуклый – уменьшается, вогнутый – увеличивается)
и физические свойства поверхности,
 над водой – меньше, чем над сушей,
 над растительностью – больше, чем без растительности.
Годовой ход температуры воздуха зависит прежде всего от
широты места: от экватора к полюсам увеличивается.
Условия нагревания солнечной радиацией воды и суши весьма
различны. Теплоемкость воды в два раза больше, чем суши. Это
значит, что при одинаковом количестве тепла суша нагревается
вдвое быстрее воды, а при охлаждении происходит обратное. Кроме
того, вода при нагревании испаряется, на что затрачивается немалое
количество тепла. На суше тепло сосредоточивается только в верхнем
ее слое, в глубину передается лишь небольшая его часть. В воде же
лучи нагревают сразу значительную толщу, чему способствует и
вертикальное перемешивание воды. В результате вода накапливает
тепла гораздо больше, чем суша, удерживает его дольше и расходует
более равномерно, чем суша. Она медленнее нагревается и медленнее
охлаждается.
Поверхность суши неоднородна. Ее нагревание в значительной
мере зависит от физических свойств почв и горных пород,
растительности, снежного покрова, льда, экспозиции (угла наклона
участков суши по отношению к падающим солнечным лучам)
склонов. Особенности подстилающей поверхности обусловливают
различный характер изменения температур воздуха в течении суток
и года. Наиболее низкие температуры воздуха в течении суток на
суше отмечаются незадолго до восхода Солнца (отсутствие притока
солнечной радиации и сильное земное излучение ночью). Наиболее
высокие - после полудня (14-15 ч). В течении года в Северном
полушарии наиболее высокие температуры воздуха на суше
отмечаются в июле, а самые низкие - в январе. Над водной
поверхностью суточный максимум температуры воздуха смещен и
отмечается в 15-16 ч, а минимум через 2-3 ч после восхода Солнца.
Годовой максимум (в Северном полушарии) приходится на август, а
минимум - на февраль.
Облака представляют собой видимые скопления капель воды и
кристаллов льда, взвешенных в воздухе. Главный процесс,
вызывающий образование облаков, – охлаждение поднимающегося
воздуха.
Атмосферное давление – это вес столба воздуха на единицу
площади. Он зависит главным образом от температуры воздуха. Чем
выше температура, тем он легче, а значит, тем ниже его давление в
основании столба. Чем выше влажность воздуха, тем меньше его
давление.
Барическое поле Земли имеет следующую структуру: пояса
низкого давления находятся на экваторе и на широтах 50-70,
области высокого давления – на полюсах и на 30-40.
Неравномерное нагревание поверхности вызывает движение
воздуха, его циркуляцию: подъем над нагретым участком, отток на
некоторой высоте в стороны, опускание над соседними, менее
нагретыми участками и движение у поверхности к нагретому
участку.
Ветер – движение воздуха в горизонтальном направлении.
Направление ветра зависит от направления барического градиента.
Разности температуры, постоянно имеющиеся на земной поверхности, –
между высокими и низкими широтами, между сушей и морем, главная причина
возникновенияю ветров.
Затем возникают другие силы, которые могут существенно влиять
на движение воздуха:
 сила Кориолиса – возрастает от экватора к полюсу, тем
больше, чем больше скорость движущейся воздушной
частицы. Может изменить направление ветра, но не
скорость.
 трение – вызывает изменение направления и скорости.
 центробежная сила.
Циклонические движения воздуха – в с. п/ш воздух втекает в
область пониженного давления, вращаясь вокруг нее против часов
стрелки. В ю. п/ш – наоборот, по часовой стрелке.
Области повышенного давления создают систему ветров,
называемую антициклонической. Ветер по спирали вытекает из
области повышенного давления, совершая при этом в с. п/ш
вращение по часовой стрелке, а в южном – против часовой. В
антициклонах ветер более слабый, чем в циклонах.
Бризы – возникают на побережье морей и крупных озер.
Образуются вследствие разности температур суши и водоема.
Муссон – дует с суши или с моря в масштабе целых континентов,
меняет направление при сменен времен года. Приводит к
чередованию дождливых и засушливых периодов. Возникают в
прибрежных районах тропических морей.
Пассаты – ветры, дующие к экватору.
Над слоем пассатов дуют противоположные ветры - «антипассаты»
- западные ветры и имеют переменный характер. В основном они
направлены с запада. Наблюдаются до очень большой высоты.
Струйное течение – направлено с запада на восток. На высоте 13
км. Обычно в умеренных широтах. Земной шар опоясывают
несколько струйных течений. Сильно турбулизированный поток
движения
воздуха
шириной
40-160
км
и
вертикальная
протяженность около 2 км. Скорость - 400-500 км/ч.
Воздушные массы - отдельные крупные объемы воздуха,
обладающие определенными общими свойствами (температурой,
влажностью, прозрачностью и т.д.) и движущиеся как одно целое.
Однако внутри этого объема ветры могут быть разные. Свойства
воздушной массы определяются районом ее формирования. Она
приобретает их в процессе соприкосновения с подстилающей
поверхностью, над которой она формируется или задерживается.
Воздушные массы имеют разные свойства. Например, воздух
Арктики имеет низкие, а воздух тропиков высокие температуры во
все сезоны года, воздух северной Атлантики существенно отличается
от воздуха материка Евразии. Горизонтальные размеры воздушных
масс огромны, они соизмеримы с материками и океанами или их
крупными частями. Выделяют главные (зональные) типы воздушных
масс, формирующихся в поясах с разным атмосферным давлением:
арктические (антарктические), умеренные (полярные), тропические и
экваториальные. Зональные воздушные массы подразделяются на
морские и континентальные - в зависимости от характера
подстилающей поверхности в районе их формирования.
Классификация воздушных масс.
Метеорологи выделяют 4 основных типа воздушных масс. Каждый
тип подразделяется на подтип.
Названия
воздушным
массам
давались
на
основании
климатических особенностей тех областей Земли, в которых
формируются эти массы. Название дает некоторое указание на ее
температуру и влажность.
1. Арктическая (Антарктическая) – низкая температура,
малая влажность.
2. Умеренная – низкая температура, малая влажность.
3. Тропическая – теплая, влажная.
4. Экваториальная – теплая, влажная.
Типы воздушных масс подразделяются на подтипы в зависимости
от вида поверхности, над которой они формировались. Различают
массы континентальные (к), сравнительно сухие, сформировавшиеся
над сушей, и морские (м), сравнительно влажные за счет испарения с
водоемов, над которыми они формировались. Воздушные массы
определяют характер погоды, климата на Земном шаре.
Арктический воздух формируется над Северным Ледовитым
океаном, а зимой еще и над севером Евразии и Северной Америки.
Воздух
характеризуется
низкой
температурой,
малым
влагосодержанием, хорошей видимостью и устойчивостью. Его
вторжения в умеренные широты вызывают значительные и резкие
похолодания
и
обусловливают
преимущественно
ясную
и
малооблачную погоду. Арктический воздух подразделяется на
следующие разновидности.
Морской арктический воздух (мАв) - формируется в более теплой
Европейской Арктике, свободной от льда, с более высокой
температурой и большим влагосодержанием. Его вторжения на
материк зимой вызывают потепление.
Континентальный арктический воздух (кАв) - формируется над
Центральной и Восточной ледяной Арктикой и северным побережьем
материков (зимой). Воздух имеет очень низкие температуры, низкое
влагосодержание. Вторжение кАв на материк обусловливает сильное
похолодание при ясной погоде и хорошей видимости.
Аналогом арктического воздуха в Южном полушарии является
антарктический воздух, но влияние его распространяется
преимущественно на прилегающие морские поверхности, реже - на
южную оконечность Южной Америки.
Умеренный (полярный) воздух. Это воздух умеренных широт. В
нем также различают два подтипа. Континентальный умеренный
воздух (кУв), который формируется над обширными поверхностями
материков. Зимой он очень охлажден и устойчив, погода обычно
ясная с крепкими морозами. Летом он сильно прогревается, в нем
возникают восходящие токи, образуются облака, нередко выпадают
дожди, наблюдаются грозы. Морской умеренный воздух (мУв)
формируется в средних широтах над океанами, западными ветрами
и циклонами переносится на материки. Он характеризуется высокой
влажностью и умеренными температурами. Зимой мУв приносит
пасмурную погоду, обильные осадки и повышение температуры
(оттепели). Летом он также приносит большую облачность, дожди;
температура при его вторжении понижается.
Умеренный воздух проникает в полярные, а также субтропические
и тропические широты.
Тропический воздух формируется в тропических и субтропических
широтах, а летом - и в континентальных районах на юге умеренных
широт.
Различают
два
подтипа
тропического
воздуха.
Континентальный тропический воздух (кТв) образуется над сушей,
характеризуется
высокими
температурами,
сухостью
и
запыленностью. Морской тропический воздух (мТв) формируется над
тропическими
акваториями
(тропическими
зонами
океана),
отличается высокой температурой и влажностью.
Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные
широты.
Экваториальный воздух формируется в экваториальной зоне из
тропического воздуха, приносимого пассатами. Он характеризуется
высокими температурами и большой влажностью в течении всего
года. Кроме того, эти качества сохраняются и над сушей, и над
морем, поэтому на морские и континентальные подтипы
экваториальный воздух не подразделяется.
Воздушные массы находятся в непрерывном движении. При этом
если воздушные массы движутся в более высокие широты или на
более холодную поверхность, их называют теплыми, так как они
приносят потепление. Воздушные массы, перемещающиеся в более
низкие широты или на более теплую поверхность, называются
холодными. Они приносят похолодание.
Перемещаясь в другие географические районы, воздушные массы
постепенно меняют свои свойства, прежде всего температуру и
влажность, т.е. переходят в воздушные массы другого типа. Процесс
превращения воздушных масс из одного типа в другой под влиянием
местных
условий
называется
трансформацией.
Например,
тропический воздух, проникая к экватору и в умеренные широты,
трансформируется соответственно в экваториальный и умеренный
воздух. Морской умеренный воздух, оказавшись в глубине
континентов, зимой охлаждается, а летом нагревается и всегда
иссушается, превращаясь в континентальный умеренный воздух.
Все воздушный массы связаны между собой в процессе
постоянного их перемещения, в процессе общей циркуляции
тропосферы.
Когда встречаются воздушные массы, образуется пограничная
область – атмосферный фронт. Соприкасаются воздушные массы
вдоль довольно узкой наклонной фронтальной зоны – линия фронта
длиной от 80 до 800 км. Более теплый воздух движется наклонно
вверх. Холодный воздух располагается в нижней части воздушного
клина.
На фронте все свойства воздушных масс - температура,
направление и скорость ветра, влажность, облачность, осадки - резко
меняются.
Прохождение
фронта
через
место
наблюдения
сопровождается более или менее резкими изменениями погоды.
Различают фронты, связанные с циклонами, и климатические
фронты.
В циклонах фронты образуются при встрече теплого и холодного
воздуха, при этом вершина фронтальной системы, как правило,
находится в центре циклона. Холодный воздух, встречаясь с теплым,
всегда оказывается внизу. Он подтекает под теплый, стремясь
вытеснить его вверх. Теплый воздух, наоборот, натекает на холодный
и если теснит его, то сам при этом поднимается по плоскости
раздела. В зависимости от того, какой воздух активнее, в какую
сторону смещается фронт, он называется теплым или холодным.
Рис. Теплый и холодный фронты на синоптической карте
Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха и
означает наступление теплого воздуха. Он медленно оттесняет
холодный воздух. Как более легкий он натекает на клин холодного
воздуха, полого поднимаясь вверх по поверхности раздела (рис. IV.6).
При этом перед фронтом образуется обширная зона облаков, из
которых выпадают обложные осадки. Полоса осадков перед теплым
фронтом достигает 300, а в холодное время даже 400 км. За линией
фронта осадки прекращаются. Постепенная смена холодного воздуха
теплым приводит к понижению давления и усилению ветра. После
прохождения фронта наблюдается резкое изменение погоды:
повышается температура воздуха, ветер изменяет направление
примерно на 90 и ослабевает, ухудшается видимость, образуются
туманы, могут выпадать моросящие осадки.
Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. В этом
случае холодный воздух - как более плотный и тяжелый - движется по
земной поверхности в виде клина, движется быстрее, чем теплый и,
как бы приподнимает впереди себя теплый воздух, энергично
выталкивая его вверх. Над линией фронта и впереди его образуются
большие кучево-дождевые облака, из которых выпадают ливневые
дожди, возникают грозы, наблюдаются сильные ветры. После
прохождения фронта осадки и облачность значительно уменьшаются,
ветер изменяет направление примерно на 90 и несколько
ослабевает, температура понижается, уменьшается влажность
воздуха, увеличивается его прозрачность и видимость; давление
растет.
Рис. Схема теплого фронта
Рис. Схема холодного фронта
Климатические фронты - фронты глобального масштаба,
являющиеся разделами между главными (зональными) типами
воздушных
масс.
Таких
фронтов
пять:
арктический,
антарктический, два умеренных (полярных) и тропический.
Арктический (антарктический) фронт отделяет арктический (антарктический) воздух от воздуха умеренных широт, два умеренных
(полярных) фронта разделяют воздух умеренных широт и
тропический воздух. Тропический фронт образуется там, где
встречаются тропический и экваториальный воздух, отличающиеся
по влажности, а не по температуре. Все фронты вместе с границами
поясов смещаются летом к полюсам, а зимой к экватору. Нередко они
образуют отдельные ветви, распространяющиеся на большие
расстояния от климатических зон. Тропический фронт всегда
находится в том полушарии, где лето.
Атмосферные фронты изменяют погоду там, куда приходят.
Каждому фронту предшествуют особые погодные условия. Погода в
районе фронта и после его прохождения зависит от типа этого
фронта и характера встречи воздушных масс.
Теплые фронты образуются в том случае, когда масса теплого и
обычно влажного воздуха надвигается на более холодную и сухую
воздушную массу. При этом теплый воздух перемещается вверх по
клину более холодного воздуха, остающегося внизу. Поднимается
теплый воздух под очень небольшим углом к земной поверхности.
Условия погоды: вдоль фронта мощный облачный покров, из
которого выпадают осадки.
Холодный фронт образуется, когда северные ветры приносят
холодный воздух в область теплой воздушной массы. Более холодный,
следовательно, более плотный воздух вклинивается под теплый
воздух и заставляет теплый воздух подниматься под значительным
углом к земной поверхности. Холодный фронт обычно создает погоду
в гораздо более узкой полосе местности, чем теплый фронт. На
холодном фронте преобладают кучево-дождевые облака, часто
возникают грозы.
Фронты окклюзии являются следствием наложения одного фронта
на другой, ранее образовавшийся фронт. Между двумя такими
фронтами находится большая масса воздуха, значительно более
теплого, чем остальной окружающий воздух.
Поскольку воздух в каждой циркуляционной области поднимается
от земной поверхности в более высокие слои атмосферы, а затем
возвращается к поверхности, на каждом уровне он все время
замещается приходящем сюда воздухом с другими свойствами и
другой температурой. Такое взаимное замещение воздуха усиливает
теплообмен в атмосфере Земли.
Циклон – область пониженного давления в атмосфере с
минимумом в центре. Характеризуется системой ветров, дующих
против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке
– в южном. Погода преобладает пасмурная с сильными ветрами.
Встреча двух воздушных масс вызывает целый ряд атмосферных
процессов, которые и приводят к развитию циклона. Теплый воздух
образует длинный воздушный язык, вклинивающийся в область,
занятую холодным воздухом. При этом на атмосферном фронте
возникает возмущение в виде волны, в которой обе воздушные массы
вращаются друг вокруг друга, в результате чего вершина волны
становится все более заметной.
Когда возникает волна, давление в ее вершине постепенно
понижается, а пространство, занятое волной, расширяется.
Понижение давления в центральной части области кругового
движения воздуха увеличивает градиент давления, что приводит к
усилению ветра в данном районе. Теплый воздух при этом
постепенно
вытесняется
вверх,
а
холодный
продолжает
перемещаться к югу.
Тропические циклоны – исключительно сильная циклоническая
деятельность, сопровождающаяся ураганным ветром, развивается в
тропических
широтах
вокруг
областей
с
крайне
низким
атмосферным давлением. Воздух в таких областях движется по
сильно изогнутым траекториям.
Возникают
тропические
циклоны
в
низких
широтах
субтропических областей океанов, с температурой воды более 270С.
не возникают над южно Атлантикой и в экваториальном поясе:
отсутствует сила Кориолиса.
Смерчи возникают над водой при неустойчивом вертикальном
равновесии атмосферы над перегретой поверхностью перед
наступающим холодным воздухом.
Антициклоны – область повышенного давления в атмосфере с
максимумом в центре. Характеризуется системой ветров, дующих по
часовой стрелке в северном, против – в южном. Погода –
малооблачная, сухая, слабые ветра.
Развитие антициклона обычно начинается с возникновения
приземной области повышенного давления под областью сходимости
(конвергенции) потоков в более высоких слоях тропосферы.
Возникает отток воздуха из центра максимума, компенсируемый его
опусканием из области сходимости.
По мере развития антициклона нисходящие движения в его
области все более прогревают холодную воздушную массу и
понижают ее относительную влажность, возрастает вертикальная
мощность антициклона и он становится малоподвижным.
5.4. Климат
Погода – состояние атмосферы в рассматриваемом месте в данное
время над определенной территорией. Элементы погоды –
температура воздуха, влажность, облачность, осадки, атмосферное
давление, ветер. Климат – статистически многолетний режим погоды.
Возникновение и развитие ландшафтной сферы находится в прямой
зависимости от процессов влаго- и теплообмена между океаном и
сушей, который определяет макроклимат континентов и планеты в
целом. Климатические условия обусловливают и систему природных
(ландшафтных) зон на земной поверхности. Б. П. Алисов выделяет на
Земле 13 климатических поясов.
В пределах природных зон (лесной, степной, пустынной и др.)
особенно отчетливо проявляется взаимодействие между атмосферой
и подстилающей поверхностью, ее ландшафтом. Степень участия
того или иного компонента ландшафта в формировании зонального
климата (мезоклимата) зависит от типа ландшафта. Степной,
таежный, пустынный и другие климаты, характеризующиеся своими
чертами, обусловлены зональными особенностями ландшафтов.
Например, степной климат – сухой, с теплым или жарким летом и
ограниченным количеством осадков – не более 450 мм в год. В
формировании степных равнинных ландшафтов ведущая роль
принадлежит географическому положению территории, равнинному
характеру рельефа и климату. В горных странах рельеф через климат
также оказывает решающее влияние на формирование структуры
ландшафтов.
Климаты разных районов различаются по многим причинам.
Прежде всего – различие широты места. Другими причинами могут
быть: разница в высоте над уровнем моря, режим ветра, рельеф
местности.
Изменение температуры воздуха подвержено влиянию океанов и
суши. Кроме того, на изменение свойств воздушных масс влияет
общая циркуляция атмосферы.
Количество осадков тоже изменяется с изменением широты места.
Больше осадков выпадает вблизи экватора, а в направлении к
полюсам количество их уменьшается, причем неравномерно. На суше
количество осадков уменьшается еще и в направлении от побережий,
омываемых теплыми морскими течениями, в глубь континентов.
Климат районов, которые находятся под воздействием сухих
ветров, дующих из глубины континента, сравнительно сухой –
континентальный, воздух сухой.
В течение всего года здесь преобладает солнечная погода, а число
облачных дней, как и число случаев с малой дальностью видимости,
невелико.
В тропических районах материков амплитуда годового хода
температуры воздуха меньше, чем в умеренных широтах. В полярных
районах господствуют продолжительные и суровые зимы. Лето здесь
холодное и короткое.
Горные цепи часто являются границей между двумя разными
климатическими областями. На наветренных склонах гор выпадают
обильные осадки. На подветренных – возникает дождевая тень и
пустыни.
На горных склонах и высоких плоскогорьях, воздух над которыми
устойчив и практически не перемешивается, отмечаются большие
амплитуды изменения температуры воздуха.
Амплитуды изменений метеорологических величин в прибрежных
районах значительно меньше, чем в близких к ним районах суши,
находящихся даже на небольшом расстоянии от побережья.
Западные берега континентов, лежащие в поясе преобладающего
западного переноса, в большей мере подвержены влиянию океана,
тогда как восточные берега той же зоны - влиянию переноса воздуха
с континента.
В районах, лежащих в поясе пассатов более морским климатом
обладают восточные берега континентов. Эти побережья сохраняют
более умеренный климат, чем глубинные районы континента.
Холодная суша, на которой с моря приходит теплый воздух, также
становится местом возникновения адвективного тумана. Зимние
туманы у берегов Англии образуются в результате соприкосновения
холодного континентального воздуха с более теплой поверхностью
моря.
Климат оказывает влияние на формирование внешнего облика
ландшафта в зависимости от принадлежности его к той или иной
климатической области. Кроме того, он непосредственно влияет и
определяет прямо или косвенно ландшафтный ресурс, многие
геоморфологические, геохимические, биофизические и другие
процессы, происходящие внутри ландшафта и определяющие его
динамику. Воздействие климата на ландшафт проявляется в трех
направлениях: глобальном, зональном и провинциальном.
Внутри
конкретного
участка
ландшафта
формируется
микроклимат. Его трактуют как режим погоды небольшой
территории ландшафта – фации, для которой характерна однородная
подстилающая поверхность. Микроклимат, в зависимости от
размеров фаций, охватывает ареал от нескольких десятков
квадратных метров до нескольких километров, а по высоте его
распределение редко превышает 2 м. Местные особенности
микроклимата возникают под влиянием неровностей рельефа,
характера растительного покрова. Известно, что сплошной травяной
покров задерживает солнечную радиацию, но вместе с тем и
задерживает тепловое излучение поверхности. Поэтому температура
поверхности почвы под травяным покровом понижена, а амплитуды
ее колебания сглажены. Влажность воздуха в лесу выше, чем в
открытом поле: лес испаряет влаги меньше, чем сплошной травяной
покров той же площади. Повышенная влажность в лесном
ландшафте – следствие замедленного обмена.
6. Гидросфера
6.1. Происхождение и распространение вод
Гидросфера – водная оболочка Земли, включающая всю химически
несвязанную воду. За верхнюю границу гидросферы принимают
поверхность земного шара. Нижняя граница нечеткая, но основная
масса подземных вод сосредоточена в рыхлой осадочной толще. Общий
объем воды составляет около 1,39 млрд. км3, из них 96,5% приходится
на Мировой океан и 1,8% – на ледники. Вода покрывает 86%
поверхности Земли: 71% – площадь океана и 15% – суммарная площадь
вод на суше. 97,4% вод засолены.
Вода на Земле появилась за счет горячих растворов, водяных паров
и других летучих веществ магмы (вода составляет 3-5% изверженных
пород). В верхних слоях атмосферы вода образуется при реакции
водорода, принесенного солнечным ветром, с кислородом атмосферы.
Пресная вода на суше – результат прохождения океанической воды
через атмосферу. Воды вулканического происхождения кислые, их
нейтрализация происходит за счет выщелачивания горных пород.
После образования земной коры, ее поверхность начала быстро
охлаждаться, так как тепло, получаемое ею из недр Земли, недостаточно
компенсировало потерю тепла, излучаемого в пространство. По мере
охлаждения водяные пары, окружавшие Землю, образовали облачный
покров. Когда температура упала до уровня, при котором влага
превратилась в воду, пролились первые дожди.
Дожди, веками низвергавшиеся на поверхность Земли, были
главным источником воды, которая заполнила океанические впадины.
На Земле начал действовать процесс эрозии, или размыва. Этот процесс
оказал глубокое воздействие на эволюцию суши и моря. Очертания
морей, а вместе с ними и контуры океанов постоянно менялись. В
результате эрозии и движения земной коры создавались новые моря, а
дно старых поднималось и превращалось в сушу.
6.2. Геоэкологические свойства вод
В земных условиях вода способна находиться в трех агрегатных
состояниях. При переходе из одного состояния в другое происходит
поглощение либо выделение большого количества тепла. Вследствие
этого водоемы регулируют климат на планете, особенно в умеренных и
полярных широтах.
Вода в силу полярности её молекул способствует разложению солей
на ионы, но сама вода проявляет большую устойчивость. Это важно для
живых организмов, поскольку необходимые их тканям питательные
вещества поступают в водных растворах в сравнительно мало
измененном виде.
Вода хорошо растворяет газы (особенно при низких температурах).
Количество кислорода иногда достигает 6 мг/л. В минеральных водах
общее содержание газов может составлять до 0,1%. В природной воде
присутствуют гумусовые вещества, а также соединения типа белков,
сахаров, спиртов.
Вода обладает высоким поверхностным натяжением. Во многом это
обусловлено водородными связями между отдельными молекулами H2O.
Особенно
наглядно
проявляется
поверхностное
натяжение
в
прилипании воды к поверхностям – смачивании. Установлено, что
вещества, легко смачиваемые водой, непременно имеют в своем составе
атомы кислорода. Таким образом, энергетически неуравновешенные
молекулы поверхностного слоя воды получают возможность образовать
дополнительные связи с “чужими” атомами кислорода.
В капиллярах вода, сконденсировавшаяся из водяного пара, не
замерзает при 00 и даже при снижении температуры на десятки
градусов.
Океаническая вода – универсальный однородный ионизированный
раствор. Соленость морской воды в среднем 35‰.
Состав морской воды похож на состав вод, выделяемых при
вулканических извержениях из магмы. Изменения, которые она
претерпела в ход эволюции Земли, связаны с жизнедеятельностью
организмов, которые активно поглощают кремний и кальций для
образования своих скелетов и раковин, и выводят их тем самым из
круговорота минеральных веществ.
Состав морской воды
КОМПОНЕНТ КОНЦЕНТРАЦИЯ,
КОМПОНЕНТ КОНЦЕНТРАЦИЯ,
Г/КГ
Г/КГ
Хлор
19.353
Бикарбонат
0.142
Натрий
10.760
Бром
0.067
Сульфат
2.712
Стронций
0.008
Магний
1.294
Бор
0.004
Кальций
0.413
Фтор
0.001
Калий
0.387
Свойство воды увеличивать свой объем при замерзании приводит к
тому, что образующийся лед предохраняет нижележащие слои воды от
замерзания. Кроме того, образование льда играет огромную роль при
разрушении
горных
пород,
образовании
бугров
пучения
и
термокарстов.
Льдом постоянно покрыто 3-4% площади океана. У воды температура
замерзания понижается по мере увеличения солености. При солености
35‰ точка замерзания составляет –1,9С.
Для замерзания морской воды необходимо, чтобы либо глубина была
невелика, либо ниже поверхностного слоя на небольших глубинах
располагалась вода с более высокой соленостью.
Толщина арктического льда около 2 м, а температура воздуха зимой
в районе Северного полюса опускается до -40. Лед действует как
изолятор, предохраняя океан от выхолаживания.
Лед играет и другую важную роль в энергетическом балансе. Вода –
хороший поглотитель солнечной энергии. Напротив, лед, в особенности
пресный, и снег – очень хорошие отражатели. Если чистая вода
поглощает около 80% падающей радиации, то морской лед может
отражать до 80%. Присутствие льда значительно уменьшает нагревание
земной поверхности.
Айсберги распространяются гораздо дальше границы морских льдов.
Они формируются на суше. Хотя лед представляет собой твердое тело,
он все же медленно течет. Снег, накапливаясь в Гренландии,
Антарктиде и горах высоких широт, дает начало ледникам, сползающим
вниз. На линии берега огромные блоки льда откалываются от ледника,
рождая айсберги. Поскольку плотность льда составляет около 90%
плотность они увлекаются течениями и, попадая в более низкие
широты, постепенно тают.
Морской лед солоноватый, но соленость его в несколько раз меньше
солености океана. В распределении солености поверхностных вод
прослеживается
зональность,
обусловленная
прежде
всего
соотношением выпадающих атмосферных осадков и испарения.
Уменьшают соленость сток речных вод и тающие айсберги. В
приэкваториальных широтах, где осадков выпадает больше, чем
испаряется, и велик речной сток, соленость 34-35‰. В тропических
широтах мало осадков, но велико испарение, поэтому соленость
составляет 37‰. В умеренных широтах соленость близка к 35, а в
приполярных – наименьшая (32-33‰), т.к. количество осадков здесь
больше испарения, велик речной сток, особенно сибирских рек, много
айсбергов, главным образом вокруг Антарктиды и Гренландии.
Океаническая вода кроме солей содержит газы и частицы органического и
неорганического происхождения. По массе они составляют всего 3,5%, но от них
зависят многие свойства воды.
6.3. Круговорот воды
Круговорот воды – один из важнейших процессов в географической
оболочке. Под круговоротом воды понимают непрерывный замкнутый
процесс перемещения воды, охватывающий всю географическую
оболочку, совершающийся под действием солнечной энергии и силы
тяжести. Он складывается из процессов испарения, переноса водяного
пара воздушными потоками, конденсации его в атмосфере, выпадения
осадков над сушей и последующего стока их в океан. Основной
источник поступления влаги в атмосферу – океан (более 86%), с суши –
около 14%.
Поступающая на Землю солнечная радиация взаимодействует с
атмосферой, облаками и поверхностью Земли. Энергия переносится от
экватора по направлению к полюсу ветрами и океаническими
течениями, которые обусловлены различным нагреванием земной
поверхности.
На характер переноса вещества и энергии значительное влияние
оказывают океанические течения. Поверхностные течения образуют два
больших круговорота, разделенных противотечением в районе экватора.
Водоворот северного полушария вращается по часовой стрелке, а
южного – против. Реальный океан имеет более сложную систему
противотечений у границ континентов, где, например, располагаются
Лабрадорское течение (Северная Атлантика) и Аляскинское возвратное
течение (Тихий океан). Кроме того, течения у западных окраин океанов
отличаются большими скоростями перемещения воды, чем у восточных.
Ветры прилагают к поверхности океана пару сил, вращающих воду в
северном полушарии по часовой стрелке, а в южном – против нее.
Большие водовороты океанических течений возникают в результате
действия этой пары вращающих сил. Баланс между вращающей парой
сил среднего поля ветра и результирующими течениями складывается
на площади всего океана. Кроме того, течения аккумулируют огромное
количество энергии. Поэтому сдвиг в поле среднего ветра не приводит
автоматически к сдвигу больших океанических водоворотов.
На водовороты, приводимые в движение ветром, накладывается
другая циркуляция, термохалинная («халина» – соленость). Вместе
температура и соленость определяют плотность воды. Океан переносит
тепло из тропических широт в полярные. Этот перенос осуществляется
при участии таких крупных течений, как Гольфстрим, но существует
также и возвратный сток холодной воды в направлении тропиков. Он
происходит в основном на глубинах, расположенных ниже слоя
возбуждаемых ветром водоворотов. Ветровая и термохалинная
циркуляции представляют собой составные части общей циркуляции
океана и взаимодействуют друг с другом. Так, если термохалинные
условия объясняют в основном конвективные движения воды
(опускание холодной тяжелой воды в полярных районах и ее
последующий сток к тропикам), то именно ветры вызывают
расхождение (дивергенцию) поверхностных вод и фактически
«выкачивают» холодную воду обратно к поверхности, завершая цикл.
Некоторые различия между океанами связаны с различиями в
очертаниях их бассейнов. Атлантический, Индийский и Тихий океаны
имеют разную форму. Но некоторые из различий определяются
особенностями поля ветра, как, например, в Индийском океане.
Циркуляция в южной части Индийского океана в основных чертах
сходна с циркуляцией в южных бассейнах Атлантического и Тихого
океанов. Но в северной части Индийского океана она явно подчиняется
муссонным ветрам, где в период летнего и зимнего муссонов картина
циркуляции полностью меняется.
Заметные отклонения от средней картины циркуляции могут
вызывать у побережий и местные ветры. В отдельных районах
возмущающими факторами режима циркуляции служат речной сток и
приливы.
В формировании интенсивных потоков тепла из океана в атмосферу
важную роль играют фронтальные зоны — зоны контраста "теплых" и
"холодных" вод, зоны контраста льда и воды, воды и суши. В Северной
Атлантике находится один из самых контрастных гидрологических
фронтов
—
субполярный
североатлантический
фронт.
Здесь
соприкасаются "теплые" воды из субтропиков и "холодные" воды,
идущие из полярных районов. Этот фронт простирается от широт
Саргассова моря до Норвегии. Величина контрастов вдоль границы
раздела не остается постоянной. На всем ее протяжении выделяются
три области повышенных градиентов, которые получили название
энергоактивных областей (ЭАО): ЭАО Гольфстрима, Ньюфаундлендская
и Норвежская ЗАО. Потоки тепла в атмосферу в этих очагах могут
достигать двух-трех тысяч Вт/м2.
Величины контрастов во фронтальных зонах имеют как сезонную,
так и межгодовую изменчивость. Само положение фронта, как и
интенсивность фронтальных течений, испытывает смещение. В осеннезимний период, когда гидрологические фронты особенно ярко
выражены, к ним приурочены траектории циклонов, выносящих
огромные массы влаги и тепла на континент. Зачастую именно от
положения этих траекторий и интенсивности выноса влаги зависят
суровость зим в Европе, уровень паводков на реках, сухость погоды в
летние сезоны и т.д. Изменчивость интенсивности фронтальных
процессов проявляется и в многолетнем диапазоне. Серии "холодных"
зим сменяются сериями "теплых", периоды увлажнения перемежаются с
засухами.
6.4. Мировой океан
Уровень Мирового океана подвержен разного рода колебаниям. К
периодическим колебаниям относятся суточные приливно-отливные
колебания.
Непериодические
колебания
возникают
вследствие
прохождения тропических циклонов, цунами и др. Вековые колебания
уровня океана имеют разные причины.
Гидрократические колебания связаны с изменением объема вод,
заполняющих
водоемы
(ледники
–
колебания
100-130
м).
Геократические являются следствием процессов, происходящих в
земной коре, которые приводят к поднятию или опусканию дна
(регрессии в орогенные фазы – 10 м/млн.лет, трансгрессии в
межорогенные периоды – 14 м/млн.лет, накопление донных осадков –
20 м/млн.лет).
В распределении солености поверхностных вод примерно до глубины
200 м прослеживается зональность, что связано с балансом пресной
влаги, прежде всего – с количеством выпадающих осадков и
испарением. Уменьшают соленость морской воды речные воды и
айсберги.
Океан может рассматриваться как двухслойная система. Верхний
слой, достигающий мощности от десяти до первых сотен метров ниже
водного уровня, постоянно перемешивается, и внутри него температура
и соленость в вертикальном направлении гомогенны.
В расположенном ниже слое, мощность которого достигает
нескольких тысяч метров, температура с глубиной убывает. Плотность
воды с глубиной всегда возрастает, и вода отчетливо расслоена как
результат вертикальной стабильности в слое. В нижнем слое скорость
горизонтальных течений значительна, а вертикальное перемешивание
происходит медленно.
Наиболее высокие температуры поверхности моря наблюдаются
несколько к северу от экватора, где также наиболее высокая
температура воздуха.
В мелководной зоне моря между придонным и верхним слоями воды
может возникать значительная разность потенциалов, достигающая
иногда 0,4 V в пресной и солоноватой воде, когда буферные реакции
слабы, окислительно-восстановительный потенциал близок величине рН.
В основе образования марганцевых конкреций, встречаемых в
глубоководной зоне лежит электрохимический процесс аккумуляции
марганца и железа.
Последние исследования глубоководной зоны установили, что
морская вода испытывает перемещения даже близ самого дна.
Вследствие этого верхняя часть дна океана будет служить электродом.
Если подводные перемещения воды связывать с приливными
движениями, то дно – электрод должно попеременно приобретать
разную полярность. Соли окиси марганца в морской воде, имеющие
отрицательный заряд, будут осаждаться вследствие электрофореза при
положительном заряде электрода, а железо будет осаждаться при
приобретении электродом отрицательного заряда. Если полярность
электрода изменяется через одинаково равные промежутки времени, то
в конкрециях будет аккумулироваться равное количество железа и
марганца.
По своему физическому состоянию вода – очень подвижная среда,
поэтому в природе она находится в непрерывном движении. Это
движение вызывают различные причины, прежде всего ветер.
Воздействуя на воды океана, он возбуждает поверхностные течения,
которые переносят огромные массы воды их одного района океана в
другой. Энергия поступательного движения поверхностных вод
вследствие внутреннего трения передается в нижележащие слои,
которые также вовлекаются в движение. Однако непосредственное
влияние ветра распространяется на сравнительно небольшое (до 300 м)
расстояние от поверхности. Ниже в толще воды и в придонных
горизонтах перемещение происходит медленно и имеет направления,
связанные с рельефом дна.
Широтную закономерность солености нарушают морские течения.
Например, в умеренных широтах соленость больше у западных
побережий материков, куда поступают тропические воды, меньше – у
восточных берегов, омываемых полярными водами. Наименьшей
соленостью обладают прибрежные воды близ устьев рек. Максимальная
соленость наблюдается в тропических внутренних морях, окруженных
пустынями. Соленость влияет на другие свойства воды: плотность,
температура замерзания и т.д.
Установлено, что на 100-метровую глубину в океан проникает менее
1% солнечной энергии, достигшей поверхности воды.
К сожалению, Мировой океан, особенно в последнее время,
подвергается сильному загрязнению. В океане можно обнаружить
пластики, нефть, ДДТ и всевозможные отходы хозяйственной
деятельности человека. Проблема загрязнения океана может возникнуть
в будущем, если использование энергии и ресурсов будет возрастать и
дальше.
Давно замечено, что океан с помощью волн возвращает на берег
потерянные людьми предметы. В наше время к возвращаемым морем
предметам добавились поля разлитой нефти и других загрязнителей, как
и прежде универсальным средством их доставки на берег служат
морские волны. Этот процесс получил название негравитационного
скин-прилива. Наиболее активно он происходит в поверхностном
микрослое воды, называемом скин-слоем.
Главный механизм, осуществляющий скин-прилив, — волновой
перенос. При высоте волны 0,5 м и длине 12 м его скорость нарастает от
7 см/с на глубокой воде до 15 см/с на мелководье.
6.5. Воды суши
Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных
айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного
круга. Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс.
кубических километров.
По условиям залегания подземные воды делятся на воды зоны
аэрации: почвенные и верховодка, и воды зоны насыщения: грунтовые
и межпластовые.
Почвенные воды – гравитационная и капиллярная – необходимы для
нормальной жизнедеятельности растений. Верховодка образуется на
линзе водоупорных пород, распространена локально, залегает неглубоко,
существует временно, в наших условиях появляется весной после
снеготаяния, иногда осенью.
Парообразованная вода занимает в породе поры, не заполненные
жидкой водой, и перемещается за счет различной величины упругости
пара или потоком воздуха. Конденсируясь на частицах породы, водяные
пары переходят в другие виды влаги.
Различают несколько видов связанной воды. Сорбированная вода
удерживается частицами породы под влиянием сил, возникающих при
взаимодействии молекул воды с поверхностью этих частиц и с
обменными катионами. Особенно важную роль играет сорбированная
вода в глинистых породах. Она влияет на прочностные свойства глин и
фильтрационную способность.
Грунтовые воды лежат на первом водоупорном пласте. Область
распространения и питания грунтовых вод совпадают, их режиму и
свойствам присущи зональные черты. В зонах избыточного и
достаточного увлажнения – тундре и лесах – грунтовые воды залегают
неглубоко, они пресные, гидрокарбонатно-кальциевые; в зонах
умеренно недостаточного увлажнения – лесостепях и степях – залегание
вод глубже, они пресные или слабо минерализованные, содовые и
сульфатные; в зонах недостаточного увлажнения – полупустынях и
пустынях – глубоко залегающие, минерализованные, обычно хлоридные.
Чистота их зависит от глубины залегания – чем глубже, тем чище.
Река – естественный постоянный водный поток, текущий в
выработанном им углублении – русле. Водный режим рек имеет
сезонную динамику, связанную с соотношением источников питания:
дождевого, снегового, подземного и ледникового.
Характерные периоды с определенными уровнями и объемами воды
в реке называют фазами водного режима. Половодье – длительное
увеличение, а межень – уменьшение водности реки, ежегодно
повторяющееся в один и тот же сезон. Паводки – кратковременные
непериодические увеличения расходов воды.
Речной сток образуется за счет поступления поверхностных и
подземных вод с водосборной площади и отражает условия
формирования вод суши. Коэффициент стока показывает долю
осадков, стекающих в реки. Средний коэффициент стока рек 34%.
Коэффициент стока зонален и изменяется от 75% в зоне тундр до 4% в
пустынях.
Озеро – водоем с замедленным водообменом в природном углублении
на поверхности суши. Общая площадь озер 2,1 млн. км2 (1,4%). По
генезису водных масс выделяют 2 типа озер. Одни имеют воду
атмосферного происхождения, они обычно пресные. Другие были когдато частью океана (Каспийское). Но и в таких озерах первичная морская
вода может быть вытеснена атмосферными водами (Ладожское). В
зависимости от водного баланса озера разделяются на сточные и
бессточные.
Эволюция озер происходит разными путями. Во влажном климате
ведущая роль в заполнении озера принадлежит растительности, и они
превращаются в болота, в сухом происходит накопление солей, и озера
становятся солончаками.
Ледники – подвижные скопления льда атмосферного происхождения
на поверхности суши. Они покрывают площадь 16,3 млн. км2 (11%
суши). Ледники образуются в полярных областях и в горах, где весь год
отрицательные температуры воздуха и годовое количество снега
превышает его расход на таяние и испарение.
7. Биосфера
7.1. Живое вещество
В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу
жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г.
австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом. Однако
задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство
жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., это
понятие рассматривалось многими другими естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась
только совокупность живых организмов, обитающих на нашей
планете, хотя иногда и учитывалась их связь с географическими,
геологическими и космическими процессами.
Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль
живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б. Ламарк. Он
подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного
шара и образующие его кору, сформировались благодаря
деятельности живых организмов.
Очень важным для понимания биосферы было установление
немецким физиологом Пфефером трех способов питания живых
организмов:
 автотрофное – построение организма за счет использования
веществ неорганической природы;
 гетеротрофное – строение организма за счет использования
низкомолекулярных органических соединений;
 миксотрофное – смешанный тип построения организма.
В современном понимании биосфера – оболочка Земли,
содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть
вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими
организмами.
Идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об
обратном воздействии живых организмов и их систем на
окружающие их физические, химические и геологические факторы
стала находить реализацию в научных исследованиях. На рубеже
ХIХ-ХХ вв. в науку все шире проникают идеи целостного подхода к
изучению природы, которые в наше время оформились в виде
системной парадигмы.
Результаты такого подхода сказались при исследовании общих
проблем воздействия биотических факторов на абиотические
условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во
многом определяется активностью морских организмов. Растения,
живущие на почве, значительно изменяют ее структуру. Живые
организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Таким
образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой
природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой – сама
воздействует на нее.
Центральным концепции биосферы является понятие о живом
веществе, которое В.И. Вернадский определял как совокупность
живых организмов. Кроме растений и животных, В.И. Вернадский
включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические
процессы отличается от воздействия остальных живых существ, вопервых,
своей интенсивностью,
увеличивающейся
с ходом
геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое
деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.
Это воздействие сказывается прежде всего в создании
многочисленных новых видов культурных растений и домашних
животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи
человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы.
Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого
вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и
культурного человечества как работу единого целого.
По мнению В.И. Вернадского, в прошлом не придавали значения
двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и
продукты их жизнедеятельности:
 открытию Пастера о преобладании оптически активных
соединений, связанных с дисимметричностью пространственной
структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
 недооценивался вклад живых организмов в энергетику
биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы
входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые
тела, которые В.И. Вернадский называет косными (атмосфера,
горные породы, минералы и т. д.), а также и биокосные тела,
образованные из разнородных живых и косных тел (почвы,
поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и
весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет
основную роль в геологических процессах, связанных с
изменением облика нашей планеты.
Исходной основой существования биосферы и происходящих в
ней
биогеохимических
процессов
является
астрономическое
положение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от
Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной
орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в
основном климат на планете, а последний в свою очередь –
жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце
является основным источником энергии биосферы и регулятором
всех геологических, химических и биологических процессов на нашей
планете.
Отличие живого вещества от косного заключается в следующем:
 изменения и процессы в живом веществе происходят
значительно быстрее, чем в косных телах;
 в ходе геологического времени возрастают мощь живого
вещества и его воздействие на косное вещество биосферы;
 только в живом веществе происходят качественные
изменения организмов в ходе геологического времени;
 живые организмы изменяются в зависимости от изменения
окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории
Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений
служит источником эволюции.
Границы биосферы определяются распространением живого
вещества. За верхнюю границу принимают «озоновый экран» (25 км),
нижняя граница охватывает всю гидросферу и верхнюю часть
земной коры, где еще могут встречаться анаэробные бактерии.
Живые
организмы в их пределах распределены очень
неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и
литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь
сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в
приповерхностном слое океана.
Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т.
Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена
зелеными растениями и 0,8% – животными и микроорганизмами.
Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю
животных и микроорганизмов – 93,7% всей биомассы. Жизнь
сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса
океана составляет всего 0,13% биомассы всех существ, обитающих на
Земле.
21% видов приходится на растения, но их вклад в общую
биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов –
беспозвоночные и только 4% – позвоночные, из которых десятая
часть – млекопитающие. Масса живого вещества составляет 0,010,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую
роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую
для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды.
Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных,
воспроизводится около 10% биомассы.
7.2. Характер эволюции биосферы
В.И. Вернадский высказал предположение, что живое вещество
имеет свой процесс эволюции, не зависимый от изменения среды.
Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост
центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а
также на особую организованность самой биосферы. Это явление
можно описать как необратимость изменений, которые присущи
любому процессу эволюции и развития.
Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением
новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в
целом, в том числе и на природные биокосные тела, например,
почвы, наземные и подземные воды и т. д. Это подтверждается тем,
что почвы и реки девона совсем другие, чем третичной и тем более
нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно
распространяется и переходит на всю биосферу.
В работе "Химическое строение биосферы Земли и её окружения"
В.И. Вернадский пишет: "Мы не знаем никакого промежутка
времени на нашей планете, когда на ней не было бы живого
вещества, не было бы биосферы". Биосфера непрерывно
функционирует только в силу своей неразрывной связи с другими
геосферами нашей планеты.
Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают
существование своего начала, постольку закономерно возникает
вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать –
на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?
Предположения относительно абиогенного, или неорганического,
происхождении жизни делались неоднократно еще в античную эпоху,
например,
Аристотелем,
который
допускал
возможность
возникновения мелких организмов из неорганического вещества. С
возникновением экспериментального естествознания такая точка
зрения подверглась критике как не обоснованная эмпирическими
фактами. Еще во второй половине XVII в. широкое распространение
получил принцип, провозглашенный известным флорентийским
врачом и натуралистом Ф. Реди, что все живое возникает из живого.
Утверждению
этого
принципа
содействовали
исследования
английского физиолога Уильяма Гарвея, который считал, что всякое
животное происходит из яйца, хотя он и допускал возможность
возникновения жизни абиогенным путем.
В дальнейшем, по мере проникновения физико-химических
методов в биологические исследования снова и все настойчивее
стали выдвигаться гипотезы об абиогенном происхождении жизни.
В.И. Вернадский подчеркивает два важнейших, с геологической
точки зрения, положения: во-первых, планетный, геологически
закономерный характер жизни, и, во-вторых, теснейшую связь всех
геологических процессов в биосфере с деятельностью живого
вещества. Понимание жизни как планетного явления приводит к
представлениям о прямой зависимости существования биосферы от
условий, созданных геологическими (в широком смысле слова)
процессами.
Таким образом, Вернадский сводит проблему зарождения жизни к
проблеме возникновения биосферы, т.е. к определению тех условий,
при которых возможно осуществление биогеохимических функций
биосферы. Он считает, что такие условия могли возникнуть после
выделения Луны из Земли и образования Тихого океана. Первое
появление жизни при создании биосферы должно было произойти не
в виде одного какого-нибудь вида организма, а в виде их
совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни.
Должны были сразу появиться биоценозы.
7.3. Биогенная миграция химических элементов
Работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух
основных формах:
 химической (биохимической) – I род геологической
деятельности;
 механической – II род такой деятельности.
Геологическая деятельность I рода – построение тела организмов и
переваривание пищи, – является более значительной. Классическим
стало функциональное определение жизни, данное Фридрихом
Энгельсом: “жизнь есть способ существования белковых тел,
существенным моментом которого является постоянный обмен
веществ с окружающей их внешней природой, причем с
прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь”
Собственно говоря, постоянный обмен веществ между живым
организмом и внешней средой и обусловливает проявление
большинства функций живого вещества в биосфере. По подсчетам
биолога П.Б. Гофмана-Кадошникова, в течение жизни человека через
его тело проходит 75 т воды, 17 т углеродов, 2,5 т белков, 1,3 т
жиров.
Между
тем
по
геохимическому
эффекту
своей
физиологической деятельности человек отнюдь не самый важный вид
живого
вещества
биосферы.
Геохимический
эффект
физиологической деятельности организмов обратно пропорционален
их размерам, и наиболее значимой оказывается деятельность
прокариотов.
По роли организмов в биологическом круговороте веществ
выделяют 3 группы: продуценты (источники органических веществ),
консументы (потребляют и перерабатывают органику), редуценты
(разлагают органику на простые неорганические соединения).
Большое значение имеет также количество пропускаемого через
организм вещества. В этом отношении максимальный геохимический
эффект на суше имеют грунтоеды, а в океане – илоеды и
фильтраторы. Еще Чарльз Дарвин подсчитал, что слой экскрементов,
выделяемых дождевыми червями на плодородных почвах Англии,
составляет около 5 мм в год. В океане с дождевыми червями по
“пропускной способности” могут конкурировать полихеты, а также
ракообразные. Достаточно 40 полихет на 1 м2, чтобы поверхностный
слой донных осадков мощностью в 20-30 см ежегодно проходил через
их кишечник. Субстрат при этом существенно обогащается кальцием,
железом, магнием, калием и фосфором по сравнению с исходными
илами.
В донных отложениях современных водоемов фекальные комочки
беспозвоночных распространены очень широко и нередко являются
основной частью осадка. В южной Атлантике, например, илы почти
нацело слагаются фекалиями планктонных ракообразных, а по
берегам Северного моря донные осадки, образованные фекалиями
мидий, имеют мощность до 8 м.
Биогенная миграция атомов II рода – механическая –проявляется
в наземных экосистемах с хорошо развитым почвенным покровом,
позволяющим животным создавать глубокие укрытия (гнездовые
камеры термитов, например, расположены на глубине 2-4 м от
поверхности). Благодаря выбросам землероев, в верхние слои почвы
попадают первичные минералы, которые, разлагаясь, вовлекаются в
биологический круговорот.
Биогенная миграция атомов II рода распространена не только в
наземных, но и в морских экосистемах, и здесь ее роль, может быть,
еще более значительна. И на дне моря организмы строят себе
укрытия, причем не только в мягком, но и в скальном грунте.
Олигохеты и полихеты углубляются в грунт на 40 см и более.
Двустворчатые моллюски зарываются обычно неглубоко, но
некоторые из них роют норы, достигающие глубины нескольких
метров. В зоне прибоя приходится сверлить скальные породы.
Сверлят все – водоросли и губки, бактерии и моллюски, полихеты,
морские ежи, рачки.
К биогенной миграции II рода можно отнести и перемещение
самого живого вещества. Сюда относятся сезонные перелеты птиц,
перемещения животных в поисках корма, массовые миграции
животных. Естественно, что все эти разнообразные формы движения
живого вызывают и транспортировку небиогенного вещества.
Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в
биосфере, В. И. Вернадский выдвинул 3 “биогеохимических
принципа”:
I принцип: ”Биогенная миграция атомов химических элементов в
биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению”.
Это означает, что жизнь стремится заполнить в максимальном
объеме любое пригодное для нее пространство. В процессе эволюции
биосферы живое вещество, по мере захвата жизнью все новых зон
обитания, усиливает свое преобразующее давление на окружающую
неживую природу. Жизнь стремится к безграничной экспансии.
Следствием этого и является максимальное проявление биогенной
миграции атомов в биосфере.
II принцип: “При эволюции видов выживают те организмы, которые своею
жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию”.
По существу, этот принцип затрагивает кардинальную проблему
современной биологической теории – вопрос о направленности эволюции
организмов. По мысли Вернадского, преимущества в ходе эволюции получают те
организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы энергии или
“научились” полнее использовать химическую энергию, запасенную в других
организмах. В ходе биологической эволюции, таким образом, увеличивается КПД
биосферы в целом. Чисто математически это показал В.В. Алексеев, который на
основе расчетов пришел к следующим выводам: “Эволюция должна идти в
направлении увеличения скорости обмена веществом в системе”. Это объясняет,
почему образовались ферменты, резко увеличивающие скорости реакций,
идущих при обычных условиях довольно медленно.
Данный принцип весьма важен не только для понимания истории жизни,
но и для решения современных задач выведения культурных растений, поскольку
«увеличение биогенной миграции атомов» есть не что иное, как увеличение
продуктивности растений и животных.
III принцип: “В течение всей истории планеты ее заселение было
максимально возможным для живого вещества, которое тогда
существовало”.
Это тесно связано с другим законом В. И. Вернадского – законом
константности: количество живого вещества биосферы (для данного
геологического периода) есть константа. III биогеохимический
принцип также
связан “давлением” жизни.
Этот фактор
обеспечивает безостановочный захват живым веществом любой
территории, где возможно нормальное функционирование живых
организмов.
Живое вещество, достигшее качественно новой, высшей формы
развития – формы человеческого общества, получило возможность
существования на всем пространстве земной поверхности. Однако,
если исходить из закона константности, любое изменение количества
живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо влечет за
собой такую же по размеру перемену в другом регионе, но с
обратным знаком. При этом высокоразвитые виды и экосистемы
вытесняются другими, которые стоят на эволюционно относительно
более низком уровне (и крупные организмы заменяются более
мелкими), а полезные для человека формы – менее полезными,
нейтральными и, подчас, даже вредными.
7.4. Значение биосферы
Ни один живой организм на Земле не находится в свободном
состоянии. Все они неразрывно и непрерывно связаны – прежде
всего, питанием и дыханием – с окружающей их материальноэнергетической средой. С возникновением жизни сначала медленно,
затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой
материи на геологические процессы Земли.
В
биосфере
происходит
круговорот
воды,
планетарные
перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот,
характеризующийся емкостью – количеством химических элементов,
находящихся одновременно в составе живого вещества в данной
экосистеме, и скоростью – количеством живого вещества,
образующегося и разлагающегося в единицу времени. В результате
на Земле поддерживается большой геологический круговорот
веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость
миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов
отдельных элементов в биосфере теснейшим образом сопряжены
между собой.
Живое
вещество
характеризуется
исключительно
высокой
функциональной активностью. Она связана с его способностью к
неограниченному развитию и количественному росту. Различают пять основных
функций живого вещества в масштабах планеты Земля: энергетическую, газовую,
концентрационную, окислительно-восстановительную и деструкционную.
Энергетическая функция состоит в осуществлении связи
геосферных явлений с излучением Космоса, и прежде всего с
солнечной радиацией. Основой этой функции является фотосинтез, в
процессе которого происходит аккумуляция энергии Солнца и ее
последующее перераспределение между компонентами биосферы.
Накопленная солнечная энергия обеспечивает протекание всех
жизненных процессов. За время существования жизни на Земле
живое вещество превратило в химическую энергию огромное
количество солнечной энергии. При этом существенная часть ее в
ходе геологической истории накопилась в связанном виде (залежи
угля, нефти и других органических веществ).
Благодаря газовой функции происходит миграция газов и их
превращение,
формируется
газовый
состав
атмосферы.
Преобладающая масса газов на планете имеет биогенное
происхождение. Так, кислород атмосферы накоплен за счет
фотосинтеза. При этом количество молекул кислорода, выделяемых
земными растениями, пропорционально количеству связываемых
водой молекул диоксида углерода. Последний поступает в атмосферу
за счет дыхания всех организмов. Другой, не менее мощный его
источник – выделение по трещинам земной коры из осадочных пород
за счет химических процессов под действием высоких температур.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и
накоплении живыми организмами биогенных элементов из
окружающей среды, которые используются для построения тела.
Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и
тысячи раз выше, чем во внешней среде.
Окислительно-восстановительная
функция
заключается
в
химическом превращении веществ, которые содержат атомы с
переменной степенью окисления (это в основном соединения железа,
марганца и др.). В результате происходят превращения большинства
химических соединений, при этом преобладают биогенные процессы
окисления и восстановления.
Благодаря деструкционной функции протекают процессы,
связанные с разложением остатков мертвых организмов. При этом
происходит
минерализация
органического
вещества,
т.е.
превращение живого вещества в косное.
Таким образом, живое вещество трансформирует солнечную
энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный
круговорот. Живое вещество определило современный состав
атмосферы, гидросферы, почв, и в значительной степени осадочных
пород Земли.
Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по
поверхности планеты, занимая все потенциально доступные для жизни места,
изменяя их и превращая в местообитания. И уже в древние времена различные
жизненные формы и виды растений, животных, микроорганизмов, грибов заняли
всю планету. Живое органическое вещество, можно найти и в глубинах океана, и
на вершинах самых высоких гор, и в вечных снегах полярных широт, и в горячих
водах источников вулканических районов.
Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры
биологических
сообществ,
умножения
числа
видов
и
совершенствования их приспособляемости. Эволюционный процесс
сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии
и вещества биологическими системами: организмами, популяциями,
сообществами.
Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который
как биологический вид на основе многочисленных изменений
приобрел не только сознание (совершенную форму отображения
окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать
в своей жизни орудия труда.
Посредством орудий труда человечество стало создавать
фактически искусственную среду своего обитания (поселения,
жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое). С
этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где
человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.
8. Вторичные геосферы
8.1. Криосфера
Криосфера – сфера льда и холода – одна из внешних природных
оболочек, которая наряду с литосферой, атмосферой, гидросферой и
биосферой определяет специфику Земли как планеты.
Распространение на Земле природных льдов
Площадь,
Среднее
время
Вид льда
млн. км2
жизни, годы
Ледники и ледниковые покровы
16
10000
Подземные льды
32
>15000
Морские льды
26
1,5
Снежный покров
72
0,35-0,52
Айсберги
63
3
Атмосферные льды
510
4∙10-3
Понятие о криосфере как о самостоятельной, целостной оболочке
Земли, утвердилось в научной литературе относительно недавно,
всего 20-25 лет назад, хотя научные представления об особой ледяной
оболочке Земли высказывались, начиная с трудов М.В. Ломоносова.
Термин "криосфера" предложил польский ученый А. Добровольский в
20-х годах XX в. В пределах криосферы основная масса льда
сосредоточена в ледниках и криолитосфере (подземные льды),
которые по сравнению с другими видами льдов отличаются
наибольшим временем существования. Это определяет особое
положение ледников и криолитосферы как основных естественноисторических образований криосферы, их роль в эволюции Земли и
геоэкологическую функцию в настоящее время.
Из фундаментальной идеи В.И. Вернадского о геологической
вечности области охлаждения Земли, охватывающей биосферу,
следует, что геологически вечной является и криосфера. В течение
истории Земли, по крайней мере с момента возникновения
гидросферы, на планете всегда существовал лед — если не на
поверхности, то в тропосфере. Более того, наличие области
охлаждения
и
внутри
нее
криосферы
стало
важнейшей
предпосылкой становления своеобразной структуры и состава
внешних оболочек Земли. Например, криосфера Земли играла роль
экрана, удерживавшего летучие компоненты (Н2О, СО2) при
дегазации первичного планетного вещества — важного фактора
возникновения и формирования гидросферы.
Сейчас хорошо известно, что в истории Земли циклически
повторялись расширения области охлаждения, пульсации криосферы
и ледниковые периоды, отражавшие усложнение климатической
зональности и в огромной степени повлиявшие на развитие
биосферы.
Но равным образом это положение относится к ледниковым и
межледниковым обстановкам, которые господствовали в ледниковые
периоды докембрия, раннего и позднего палеозоя. Материковые
оледенения периодически повторяются приблизительно через 150300 млн. лет. Концепция цикличности расширения криосферы Земли
в настоящее время общепринята, хотя природу цикличности
ледниковых событий ученые объясняют с разных позиций. Широко
известна, например, точка зрения, согласно которой каждая
ледниковая эпоха совпадает со временем, когда значительно
активизируются движения земной коры, происходят процессы
складчатости и горообразования.
Цикличность — это только одна из особенностей проявления
криосферы и ее естественно-исторических форм. Не менее важна
также и другая сторона развития криосферы — направленность. В
зависимости от того, из какой гипотезы — разогревающейся или
остывающей Земли — исходить, какие температурные условия имели
место на поверхности планеты, решается проблема возникновения и
начальных этапов развития криосферы.
Одна из точек зрения предполагает, что Земля на протяжении
своей истории пережила длительную фазу докембрийского
глобального "ледникового периода" и несколько последующих фаз
ограниченных по площади оледенений. С момента образования
планеты и до кембрия (580 млн. л.н.) на Земле господствовал
суровый, холодный сухой и резкоконтинентальный климат.
Преобладание суши над морем и вследствие этого дефицит влаги
стали причиной широкого развития подземного оледенения — вечной
мерзлоты.
Причинами общепланетарной фазы преимущественно подземного
оледенения послужили преобладание суши над морем и меньшая по
сравнению с современной величина солнечной радиации. С
повышением температуры Солнца менялись климатические условия
на Земле, в результате по мере накопления воды на земной
поверхности наступил качественно новый этап (фанерозойский) в
развитии криосферы Земли — произошло чередование ледниковых
периодов (начиная с раннепалеозойского) с разделяющими их
периодами глобальных потеплений.
К настоящему времени почти всеобщее признание получило
представление о весьма существенном разогреве Земли вплоть до
плавления ее вещества (если не полного плавления) в результате
выделения тепла при соударениях планетезималей, особенно с
большим диаметром. Высказана идея, согласно которой на
поверхности Земли или на небольшой глубине возник магматический
океан, чему способствовал парниковый эффект, созданный плотной
первичной атмосферой.
Постепенно температура земной поверхности должна была
снижаться, и примерно 3,9-3,8 млрд. л.н. она достигла величины,
допускающей существование жидкой воды. Конденсация водяного
пара, содержавшегося в первичной атмосфере, привела к
возникновению первичного океана и в целом гидросферы Земли.
На основе многочисленных измерений палеотемпературы для
кремнистых и карбонатных пород докембрия и нижнего палеозоя, а
также расчетных значениях атмосферного давления (для интервала
3,8-4 млрд. л.н., соответствующего появлению биосферы, когда
палеодавления
атмосферы
достигли
15
атм.),
температура
поверхности Земли оценивается на уровне 100°С. Эти данные
вызывают определенные сомнения относительно возможности
широкого проявления криосферных процессов в раннем архее.
Распространенность
ледниковых
обломочных
формаций
в
различные эпохи оледенений Земли
Эпохи оледенений
Распространенность ледниковых формаций,
%
37
13
0,3
Кайнозойская
Пермо-карбоновая
Ордовик—
силурийская
Позднепротерозойская
0,2
Среднепротерозойская
7
Если же оценивать степень развития оледенений, то необходимо
принимать в расчет и кривую атмосферных осадков, которая имеет
более определенный характер. В этом случае в позднем протерозое
значительной
температурной
депрессии
соответствует
предполагаемое уменьшение количества осадков, что не должно было
способствовать развитию значительных по масштабу ледниковых
покровов.
Наращивание вещества континентальной коры постепенно
приводило к росту континентов (увеличению их площади и средней
высоты), повышению их стабильности, усложнению и увеличению
контрастности рельефа Земли, которая достигла максимума в
кайнозойский этап истории нашей планеты. Увеличение средней
высоты материков вело к понижению термодинамического уровня
теплообмена литосферы и атмосферы и увеличивало возможность
проявления криогенных процессов на поверхности Земли. Рост
площадей континентов и увеличение их стабильности в пространстве
повышали вероятность попадания континентов в полярные области
Земли, что стало одной из основных причин глобального понижения
температуры и развития мощных оледенений.
Увеличение массы гидросферы не приводило к расширению
площади морей и океанов на Земле, поскольку океанические чаши
имели тенденцию к углублению по мере развития контрастности в
строении океанического ложа и материков. В итоге площади,
занятые морями и океанами, в ходе геологической эволюции Земли
имели тенденцию к сокращению. В результате вероятность
возникновения континентальной климатической обстановки на
Земле увеличивалась, повышался охлаждающий эффект по мере
развития этой тенденции. Известно, что особенно резко понижается
температура суши, когда ее поперечник достигает 500—600 км и
более. При очень большом размере материка в холодный сезон над
ним образуется антициклон, который вносит добавочное охлаждение.
С ростом размеров континентов в эпохи оледенений структура
последних усложняется, появляются более благоприятные условия для
возникновения криолитозон, т.е. сфер подземного оледенения.
Итак, общая эволюция внешних оболочек нашей планеты
закономерно привела к тому, что криосфера играла все большую роль
в развитии природы: увеличивалась сфера воздействия криосферных
процессов, усложнялась ее структура, увеличивалась относительная
роль подземного оледенения, в целом наращивалась масса вещества
криосферы, прежде всего масса материковых ледниковых покровов.
Это проявилось прежде всего в том, что каждая последующая
ледниковая эпоха отличалась более мощным воздействием на
природу Земли по сравнению с предыдущей, при этом, вероятно,
увеличилась общая масса льдов криосферы. Каждая последующая
эпоха оледенения отличалась более сложной структурой криосферы,
по мере ее развития все большую роль играли подземное оледенение
и альпийская горная мерзлота.
Современная
структура
криосферы
Земли
отражает
межледниковое
состояние
Земли.
Палеогеографические
реконструкции последнего ледникового этапа, кульминация которого
была 21-17 тыс. л.н., позволяют показать, насколько кардинально
менялась структура криосферы Земли. Огромные материковые
ледниковые покровы занимали около 30% площади земного шара,
т.е. по сравнению с современностью они были почти в три раза
больше. Ледники занимали Северную Америку, Скандинавию,
Северную Европу, север Западной Сибири и распространялись в
умеренных широтах. Гренландский и антарктический ледниковые
покровы значительно увеличивали свои мощность и размеры.
Площадь вечной мерзлоты также существенно расширялась. В
Европе южная граница мерзлых толщ проходила примерно по 45°
с.ш. В целом площадь вечной мерзлоты была больше современной не
менее чем в 1,5 раза, а по некоторым оценкам в 2 раза.
В последнее время в криолитозону ряд авторов включают залежи
гидратов природных газов. Процесс фазовых превращений
(газ+вода)(гидраты газа) характеризуется рядом общих черт с
замерзанием воды. Оба процесса экзотермические и сопровождаются
сходными тепловыми эффектами; изменение агрегатного состояния
также одинаково, объем воды при замерзании и включении в
структуру гидрата возрастает (соответственно на 9 и 26-32%) и т.д.
Коренное отличие этих процессов — в термобарических условиях.
Гидратообразование может происходить при относительно низкой
положительной температуре и достаточно большом давлении.
Условия
гидратообразования
существуют
на
огромных
пространствах; гидраты природных газов в осадках Мирового океана
занимают до 90% площади пелагической части океанов, они
распространены на материковом склоне, на шельфе арктических
морей, где развита субмаринная криолитозона, а также под
ледниковыми покровами. Возраст зоны гидратообразования,
безусловно, выходит за рамки плейстоцена и кайнозоя, ее эволюция,
вероятнее всего, была тесно связана с эволюцией криосферы и
других природных оболочек Земли.
К факторам, благоприятствующим возникновению и расширению
зоны гидратообразования по мере эволюции Земли, относятся общая
тенденция к понижению глобальной температуры поверхности
Земли; увеличение массы и мощности вещества литосферы, что стало
причиной общей тенденции к понижение геотермического градиента,
а также увеличение средних глубин океанов.
Ледники — движущиеся массы льда, возникшие на суше в
результате накопления и постепенного преобразования твердых
атмосферных осадков. Снежники — скопления остатков зимнего
снежного покрова, продолжающие существовать в течение части или
всего теплого времени года.
По внешнему облику и характеру движения ледники делятся на
два основных типа: покровные (98,5% площади) и горные (1,5%).
Покровные ледники — это прежде всего огромные ледниковые
щиты Антарктиды (площадь 13,979 млн. км2, средняя мощность
ледникового покрова 1720 м, максимальная — 4300 м) и Гренландии
(соответственно 1,8 млн. км2, 2300 м и 3400 м), У них плосковыпуклая форма, .независящая от подледного рельефа. Накопление
снега происходит в центре, за счет снега и сублимации водяного пара
на поверхности ледника, расходование — по краям. Движение льда
«радиальное» — от центральной части к периферии, независимо от
подледного ложа. На окраинах происходит механическая разгрузка
льда путем обламывания концов шельфовых ледников, опирающихся
на дно или частично находящихся на плаву, или за счёт откалывания
глыб от краевого обрыва.
Горные ледники имеют несоизмеримо меньшие размеры, весьма
разнообразную форму, зависящую от формы их вместилищ,
движение ледников определяется уклоном ложа и носит линейный
характер, скорость движения больше, чем у покровных ледников.
Горные ледники подразделяются на три группы: ледники вершин
(плоских и конических), ледники склонов (присклоновые, каровые и
висячие) и ледники долин (простой долинный ледник, состоящий из
одного потока, и сложно-долинный ледник, образующийся из
нескольких ледниковых потоков с самостоятельными областями
питания). У горных ледников хорошо выражены области питания и
таяния. Питание происходит за счет снега, частично за счет
сублимации водяного пара, за счет лавин и метелевого переноса. В
области таяния ледниковые языки спускаются в зону высокогорных
лугов и лесов, где лед не только интенсивно тает, но и «испаряется», а
также обламывается в пропасти. Самые длинные долинные ледники
— ледник Хаббард (112 км) в горах Святого Ильи и ледник Беринг
(203 км) в хр. Чугач на Аляске. Крупнейшим в мире ледником
считается ледник Ламберта длиной 450 км, шириной до 120 км в
Восточной Антарктиде.
Промежуточное положение между горными и покровными
ледниками занимают горно-покровные ледники. Одни из них
образуются при слиянии у подножья гор расширенных концов
горных ледников с самостоятельными областями питания, другие —
когда ледники переполняют долины, перетекают через перевалы,
образуя почти сплошной покров, над которым поднимаются лишь
гребни хребтов.
Ледники, являясь следствием климатических условий, сами
оказывают огромное влияние на климат Земли, особенно покровные
ледники Антарктиды и Гренландии. Огромный ледяной материк
Антарктида, где круглый год сохраняется барический максимум, из
которого дуют леденящие ветры в умеренные широты, одна из
главных причин того, что южное полушарие Земли на 2,2°С холоднее
северного. Благодаря Гренландскому ледниковому покрову и
Восточно-Гренландскому холодному течению Исландский барический
минимум существует круглый год. Влиянием Гренландского
ледникового щита через циркуляцию атмосферы объясняется
оледенение
Исландии.
Высокое
альбедо
снежно-ледниковых
поверхностей
(80-90%)
в
условиях
малооблачной
погоды
обуславливает отрицательный годовой радиационный баланс на
ледяных щитах, что отражается на радиационном балансе Земли. В
летний период года на таяние снега и льда и на возгонку расходуется
большое
количество
тепла,
вследствие
чего
сохраняются
отрицательные температуры воздуха. Так что в целом ледниковые
покровы существенно воздействуют на энергетику атмосферы.
В ледниках законсервировано большое количество пресной воды.
Горные ледники расходуют воду на питание рек, причем от
интенсивности таяния ледников зависит количество воды в реках,
берущих там начало. Для засушливых районов мира ледниковое
питание рек имеет важное хозяйственное значение. В последние
годы возникла идея транспортировки айсбергов Антарктиды с
помощью мощных морских буксиров в районы «жажды» — Аравию,
Африку, Австралию, Калифорнию и др.
В полярных районах твердые осадки выпадают зимой и летом и,
несмотря на малое количество, при низких температурах не успевают
полностью растаять. В горах понижение температуры с высотой и
одновременное увеличение (до некоторого предела) количества
осадков создают условия для их накопления. Количество осадков в
горах зависит не только от высоты их, но и от положения гор по
отношению к господствующим воздушным течениям, от удаленности
от Океана.
Влияние Океана сказывается также в некотором понижении
летних температур, способствующем возникновению ледников.
Континентальный климат менее благоприятен для возникновения
ледников, чем климат океанский.
Влияние орографии на оледенение связано с взаимным
расположением хребтов, с экспозицией склонов, с их крутизной и
наличием или отсутствием площадок, удобных для накопления снега.
Хребты, расположенные на пути влажных масс воздуха и поэтом/
задерживающие влагу, оказываются в более благоприятных условиях
для развития оледенения, чем внутренние части горных систем,
получающие воздух, уже в значительной степени осушенный. На
крутых склонах снег не может удерживаться, и поэтому ледник при
прочих благоприятных для его возникновения условиях не
образуется.
Огромное влияние на развитие ледника, возникшего при
соответствующих климатических условиях, оказывает снижение
температуры в результате большого альбедо (до 90%) поверхности
самого ледника. Имеет значение и то, что над ледником воздух беден
водяными парами и пылью и плохо удерживает тепло, отраженное
поверхностью ледника. Ледник продолжает существовать и
саморазвиваться при изменившихся и уже неблагоприятных для его
возникновения климатических условиях, в которых, исчезнув, он,
возможно, и не восстановился бы.
Снеговая граница. Твердые атмосферные осадки могут
накапливаться длительное время только в том случае, если средний
годовой приход их больше среднего годового расхода (баланс
положительный).
Баланс
твердых
осадков
определяется
соотношением количества осадков и температурой На всех широтах
в свободной атмосфере, на разной высоте над уровнем Океана
существует такое соотношение атмосферных осадков и температуры,
при котором баланс твердых осадков оказывается положительным и,
следовательно,
они
могут
накапливаться
па
незатененной
горизонтальной поверхности
Граница, выше которой возможно
накопление снега,— нижняя линия нулевого баланса твердых осадков
Выше этой линии количество осадков увеличивается до некоторого
предела, а затем (вследствие сухости воздуха) убывает. Одновременно
понижается температура и, следовательно, уменьшается расход влаги
там, где баланс твердых осадков снова становится нулевым, находит
верхняя линия нулевого баланса твердых осадков. Таким образом,
накопление снега на незатененной горизонтальной поверхности
возможно в некотором слое, заключенном между нижней и верхней
границами нулевого баланса твердых осадков, в так называемой
хионосфере (снежной сфере). Нижняя граница хионосферы в
соответствии с климатическими условиями спускается в полярных
районах до уровня Океана тропических поднимается особенно
высоко, в экваториальных снова несколько опускается
В тех местах, где земная поверхность попадает в хионосферу
(полярные области, высокие горы), на ней могут возникать скопления
снега образовываться ледники. Нижняя граница хионосферы в этом
случае становится видимой, она превращается в снеговую границу.
На положение снеговой границы влияет весь комплекс конкретных
условий, связанных с характером поверхности (формы рельефа,
экспозиция склонен их крутизна и т. д.). Поэтому в действительности
снеговая граница не может совпадать с нижней границей
хионосферы.
Возникновение глетчерного льда. Под действием солнечных
лучей и адвекции теплого воздуха снег тает и снова замерзает,
постепенно из рыхлого он превращается в крупнозернистый,
уплотненный — фирн (плотность 0,6 г/см3).
Фирну свойственна слоистость, вызванная чередованием процесс
таяния и замерзания, и постепенное увеличение размеров зерен от
поверхности к основанию толщи. Толща фирна в полярных странах
может достигать 100 м, в горах она значительно меньше.
Под тяжестью накапливающегося сверху снега фирн уплотняет
поры в нем исчезают, отдельные зерна сливаются и фирновый снег
превращается сначала в белесоватый (от присутствия пузырьков
воздуха), затем в более плотный, прозрачный, голубоватый
глетчерный (ледниковый) лед (плотность 0,92 г/см3).
В области накопления снега и образования ледника — в фирне
бассейне — можно проследить (в вертикальном разрезе) постепенный
переход от рыхлой снежной массы к плотному глетчерному льду.
Превращение снега
в лед сравнительно редко происходит в
течение нескольких лет, обычно на этот процесс требуются два-три
десятилетия, а в полярных странах еще более длительное время (в
центральных районах Антарктиды — до 1000 лет).
Питание ледника. Основной источник питания ледника —
твердые атмосферные осадки, выпадающие в области его питания.
Существенное значение в питании ледника имеют осадки,
возникающие в результате конденсации влаги на поверхности.
Последняя происходит при вторжениях относительно теплого и
влажного воздуха. Известны случаи, когда изморозь, образовавшаяся
на предметах, находившихся на леднике, достигала 1,5 м, а
накопления ее на крутых склонах обрушивались на ледник под
собственной тяжестью и, увлекая снег, образовывали лавины.
Вершины многих гор покрыты снеговыми шапками изморози.
Некоторые ученые считают возможным возникновение из изморози
небольших ледников.
В питании ледников принимает участие метелевый снег—снег,
перевеваемый ветром. Ветер создает большие скопления снега, не
успевающие растаять за теплое время года. В результате с
подветренной стороны хребтов, в ветровой тени, в отдельных горных
массивах возникают «климатически не оправданные» ледники.
Многие ледники питаются за счет снега лавин. Лавины (снежные
обвалы) — массы снега, низвергающиеся со склонов гор. Они
характерны для склонов крутизной более 15° и особенно для склонов
крутизной около 25—30° при мощности снежного покрова не менее
40—50 см. Возникновение лавин возможно: 1) при перегрузке
склонов снегом во время снегопадов и метелей, 2) при
проникновении в оттепель под толщу снега воды, облегчающей
скольжение снежной массы по склону, и 3) при возникновении
горизонта разрыхления в толще снега '. В последнем случае лавины
могут возникать совершенно неожиданно. Для их предсказания
необходимо изучение эволюции снежной толщи.
Объем отдельных лавин достигает 2-10е куб. м, сила удара лавины
— 60-100 т/м2. Лавины представляют собой большую опасность для
населенных пунктов, дорог, технических сооружений. Опасна не
только сама лавина, но и возникающая перед ней воздушная волна.
Движение
ледника.
При
определенных
условиях
(при
соответствующих
давлении
и
температуре)
лед
обладает
пластичностью, и поэтому ледник может течь. Пластичность льда
возрастает с ростом давления и температуры, соответственно
возрастает и скорость движения ледника. Мощность льда, при
которой возникает его движение, различна на склонах разной
крутизны. На пологих склонах (1°) медленное течение становится
возможным при мощности льда 60-65 м, тогда как на склонах,
крутизна которых не менее 45°, возникает движение слоя льда
мощностью всего 1,5-2 м. На плоской подстилающей поверхности
движение льда вызвано уклоном поверхности самого ледника.
Скорость движения ледника не остается постоянной: она
подвержена изменениям и во времени, и в пространстве. Так как
пластичность льда зависит от температуры, ледник движется летом
быстрее, чем зимой. У дна и у склонов ледникового ложа под
влиянием трения скорость движения ледника замедляется. На
поверхности ледника она наибольшая в осевой его части. Линия
наибольшей скорости на поверхности ледника (стрежень) смещается
в зависимости от изгибов ледника в сторону «подмываемого» берега.
На поверхности ледника может быть несколько зон наибольшей
скорости, что связано со слиянием ледников, при котором каждый из
слившихся ледников сохраняет свою индивидуальность.
Как следствие различий в скорости движения в связи с
несовершенной пластичностью льда в леднике возникают разрывы.
По плоскостям разрывов происходят смещения (скольжения) пластов
льда относительно друг друга. При наличии резких уступов
подстилающей поверхности в леднике образуются поперечные
трещины и разломы, могут возникнуть ледопады. Образование
трещин в теле ледника вызывается также разной скоростью
движения его срединной и краевых частей (боковые трещины),
растеканием ледника при резком изменении ширины ложа
(продольные трещины).
Благодаря замечательной способности кусков льда смерзаться при
соприкосновении (способности режеляции) трещины на леднике
постепенно исчезают, как только перестает действовать вызвавшая
их причина.
Части ледника. В леднике выделяются две части: область питания
(фирновая) с положительным балансом снега и область стока (язык
ледника) с отрицательным балансом. В фирновом бассейне
происходят накопление снега и его фирнизация, в области стока лед
расходуется Существование области стока возможно только
благодаря накоплению осадков в области питания и движению
ледника. Расход в области стока осуществляется путем абляции
(таяния и испарения) и механическим путем (отрыв конца ледника,
обвалы, сползание его в море и т. п.). Лея может таять снизу под
влиянием
теплового
излучения
подстилающей
поверхности.
Температура таяния льда с повышением давления понижается
(0,0073° на 1 ат), поэтому таяние в леднике может происходить при
отрицательной температуре.
8.2. Педосфера
Почва – рыхлый поверхностный слой земной коры, образовавшийся в
результате длительного воздействия на литосферу воздушной среды,
воды, животных и растений. Почвенный покров образует на поверхности
Земли особую оболочку – педосферу, и именно этой тончайшей
биокосной мембране принадлежит существенная роль в поддержании
устойчивости биосферы.
Почвообразующей породой называется верхний слой грунта, на
котором и из которого образуется почва. Механический и химический
состав почв, ее свойства в значительной мере повторяют состав
подстилающих горных пород, но отличается от него повышенным
количеством углерода и вариациями содержания кремнезема, глинозема и
железа. Например, карбонатные почвы формируются на глинах, богатых
известью, а подзолистые – преимущественно на кислых отложениях.
Красноземы, возникающие в условиях жаркого тропического климата,
обеднены кремнеземом и обогащены гидроокислами железа и алюминия,
что определяет их окраску. Минеральная часть почвы возникла как
прямой продукт выветривания коренных материнских горных пород; она
представлена глинистыми минералами, некоторыми породообразующими
минералами и гидроокислами железа и алюминия.
Растительный
и
животный
мир.
Важнейшим
фактором
почвообразования является растительность. От её характера зависят
количество и свойства перегноя, аккумуляция минеральных веществ в
верхних горизонтах почвы, а также физические свойства почвы.
Многолетняя древесная растительность корнями глубоко проникает в
почву, добывая там воду и минеральные вещества, способствует
накоплению снега, даёт ежегодный опад в виде хвои или листьев,
образующий лесную подстилку. В процессе разложения опада выделяются
органические кислоты, оказывающие сильное влияние на формирование
почвенного профиля.
Травянистая растительность образует густую сеть корней в верхних
слоях почвы. Часть корней ежегодно отмирает и вместе с остатками
надземной массы обогащает почву органическим веществом, создаёт её
структуру.
Мхи,
обладающие
высокой
влагоёмкостью,
способствуют
заболачиванию почв и образованию торфяников.
В почвообразовании исключительно велика роль микроорганизмов. В
почве их огромное количество (до нескольких миллиардов на 1 г). Они
разлагают остатки растений и животных, превращают их в гумус,
сложные органические и минеральные соединения переводят в простые
минеральные соли, доступные для использования их растениями.
Почвенные животные (черви, грызуны, насекомые, простейшие)
перерабатывают и перемешивают почву, способствуют разложению
растительных остатков.
Климатические условия оказывает очень сильное влияние на
формирование почвы. Прежде всего они определяют характер
растительности, а также накопления перегноя и минерализации
органического вещества в почве.
От количества осадков и степени испарения воды из почвы зависит
направление передвижения солей: промываются они в грунтовые воды
или, наоборот, преобладает процесс засоления почвы вследствие подъёма
грунтовых вод.
Рельеф. Влияние рельефа сказывается на водном и тепловом режимах
почвы. На повышенных элементах рельефа наблюдается меньшая
влажность почвы, большая глубина залегания грунтовых вод. В
пониженных частях рельефа отмечается большая влажность, близость
грунтовых вод, даже заболачивание.
Возраст. Это понятие определяется периодом, в течение которого идёт
почвообразовательный процесс. На территории России он раньше
наступил там, где не было оледенения, или там, где поверхность почвы
скорее освободилась от льда, поэтому почвы на севере более молодые, чем
на юге.
Почва состоит из хорошо выраженных слоев, называемых
почвенными
горизонтами, населенной
растениями, животными,
микроорганизмами, содержит отмершие части растений, трупы
животных. За счет процессов гумификации – разложения органических
остатков и образования высокомолекулярных гуминовых соединений –
они превращаются в мелкодисперсный органический материал.
Гумификация протекает с разной интенсивностью, что отражается на
структуре почвы гумусового горизонта. Горизонт А подразделяется на
подслои: А0 – подстилка, А1 – собственно гумусовый, А2 – выщелоченная
светлоокрашенная почва. Следующий горизонт В состоит в основном из
минеральной части почвы. Органические вещества переработаны здесь
редуцентами и равномерно перемешаны с мелкозернистой материнской
породой.
Горизонт С представляет
собой
слабо
измененную
материнскую породу.
В отличие от горных пород почвы обладают весьма существенным
качественным свойством – плодородием. Под плодородием следует
понимать способность почвы обеспечивать потребность растений в
элементах питания, воде.
Поглотительная способность. Во всех почвах содержатся коллоидные
частицы (<0,0001 мм). Содержанием коллоидных частиц прежде всего
определяется поглотительная способность почвы - способность поглощать
из окружающей среды и удерживать растворимые и взмученные в воде
твёрдые вещества, пары воды и газа. Коллоидные и близкие к ним
частицы почвы, обладающие способностью поглощения, называют
почвенными поглощающим комплексом (ППК). Чем больше в ночве
глинистых частиц и гумуса, тем больше емкость поглощения.
Почвы, насыщенные Са, Mg (черноземы), имеют нейтральную или
слабокислую реакцию, благоприятную для большинства растений.
Почвы, не насыщенные основаниями, характеризуются кислой реакцией.
В кислой среде большинство химических соединений более подвижны.
Буферность почвы – это способность противостоять резкому
изменению ее реакции. Буферность зависит от емкости поглощения,
состава почвенных коллоидов и наличия в почвенном растворе буферных
смесей, например бикарбонатов кальция.
Почвы
тундровой
зоны.
Почвы
формируются
в
условиях
перенасыщения влагой, медленного испарения, низкой активности
почвенной микрофлоры. Переувлажненность, недостаток кислорода в
почвах приводят к образованию в них закисных соединений. Поэтому
преобладает тип тундрово-глеевых почв. Только в южной части тундры (в
лесотундре), особенно на песчаных буграх, формируются подзолы и
сильноподзолистые почвы.
Почвы таежно-лесной зоны. Преобладают дерново-подзолистые и
подзолистые почвы, сформировавшиеся под влиянием растительности
хвойных лесов и лугов, а также значительного увлажнения. Осадков в
зоне выпадает 500–550 мм, годовая температура немного выше нуля,
испарение слабое.
Ведущий почвообразовательный процесс – подзолистый, поэтому
происходит вынос из верхней части почвенного профиля всех
химических элементов, кроме кремния. Иллювиальный горизонт В можно
рассматривать как зону аккумуляции многих элементов и прежде всего –
Fe и А1.
Дерновый процесс происходит под пологом смешанного леса, когда на
осветленных участках длительное время растут многолетние травы. Под
их влиянием в верхнем слое почвы накапливается перегной и слой
приобретает темную окраску.
Почвы лесостепной и степной зоны. Серые лесные почвы
сформировались под пологом лиственных лесов с травянистым покровом.
От подзолистых почв они отличаются более мощным перегнойным
горизонтом. Климат лесостепной зоны менее влажный, чем таежнолесной, но более теплый.
Черноземы – один из самых простых по химическому строению тип
почвы. Наблюдается только накопление углерода и органогенных
элементов (Н, N, S, P) в перегнойном горизонте и карбонатов – в
иллювиальном горизонте.
Черноземы, как правило, насыщены поглощенными основаниями
(кальцием и магнием), поэтому реакция их обычно нейтральная или
слабокислая (рН 6,0–7,0). Поглотительная способность черноземов
высокая.
Солончаки, солонцы, солоди не составляют особой почвенной зоны, но
широко распространены среди черноземных, каштановых и бурых почв.
Засоленные почвы занимают 2,4% всех почв.
Солончаки содержат в почвенном растворе большое количество
(свыше 1%) водорастворимых солей. Такую засоленность выдерживают
только специфические растения–солянки.
Причиной возникновения солончаков могут быть почвообразующие
породы с высоким содержанием солей, некоторые солончаки появились
на месте бывших озер и лагун. Кроме того, засоление происходит и
вследствие переноса солей с повышенных элементов рельефа в
пониженные, а также из-за поднятия соленосных
грунтовых вод.
Явления засоления почв наблюдаются и при плохом регулировании
поливов на орошаемых землях (вторичное засоление). Гумусовый
горизонт может даже отсутствовать. Содержание перегноя от десятых
долей до 1–5%. Реакция почвы щелочная (рН 7–9), что зависит от состава
солей.
Солонцы представляют собой почвы с высоким содержанием натрия в
поглощающем комплексе. Они образуются из солончаков путем
постепенного их расселения, обычно под влиянием опускания уровня
грунтовых вод и возникающего затем преобладания нисходящих токов
воды над восходящими. При большом количестве натрия в почвенном
растворе образуется сода. Появление ее увеличивает дисперсность
(распыленность) почвы. При намокании почва становится вязкой, при
высыхании – плотной.
Солонцы бесструктурны, сильно распылены, при увлажнении верхний
слой заплывает, образуя липкую массу. Реакция почв щелочная (рН 8,0–
8,5).
Для солонцов характерны надсолонцеватый и подсолонцеватый
горизонты. Горизонт В солонцовый столбчатый, именно здесь при
высыхании образуется очень плотное столбчато-глыбистые сложение.
Почвы тропиков Красноземы и желтоземы отличаются хорошей
зернистой структурой, мощность гумусового горизонта 25–40 см.
Красноземам свойственна кислая реакция почвенного раствора (рН 4–5).
Насыщенность основаниями 15–30%.
Красноцветные
почвы
характеризуются
специфичными
гидротермическими условиями, рН среды, в которых происходит
выщелачивание большинства элементов, даже кремния, из почвенного
профиля. Накапливаются только оксиды железа, что и обуславливает
характерный облик этих почв.
Эдафические факторы связаны с функционированием почвенного
покрова. Почвы
как геомембрана
регулируют
взаимодействие
атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы. Они пропускают или
задерживают различные потоки вещества и энергии, которые поступают
из недр Земли на сушу, через гидросферу, из космоса через атмосферу. В
почвах аккумулируются химические элементы, необходимые для
растений. Благодаря плодородию, т.е. способности удовлетворять
потребности растений в элементах питания, влаге и воздухе, почвы
обеспечивают постоянное воспроизведение бесконечных поколений
живых организмов в цепи зеленые растения – животные – человек –
микроорганизмы.
В экологическом отношении особый интерес представляют свойства
почв, оказывающие влияние на жизнь организмов, – мощность и
гранулометрический состав, влажность и температура почв, валовой
химический состав, содержание гумуса, реакция, воздушный и солевой
режимы, обеспеченность элементами питания и др.
Гранулометрический состав почв косвенно влияет на организмы,
определяя условия увлажнения, воздушный и тепловой режимы,
способность к поглощению минеральных веществ. Песчаные и
супесчаные почвы имеют низкую влагоемкость, содержат мало
питательных элементов, в них быстро минерализуются органические
вещества. Глинистые и тяжелосуглинистые почвы характеризуются
плохими водно-физическими свойствами (во влажном состоянии они
вязкие и липкие, а в сухом – твердые, трещиноватые), но высокой
поглотительной способностью, богаты элементами питания. В гумидных
условиях они стимулируют заболачивание, а в аридных – засоление.
Температура почв сильно влияет на продуктивность растений. Семена
растений прорастают только в определенных температурных интервалах.
От
температуры
почв
зависит
жизнедеятельность
почвенных
микроорганизмов, и для большинства из них оптимальная температура
колеблется от 25 до 30 °С.
Холодные почвы характеризуются низкой температурой, коротким
вегетационным
периодом.
Низкие
температуры
обусловливают
избыточное увлажнение, кислую реакцию, низкую интенсивность
нитрификации.
В связи со слабой теплопроводностью почв их тепловой режим
довольно стабилен. Зимой температура почвы выше температуры
воздуха, а летом – ниже. Суточные колебания наблюдаются в основном
до глубины 1 м, но они малы. Стабильность температуры весьма важна
для почвенных животных. Некоторые личинки (например, мраморного
хруща) перемещаются по почве вертикально за тепловой волной (зимой –
на глубину 50 см, в конце апреля – до 10 см). Этим пользуются лисицы,
барсуки, ежи, которые их выкапывают и поедают.
Оптимальное развитие растений, жизнь почвенных микроорганизмов
и животных возможны лишь при нормальной влагообеспеченности почв.
На почвах с промывным водным режимом распространены тропические
леса, водораздельные и пойменные луга, леса умеренной зоны; на почвах
с непромывным водным режимом в засушливых районах, где
преобладает испаряемость, – степи, полупустыни, пустыни (для развития
культурных растений в таких условиях необходимо орошение). В одной и
той же зоне растения в сухих местообитаниях проходят фенологическое
развитие быстрее, чем во влажных.
Фауна беспозвоночных богаче в оптимальных по влажности условиях.
Грызуны в пустынях летом выкапывают глубокие норы до тех горизонтов
или слоев почвогрунтов, которые содержат больше влаги. Кроты
отсутствуют на почвах с близкими грунтовыми водами, на рисовых и
орошаемых полях. Мокрицы и многоножки гибнут, если относительная
влажность ниже 100%.
Организмы относятся неодинаково и к реакции почв: ацидофилы –
растения кислых почв (рН 4,6-5,5), базофилы – щелочных (рН 7,1-8,5),
нейтрофилы – растения почв с нейтральной реакцией (рН 6,6-7,0) или с
близкой к нейтральной (рН 5,6-6,5), индифферентные – произрастают на
почвах с разными значениями рН. Сильнокислая (рН<4,5) и
сильнощелочная (рН>8,5) реакция угнетающе действует на растения.
Микро- и макрофауна также весьма чувствительна к реакции почв. Так,
проволочные черви в больших количествах обитают на почвах с рН 4,05,2, а наземные моллюски – с рН 7,2.
Засоление почв отрицательно влияет на растительность. Наиболее
токсичны растворимые соли, легко проникающие в цитоплазму, менее
токсичны труднорастворимые. Более вредное засоление – содовое и
хлоридное, менее вредное – сульфатное. Сильное засоление нарушает
нормальное водоснабжение растений, азотный обмен, замедляет синтез
белков, подавляет процессы роста. Однако растения-галофиты, для
которых свойственна высокая сосущая сила из-за повышенных
концентраций клеточного сока и осмотического давления, способны
развиваться даже на солончаках. Многие солончаковые растения имеют
мясистые стебли и листья вследствие разрастания губчатой и столбчатой
паренхимы (солеросы, солянки), что особенно характерно для хлоридного
засоления. При сульфатном засолении растения приобретают признаки
ксероморфизма (склерофильность, мелкоскелетность). Мужские особи
некоторых древесных пород (ивы, осины) в субаридных регионах
произрастают преимущественно на более засоленных почвах, а женские –
при
меньшем
засолении.
Сильное
засоление
подавляет
и
жизнедеятельность микроорганизмов.
Воздушный режим почв – весьма существенный фактор для живых
организмов. Воздух необходим для дыхания, с участием воздуха
протекают физиологические процессы в корнях растений. Растения
развиваются нормально, когда влага содержится в мелких и средних
порах, а воздух – в крупных.
Биогенное накопление многих химических элементов обязано своим
происхождением деятельности растениям, которые действуют как насос,
перекачивающий элементы из нижних горизонтов почвы в верхние. Но
это явление обусловлено и существованием такого свойства почвы, как
поглотительная способность. Поглощая катионы, корни непрерывно
выделяют в почвенную среду Н+, являющийся важным фактором
выветривания. Наряду с биогенной аккумуляцией в почве наблюдается и
вынос – миграция веществ с нисходящими токами влаги –
выщелачивание. Поэтому реальное распределение химических элементов
в почвенном профиле определяется соотношением этих двух процессов.
Таким образом, почвообразование приводит к дифференциации
элементов: однородная горная порода превращается в неоднородный
почвенный профиль с несколькими горизонтами. Так в почве
накапливается не только энергия, но и информация о геохимических
процессах в прошлом и в настоящем.
Итак, роль почвы в развитии биосферы:
1.
Буфер,
обеспечивающий
устойчивость
существования
биогеоценоза;
2. Фильтр, участвующий в регулировании состава природных вод;
3. Аккумулятор энергии (гумусообразование) и химических элементов
(биогенное накопление);
4. Протектор, связывающий часть загрязняющих веществ в
недоступное для живых организмов состояние.
Почва – не только особое природное тело, но и особая
полифункциональная
система,
обеспечивающая
непрерывное
воспроизводство жизни на поверхности суши.
Почва как среда обитания организмов отличается наибольшей
плотностью жизни и очень высокой геохимической энергией живого
вещества. В ней живет более 50% всех видов животных, масса которых
составляет 90% всех живых существ суши. Почвы буквально пронизаны
жизнью: в 1 г количество микроорганизмов может достигать 20 млрд., а
суммарная длина грибных гиф – несколько тысяч метров.
Почва – это энергетический банк планеты. В гумусе содержится
такое же количество аккумулированной солнечной энергии, сколько во
всей надземной массе растительности – (12-15*1018 ккал).
Почвенный покров предохраняет литосферу от разрушения
денудацией
и
эрозией,
и
одновременно
предотвращает
катастрофическое развитие этих процессов – заиливание водоемов,
усиление наводнений, деградацию рельефа, загрязнение природной
среды и др.
Почва регулирует состав атмосферы и гидросферы. Состав почти
всех вод Земли обусловлен главным образом химической работой почвы,
через которую просачиваются атмосферные осадки. Почва в
соответствии с ее гидрофизическими свойствами и обменной физикохимической способностью избирательно отдает в поверхностный и
подземный сток растворенные в воде химические вещества. Газообмен
почва–атмосфера вместе с фотосинтезом и дыханием живых организмов
поддерживает постоянство атмосферного воздуха. В системе «почва–
атмосфера» почва служит генератором одних газов и стоком – для других
Исследования почвенных микробиологов и почвоведов в последние годы
демонстрируют все большее влияние биохимических процессов в почвах
на состав не только приземных, но и более высоких слоев атмосферы.
Оказалось, что дыхание почв поставляет в атмосферу во много раз
больше углерода в составе диоксида, чем все его антропогенные
выбросы. Парниковые газы (СО2, СН4, N2O) имеют биологическое
происхождение
они
образуются
микробами
при
разложении
органического вещества, синтезированного растениями Установлено, что
основной источник поступления диоксида углерода в атмосферу –
«дыхание почв» (размер промышленных выбросов СО2 по крайней мере в
5 раз меньше) Метан также продуцируется в основном заболоченными
почвами и болотами.
Почва обеспечивает постоянное взаимодействие большого
геологического и малого биологического круговоротов веществ на
земной поверхности. Все биогеохимические циклы элементов, включая
циклы таких важнейших биофилов, как углерод, азот, кислород, а также
потокообразующие циклы воды, осуществляются именно через почву,
при ее регулирующем участии в качестве геомембраны, с одной стороны,
и в качестве аккумулятора биофилов – с другой. Почвенные биофильные
кларки элементов в десятки раз выше их кларков в земной коре.
Под эрозией почвы понимают многообразные процессы разрушения и
выноса почвенного покрова потоками воды и ветра.
Образование плодородного гумусового горизонта мощностью 20-25 см
происходит в течение 2-7 тыс. лет. Ускоренная эрозия может разрушить
его за 10-30 лет. При катастрофических ураганах, ливнях нарушенные
хозяйственной деятельностью почвы могут быть уничтожены в течение
нескольких дней или даже часов.
Различают несколько типов ускоренной эрозии почв. Ветровая эрозия
(дефляция) происходит за счет перемещения ветром мелких (до 1 мм)
частиц почвы. В сухих песчаных почвах начинают преобладать мелкие
пылевые частицы. Такие почвы обедняются гумусом и мелкоземом, резко
снижается их плодородие. Ветровая эрозия происходит в разное время
года, при любой силе ветра. Интенсивность ее возрастает при сильных
ветрах (15-20 м/с) и весной, когда почвы вспаханы, взрыхлены и не
закреплены корнями растений.
Пыльные бури возникают при особо сильных ветрах. Ветер взметает
такое количество пыли, что воздух теряет прозрачность. Пыльные бури
захватывают огромные территории. Катастрофические пыльные бури в
1934 г. охватили прерии Великих равнин США. Сильные ветры подняли в
воздух частицы почвы с миллионов гектаров. От удушья погибали люди
даже в городах, были отмечены заболевания пыльной пневмонией у
людей и домашних животных. В результате пыльных бурь полностью
уничтожены почвы на 20 млн. га, 60 млн. га резко снизили свое
плодородие и на 43 млн. га отмечены начальные стадии эрозии.
Часто вмешательство человека и естественные природные процессы
усиливают аридизацию территорий. Под этим термином понимают
сложные процессы уменьшения увлажненности обширных территорий и
вызванного
этим
сокращения
биологической
продуктивности
экологических систем.
Водная эрозия может быть плоскостной, струйчатой и овражистой, она
вызывает оползни и сели. При плоскостной эрозии происходит
постепенный смыв поверхностного слоя почвы талыми водами и
дождями. Смытые с возвышенных участков частицы почвы
задерживаются в понижениях. Образующиеся во время таяния снега и
дождей промоины почвы заравниваются при обработке. Поэтому на
первых стадиях эрозия мало заметна. Обнаружить ее можно тогда, когда
возвышенные участки оказываются лишенными верхнего плодородного
слоя и на поверхность выступают нижние, более светлые горизонты, а в
понижениях скапливается более темная и плодородная смытая часть
почвы. На лишенных гумусового горизонта участках почвы плохо
развиваются растения, снижается урожайность.
Струйчатая эрозия интенсивно развивается при дружном таянии
снега весной и при сильных ливнях на полях, расположенных на склонах
холмов,
лишенных
растительности
или
занятых
пропашными
культурами. Вода, стекающая по склонам, увлекает за собой частицы
почвы, образуя неглубокие параллельные струйчатые размывы.
Ручейковой эрозии способствует распашка почвы вдоль склонов.
Овражная эрозия развивается на крутых и пологих склонах, лишенных
древесной растительности, со слабо развитой дерновиной. Ручейки,
сбегающие со склона, соединяются в единый крупный поток. Он смывает
поверхностный слой почвы, углубляет дно до материнской породы,
подмывает берега. Скорость формирования оврагов зависит от
особенностей почв, рельефа местности, природно-климатических
условий. Средняя скорость роста оврага 1-3 м в год, есть районы, где она
достигает 8 и даже 25 м в год. Овраги врезаются в поля, сокращают
пахотные земли, затрудняют применение машин. Появление овражной
сети связано с нерациональным земледелием и бесхозяйственным
обращением с землей.
Селевые потоки и оползни - наиболее опасные формы водной эрозии в
горах. Возникают они вследствие вырубки лесов на горных склонах, при
неумеренном выпасе скота, нарушающего копытами травянистую
растительность, почвенный покров, дерновины на склонах. Сели – это
мощные горные грязекаменные потоки, появляющиеся после сильных
дождей. Вода сносит с крутых склонов не только почву, но и крупные
камни, вырванные с корнем деревья. Обладая большой разрушительной
силой,
селевые
потоки
часто
приносят
большие
убытки,
сопровождающиеся человеческими жертвами.
Скорость потери плодородных почв увеличилась за последние 50 лет в
30 раз по сравнению со средней исторической и составляет по разным
данным 8-15 млн. га/год.
Угроза деградации и разрушения почв приобрела во второй половине
XX в. настолько глобальные размеры, что это побудило ФАО в 1982 г
опубликовать «Всемирную хартию почв», содержащую программу
научных исследований и необходимых мер по охране почв и
рациональному, экологически обоснованному использованию земельных
ресурсов.
Причины сокращения земельных ресурсов и деградации почв мира
разные. Во-первых, рост численности населения мира ускоренными
темпами ведет к относительному уменьшению продуктивных земельных
ресурсов планеты. Если общая площадь пашни, равная 1,5 млрд. га,
почти не меняется вот уже около 30 лет, то площадь пашни на душу
населения, составлявшая еще в 1960 г 0.5 га в 2000 г составила 0,23 га.
Во-вторых, для поддержания стабильной площади пашни ежегодно в
качестве компенсации отчужденных и деградированных земель вводится
в обработку адекватная площадь пастбищ, лугов, лесов, что приводит к
абсолютному уменьшению продуктивных земельных ресурсов.
В настоящее время деградации почв в мире подвержено около 2 млрд.
га, из них за счет водной эрозии – 55.6%, ветровой (дефляции) – 27.9%,
химической деградации (истощение, засоление, закисление, загрязнение)
– 12.12%, физической деградации (уплотнение, подтопление, выработка
торфяных почв) – 4.2%. Основные причины этого процесса –
неконтролируемая
распашка,
вырубка
лесов,
экологически
необоснованные методы мелиорации, излишняя агротехническая
нагрузка и. переуплотнение почв, загрязнение.
8.3. Ноосфера
С появлением человечества процесс эволюции заметно изменился.
Даже на ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов
для земледелия, выпас скота, промысел диких животных, войны
опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных
сообществ, истреблению отдельных видов животных. По мере
развития цивилизации, особенно с началом промышленной
революции, человечество овладевало все большей мощью, все
большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения
своих растущих потребностей огромные массы вещества.
Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX веке в
результате НТР. Бурное развитие промышленности и транспорта
привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по
масштабам
с
естественными
энергетическими
процессами,
происходящими
в
биосфере.
Интенсивность
потребления
человечеством природных ресурсов заметно опережает прирост
населения. Антропогенная деятельность приводит к истощению
природных ресурсов, загрязнению биосферы отходами производства,
разрушению природных экосистем, изменению климата, нарушению
практически всех природных биогеохимических циклов.
Кроме
биогеохимических
реакций,
свойственных
живому
веществу, человек осуществляет такие реакции, которых не было
раньше на Земле. Выделяется в чистом виде железо, олово, свинец,
алюминий, никель и многие другие химические элементы. Количество
добываемых и выплавляемых человеком металлов достигает
колоссальных размеров и возрастает с каждым годом. Еще более
значительна добыча горючих полезных ископаемых.
При горении каменного угля и другого топлива идет образование углерода, азота и
других продуктов. Это побочные, бессознательно осуществляемые процессы. К числу их
относится и развитие некоторых видов микроорганизмов, сопровождающие
деятельность человека. Неограниченное использование природных ресурсов и свободное
удаление отходов в окружающую среду привело к тому, что во многих странах
практически не осталось естественных ненарушенных экосистем.
В соответствии с плотностью населения меняется и степень
воздействия человека на окружающую среду. При современном
уровне развития производительных сил деятельность человеческого
общества сказывается на биосфере в целом.
За
относительно
короткое
время
своего
существования
деятельность человечества привела к снижению количества живого
вещества Земли на 30%, ежегодно забирается 20% продукции всей
биосферы. Эти цифры говорят о том, что антропогенное изменение
биосферы зашло слишком далеко, более того, направленность
антропогенного воздействия прямо противоположна направленности
эволюции биосферы. Существует мнение, что с появлением человека
начинается нисходящая ветвь эволюции биосферы: снижается ее
биомасса, продуктивность и количество информации. Вслед за
уничтожением видов можно ожидать самодеструкции живого в виде
массового размножения отдельных организмов, разрушающих
сложившиеся экосистемы.
Деятельность человечества до сих пор была направлена на
снижение устойчивости биосферы. Стихийно развиваясь, оно
усиливает давление на биосферу и разрушает окружающую среду. С
другой стороны, обладая разумом, человек познает закономерности
биосферных процессов и в принципе способен действовать в
направлении повышения устойчивости биосферы.
Впервые термин «ноосфера» был предложен в 1927 году
французским математиком и философом Э. Леруа для обозначения
нового
эволюционного
состояния
биосферы,
обусловленного
воздействием человека.
Несколько позже французский геолог Тейяр де Шарден развил это
понятие и обозначил ноосферу как состояние «после» биосферы,
следующий этап, в котором человеческий разум и направляемая им
работа представляют собой новую мощную геологическую силу. Это
совпало с тем моментом, когда человек заселил всю планету, все
человечество экономически объединилось в единое целое и научная
мысль всего человечества слилась воедино, благодаря успехам в
технике связи. Ноосфера – это своего рода обволакивающий планету
пласт мыслей, она имеет духовную природу, и возникает вне
биосферы.
В.И. Вернадский внес новое содержание в эту идею. Он считал,
что в уже в XVII веке наука стала силой, творящей историю. В XX
веке наука становится силой геологической. Стихийная эволюция
вскоре должна смениться сознательной, которая должна прийти к
гармоническому единству со всем живым в рамках ноосферы.
Заслуга В.И.Вернадского заключается в том, что он, по существу,
впервые рассматривает человечество как единое целое. В центре
системы ноосферного мировоззрения, которая призвана обеспечить
социально эффективное освоение мира, находится уже не просто
человек с абстрактной гуманистической системой ценностей, а
человечество с конкретной системой насущных материальных
практических потребностей и интересов выживания настоящего и
будущих поколений.
Раскрывая содержание этого понятия, В.И. Вернадский
подчеркивал, что «ноосфера есть новое геологическое явление на
нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей
геологической силой. Он может и должен перестраивать своим
трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным
образом по сравнению с тем, что было раньше. Перед ним
открываются все более и более широкие творческие возможности».
Ноосфера – новое состояние биосферы, при котором разумная
деятельность человека становится решающим фактором ее развития.
Для ноосферы характерно взаимодействие человека и природы: связь
законов природы с социально-экономическими законами. Ноосфера
отражает планетарное воздействие общественного производства на
верхние оболочки Земли.
Ноосфера – такое же материальное образование, как и биосфера,
и она должна основываться на высшем проявлении интеллекта –
человеческом познании. Учение о ноосфере намечает пути
использования природных сил в интересах человека, роста
производительности,
рационального
природопользования,
сохранения и развития здоровья населения.
Труд человека есть в первую очередь взаимодействие его с
природой. Человек проявляет эту свою способность не столько в
качестве источника энергии или массы, сколько в виде
специфического регулятора, направляющего действие одной силы
природы против другой.
В.И. Вернадский считал, что в истории биосферы перед человеком
открыто огромное будущее, если он поймет это и не будет
употреблять свой разум и свой труд на самоистребление".
В работах Вернадского указан ряд конкретных условий,
необходимых для становления и существования ноосферы:
1. заселение человеком всей планеты;
2. преобразование средств связи и обмена между
странами;
3. усиление связей, в том числе политических, между
всеми странами Земли;
4. начало преобладания геологической роли человека над
другими геологическими процессами;
5. расширение границ биосферы и выход в космос;
6. открытие новых источников энергии;
7. равенство людей всех рас и религий;
8. увеличение роли народных масс в решении вопросов
внешней и внутренней политики;
9. свобода научной мысли и научного искания от
давления религиозных, философских и политических
построений и создание в государственном строе условий,
благоприятных для свободной научной мысли;
10. продуманная система народного образования и
подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной
возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и
чрезвычайно ослабить болезни;
11. разумное преобразование первичной природы Земли
с целью сделать ее способной удовлетворить все
потребности населения;
12. исключение войн из жизни общества.
Численность населения, потребление, технологии, развитие и
природная среда связаны между собой сложным комплексом
отношений, которые непосредственно затрагивают благосостояние
всех народов. Неизбежным следствием развития является проблема
отчуждения, которая заключается в том, что человек своей
деятельностью запускает такие природные процессы, которые он
контролировать не в состоянии.
Сам Вернадский, замечая нежелательные, разрушительные
последствия хозяйствования человека на Земле, считал их
некоторыми издержками. Он верил в человеческий разум, гуманизм
научной деятельности, торжество добра и красоты. Вернадский
видел неизбежность ноосферы, подготавливаемой как эволюцией
биосферы, так и историческим развитием человечества.
При переходе биосферы в ноосферу перед человечеством
возникает огромная по масштабам и значению задача – научиться
сознательно регулировать взаимоотношения общества и природы.
Только целесообразная и планомерная деятельность людей может
обеспечить гармоничное развитие природы и общества. При этом
ноогенез – современный этап становления ноосферы – предполагает
развитие не только природы и общества, но и каждой отдельной
личности.
М. И. Будыко, проведя анализ перехода биосферы в ноосферу,
связывал ее образование с достижением следующих этапов:
1 – человечество стало единым целым, НТР охватила всю планету.
2 – благодаря новым средствам связи все части ноосферы стали
действовать согласованно друг с другом.
3 – открыты принципиально новые источники энергии.
4 – достигнуты социальное равенство людей и подъем их
благосостояния.
5 – возможность регулировать состояния биосферы в соответствии
с потребностями человеческого общества.
Анализ реалий человеческой деятельности заставляет усомниться в
том, что биосфера уже вступила в стадию разумного управления.
Оптимизм В. И. Вернадского был вызван успехами тогдашней науки,
намного опережавшей достижения техники и технологии. Однако со
второй половины ХХ в. развитие фундаментальных наук стало
отставать от прикладных отраслей, которые, хотя и необходимы для
рационального управления, тем не менее не способны дать целостной
картины дальнейшего развития природы и общества.
Известный эколог Ю. Одум, например, считает, что несмотря на
огромные возможности человеческого разума к управлению
природными процессами, еще рано говорить о ноосфере, т. к.
человек не может предугадать все последствия своих действий. Об
этом свидетельствует множество экологических проблем, возникших
на нашей планете. Поэтому ряд ученых полагает, что ныне
правильнее говорить лишь о начальной стадии формирования
ноосферы.
Сегодня мы еще только осознаем необходимость того, о чем
говорилось в начале прошлого века. Цели и задачи рационального
развития глобального общества декларируются, но механизмы их
достижения неизвестны. Дело доходит до парадоксов. Стратегия
устойчивого развития, принятая ООН в 1992 г., например, указывает
на нецелесообразность сохранения капиталистической системы
ведения хозяйства, но финансовые институты той же ООН
способствуют развитию этой системы. Поддержка слаборазвитых
стран, основанная на кредите и «гуманитарной помощи» в конечном
счете увеличивает разрыв в уровне экономического развития. так что
путь к ноосфере оказался долгим и трудным.
9. Геоэкологические процессы
9.1. Геологические процессы
К внутренним источникам энергии относятся: начальная внутренняя
теплота Земли, обусловленная нагреванием при аккреции космических
частиц
из
протопланетного
облака;
изменение
потенциальной
гравитационной энергии Земли в процессе плотностной дифференциации
ее вещества; изменение кинетической энергии вращения Земли, что
сопровождается превращением механической энергии в тепловую
посредством приливного трения; высвобождение внутриатомной энергии
при распаде радиоактивных элементов.
Процессы трансформации представляют собой работу деформаций
скалывания и сжатия (растяжения), а также работу фазовых и физикохимических преобразований вещества.
Деформации скалывающего типа реализуются в виде пластического
течения и нарушения сплошности среды, орогенеза, складчатости, т.е.
практически всех типов тектонических деформаций. В процессе этих
деформаций питающая их энергия частично переходит в свободную
энергию возникающих поверхностей разрыва, частично – в скрытую
теплоту образования в разломных зонах новых минералов, например руд.
Главный вид трансформации – это переход энергии в тепло тектонического
трения (фрикционное тепло). Фрикционное тепло не может вызвать
тектонические движения, но является их обязательным следствием и
вызывает нагревание и даже плавление твердых земных пород.
Самый яркий вид реакции земных масс на напряжения – это
землетрясения. Почти вся энергия землетрясений выделяется в верхних
100 км Земли. Упругие сейсмические колебания постепенно затухают,
вызывая нагревание поглощающей пластичной среды и трение во вновь
образующихся разломах. Оба эти эффекта вызывают некоторое увеличение
теплового потока через поверхность Земли, что учитывается в балансовых
расчетах.
Энергетический эффект сейсмической деятельности проявляется
неравномерно в пространстве и во времени. 95% этой энергии выделяется
в двух подвижных поясах Земли: в Тихоокеанском и АльпийскоГималайском, занимающих лишь 5% территории планеты.
Расходная часть энергетического баланса поддается непосредственному
измерению, так как состоит из двух видов потери Землей ее внутренней
энергии: в виде кондуктивного теплового потока через поверхность Земли
и в виде конвективного выноса тепла при вулканизме и гидротермальной
деятельности. Распределение кондуктивного теплового потока на
поверхности земного шара крайне неравномерно. По последним оценкам
он составляет 56 и 78 мВт/м2 соответственно для континентов и океанов.
В отличие от кондуктивного теплового потока конвективный вынос
локализуется в ограниченной части земной поверхности – в вулканических
областях переходных зон и в рифтовых зонах континентов и океанов.
Оценки показывают, что мощность кондуктивного выноса на два порядка
больше, чем мощность конвекции.
Сейсмические исследования показывают, что под земной корой
вещество находится не в расплавленном состоянии, а в твердом вплоть до
границы с ядром Земли. А очаги расплавленной магмы образуются лишь
время от времени в некоторых местах. Литосфера и земная кора, будучи ее
составной частью, “плавают” на астеносфере – разогретом и сравнительно
пластичном веществе. Литосферные плиты движутся относительно нижней
мантии и ядра в вертикальном и горизонтальном направлениях. Эти
движения обусловлены циркуляцией или конвекцией мантийного вещества
под действием внутриземного тепла и иных эффектов.
В областях, где конвективные кольца сходятся в восходящий поток,
литосфера приподнимается и раздвигается в стороны, при этом
образуются срединно-океанические хребты с рифтами, простирающимися
в их осевой части. По трещинам может изливаться базальтовая магма,
которая застывая образует кристаллическую породу, таким образом
происходит образование океанической коры и раздвижение морского дна
со скоростью от нескольких миллиметров до 36 см в год. Там, где
циркуляционные потоки мантийного вещества встречаются, происходит
надвигание одной плиты на другую. При этом более древняя и тяжелая
океаническая плита наклонно погружается под более молодую и легкую
океаническую или континентальную плиту, этот процесс называется
субдукцией, а на дне океана образуются глубоководные желоба. Таким
образом, литосферные плиты движутся от срединно-океанических хребтов,
где разрастается океаническая литосфера, к глубоководным желобам, где
она поглощается в мантию. В случае столкновения двух континентальных
плит происходит коллизия. Континентальные литосферные плиты,
состоящие в основном из гранита, оказываются настолько легкими, что не
поддаются затягиванию в более плотную астеносферу. Таким образом,
образуются нагромождения высочайших гор, например поднятие цепи
Гималаев.
Движение литосферных плит обуславливает огромные напряжения в
горных породах, которые разряжаются через землетрясения. Наклонные
зоны субдукции, проникающие глубоко в мантию Земли, являются
скоплением самых мощных очагов землетрясений. При субдукции
океаническая плита попадает в область высоких давлений и температур,
примерно на глубине 100-200 км из нее выделяются флюиды, которые
поднимаются наверх и накапливаются у подошвы земной коры и внутри
нее, где образуются очаги магмы. Время от времени она прорывается на
земную поверхность и вызывают извержения вулканов. Именно над
зонами субдукции размещаются цепи действующих вулканов, которые
протянулись на многие тысячи километров вокруг Тихого океана.
Ежегодно во всем мире случается не меньше 100 тыс. землетрясений
обусловленных различными геологическими процессами, которые могут
ощутить органы чувств человека, а фиксируемых чуткими сейсмическими
приборами около 1 млн.
Землетрясения – это подземные удары и колебания поверхности земли,
вызванные главным образом тектоническими процессами. Землетрясения
происходят в результате пульсационно-колебательного развития литосферы
– сжатия ее в одних регионах и расширения в других. При этом
наблюдаются тектонические разрывы, смещения и поднятия. Принято
различать магнитуду и интенсивность землетрясений. Магнитуда
определяется амплитудой сейсмических волн и измеряется по 12-балльной
шкале Рихтера. Интенсивность оценивается по реакции людей и состоянию
сооружений в пострадавшей местности и определяется по 12-балльной
шкале Меркали.
По имеющимся подсчетам, за последние 4 тыс. лет землетрясения
унесли более 13 млн. жизней, миллиардами исчисляются экономические
потери, которые связаны с пожарами, разрушением и повреждением
материальных ценностей (зданий, инженерных сооружений, дорог, линий
связи и др.).
Причинами землетрясений могут быть также взрывные работы, ядерные
испытания,
создание
крупных
гидротехнических
сооружений
и
водохранилищ, разгрузки напряжений в земной коре в результате
интенсивных
подземных
выработок.
Так,
например,
материалы
геодезических и геофизических измерений по таким водохранилищам
мира, как Кариба в Африке или Гувер в США и другие, показывают, что
после заполнения их водой происходят землетрясения, крупные оседания и
прогибания земной коры. Скорость проседания под водохранилищами
часто достигает 1-2 см в год, а магнитуда землетрясений может достигать
4-6 баллов. При этом возникают трещины на поверхности, повреждаются
плотины, имеются разрушения и даже человеческие жертвы.
Сильные землетрясения происходят довольно редко. Из исторических
данных известно, что при землетрясении 1556 г. в Шаньси погибло 830
тысяч человек; при Калифорнийском землетрясении в 1906 г. погибло 700
тысяч человек.
Землетрясения вызываются внезапными, быстрыми смещениями
крыльев существующих или вновь образующихся тектонических разломов;
напряжения, которые при этом возникают, способны передаваться на
большие расстояния. Возникновение землетрясений на крупных разломах
происходит при длительном смещении тектонических блоков или плит,
контактирующих по разлому. Объем среды, где снимается часть
тектонических
напряжений
и
высвобождается
некоторая
доля
накопленной потенциальной энергии деформации, называется очагом
землетрясения.
Количество
энергии,
выделяющееся
при
одном
землетрясении, зависит главным образом от размеров сдвинувшейся
поверхности
разлома.
Максимально
известная
длина
разломов,
вспарывающихся при землетрясении, находится в диапазоне 500-1000 км,
крылья разломов смещались при этом в стороны до 10 м.
Геологические последствия:
 на грунте появляются трещины,
 возникают воздушные, водяные, грязевые или песчаные фонтаны;
при этом образуются скопления глины или груды песка,
прекращают или изменяют свое действие некоторые родники и
гейзеры; возникают новые,
 грунтовые воды становятся мутными (взбаламучиваются),
 возникают оползни, грязевые и селевые потоки, обвалы; происходит
разжижение почвы и песчано-глинистых пород,
 происходит
подводное
оползание
и
образуются
мутьевые
(турбидитные) потоки,
 обрушиваются береговые утесы, берега рек, насыпные участки,
 возникают сейсмические морские волны (цунами),
 срываются снежные лавины; от шельфовых ледников отрываются
айсберги,
 образуются зоны нарушений рифтового характера с внутренними
грядами и подпруженными озерами,
 грунт становится неровным с участками просадки и вспучивания,
 на озерах возникают сейши (стоячие волны и взбалтывание волн у
берегов); нарушается режим приливов и отливов,
 активизируется вулканическая и гидротермальная деятельность.
Для энергетической классификации землетрясений на практике
пользуются его магнитудой (М или m). Под магнитудой понимается
логарифм отношения максимального смещения земной поверхности в
волне данного типа или максимальной скорости смещения к аналогичной
величине для землетрясения, магнитуда которого условно принята равной
нулю. Нулевой уровень магнитуды – это энергетический уровень такого
землетрясения, энергия которого ниже энергии самого слабого
регистрируемого приборами землетрясения. Классификация землетрясений
по магнитуде введена в 1935 г. американским сейсмологом Ч. Рихтером.
Максимально известное значение М приближается к 9,0. За год на земном
шаре в среднем происходит по одному землетрясению с М = 8,0 ; десять
землетрясений с М= 7,0-7,9; 100 - с М =6,0-6,9; 1000 - с М =5,0-5,9; 10000 с М =4,0-4,9. Для перехода от магнитуды землетрясения к энергии (Е)
сейсмических волн обычно пользуются соотношением: lgE = 11,8 + 1,5хM.
Первоначально шкалы были сугубо описательными, но позже было
выявлено, что номер балла коррелируется со скоростью движения грунта,
либо с его ускорением или смещением. При сильных землетрясениях
максимальные ускорения могут превышать ускорение свободного падения;
например 1,4g во время Газлинского землетрясения (9-10 баллов, 1976).
Специальные сейсмические шкалы для горных выработок не разработаны,
но ориентировочно можно считать, что землетрясения ощущаются под
землей на 1 балл слабее, чем на поверхности.
Сейсмический процесс характеризуется также группированием
землетрясений. Частными случаями группирования являются: рой
землетрясений; главное землетрясение с последующими толчками
(афтершоками); главное землетрясение с предшествующими толчками
(форшоками). Рой землетрясений - это группа (иногда очень
многочисленная) мелкофокусных толчков, частота и магнитуда которых в
течение определенного срока слабо меняются со временем. Самые сильные
толчки распределены внутри роя случайным образом. Афтершоками, число
которых может быть очень велико, сопровождаются, как правило, все
более или менее сильные землетрясения. Сильнейшие афтершоки могут
сопровождаться своими вторичными сериями последующих толчков.
Магнитуда сильнейшего афтершока статистически на 1,2 меньше
магнитуды основного толчка. Число последующих толчков быстро убывает
с глубиной очага землетрясения (глубокофокусные землетрясения
афтершоками практически не сопровождаются). В ограниченных зонах
перед сильными землетрясениями возникают предваряющие толчки 
форшоки. Их появление на фоне длительного “сейсмического молчания”
позволяет своевременно предпринять меры предосторожности.
Предвестниками землетрясений являются:
 деформация
земной
коры,
определяемая
методами
дистанционного зондирования Земли;
 изменение отношения скоростей распространения продольных и
поперечных вол накануне землетрясения;
 изменение электросопротивления горных пород, колебание уровня
грунтовых вод в скважинах;
 быстрый рост частоты слабых толчков;
 повышение концентрации радона в воде и др.
Цунами - японский термин, обозначающий необычно крупную морскую
волну. Это волны большой высоты и разрушительной силы, возникающие в
зонах землетрясений и вулканической активности океанического дна.
Скорость продвижения такой волны может колебаться от 50 до 1000 км/ч,
высота в области возникновения от 0,1 до 5,0 м, а у побережья – от 10 до
50 м и более. Цунами часто вызывают разрушения на побережье – в ряде
случаев катастрофические: приводят к размыву берегов, образованию
мутьевых потоков, разрушают населенные пункты, сооружения.
Цунами часто сопровождают крупные землетрясения, происходящие в
районах морского или океанического побережья. Волны цунами
характеризуются высокой скоростью и большой длиной, однако в
открытом море их высота не бывает больше первых метров. С корабля в
море редко можно заметить прохождение таких волн. Однако, когда эти
волны выходят на мелководье, они могут стать весьма разрушительными.
Высота каждой волны достигает там многих метров, потому что длина
волны уменьшается из-за близости дна, как и в случае обычных волн.
Соответственно
энергия
воды,
имевшей
большую
глубину,
концентрируется в коротком вертикальном интервале.
Цунами много раз приносили опустошение прибрежным районам. После
Лиссабонского землетрясения 1755 г. высокие волны сначала осушили
бухту, потом выплеснулись на берег примерно на километр, а потом смыли
в море корабли, дома, мосты и людей, т.е. все, что попадалось на их пути.
Цунами, возникшее в районе Алеутских островов, уничтожило 1 апреля
1946 г. маяк на мысе Датч (Аляска), расположенный на 15 м выше уровня
моря. Волна проделала путь 3800 км к Гавайским островам со средней
скоростью 780 км/ч. В открытом море волны имели длину 150 км. У берега
их высота достигала 3-6 м. В узких заливах она вздыбливалась до отметок
10-15 м над уровнем моря. Преобразившись в движущиеся стены воды,
эти волны нанесли тяжелые повреждения домам, шоссейным и железным
дорогам, мостам, пристаням, волнорезам, судам и были причиной гибели
160 человек. Волна достигла и берегов Калифорнии, где ее высота
составляла до 4 м. После этой трагедии была организована Международная
система предупреждения о движении волн цунами, с тем, чтобы сообщать
в населенные пункты о грозящей им опасности.
В последние 50 лет отмечено около 70 сейсмогенных цунами опасных
размеров, из них 4% в Средиземном море, 8% в Атлантике, остальные в
Тихом океане. Наиболее опасны берега Японии, Гавайских и Алеутских
островов, Камчатки, Курил, Аляски, Канады, Соломоновых островов,
Филиппин, Индонезии, Чили, Перу, Новой Зеландии, Эгейского,
Адриатического и Ионического морей. На Гавайских островах цунами
интенсивностью 3-4 балла бывают в среднем 1 раз в 4 года, на
тихоокеанском побережье Южной Америки - раз в 10 лет.
Вулканизм – совокупность процессов и явлений, связанных с
движением магмы в верхней мантии, земной коре и на поверхности земли.
В результате извержения вулканов образуются вулканические горы,
вулканические лавовые плато и равнины, кратерные и запрудные озера,
грязевые потоки, вулканические туфы, шлаки, брекчии, бомбы, пепел, в
атмосферу выбрасываются вулканическая пыль и газы.
Вулканы располагаются в сейсмоактивных поясах, особенно в
Тихоокеанском.
В
Индонезии,
Японии,
Центральной
Америке
насчитывается по несколько десятков активных вулканов – всего на суше
от 450 до 600 действующих и около 1000 “спящих” вулканов. В опасной
близости от активных вулканов находится около 7% населения Земли. На
срединно-океанических хребтах имеются по меньшей мере несколько
десятков крупных подводных вулканов.
Наиболее активные вулканы извергаются в среднем раз в несколько лет,
все активные ныне – в среднем 1 раз в 10-15 лет. В деятельности каждого
вулкана имеются, видимо, периоды относительного понижения и
повышения активности, измеряемые тысячами лет.
Вулканы обычно имеют форму конуса со склонами, пологими у подошв
и крутыми у вершин. Если подняться на вершину действующего, но
временно спокойного вулкана, то можно рассмотреть кратер. Это, как
правило, глубокая впадина с обрывистыми стенками, похожая на
гигантскую чашу. Дно кратера покрыто обломками крупных и мелких
камней, а из трещин поднимаются струи газа и пара. Одни струи
поднимаются спокойно, другие вырываются с шипением и свистом.
Кратер наполняют удушливые газы, образующие облако на вершине
вулкана. Так вулкан может спокойно куриться месяцы и годы, пока не
произойдет извержение.
Извержению обычно предшествуют землетрясения, подземный гул,
усиленное выделение паров и газов. При активизации вулкана над его
вершиной сгущаются облака, а его склоны начинают "вспучиваться". Под
давлением газов, вырывающихся из недр Земли, дно кратера взрывается.
Из черных, густых туч вместе с огнем, пеплом и раскаленными камнями
выпадают ливневые дожди, образуя потоки грязи. Последние скатываются
по склонам вулкана и заливают окрестности. Вулкан грохочет и дрожит, по
его жерлу поднимается бурлящая огненно-жидкая лава. Переливаясь через
края, она устремляется по склонам, сжигая и уничтожая все на своем пути.
Если лава обладает большой вязкостью, она изливается не жидким
потоком, а нагромождается вокруг жерла в виде вулканического купола. С
краев такого купола при обвалах и взрывах обрушиваются раскаленные
каменные лавины, которые вызывают разрушения у подножия вулкана.
При слабых извержениях в кратере вулкана происходят только
периодические взрывы газов.
Извержения вулканов происходят также на дне морей и океанов. При
этом над водой поднимаются столбы пара, на поверхности воды
появляется пемза. Иногда в результате извержения вулканов под водой
возникают мели, на которые неожиданно наталкиваются суда. Со
временем эти мели размываются морскими волнами и бесследно исчезают.
Конусы некоторых подводных вулканов выступают над поверхностью воды
в виде островов.
Очаги магмы располагаются под земной корой, в верхней части мантии,
на глубине не менее 50 км. Под сильным давлением выделяющихся газов
магма, расплавляя окружающие породы, прокладывает себе путь и
образует жерло, или канал, вулкана. Освобождающиеся газы взрывами
расчищают путь по жерлу, разламывают твердые породы и выбрасывают
их куски на большую высоту. При этом магма выливается из кратера и уже
как лава течет по склонам вулкана. Если магма не находит выхода на
поверхность, то она затвердевает в трещинах земной коры. Иногда,
внедряясь в трещины, магма поднимает поверхность земли куполом и
застывает в форме каравая хлеба.
В зависимости от своего состава лава может быть жидкой, густой и
вязкой. Если лава жидкая, то она относительно быстро растекается,
образуя на своем пути лавопады. Газы, вырываясь из кратера,
выбрасывают раскаленные фонтаны лавы. Густая лава течет медленно,
лопается на глыбы, нагромождающиеся одна на другую, а газы, выходящие
из нее, отрывают от глыб куски вязкой лавы, высоко подбрасывая их. Если
сгустки такой лавы при взлете вращаются, то они принимают
веретенообразную или шаровидную форму. Такие застывшие куски лавы
называются вулканическими бомбами.
При застывании лавы, переполненной газами, образуется пемза.
Благодаря своей легкости пемза в воде не тонет и при подводных
извержениях всплывает на поверхность моря.
Выброшенные при извержении обломки лавы величиной с горошину
или лесной орех называются лапилли. Более мелкий, рыхлый изверженный
материал называется вулканическим пеплом. Он падает на склоны вулкана
и относится ветром на большие расстояния. Скапливаясь на поверхности
Земли и уплотняясь, пепел постепенно превращается в туф.
9.2. Климатические процессы
Важнейшее значение для развития жизни и формирования экосистем
имеет тепловой режим атмосферы, Мирового океана и поверхности Земли.
Под ним понимается распределение и непрерывное изменение температур
воздуха и поверхности Земли, определяющихся теплообменом между
космическим пространством, атмосферой и подстилающей поверхностью,
взаимодействующей с атмосферой. Различие в свойствах подстилающей
поверхности Земли вызывают разницу в поглощении, накоплении и
отражении лучистой энергии различными ее участками, предопределяют, в
совокупности с вращением Земли, общую атмосферную циркуляцию.
Земля для поддержания своей постоянной температуры должна
отдавать в безвоздушное пространство столько же энергии, сколько
получает ее от Солнца. По упрощенной схеме рассмотрим распределение
энергии, поступающего от Солнца на Землю и принятого за 100%. Первым
барьером для приходящей солнечной радиации является озоновый слой в
верхней
части атмосферы,
который
поглощает
большую
часть
ультрафиолетовых лучей, составляющих 3% приходящего солнечного света.
С облаками, водяным паром и пылью в атмосфере взаимодействует 72%
приходящей радиации, из них 31% отражается обратно в космос, 15%
поглощается, 26% достигает земной поверхности в виде рассеянной
радиации. При безоблачном небе поток рассеянного излучения составляет
около 10% суммарной радиации. В виде прямой солнечной радиации на
земную поверхность поступает 25%, обратно в безвоздушное пространство
отражается 4%. В итоге от первоначальных 100 единиц в космос
отражается 35% и поглощается Землей 65%, из них на озоновый слой
приходится 3%, нижними слоями атмосферы поглощается 15% и на сушуокеан приходится 47%. Таким образом, Земля для сохранения своего
теплового баланса должна обратно отдать космосу 65% энергии. Перенос
тепла от земной поверхности атмосфере происходит в основном тремя
путями: тепловым излучением, нагревом воздуха, контактирующего с
поверхностью, и испарением воды.
Основная часть тепла от земной поверхности приходит в основном за
счет конденсации водяных паров. Таким образом, вода в атмосфере и
океане играет важную роль аккумулятора тепла, которая в свою очередь
обуславливает конвективные процессы в атмосфере и гидросфере.
Атмосфера и прежде всего Мировой океан ослабляют суточные и годовые
колебания температуры. На процессы фотосинтеза приходится менее 1%
суммарной радиации.
Разница в нагревании Солнцем различных областей Земли приводит к
движению океана и атмосферы. Тепловая энергия преобразуется в
механическую работу движения воздушных масс, океанических течений и
испарения воды с поверхности океана. Движение атмосферы и
океанических вод перераспределяет энергию, полученную от Солнца, и тем
самым создает более равномерный климат.
Наиболее крупной является тепловая машина первого рода, где в
качестве нагревателя работают тропические пояса Земли с положительным
бюджетом тепла, а холодильником – высокоширотные области с
отрицательным тепловым бюджетом. Воздух, нагретый в тропиках,
поднимается, затем устремляется к полюсам и, охлаждаясь там, опускается
и возвращается к экватору вдоль поверхности Земли. Если бы Земля не
вращалась, то ветры дули бы прямо от полюсов к экватору. Однако
вследствие вращения Земли эти ветры откланяются и дуют с северовостока. Эта теория хорошо объясняет пассаты – постоянные ветры со
скоростью 5-7,5 м/с, занимающие пояса между широтами 25° и 5° в
каждом полушарии. В южном полушарии пассаты дуют с юго-востока.
Если бы эта теория была полностью верна, то на всех широтах ветры имели
бы то же самое направление, что и пассаты. Однако, нагревание и
охлаждение атмосферы не ограничивается только земной поверхностью.
На самом деле верхние слои атмосферы охлаждаются путем излучения в
космическое пространство.
Величина этого охлаждения лежит в пределах 1-2°С в сутки. Поэтому
воздух, идущий к полюсу в верхних слоях, достигнув примерно 30°
широты, начинает опускаться к поверхности, формируя область высокого
давления. Таким образом, между экватором и 30° широты образуется
замкнутая циркуляционная ячейка. Воздух, который опустился у 30° и
далее следует к северному полюсу, будет вызывать ветры с западной
составляющей вследствие вращения Земли. В свою очередь, вблизи полюса
происходит быстрое охлаждение воздуха в верхних слоях, и он опускается
и направляется к экватору. При этом результирующий ветер будет иметь
восточную составляющую. Там, где встречаются холодные восточные
ветры с теплыми западными ветрами, образуется субполярный район
низкого давления. Здесь происходит подъем воздушного потока. Таким
образом, имеем картину с тремя циркуляционными ячейками.
Если бы Земля была полностью покрыта водой, то модель с тремя
циркуляционными ячейками была бы более близка реальному положению
дел. Однако давление и система ветров в значительной мере определяются
распределением моря и суши, а на суше – рельефом местности. Здесь
работают тепловые машины второго рода. В холодное время года
нагревателем в них служат наиболее теплые области океана, а
холодильником – материки. В теплое время года ситуация меняется,
материк быстро нагревается, по сравнению с океаном, и служит
нагревателем, а океан – холодильником. Например, в январе над Азией и
Северной Америкой появляется область высокого давления, в то время как
над океаном давление понижено. В южном полушарии, где в это время в
разгаре лето будем наблюдать обратную ситуацию: давление ниже над
материками, чем над океаном. Работа машин второго рода в значительной
мере определяет муссонную циркуляцию.
Тропические ураганы или тайфуны, средняя ширина которых достигает
нескольких сотен километров, а высота 6-15 км, появляются вследствие
работы тепловых машин третьего рода. Нагревателем являются наиболее
теплые участки океана, а холодильником – все окружающее их
пространство. Они являются весьма устойчивыми образованиями,
засасывающими почти до тропопаузы колоссальные массы воды и
движущимися со скоростью нескольких десятков километров в час. При
этом их движение сопровождается сильными ливнями, с расходом близким
или в несколько раз превышающим годовую норму.
Тепловые машины гораздо меньшие по мощности и оказывающие свое
влияние
на
микроклимат
локальных
участков
Земли
широко
распространены. Типичный примером является тепловая машина водоемсуша. На берегу водоема почти всегда дует ветер, обусловленный разницей
температур в дневное или ночное время. Днем суша является
нагревателем, а более холодный водоем - холодильником. Ночью ситуация
изменится на противоположную. А ночью ветер дует уже с суши.
Аналогичный механизм тепловой машины обуславливает морские
течения. Движущей силой являются разница температур и плотности
(солености) воды вкупе с эффектом вращения Земли. Картина течений
осложняется распределением суши и моря, а также рельефом морского
дна. Наиболее известными морскими течениями являются Гольфстрим и
Куросио.
Климат конкретной местности определяется как характерный
многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, ее
преобразованиями в деятельном слое земной поверхности и связанной с
ними циркуляцией атмосферы и океанов. Основными климатическими
характеристиками,
имеющими
значение
в
экологии
являются:
среднегодовые величины и сезонные или месячные колебания температуры
воздуха, ее суточный ход, ее абсолютные и минимумы и максимумы; сроки
перехода температуры через 0°С и 10°С; количество осадков, испаряемость
влаги; сила и направление ветров; влажность воздуха; число дней
солнечного сияния, суммарная солнечная радиация, радиационный баланс.
Hаpяду с температурными условиями, огромное значение в
формировании экосистем имеет вода. За год с повеpхности Земли
испаpяется 1000 мм слой влаги, или около 520 тыс.км3: в тропическом
океане над теплыми течениями – до 2000 мм, на материках - до 480 мм.
Закономеpности pаспpеделения влаги в атмосфеpе Земли, пpоцессы ее
конденсации, фоpмиpования облаков и движение воздушных масс
опpеделяет, в конечном итоге, pаспpеделение осадков над повеpхностью
континентов. Hаибольшее их количество 2000-3000 мм выпадает в
сpавнительно узкой экватоpиальной зоне, достигая максимальных
значений 7000-10000 мм в бассейне p.Амазонки, на остpовах Индонезии и
на многих метеостанциях Индии. Количество осадков в субтpопиках и
пустынных pайонах севеpного полдушpия снижается до 250 мм, местами –
до 100 мм.
Численно испаpение с поверхности Земли опpеделяется количеством
влаги, котоpая испаpяется с единицы повеpхности Земли за единицу
вpемени и обычно выpажается в миллиметpах столба влаги. Оно может
быть pавно или меньше величины испаpяемости, под котоpой понимается
максимально возможное испаpение, пpи неогpаниченном запасе влаги.
Соответственно, степень увлажнения повеpхности может быть численно
выpажена
коэффициентом
увлажнения,
пpедставляющим
собой
отношение суммы осадков к испаpяемости. Таким обpазом, физически этот
коэффициент показывает, насколько осадки восполняют потеpи
испаpения.
Климат не есть нечто постоянное. Он меняется под воздействием
изменения величины солнечной активности, характера подстилающей
поверхности и многих дpугих пpичин. Уничтожение лесной pастительности
на широкой площади пpиводит к последовательному pазвитию следующих
событий:
увеличению воздействия пpямой солнечной радиации за счет
отсутствия
pассеивающего
фактоpа
кpон
деpевьев
и
тpанспиpации;
 усилению туpубулентного воздушного обмена над повеpхностью
Земли;
 пеpеpаспpеделению мощности и увеличению плотности снежного
покpова, более pавномеpного и pыхлого под пологом леса, нежели
на откpытом пpостpанстве;
 усилению испаpения с повеpности почвы;
 снижению темпеpатуpы почвенного пpофиля, как pеакция на
изменение
паpаметpов
снежного
покpова,
увеличение
туpубулентного воздушного обмена;
 изменение
сpоков
и
изменение
пpодолжительности
вегетационного пеpиода.
В пространственной изменчивости осадков, поступающих в ПТК и на
поверхность почвы, следует выделить два аспекта. Во-первых, она может
быть обусловлена различиями в мезорельефе, наличием крупных
водохранилищ и озер, лесных массивов. Эта пространственная
дифференциация проявляется на уровне местностей, ландшафтов,
провинций. Во-вторых, изменчивость увлажнения конкретных фаций,
урочищ определяется геометрическими свойствами растительного покрова,
компоновкой, ярусов, сомкнутостью крон, микро- и мезоэкспозицией
склонов по отношению к господствующим направлениям ветра.
В любом случае, воднобалансовые уравнения отвечают следующим
0  Z  Zm
граничным условиям: 0  Y  H ,
.
Облака играют одну из главных ролей в формировании погодных
условий на Земле. Они являются основными поставщиками влаги. В
зависимости от термодинамических условия атмосферы развиваются
облака различных форм. В основном их можно разделить на три категории
– это перистые, слоистые и кучевые. Процессы, происходящие в них, дают
большое разнообразие видов осадков. Облака являются и регуляторами
поставки лучистой энергии, что немаловажную роль играет в
формировании погодных условий и климата.
Процессы облако и осадкообразования на первый взгляд кажутся
простыми. Сначала должна произойти конденсация пара, затем рост
частиц за счет конденсации, далее кристаллизация и дальнейший рост за
счет конденсации и на последнем этапе выпадение осадков.
Однако, моделирование процессов облако и осадкообразования
столкнулось с большими проблемами уже на первом этапе – конденсации
водяного пара. При тех пересыщениях, которые наблюдаются в облаке, а
это 1-1,5 %, пар не хочет конденсироваться, Чтобы пошел процесс
конденсации, необходимы ядра конденсации. За счет конденсации капли
растут интенсивно до 10-20 мкм, а затем их рост резко снижается.
Следовательно должен существовать другой механизм укрупнения частиц.
Этим механизмом оказалась коагуляция, т.е. слияние капель за счет
столкновения. Но оказалось, что коагуляция позволяет вырасти капле, в
основном, до 50-60 мкм, что осадков не даст.
Процесс кристаллизации проходит в тех случаях, когда в воздухе
присутствуют ядра кристаллизации. По своей структуре они отличаются от
ядер конденсации тем, что имеют кристаллическую решетку, как у льда.
Но оказалось, что и в этом случае, когда кристаллы растут за спет
интенсивной конденсации и коагуляции, осадки не выпадают. В лучшем
случае частица, пролетев облако, вырастает до размеров мороси.
Следовательно, должен существовать еще один дополнительный механизм
укрупнения частиц. Им оказались восходящие вертикальные потоки,

которые поддерживают частицу в облаке довольно долгое время, давая ей
возможность вырасти до больших размеров.
В основе теории образования осадков лежит наличие кристаллов в
облаке и их рост за счет перекачки водяного пара с капель на лед и
дальнейшая коагуляция. Эта теория хорошо объясняла механизм
образования осадков в облаках средних и высоких широт и не работала
для тропиков. Образование кристаллов должно происходить тогда, когда
вершина облака достигнет отрицательных температур, когда начнется
интенсивное образование кристаллов. В экваториальной зоне это условие
не всегда выполняется, однако осадки выпадают. Для таких облаков была
разработана специальная теория, по которой предполагалось, что за счет
сильных восходящих потоков капля вырастает до таких размеров (2-2,5
мм), что происходит ее разбрызгивание и продолжение укрупнения
получившихся капель, т.е. возникает механизм "цепной реакции". Таким
образом в облаке накапливается большое количество воды и, когда ее
масса превосходит поддерживающую силу вертикальных потоков,
происходит обрушение.
Ветер – это движение воздуха. Наиболее частым, нормальным видом
этого движения является ветер, более или менее устойчивый по скорости и
направлению. Скорость ветра у земной поверхности может изменяться в
широких
пределах.
Вследствие
легкой
подверженности
воздуха
завихрениям ветер всегда в той или иной степени характеризуется
отдельными усилениями и ослаблениями, колебаниями направления.
Буря – ветер, имеющий среднюю скорость 15-29 м/сек, ее постепенные
изменения или большую продолжительность. При этом скорость ветра в
порывах может достигать значений в полтора-два раза больших, чем
среднее значение скорости ветра за две минуты. При буре ветер причиняет
разрушения, начиная с поломок тонких ветвей и сухих сучьев и кончая
валкой вековых деревьев. Шторм вызывает сильное волнение на море.
Пыльная буря несет большое количество пыли и песка.
Шквал – внезапная, очень короткая буря, резкое усиление ветра и
последующее быстрое стихание его. Резкое усиление ветра должно
превышать среднюю скорость ветра вне шквала более чем вдвое.
Шквал может проходить как на фоне затишья, имея скорость немногим
более 14 м/сек, так и на фоне сильного ветра, когда внезапные увеличения
скорости ветра превышают 25-30 м/сек. Длительность одного шквала не
должна быть более 10 минут. Шквалы, как правило, бывают при ливневых
облаках.
Ураган – сравнительно устойчивый ветер разрушительной силы, со
средней скоростью более 30 м/сек. Скорость ветра в порывах может
достигать значений в 1,5-2 раза больших, чем среднее значение за две
минуты. На равнинной части он чаще всего вызывается прохождением
малого циклона по окраине большого. На гористых побережьях зимой
ураганный
ветер
вызывается
падением
холодного
воздуха
с
возвышенности па теплую водную поверхность.
Ширина ураганов достигает 1,5 тыс. км. Вращаясь вокруг центра («глаз
урагана»), они проходят по территории в сотни тысяч км2, вызывая
огромные разрушения. Ежегодно от ураганов погибает более 5 тысяч
человек. Ураган 1970 г. в Бангладеш унес жизни 300 тыс. человек.
Метель вызывается поднятием снежного покрова ветром. При этом
видимость не должна превышать 1 км. В зависимости от плотности
снежного покрова и температуры воздуха метелевое помутнение
вызывается различными скоростями ветра, иногда начиная уже с 4-6
м/сек. Метелевое помутнение может сопровождаться выпадением снега,
который отмечается независимо от метели.
Сплошная метель (вьюга) – развеивание снежного покрова на высоту
многих метров так, что неба не видно и нельзя разобрать, выпадает ли снег
из облаков или в воздухе несется только снег, поднятый ветром с
поверхности земли. Видимость при этой метели (вьюге) меньше 1 км.
Гроза представляет собой сочетание трех основных явлений: 1) мощного
конвективного
облака,
2)
огромного
электрического
разряда,
проскальзывающего в виде искры (молния), и 3) громкого звука от этого
разряда (грома). Нередко грозы сопровождаются шквалистым ветром,
ливневыми осадками, градом. Для образования грозы, особенно в летнее
время, характерно развитие на небе мощных ливневых облаков.
Молния проскакивает или между отдельными частями облака, где
накопилось большое количество разноименных зарядов, или между двумя
облаками, или между облаком и земной поверхностью. Разделение зарядов
в грозовом облаке происходит по двум причинам.
Во-первых, капли воды в облаке заряжены. Нижняя часть капли
заряжена положительно, а отрицательный заряд располагается в верхней
части капли. В нижней части облака, где скапливаются более крупные
капли и где наблюдаются сильные восходящие токи воздуха, большие
капли разбрызгиваются на более мелкие. При разбрызгивании капли от
ударов воздуха от нее отскакивают верхние мелкие частицы, заряженные
отрицательно, а более тяжелая крупная частица капли остается за
ряженной положительно. Таким образом, нижняя часть грозового облака,
где скапливаются крупные капли, оказывается заряженной положительно,
а мелкие, отрицательно заряженные капли уносятся восходящими
потоками воздуха в более высокие слои облака.
Во-вторых, в верхней, оледенелой части облака электризация
происходит от трения ледяных кристалликов при сильных завихрениях в
облаке. При этом более мелкие пылевые части кристалликов заряжаются
положительно и уносятся в верхнюю часть облака, а более крупные
заряжаются отрицательно и вследствие большей тяжести опускаются в
среднюю часть облака.
Общими благоприятными условиями для возникновения ливневых
осадков и гроз являются:
 высокое влагосодержание воздуха;
 большие вертикальные градиенты температур;
 относительно низкое положение изотермы -10С, около которой
располагается уровень интенсивной кристаллизации;
 большая вертикальная протяженность кучево-дождевых облаков;
 неоднородности
подстилающей
поверхности,
облегчающие
развитие конвекционных потоков воздуха.
Град – плотные льдинки, выпадающие из ливневых облаков при
значительной положительной температуре воздуха (чаще всего выше 10°).
Чем выше температура воздуха перед градом, тем крупнее бывают
градины. Обильный или крупный град почти всегда выпадает в грозу и
бурю. Выпадение града может дать на земле покров льда высотой до 30-40
см.
Смерчи – удивительные физические явления, когда из грозовой тучи
вниз спускается бешено вращающаяся воронка длиной 1-2 км и диаметром
50-100 м. Достигнув Земли, смерч с ревом и грохотом уничтожает все на
своем пути, причем способен пройти за 5-7 часов путь длиной 500 км,
порой увеличиваясь в диаметре и оставляя полосу разрушений шириной 2
км. Самый страшный “смерч Трех Штатов” 1925 г. в Америке унес почти
700 жизней. В США регистрируют ежегодно около 1500 смерчей, в том
числе и над морем, в остальных странах меньше, но все равно десятки и
сотни.
По мнению В.В.Кушина, смерч – это не ветер, а скрученный в
тонкостенную трубу “хобот” дождя, который вращается вокруг оси со
скоростью 300-500 км/ч. За счет центробежных сил внутри трубы
создается разряжение, и давление падает до 0,3 атм. Если стенка “хобота”
воронки рвется, наткнувшись на препятствие, то внутрь воронки
врывается наружный воздух. Перепад давлений 0,5 атм. разгоняет
вторичный воздушный поток до скоростей 330 м/с и более.
Физическая природа смерча так же многолика. Это скрученный дождь,
неизвестная ранее форма существования осадков. Это необычная форма
вихря, а именно: двухслойный вихрь с воздушно-водяными стенками и
резким различием скоростей и плотностей обоих слоев. Мощные
воздушные потоки создаются и поддерживаются за счет теплоты фазового
перехода вода-лед, которая выделяется водой, захваченной смерчем из
любого естественного водоема, когда она попадает в верхние слои
тропосферы.
Стремительные восходящие потоки теплого воздуха, которые выносят
массы влаги на высоту 12-15 км, и столь же стремительные холодные
нисходящие потоки, которые обрушиваются вниз под тяжестью
образовавшихся масс дождя и града, сильно охлажденных в верхних слоях
тропосферы. Мощность этих потоков особенно велика из-за того, что
одновременно возникают два потока: восходящий и нисходящий. Поэтому
потоки имеют возможность разгонять себя до огромных скоростей.
В последние годы была выявлена еще одна возможность подъема
больших масс воды в верхние слои тропосферы. Часто при столкновении
воздушных масс происходит образование вихрей, которые за свои
относительно небольшие размеры получили название мезоциклонов.
Мезоциклон захватывает слой воздуха на высоте от 1-2 км до 8-10 км,
имеет диаметр 8-10 км и вращается вокруг вертикальной оси со скоростью
40-50 м/с. Обнаружено, что в мезоциклонах на оси возникает мощная
тяга, которая выбрасывает воздух на высоты до 8-10 км и выше. Именно в
мезоциклоне иногда зарождается смерч.
Наиболее благоприятная обстановка для зарождения воронки
выполняется при выполнении трех условий. Во-первых, мезоциклон должен
быть образован из холодных сухих масс воздуха. Во-вторых, мезоциклон
должен выйти в район, где в приземном слое толщиной 1-2 км скопилось
много влаги при высокой температуре воздуха 25-35С, т.е. создано
состояние неустойчивости приземного слоя, готового к образованию ячеек
с восходящими и нисходящими потоками. Проходя над этими районами, за
короткое время мезоциклон засасывает в себя влагу с больших пространств
и забрасывает ее на высоту 10-15 км. Температура внутри мезоциклона по
всей высоте скачком повышается за счет принесенного влагой тепла.
Третье условие – это выбрасывание масс дождя и града. Выполнение этого
условия приводит к уменьшению диаметра потока от первоначального
значения 5-10 км до 1-2 км и увеличению скорости от 30-40 м/с в верхней
части мезоциклона до 100-120 м/с – в нижней части.
Днём с заморозками в воздухе принято считать день за теплый период
(среднесуточная температура выше +5С), когда хотя бы в один из сроков
наблюдений температура понижалась до 0С и ниже. Особо опасны
весенние заморозки, возникающие в период формирования растений.
Формирование
заморозков
обуславливается
основными
климатообразующими
факторами:
радиационным
режимом,
особенностями атмосферной циркуляции, характером подстилающей
поверхности, именно последний фактор является в большинстве случаев
определяющим при образовании заморозков и их развитии. Вблизи рек
заморозки заканчиваются на 5-7 дней раньше, чем в районах, удаленных
от рек.
Туманом называется явление помутнения воздуха непосредственно над
поверхностью земли, вызванное взвешенными каплями воды, ледяными
кристаллами или их смесью. Видимость при этом понижается до 1 км и
менее.
Гололед – слой плотного льда, нарастающего на любых предметах при
морозе от намерзания капель переохлажденного дождя или мороси. Гололед
образуется преимущественно с наветренной стороны предметов при
слабых морозах (от 0 до -3°),но иногда наблюдается и при более низких
температурах вплоть до -16°. Капли дождя или мороси замерзают
медленно, так как имеют большой запас тепла и к тому же наблюдаются
при незначительной отрицательной температуре. Вследствие этого, прежде
чем замерзнуть, капли успевают растечься в пленку воды, которая при
замерзании дает плотную, иногда стекловидно-прозрачную корку льда.
Корка льда может достичь толщины нескольких сантиметров и вызвать
обламывание сучьев, обрыв проводов и т. п.
9.3. Почвенные процессы
Выветривание – это физическое разрушение и химическое
изменение материала поверхности суши с образованием продуктов,
находящихся в равновесии с господствующими физико-химическими
условиями ландшафта. Выветривание в значительной степени
зависит от климата. Различают два основных вида выветривания:
физическое и химическое.
Физическое
выветривание
–
это
процесс
механического
разрушения горных пород, в котором главную роль играют колебания
температуры, замерзание воды в породе, рост кристаллов и участие
организмов.
Изменения температуры Горная порода является плохим
проводником тепла, поэтому в ее поверхностных слоях, попеременно
нагреваемых и охлаждаемых, в результате неодинаковых линейных и
объемных изменений минералов или воды возникают внутренние
напряжения: порода расслаивается и разрушается. Различные
минералы обладают разными коэффициентами расширения.
Эксфолиация – процесс разлистовывания породы, идущий в
направлении параллельном поверхности породы. Этому процессу
подвержены
в
основном
массивно-кристаллические
породы,
малотрещинноватые породы.
Процессы перекристаллизации. Влияют на объемные изменения,
связанные с ростом кристаллов и сопровождаются возникновением в
породе значительного давления, разрушающего породу. Различают
несколько видов действия этих процессов.
 Морозное дробление пород обусловлено увеличением воды
при замерзании на 9%; в полостях породы образуются
ледяные клинья и жилы, дробящие породу на крупные
клинья.
 Солевое дробление: рост кристаллов соли из растворов по
аналогии с ростом ледяных кристаллов также ведет к
механическому разрушению породы. Солевое выветривание
наблюдается преимущественно в пористых породах и
сопровождается распадом породы на составляющие ее
минералы. Процесс характерен для континентальных сухих
областей и прибрежных районов.
 Химическая перестройка кристаллов происходит в результате
таких реакций, как, например, гидратация, окисление и пр.
Процессы ведут к объемному изменению кристаллов,
образованию новых минералов и последующему разрушению
породы. Гидратация — процесс присоединения молекул воды
к минералу, в результате образуются новые минералы
(например, гипс), или происходит их изменение (например,
гидратация
глинистых
фракций);
дегидратация
сопровождается уменьшением объема и возникновением
просадочных трещин.
Разбухание пород. Во влажных областях при обводнении пород
происходит изменению их объема, что активизирует процессы
механического выветривания.
Участие растений Корни растений при росте механическим
давлением увеличивают размеры трещин и раздробляют породу.
Химическое
выветривание
разрушает
и
изменяет
минералогический состав горных пород. Главными агентами
химического выветривания выступают вода, кислоты, щелочи и
растворенные в воде соли и воздух. Основные процессы химического
выветривания — гидролиз, растворение, катионный обмен, реакции
окисления и восстановления. Глинистые минералы и нерастворимые
окислы концентрируются в коре выветривания, растворимые щелочи
и соли выносятся из профиля почв.
Обменные реакции между катионами вод и поглощающего
комплекса (прежде всего Са2+ и Na+) чаще всего являются
обратимыми. К этой группе реакций относятся реакции окисления и
гидролиз.
Гидролиз и растворимость При гидролизе ионы воды становятся
составной частью структурной решетки минералов. При полном
растворении происходят реакции обмена - ионы водорода,
адсорбированные поверхностью кристаллов, проникают внутрь
решетки, высвобождая другие катионы (Са2+, Mg2+ и др.), которые
сорбируются поверхностью.
Катионный обмен. При этом катионы на поверхности минералов
замещаются катионами из растворов. Эта реакция, в целом подобная
гидролизу, осуществляется в кислой среде и при наличии широкого
набора катионов, появляющихся в растворе в результате
биологического круговорота веществ и высвобождения при
разложении органической массы. Поэтому характер и результат
обменных реакций зависит от состава участвующих катионов и
состава исходных минералов. Различия в реакциях обмена в
растворах и различия в составе и концентрации солей определяют
вид синтезирующихся вторичных глинных минералов.
Окисление. Окислительные процессы играют важную роль в
разрушении минералов, содержащих двухвалентное железо, таких
как оливин, пироксен, биотит и др.
Формы процессов выветривания располагаются в ландшафтной
сфере в строгом соответствии с законами широтной поясности и
вертикально, горной зональности. Каждая из географических зон
делится на ряд биогеохимических регионов с различным
содержанием
химических
элементов
и
неодинаковыми
их
комбинациями.
Почва
формируется
при
условии
преобладания
почвообразовательных
(биоаккумулятивных)
процессов
над
денудацией (сносом). В результате этого комплекса процессов,
происходящих в ландшафте первичная, более или менее однородная
кора выветривания расчленяется на так называемые генетические
горизонты.
Причем
очень
часто
генетические
горизонты
предшествующих почв сохраняются. В зависимости от генетического
типа почвообразования горизонты обладают различными свойствами
и составом (структура, содержание и качество гумуса, физикохимические свойства и химический состав и пр.).
Горные
почвы
формируются
на
хорошо
аэрируемом
водопроницаемом элювиальном и делювиальном материале. Особое
значение для развития в горах почвообразования имеет перемещение
масс по склону. Особенности горного почвообразования, в отличие от
равнинного, состоят в сравнительно низких температурных условиях
и в повышенном содержании влаги.
Ветер выполняет в ландшафте следующие функции: переносит
атмосферную влагу, воздействует на растительность и моделирует
поверхность суши. В наибольшей степени эоловые процессы
развиваются в областях со скудным растительным покровом, на
засушливых территориях и в высокогорьях. Эоловый литоморфогенез
территории, ее участка осуществляется стадийно и прерывисто в
пространстве: ветровой эрозией породы, транспортом и эоловой
аккумуляцией продуктов разрушения.
Ветровая эрозия проявляется прежде всего в дефляции, то есть в
выносе из рыхлой породы наиболее диспергированных частиц и
обломков (менее 1 мм). Частицы, переносимые ветром, соприкасаясь
с поверхностью, разрушают ее. Дефляция создает эоловые впадины,
достигающие при благоприятных условиях глубины до нескольких
сотен метров.
При понижении силы и турбулентности воздушного потока
происходит
аккумуляция
переносимого
ветром
материала.
Возникают эоловые отложения. Различают два типа эоловой
аккумуляции: лессовые отложения и навеянные пески.
Лессовые
(лессовидные)
отложения
представляют
собой
однородные суглинки-глины, содержащие карбонат кальция. Для них
характерна отчетливая сортированность, преобладают частицы
размером
0,05-0,01
мм.
Для
лессовых
пород
характерна
вертикальная столбчатая текстурность сложения, что обусловливает
возникновение в зоне их распространения крутостенных оврагов.
Лессовые аккумуляции достигают значительной мощности
(десятки и сотни метров). Лессовые породы широко распространены
на территории лесостепной и степной зон страны, в том числе на юге
Западной Сибири. Часто обнаруживаемые выходы погребенных
гумусовых
горизонтов
почв
указывают
на
прерывистость
(разорванность во времени) седиментации.
процесс
условия возникновения
изменения в почве
процесс
условия возникновения
изменения в почве
процесс
условия возникновения
изменения в почве
процесс
условия возникновения
изменения в почве
процесс
условия возникновения
изменения в почве
Гумификация
накопление гумуса
избыточное поступление опада, преимущественного травяного, в
условиях хорошей аэрации
черный цвет гумусового горизонта, зернистая структура
Дегумификация
потеря гумуса
недостаточное поступление опада
осветление почвы, ухудшение структуры
Деструктурирование
потеря почвенной структуры
1) чрезмерная механическая нагрузка; 2) переувлажнение; 3)
засоление
ухудшение структуры
Оподзоливание
выветривание неорганических коллоидов и вынос их из верхних
горизонтов почвы в нижележащие горизонты
1) ограниченное поступление в почку органики; 2) образование
фульвокислот; 3) промывной режим
1) избыток кремнезема; 2) горизонт А белесой окраски, структура
плитчатая, чешуйчатая либо теряется; 3) реакция кислая
Одернение
образование дернового горизонта
хорошее увлажнение при хорошем дренаже
образование дернового горизонта
процесс
условия возникновения
изменения в почве
Олуговение
интенсивное развитие луговой растительности
влажная почва, неустойчивый водный режим
оглеение
Оглеение
образование закисных форм химических соединений
переувлажнение
сизый налет; сизые и ржавые пятна
процесс
условия возникновения
изменения в почве
Заболачивание
неполное разложение растительных остатков
избыточное накопление влаги в почве при отсутствии дренажа
накопление торфа, сизый налет
процесс
условия возникновения
изменения в почве
Поемность
периодическое насыщение влагой, отложение речного материала
почвы периодически заливаются полыми водами
в профиле хорошо выражена слоистость
процесс
условия возникновения
изменения в почве
процесс
условия возникновения
изменения в почве
процесс
условия возникновения
Засоление
накопление легкорастворимых солей в верхних горизонтах почвы
выпотной режим
почвенная структура выражена неясно, наличие кристалликов
солей и солевой корки, щелочная реакция
Рассоление
вынос солей из верхних горизонтов почвы
промывной режим
изменения в почве
процесс
условия возникновения
изменения в почве
процесс
условия возникновения
изменения в почве
процесс
условия возникновения
изменения в почве
1) снижение рН среды; 2) исчезновение кристалликов солей
Осолонцевание
периодическая смена процессов засоления и рассоления
солончаков
неустойчивый водный режим засоленных почв
формирование уплотненного солонцового горизонта, щелочная
реакция почвенного раствора. Структура надсолонцового
горизонта пластинчатая, слоеватая, солонцового – столбчатая,
призмовидная
Осолодение
образование и вынос легкоподвижных гумусовых веществ
высокое поверхностное увлажнение, наличие в почве слабых
солевых растворов
1) формируются в западинах; 2) гумусовый горизонт плитчатой
структуры
Подкисление
уменьшение рН среды
1) наличие в почве гидролитически кислых солей; 2) кислотные
дожди
гумус переходит в фульваты и вымывается, а почва осветляется и
теряет плодородие
9.4. Флювиальные процессы
Флювиальные процессы различаются по характеру водных потоков. По
масштабам и генезису может быть выделен генетический ряд: эрозионная
борозда – рытвина – промоина – овраг – балка – речная долина.
Речные
долины
–
наиболее
полно
развитая
типичная
и
распространенная флювиальная форма. В долине реки различают исток,
верхнее, среднее, нижнее течение и устье, которое теоретически отвечает
наиболее низкой точке профиля и является базисом эрозии данной реки.
Выделяются базисы эрозии разных порядков и значимости:
- главный базис эрозии – уровень Мирового океана;
- региональные базисы эрозии – крупные аллювиальные низменности,
особенно типа предгорных и межгорных впадин;
- локальные базисы эрозии – могут быть выделены в долине каждой
реки.
В соответствии с соотношениями массы воды и скорости течения, в
верхней части речных долин обычно преобладает эрозия; в среднем
течении она сменяется динамическим равновесием между эрозией и
аккумуляцией; в нижнем течении в общем случае преобладает
аккумуляция.
На начальной стадии разработки речной долины продольный профиль
является невыровненным – река не успевает переработать неровности,
созданные до заложения долины и обусловленные геологическими и
климатическими факторами. К геологическим относятся: а) литологостратиграфические условия; б) структурные формы. В пределах
невыровненного профиля участки аккумуляции часто сменяются
участками эрозии.
Если в речной долине сохраняются основные параметры, определяющие
ее живую силу, то со временем неровности сглаживаются и
вырабатывается уравновешенный выровненный профиль относительно
главного базиса эрозии.
Предельный продольный профиль, или профиль равновесия – это
профиль, уклон которого зависит только от стока. На каждом отрезке
долины он соответствует динамическому равновесию при данных
гидрологических условиях и постоянном базисе эрозии.
Основными элементами речной долины являются русло реки,
пойменные и надпойменные террасы и их склоны.
Русло – наиболее пониженная часть речной долины, по которой
происходит сток воды в межпаводочные периоды.
Пойма – относительно ровная часть дна речной долины, выстланная
современным аллювием, затопляемая в половодье и поднятая над
меженным уровнем.
Терраса – это ступенеобразные формы рельефа склонов долин, берегов
озер и морей. У террас выделяют площадку, или поверхность; обрыв, или
уступ; бровку и тыловой шов.
В долинах рек платформенных областей поймы обычно аккумулятивные
и хорошо развиты. Их поверхность обычно слагает пойменный аллювий Он
подстилается русловым аллювием. На поверхности поймы сохранились
староречья, в которых накапливается старичный аллювий. Реликты
древних русел представлены серповидно изогнутыми заболоченностями и
старичными озерами или линейно вытянутыми полуизолированными
протоками - притеррасными и прирусловыми. Наиболее молодой участок
поймы – прирусловой вал. Пойма ограничена склонами террас, покрытых
чехлом коллювия, сопрягающегося с отложениями поймы.
Наиболее распространены меандрирующие реки. Существует предел
роста излучин, зависящий от массы воды и скорости течения. Поэтому
каждая река характеризуется определенной шириной меандрового пояса.
В асимметричных сечениях русла происходит активный размыв крутого
склона при нисходящем движении воды и отложение частиц на
противоположном пологом склоне в условиях восходящего движения. В
симметричных сечениях размыв склонов равномерен.
В продольном профиле русла меандрирующих рек наблюдается
чередование плесовых ложбин и перекатов. Плесовые ложбины тяготеют к
вогнутому
размываемому
склону
русла.
Напротив
формируются
прирусловые отмели, сложенные хорошо сортированным материалом,
приносимым донными течениями из пристрежневой части русла и
формирующим песчаные волны, изогнутые в плане и примыкающие друг к
другу. В русле меандрирующих рек при уменьшени уклона русла и
извилистости могут возникать намывные острова.
Фуркация, или ветвление русла, встречается у равнинных и горных рек.
Она наблюдается на отрезках долины с более широким и плоским дном при
относительно
прямолинейных
очертаниях
русла
и
поймы,
и
сопровождается резким уменьшением скорости течения. В русле реки,
испытывающей фуркацию выделяются главные и второстепенные
протоки, разделенные сериями островов. Острова перемещаются вниз по
течению, изменяя очертания.
Эрозия и аккумуляция тесно взаимосвязаны и всегда сопутствуют друг
другу. Поэтому аллювий образуется на любой стадии развития речной
долины. В зависимости от движений земной коры, рельефа, климата и
режима водных потоков меняется динамика процесса аккумуляции и,
следовательно, степень развития и особенности строения аллювиальной
толщи. По В.В.Ламакину, аллювиальная аккумуляция переходит из одной
динамической фазы в другую.
1.
Фаза
преобладающего
размыва,
или
инстративная.
При
формировании новой долины, главным образом на стадии донной эрозии,
аллювий накапливается на участках выполаживания или расширения
русла, а также при спаде воды. По характеру накопления он является
выстилающим, или инстративным; представлен грубым валунно-галечным
и галечным материалом, отличается плохой сортировкой, отсутствием
фаций, малой мощностью.
2. Фаза динамического равновесия, или перстративная. На реках с
относительно уравновешенным продольным профилем и отсутствующей
или слабо проявленной донной эрозией, русло длительное время блуждает
практически на одном уровне, производя боковую эрозию и вырабатывая
плоское дно долины. Одновременно происходит отложение аллювия на
покинутых руслом участках днища долины и его последующее, иногда
многократное, перемывание и переотложение при образовании и
отмирании меандров, боковых рукавов и т.п. Перстративный аллювий
характеризуется нормальной мощностью (составляет разность отметок дна
плесов и уровня паводковых вод) и двучленным строением – нижний
горизонт сложен русловым аллювием с линзами старичных осадков,
верхний
горизонт
–
паводковые
осадки.
Слагает
эрозионноаккумулятивные террасы.
3. Стадия преобладающей аккумуляции, или констративная. Аллювий
формируется в условиях активного прогибания земной коры, изменений
климата, приводящих к усилению поступления обломочного материала в
русло и т.п. При усиленном заполнении долины русло реки переходит на
все более высокие уровни по отношению к ложу аллювиальной толщи.
Более древние аллювиальные отложения погребаются под новыми,
настилаемыми
на
них
отложениями.
Констративный
аллювий
характеризуется повышенной мощностью, многократным чередованием в
разрезе русловых, старичных и пойменных отложений, часто наложением
друг на друга аллювиальных пачек, из которых каждая построена по типу
перстративного аллювия. Слагает аккумулятивные террасы.
Общие закономерности накопления аллювия наиболее ярко выражены
на перстративной фазе аккумуляции. Здесь процесс зависит только от
режима
и
динамики
потока.
Поэтому
особенности
строения
перстративного аллювия постоянных рек могут служить эталоном,
сравнение с которым позволяет оценить своеобразия любого типа аллювия.
Ступенчатость
склонов
речных
долин
отражает
цикличность
деятельности рек.
Наиболее
общие
причины
образования
террас
(связаны
с
тектоническими движениями и (или) с изменениями климата):
1 – колебания базиса эрозии;
2 – изменение баланса обломочного материала в данном речном
бассейне и транспортирующей способности водного потока.
Эрозионный врез образуется в условиях непрерывного и быстрого
углубления долины. В конце эрозионных циклов энергия реки достаточна
для полной компенсации затрат на транспорт наносов. Поэтому дно врезов
остается без покрова аллювия. Выделяется два подтипа врезов: а) с
преобладанием глубинной эрозии на протяжении всего времени
формирования - характерны редуцированное дно и гипертрофированные
склоны – теснины, горловины и т.п.; б) с существенной ролью боковой
эрозии в конце цикла - отмечается хорошее развитие дна и разнообразные
соотношения глубины и ширины врезов. Если начало новых циклов
сопровождается
незначительным
сужением
долины,
то
днища
предшествующих врезов сохраняются в виде перегибов склона. При
резком изменении ширины долины днища эрозионных врезов и
поверхности террас сохраняются в виде уступов.
Эрозионно-аккумулятивные
врезы
формируются
в
условиях
неравномерного углубления долины, которое в конце каждого цикла
сменяется аккумуляцией. В зависимости от глубины вреза, степени его
заполнения и мощности аллювия выделяются цикловые врезы с открытыми
и закрытыми склонами.
Аккумулятивный
врез
развивается
в
условиях
преобладания
аккумулятивных процессов над эрозионными в течение одного цикла.
Накопление аллювиальных отложений может варьировать от нулевых
значений до частичного или полного сохранения аллювия и погребения
сформировавшихся толщ. В соответствии с этим различают прислоненные,
вложенные и наложенные врезы и террасы.
Аккумулятивная терраса – уступ, полностью сложенный флювиальными
отложениями и обычно плохо выраженный. В наложенных формах уступ
не образуется.
Эрозионные формы представлены в горных сооружениях, плоскогорьях
и высоких равнинах; эрозионно-аккумулятивные тяготеют к переходным
зонам от поднятий к погружениям; аккумулятивные наиболее широко
развиты в пределах низменных платформенных равнин и областях
прогибания горных сооружений.
9.5. Склоновые процессы
Склоны являются наиболее распространенным и наиболее динамичным
элементом рельефа материков. Они занимают примерно 90% поверхности
суши, причем 60% это склоны с уклоном менее 10°. Процессы
склонообразования
оказывают
непосредственное
влияние
на
формирование и современное состояние ландшафта. Основные положения
развития склоновой системы:
1) склоны представляют собой открытую динамическую систему,
которая развивается в составе природного комплекса вместе с
атмосферой, гидросферой, криосферой и биосферой;
2) склоновый материал образован минеральные и органические частицы
почво-грунтов, коренные породы и продукты их выветривания,
растительный покров; эрозия на склоне происходит в том случае, когда
энергия эрозионно-денудационных процессов превысит энергию сцепления
грунта на склоне (сопротивление трения);
3) развитие склонов осуществляется под влиянием гравитационного
перемещения материала вниз по склону, в результате чего достигается
равновесие в системе; источниками энергии развития являются солнечная
радиация и сила тяжести. На крутых (более 15°) склонах процессы их
изменения протекают особенно активно, с большой скоростью (оползни,
лавины, сели). На пологих склонах в условиях избыточного увлажнения
скорость процессов меньшая (оплывание тиксотропных грунтов, морозное
перемещение - сортировка по крупности частиц, солифлюкция). Широкое
развитие солифлюкциокных процессов наблюдается весной в природных
зонах, характеризующихся накоплением основного количества осадков в
зимнее время. Материал со склонов переносится на расстояние сотни
метров-километры и вступает в следующую флювиальную геосистему
постоянных водотоков.
Водная эрозия – это процесс смыва и размыва почвы и пород
поверхностным стоком временных водных потоков, возникающих главным
образом в результате таяния снега или дождевых осадков. Поверхностный
или склоновый сток есть сток, происходящий широкими, но мелкими
потоками по естественной, неразработанной поверхности склонов в
условиях очень большой шероховатости.
В связи с выше сказанным, водную эрозию почв по мере
прогрессирующей концентрации поверхностного стока разделяют на
межручейковую (склоновую), вызванную действием капель дождя, и
последующие формы (ручейковую, овражная), где смытые со склонов
частицы почвы могут откладываться перед их поступлением в речную сеть.
После поверхностного стока начинается образование оврагов по
следующим этапам: 1 – формирование рытвин и промоин, дно которых
повторяет профиль поверхности склона; 2 – образование оврагов с
растущими вершинами; 3 – развитие оврагов с профилем дна; 4 –
затухание донного размыва при достижении профиля равновесия,
сопровождающееся выполаживанием, закреплением и задернением
склонов и дна. Овраг, отмирая, переходит в стадию балки с пологими
задернованными склонами и широким дном часто без выраженного русла.
Каждому типу почвы соответствует свой характер эрозионного
процесса. Менее устойчивы к эрозии почвы степей, более устойчивы почвы
влажных областей; почвы других областей занимают промежуточное
положение.
На
почвах
с
однородным
строением
преобладает
поверхностный смыв, а на почвах с более сложным профилем, у которых
увеличивается склонность к глубинной эрозии, – линейный размыв.
Опасность проявления эрозии во многом определяется распределением
земель по уклонам. Формирование стока и начало смыва на пашне
начинает проявляться с уклонов 0.5-1. Обычно склоны крутизной до 2.5
заняты
слабоэродированными
почвами,
среднеэродированные
формируются на склонах от 2.5 до 4.5, склоны свыше 4.5-5 заняты
сильноэродированными почвами. Огромное влияние на распределение
эродированных почв по элементам рельефа оказывает так же длина,
форма склона, экспозиция и ряд других факторов.
Снежные
лавины
формируются
на
горных
склонах,
иногда
сравнительно пологих, при уклонах, составляющих первые градусы, однако
чаще на поверхностях крутых и обрывистых. Они возникают в результате
накопления массы снега, которая в какой-то момент превосходит величину
внутреннего трения в основании снежного покрова. Дополнительными
факторами, способствующими сходу лавин являются резкие повышения
температуры воздуха, способствующими увлажнению массы снега и,
одновременно,
снижению
силы
внутреннего
трения.
Нередко
накопившаяся толща снега становится настолько неустойчивой, что
достаточно громкого крика или подрезка поверхности лыжником, чтобы
вызвать сход лавины. Лавины могут иметь катастрофические последствия.
Они нередко приводят к гибели людей и разрушении сооружений в горной
местности. Одним из способов борьбы с ними – профилактический отстрел
лавиноопасных масс снега до накопления их критических величин.
Обвалы горных пород возникают в результате их неодинаковой
прочности и, соответственно, выборочного выветривания на скалистых
склонах: в результате ослабления несущих слоев они разрушаются под
давлением вышележащих, более прочных и массы последних обваливаются
на склон, скатываясь по нему, порой до самого основания. На берегах рек,
озер и морей обвалы часто возникают в результате эрозии или абразии
оснований склонов, формировании соответствующих ниш с нависающими
над ними козырьками горных пород, которые в конце концов
обваливаются в прибрежную часть русла реки, озерного или морского
побережья.
Осыпи имеют ту же природу, что и обвалы, однако представлены
обычно менее крупными обломками горных пород. Их постепенное
перемещение вниз по склону осуществляется в поле земной гравитации
при содействии процессов прмерзания-протаивания, землетрясений,
выветривания и дезинтеграции самих обломков, составляющих осыпь.
Оползни представляют собой блоки (массивы) горных пород, иногда
весьма значительные по объему, оползающие вниз по склону под влиянием
гравитации, в сочетании с накоплением массы пород оползневого блока и
обычно увлажнением их самих и поверхностей, по которым происходит
соскальзывание оползневого блока вниз по склону. Этому может также
способствовать водная эрозия, разрушающая склоны долины в их
основании.
Солифлюкция – процесс оплывания вниз по склону пластичных масс
покровных отложений под влиянием их накопления в результате
выветривания коренной основы, последующего переувлажнения и
превышения массы накопившихся отложений по отнрошению к величине
силы внутреннего трения в ее основании. В криолитозоне таким
основанием могут являться мерзлые горные породы, по поверхности
которых и происходит солифлюкционное оползание талых покровных
отложений. По форме процесс солифлюкции может быть локализован в
форме “языка”, порой прослеживающегося на сотни метров вниз по склону
или
проявляться
в
виде
солифлюкционных
ступеней,
обычно
простирающихся кулисообразно вдоль склона по всей его поверхности.
Сели – грязе-каменный, обычно кратковременный поток, нередко
влекущий валуны и значительные по объему и массе обломки горных
пород. Происхождение селей связано с постепенным накоплением
покровных отложений, элювиальных и делювиальных, представляющих
собой диспергированные в результате процессов выветривания коренные
породы. На каком-то этапе масса таких покровов, формирующихся на
склонах гор, речных долин или распадков становится сопоставимой с
величиной внутреннего трения этих пород в основании покрова. Их
дополнительное увлажнение в результате длительных осадков приводит к
дополнительному увеличению массы пород и, одновременно, снижению
величины их внутреннего трения. Тогда происходит их катастрофическое
сползание диспергированных горных пород вниз по склону и далее, вместе
с речной водой, скатывание по руслу реки, обычно с уничтожением по
мере движения всего, что встречается на пути селевого потока.
Суффозия – процесс выноса из почвогрунтов наиболее тонких фракций
с последующим образованием понижений на поверхности почвы, нередко
блюдцеобразной
формы.
Если
процессы
суффозии
охватывают
значительную по мощности толщу покровных отложений, возможно
ухудшение их несущей способности и затруднения со строительством и
эксплуатацией зданий и сооружений, в том числе – разного рода
трубопроводов.
10. Биогеохимические циклы
10.1. Структура цикла
Цикл биологического круговорота слагается из следующих составляющих:
1. Поглощение растениями из атмосферы углерода, а из почвы –
азота, зольных элементов и воды, поступление в почву с отмершими
частями, разложение опада и высвобождение заключенных в них
элементов.
2. Отчуждение частей растений питающимися ими животными,
превращение их в телах животных в новые органические соединения,
поступление их в почву с экскрементами животных или с их трупами,
разложение и высвобождение заключенных в них элементов.
3. Газообмен между поверхностью растений и атмосферой, между
корневой системой и почвенным воздухом.
4. Прижизненные выделения некоторых веществ непосредственно в почву.
Элементы биогеохимического круговорота веществ:
1. Регулярные или непрерывные процессы притока энергии,
образование и синтез новых соединений.
2. Процессы перераспределения энергии и синтезированных
соединений.
3. Направленные процессы последовательного преобразования:
разложения, синтезированных ранее соединений.
4. Образование простейших минеральных и органоминеральных
компонентов, которые играют роль исходных компонентов для новых
циклов круговорота веществ.
В природе протекают как биологические, так и абиогенные циклы.
Биологические циклы обусловлены жизнедеятельностью организмов
(питание, пищевые связи, размножение, рост, передвижение, смерть,
разложение, минерализация).
Абиогенные циклы сложились на планете намного раньше биогенных.
Они
включают
весь
комплекс
геологических,
геохимических,
гидрологических, атмосферных процессов.
В
добиогенный
период
планеты
в
круговоротах
веществ
определяющая роль принадлежала водной и воздушной миграции и
аккумуляции. В условиях развитой биосферы круговорот веществ
направляется совместным действием биологических, геологических и
геохимических факторов. Соотношение между ними может быть
разным, но действие обязательно совместным.
Ненарушенные биогеохимические циклы носят почти замкнутый
характер. Степень повторяющегося воспроизводства циклов в природе
достигает 90-98%. Неполная замкнутость биогеохимических циклов
приводит к миграции и дифференциации элементов и их соединений в
пространстве, к концентрированию или рассеянию элементов. Именно
поэтому мы наблюдаем биогенное накопление азота и кислорода в
атмосфере, биогенное и хемогенное накопление соединений углерода в
земной коре (нефть, уголь, известняки).
Существование зон и поясов с определенным сочетанием термических условий и
атмосферного увлажнения обусловливает зональность биологических круговоротов и
биохимических процессов.
10.2. Особенности цикла в полярных ландшафтах
Суровые климатические условия способствовали превращению
большей части арктической суши в полярную пустыню. Небольшое
количество
осадков,
близкое
залегание
к
поверхности
водонепроницаемого экрана в виде вечной мерзлоты способствуют
формированию
непромывного
типа
водного
режима.
Почвы
характеризуются
щелочной
реакцией
среды
и
присутствием
карбонатных новообразований.
Количество микроорганизмов исчисляется сотнями тысяч и даже
миллионами в 1 г почвы. Кроме того, распространены диатомовые,
сине-зеленые и зеленые одноклеточные водоросли.
В долинах образуется торф, но мощность его ограничена глубиной
залегания вечной мерзлоты. Суммарное проективное покрытие
растений менее 10%. Масса живых растений в арктической тундре при
наибольшем развитии растительности составляет 2,9 т/га сухого
вещества. Годовой прирост – 0,6 т/га. Количество мертвого
растительного материала – 9,6 т/га.
В результате биологического круговорота в почвах арктических
ландшафтов концентрируются калий, фосфор, сера, марганец и другие
микроэлементы.
В
оторфованных
почвах
долин
наблюдается
накопление железа.
Климатические условия тундровой зоны обеспечивают большую
активность биогеохимических процессов по сравнению с арктическими
ландшафтами. Тем не менее, для тундровой зоны в целом присущи те
же основные черты: ограниченность биологического круговорота
химических элементов во времени и пространстве и низкая скорость
биологических процессов.
В фитомассе преимущественно накапливаются С и К, примерно в
одинаковом количестве представлены Са и К и соответственно Mg и Р.
Менее всего накапливается S.
С ежегодным приростом в биологический круговорот тундры
вовлекается примерно 1/4 часть общего запаса элемента в фитомассе.
Большая часть этого количества снова возвращается в почву с опадом.
Ежегодное накопление того или иного элемента колеблется в пределах
1/15–1/30 части от общего его содержания в растительной массе.
Таким образом, в ходе разложения растительных остатков в условиях
переувлажнения, кислой среды и недостатка зольных оснований
ослаблен синтез коллоидного поглощающего комплекса, способного
удерживать основания сорбционными силами. Для тундровых и
лесотундровых ценозов характерен суженный биологический круговорот
зольных элементов и азота. В связи с доминированием травяно-моховых
и кустарничковых форм растительности в составе золы преобладают
основания калия.
10.3. Особенности цикла в умеренных широтах
Для древесных пород наиболее высокое содержание зольных
элементов и азота присуще хвое и листьям, наименьшее количество
обнаружено в древесине стволов.
В биомассе лесных ассоциаций накапливается в наибольшем
количестве N и Са. Доля кальция превышает 50% от суммы зольных
элементов.
Величина возврата элемента в почву с спадом составляет около 50%
от количества, потребляемого ежегодным приростом.
На пашне в наибольшем количестве вовлекаются в круговорот N и К
(около 60% от суммы зольных элементов). Доля отчуждения элементов с
урожаем велика и составляет 50–55% для Са, Mg, S и 65–70% для N, Р,
К.
Большая роль принадлежит действию текучих вод. Значительное
развитие почвенно-эрозионных процессов приводит к выносу элементов
с поверхностным стоком. Достаточно много выносится элементов с
грунтовым и внутрипочвенным стоком.
Главная статья расхода для N, Р, К под лесом – их вынос из
ландшафта с отчуждением древесины. Mg и S преимущественно
выносятся из ландшафтов за счет подземного и надземного стоков.
Баланс веществ в целом отрицательный. Восполнение дефицита
химических элементов идет за счет почвенных резервов. Наибольший
дефицит наблюдается в отношении N и Са, поступление с
атмосферными осадками не компенсирует общий вынос этих элементов
даже на 10%.
Исключение составляет сера, ее вынос почти на 50% компенсируется
приходом с атмосферными осадками. Но и это не радует, так как это –
сера кислотных дождей.
При распашке приходно-расходные статьи меняются. Главные статьи
прихода – минеральные и органические удобрения, известь.
Распашка и внесение удобрений влекут за собой повышенный вынос
с поверхностным и подземным стоком, особенно в отношении К, Са, Mg,
S. Главная статья расхода для N и Р – отчуждение с урожаем.
Дефицит элементов на пашне гораздо острее, чем под лесом. Расход
азота компенсируется только на 25%, К – на 10%.
Емкость биологического круговорота в лесной зоне при замене
лесных фитоценозов на агрокультурные возрастает на 25% на единицу
площади. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, изменением
структуры площадей и заменой почти на 30% территории низкозольной
фитомассы
хвойных
лесов
на
высокозольную
фитомассу
сельскохозяйственных растений и травянистую растительность лугов и
пастбищ. Во-вторых, более высокой годичной продукцией фитомассы в
культурных агроценозах и большей скоростью оборота элементов по
сравнению с лесными ценозами.
В лесостепной зоне под пологом широколиственных лесов
формируются серые лесные почвы (около 40% территории), степная
растительность
обусловливает
развитие
почвообразования
по
черноземному типу.
Лиственные леса лесостепной зоны характеризуются наличием
богатого подлеска и травянистого покрова, что обеспечивает
значительную массу ежегодного спада – 70–90 ц/га. Опад богат
основаниями (особенно кальцием) и азотом, в почву и на почву
поступает значительное количество химических элементов: 250–350
кг/га. Все это обусловливает довольно интенсивное разложение
растительных остатков и образование в процессе гумификации
значительных количеств органно-минеральных соединений, в связи с
этим для почв лиственных лесов характерна высокая емкость обмена.
В современный период отчуждается большая часть массы,
создаваемой ежегодно сельскохозяйственными культурами, и почти весь
прирост древесины лесов, так как в густо населенной лесостепи деревья
и даже кустарники вырубаются и вывозятся на хозяйственные нужды.
По органическому веществу отчуждение составляет около 5% прироста,
по К, N, Р – около половины потребляемого количества.
После распашки почв существенно изменяется соотношение
биологического и геологического круговоротов веществ. За счет эрозии
почв многократно возрастает роль геологического круговорота.
Ежегодно с водоразделов лесостепи сносится около 200 млн. т
плодородной земли, около 20 млн. т из них поступает в реки и,
следовательно, навсегда теряется этой территорией.
За счет внесения удобрений потери азота компенсируются только на
30%, потери калия – на 12%, потери фосфора – на 40%. И только по сере
в лесостепной зоне получен положительный баланс: приход серы
превышает в 1,5 раза ее расход.
Травяные степные сообщества занимают первое место среди
сообществ умеренных широт по количеству поступающих с опадом
химических элементов. Масса опада колеблется в пределах 60–140 ц/га,
химических элементов поступает от 350 до 700 кг/га. Средняя зольность
опада 3,5–4,5%. В составе зольных элементов значительную роль играет
кальций.
В
сообществах
целинных
степей
характер
биологического
круговорота – азотно–кальциевый, на пашне – азотно–калиевый.
Миграция Са, Mg, К происходит преимущественно со стоком в виде
бикарбонатов,
интенсивность
их
вовлечения
в
геологический
круговорот в 2–5 раз превышает вовлеченность в биологический
круговорот. Именно для этих элементов существует угроза наиболее
быстрого выноса за пределы ландшафта.
В лесостепной и степной зонах наблюдается снижение емкости
биологического круговорота. Это связано с полным исчезновением
высокопродуктивных целинных
степей
и
значительной
части
широколиственных лесов, заменой их на менее продуктивные
агроценозы.
10.4. Особенности цикла аридных и тропических территорий
Особенности биологических круговоротов аридных территорий
обусловлены несколькими причинами. Во–первых, по мере усиления
засушливости
интенсивность
биогеохимических
процессов
уменьшается. В то же время увеличивается роль водорастворимых
форм,
что
обусловлено
их
испарительной
концентрацией
и
транспирацией растений.
Во–вторых, в составе растительности по мере усиления засушливости
увеличивается количество ксерофитных и эфемеровых форм. Это
обусловливает значительно более низкие величины фитомассы (1000–
2500 т/км2 сухого органического вещества в степях и от 400 до 2–3
т/км2 – в пустынях) и почти в 2 раза более высокую зольность
растительного спада.
По мере усиления аридности в растительном покрове увеличивается
роль галофитной флоры. Большое значение имеет уровень залегания
грунтовых вод. При близком к поверхности залегании грунтовых вод
(0,5–2 м) превалируют мясистые галофиты, содержащие, в пересчете на
сухую массу, до 50% зольных элементов. Минеральные вещества золы
представлены преимущественно (на 80–85%) хлоридами и сульфатами
натрия. Мясистые галофиты вовлекают в поверхностные горизонты
почвы 2001000 кг/га этих солей.
Приподнятые и более дренированные равнины сухих степей,
полупустынь и пустынь имеют более глубокий уровень грунтовых вод (5–
10 м). В этих условиях мясистые галофиты уступают место полусухим
солянкам, которые концентрируют в тканях значительно меньше
минеральных соединений – 20–30% в пересчете на сухую массу.
Полусухие солянки вовлекают в ежегодный биологический круговорот
до 200– 600 кг/га минеральных веществ, в основном сульфат и
частично хлорид натрия. Эта группа растений играет значительную
роль в засолении почв. Залегающие на глубине 5–10 метров грунтовые
воды без «помощи» галофитной растительности едва ли обеспечили бы
засоление поверхностных горизонтов почвы.
При глубоком уровне грунтовых вод (10–20 м) в составе
растительности сухих степей и полупустынь появляются представители
семейств злаков, бобовых, сложноцветных. В этих группах растений
содержание минеральных веществ не превышает 5–10% в пересчете на
сухое вещество. Большая часть золы представлена кремнеземом (50–
70%), калием, кальцием, возрастает содержание фосфора, полуторных
окислов. В среднем сухо–степная и пустынная растительность вовлекает
в биологический круговорот от 100 до 500 кг/га минеральных веществ.
При понижении уровня грунтовых вод в равнинных ландшафтах
сухих степей и пустынь наблюдается общее рассоление. Смена
растительных формаций при этом идет в направлении: мясистые
галофиты > полусухие и сухие галофиты > толынные ассоциации >
злаково–бобово–разнотравные сообщества.
Тропический пояс получает более половины всей поступающей на
Землю энергии Солнца. При условии достаточного количества влаги
биогеохимические процессы здесь протекают наиболее активно. Однако
обеспеченность осадками в тропическом поясе изменяется от
экстрааридных
условий
до
супергумидных,
соответственно
и
биологические круговороты различаются параметрами емкости,
интенсивности, скорости.
Тропические влажно–лесные характеризуются большой емкостью
биологического круговорота и обильным ежегодным опадом.
Фульвокислоты глубоко проникают в почву и растворяют полуторные
окислы, связывая их в малоподвижные органоминеральные комплексы.
В результате профиль почвы несколько обедняется гидроксидами
алюминия и железа, обогащается кремнеземом. До глубины 40–50 см
наблюдается увеличение кальция, калия, магния, фосфора. Причина –
поступление с опадом.
В субтропических и тропических лесах с опадом ежегодно в почву
возвращается от 500 до 2900 кг/га зольных элементов, из них почти
половина приходится на кремнезем. Поступление с опадом кальция,
магния и калия составляет 50–100 кг/га в год каждого элемента.
Большая часть вновь вовлекается в круговорот.
Саванны и ксерофитные леса занимают большую часть тропической
территории.
Природные
первичные
саванны
характеризуются
относительно сухим климатом и длинным сухим периодом. Вторичные
саванны расположены во влажном климате, на месте влажных лесов,
уничтоженных человеком.
Почвы
первичных
саванн
–
аналоги
черноземов
степей
суббореального пояса, они характеризуются высокой емкостью
поглощения, нейтральной или слабощелочной реакцией среды,
карбонатностью.
В структуре биомассы значительная доля принадлежит деревьям
(60% корневой массы и 98% надземной массы). Однако основную часть
ежегодного прироста дают травы. В массе прироста травы поставляют
76% прироста зеленых органов растений и 83% прироста корней.
Растительность саванн обогащает почвы щелочными землями и
особенно калием, а также кремнеземом. Это объясняет низкую
отзывчивость почв саван на удобрения калием, кальцием и высокую
эффективность азотных удобрений.
Злаковая растительность заболоченных саванн активно накапливает
марганец, медь, цинк, стронций и молибден.
Вторичные послелесные саванны наследуют свойства кислых почв
тропических лесов. Почва выщелочена, имеет кислую реакцию по всему
профилю.
Вторичная травянистая растительность не способна при регулярном
сжигании биомассы создать такой же биологический круговорот
минеральных веществ, углерода и азота, который был под пологом
тропического леса. Вторичные послелесные саванны производят около
3,6 ц/га опада в месяц, в то время как тропические леса ежемесячно
образуют 16 – 25 ц/га опада.
В таких почвах усиливается выщелоченность, кислотность,
снижается поглотительная способность. Традиционные выжигания
саванн, пересыхание почв на склонах и плоскостная эрозия
способствуют отвердению ожелезненных аккумулятивных горизонтов.
Наибольшее количество химических элементов мигрирует в виде
взвесей, что является следствием плоскостного смыва почв. Большая их
часть аккумулируется в понижениях, не достигая речных долин. Для
этих территорий характерно сезонное переувлажнение. Геохимически
подчиненное положение ландшафтов, аккумуляцию химических
элементов. Формируются в таких условиях серые и черные слитые
почвы. Большинство тропических слитоземов характеризуется низким
содержанием
гумуса,
тяжелым
гранулометрическим
составом,
трещиноватостью. Но это наиболее плодородные почвы тропиков, так
как содержат достаточное количество оснований, фосфора, марганца.
Низкое содержание гумуса обусловливает их бедность азотом.
11. Геохимический ландшафт
11.1. Элементарный геохимический ландшафт
Понятие элементарный ландшафт у геохимиков примерно
соответствует фации у ландшафтоведов. Фации, сменяющие друг
друга от местного водораздела к местной депрессии, связанных
однонаправленным потоком вещества и энергии, представляют собой
геохимически сопряженный ряд – катену.
Для урочищ и местностей, принятых в ландшафтоведении, в
геохимии ландшафтов нет аналогов, это просто геохимические
ландшафты. Среди них различают простые и сложные. Простые
состоят из одних и тех же катен и возникают в условиях однородного
состава пород и простого расчленения рельефа. В сложных разные
породы и разное расчленение рельефа.
По
условиям
миграции элементарные
ландшафты суши
химических элементов объединяют в 5 групп.
Элювиальные
ландшафты располагаются на повышенных
элементах рельефа, характеризуются хорошим дренажем и глубоким
залеганием грунтовых вод. Химические вещества в них поступают с
атмосферными осадками, образуются в ходе выщелачивания и
выносятся водами поверхностного стока и с испарением.
Для
трансэлювиальных
фаций
(верхние
части
склонов)
первостепенное значение приобретает перенос химических веществ
водами поверхностного и внутрипочвенного стока.
В почвах трансаккумулятивных фаций (нижние части склонов)
благодаря поступлению с повышенных форм рельефа поверхностных
стоковых вод и высокому уровню грунтовых вод на первое место
выступает вертикальная миграция химических веществ и частичная
аккумуляция принесенного сверху материала.
Супераквальные
(надводные)
ландшафты
приурочены
к
пониженным элементам рельефа. Грунтовые воды располагаются
близко к поверхности и оказывают значительное влияние на почву и
растения. Здесь также наблюдается частичная аккумуляция
элементов.
Супераквальные
ландшафты
характеризуются
господствующим положением вертикальной миграции, и фации
получают дополнительные вещества в процессе капиллярного
поднятия влаги. Режим миграции во многом зависит от емкости
почвенного
поглотительного
комплекса
(количества
Са2+)
и
водородного показателя рН.
Субаквальные ландшафты – это ландшафты поверхностных
водоемов и водотоков. Скорость миграции элементов здесь наиболее
высокая. Основные компоненты химического состава природных вод
можно подразделить на пять групп: главные ионы, растворенные
газы, биогенные элементы, микроэлементы и органические вещества.
Главные ионы присутствуют в воде в наибольшем количестве. Это
ионы Na+, Са2+, Mg2+, Cl–, SO42–, HCO3–, от них зависит степень
минерализации вод. Из растворенных газов наибольшее значение
имеет кислород. Его содержание в проточных водах обычно выше,
чем в стоячих. К биогенным элементам относятся соединения азота,
фосфора и калия. Органические вещества находятся в коллоидной
форме, а также в виде фульво- и гуминовых кислот. Микроэлементы
растворены в воде в небольшом количестве и заметной роли в
геохимических процессах не играют.
Катена может заканчиваться и без водоема, например, сухой
котловиной или делювиальным шлейфом, и тогда сопряжение будет
неполным. Среди элювиальных фаций могут встретиться замкнутые
понижения – элювиально-аккумулятивные фации.
В зависимости от первоначального соотношения уровней
содержания химических элементов в почвах и породах, виды делятся
на подвиды: конвергентный, в котором вниз по катене происходит
нивелирование содержания химических элементов в почвах и
породе, и дивергентный, в котором вниз по катене это различие
нарастает.
Элювиальные и трансэлювиальные фации обладают почвенным
покровом
автоморфного
типа,
трансаккумулятивные
–
полугидроморфного,
супераквальные
и
субаквальные
–
гидроморфного типа.
11.2. Миграция элементов
Тип миграции элементов зависит от геохимической обстановки
местности, от количества и соотношения типоморфных элементов.
Типоморфными
называются
широко
распространенные
элементы, однако не все. Роль элемента в ландшафте определяется в
большинстве случаев не столько его содержанием, сколько
интенсивностью его миграции и способностью к аккумуляции.
Например, в почвах солончаков кремния значительно больше, чем
натрия или хлора, но типоморфными, определяющими характерные
особенности ландшафта, будут именно легкорастворимые соли
натрия и хлора, а не кремний.
Под радиальной миграцией понимается перемещение веществ от
земной поверхности в глубь почвенного профиля. Латеральной
миграцией называют два разных процесса: 1) перемещение (чаще
всего сток) веществ по земной поверхности из одного ПТК в другой,
что может происходить гораздо быстрее вертикального просачивания
и 2) диффузное движение капиллярных и пленочных вод в почвах,
которое намного медленнее радиальной миграции.
Характер геохимических сопряжений в условиях мезо- и
микрорельефа принципиально различен. Если в первом случае
выражена односторонняя направленность миграционных потоков, то
во втором – направленность двусторонняя. Химические элементы,
мигрирующие с поверхностным стоком в западины, вмываются с
фильтрующимися водами и частично обогащают почву. Вместе с тем
быстро
иссушение
микроповышений
вызывает
энергичное
подтягивание вод по капиллярам. При этом почвенные воды
микрозападин поступают почвы микроповышений и, в свою очередь,
приносят определенны химические соединения. В первом случае
четко
выделяются
автономные
и
подчиненные
природные
комплексы, а во втором – такого полного соподчинения нет.
Вода главный фактор миграции элементов. В геохимии
ландшафтов все элементы классифицируются по их отношению к
окислительно-восстановительным и щелочно-кислотным условиям
среды.
Выделяются три типа окислительно-восстановительных условий:
окислительные, восстановительные глеевые и восстановительные
сероводородные. В последних двух случаях в среде нет свободного
кислорода, и обе среды восстановительные, но их свойства в
геохимическом отношении весьма различны: глеевая среда
благоприятна для миграции многих металлов (железа, марганца и
других);
в
сероводородной
среде
условия
для
миграции
неблагоприятны в связи с образованием нерастворимых сульфидов.
По щелочно-кислотным условиям все воды делятся на четыре
основных класса, а с учетом окислительно-восстановительных
условий –
на двенадцать классов (кислородные, глеевые,
сероводородные).
Сильнокислые воды содержат свободную серную кислоту,
образующуюся при окислении пирита и других сульфидов. В
природных условиях они встречаются в зонах окисления сульфидных
месторождений, в угольных шахтах, в вулканических районах. В
таких водах легко мигрирует большинство металлов, в том числе: Fе,
Аl, Си, Zn и др.
Кислые и слабокислые воды весьма характерны для тундровых и
лесных ландшафтов. Их кислотность связана с разложением
органического вещества и поступлением угольной кислоты и других
органических кислот. В кислых и слабокислых водах легко мигрируют
металлы в формах бикарбонатов и комплексных соединений с
органическими кислотами. Слабокислые воды очень широко
распространены в верхних горизонтах земной коры.
Нейтральные
и
слабощелочные
воды
характерны
для
лесостепных, степных, полупустынных и пустынных ландшафтов.
Степень щелочности зависит от отношения бикарбоната кальция к
его карбонату или же бикарбоната к СО2. Условия миграции менее
благоприятны для большинства металлов, которые здесь осаждаются
в форме нерастворимых гидроокислов карбонатов и других солей.
Анионогенные элементы (Si, Ge, As, V, U, Мо, Sе и др.), напротив,
мигрируют в них сравнительно легко. Органические кислоты,
которые здесь также образуются при разложении органики,
полностью нейтрализуются СаСО3 и другими минералами кальция,
магния, натрия и калия, которыми богаты почвы и породы.
Сильнощелочные воды содержат соду. Встречаются они в
некоторых лесостепных ландшафтах. В содовых водах легко
мигрируют Si, Al, Мо и комплексные карбонатные соединения Cu, Zn,
Ве, V, Se, Zr и др.
Для каждого класса вод характерна своя ассоциация
мигрирующих элементов и ассоциация малоподвижных элементов.
Роль ионного состава вод, минерализации (хлоридные, сульфатные,
гидрокарбонатные, пресные, соленые и другие воды) также
существенно влияет на условия миграции элементов, но меньше, чем
различия в классах вод.
Механическая миграция (механогенез) обусловлена работой рек,
ветра, тектонических сил и других факторов. Характерное явление
механогенеза – раздробление горных пород и минералов, ведущее к
увеличению степени их дисперсности. При диспергировании
увеличивается суммарная поверхность частиц, увеличивается и
растворимость минералов.
При механической миграции важным фактором является
твердость минералов. Твердые минералы (например, циркон, алмаз)
хорошо сохраняются в осадках, так как при механическом переносе
истираются с трудом.
Показателем механической миграции является годовой расход
взвешенных частиц в створе реки в т/км2 площади бассейна. Он
зависит от климата, геологического строения местности и рельефа.
Максимальная величина характерна для аридных гор, минимальная –
для гумидных лесных равнин. Она велика для Si, Ni, Zr, и мала для Ni,
Co, Mg, Cl, Na.
В механической миграции большую роль играют эоловые
процессы. Существует гипотеза об эоловом образовании лесов,
покровных суглинков, песков пустынь. Особенно велика была роль
эоловых процессов в ледниковые периоды с их сухим холодным
климатом и сильными ветрами.
Механическая миграция на склонах связана с такими процессами,
как дефлюкция (сползание вязкого или пластичного течения),
солифлюкция (сползание переувлажненной массы на мерзлом
основании) и др.
Физико-химическая
миграция
–
это
перераспределение
химических элементов в земной коре и на ее поверхности.
Интенсивность и направление миграции химических элементов
зависят от внутренних и внешних факторов. К внутренним
факторам миграции относятся:
1) особенности ионов;
2) форма, в которой присутствует элемент;
3) химические свойства элемента.
К внешним факторам миграции относят физико-химические и
биологические условия миграции. Это:
1) щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия;
2) водный режим;
3) температурный режим;
4) давление;
5) жизнедеятельность живых организмов.
Окислительно-восстановительные условия очень сильно влияют на
миграцию элементов. Важнейшие окислители – О2, Fe3+, Mn4+,
восстановители – S2+, Fe2+, H2.
В бескислородной обстановке увеличивается миграционная
способность
катионогенных
элементов
и
уменьшается
–
анионогенных, ускоряется разложение алюмосиликатов.
В восстановительной среде H2S вступает в реакции со многими
металлами, вызывая их осаждение из раствора. Восстановительная
обстановка даже периодического характера в теплое время года
сопровождается интенсивной миграцией соединений Fe, Mn, Со, Ni,
Сu. При усилении анаэробной обстановки железо присутствует в
болотных водах в виде Fe2+. Чем меньше доступ кислорода и ниже
значения рН, тем выше подвижность соединений железа. В периоды
аэрации начинается переход Fe2+ в Fe3+ и интенсивное выпадение в
осадок, накопление его соединений.
Особую роль в водной миграции играют коллоиды. Миграция в
коллоидной форме характерна для гумуса, соединений Si, AI, Fe, Mn,
Zr, Sn, Ti, V, Cr, Ni и многих других элементов. Состав сорбируемых
веществ
во
многом
определяется
зарядом
сорбента.
Преимущественно сорбируются ионы, имеющие общую атомную
группировку.
Лучше
сорбируются
поливалентные,
чем
моновалентные ионы, а среди моновалентных – те, чей радиус
больше.
Наиболее благоприятные условия для миграции создаются в
восстановительной среде. Это обусловлено тем, что соединения
закисных форм легко растворимы, меньше зависят от рН, при этом
имеет место достаточно интенсивное влагонасыщение, что
способствует миграции элементов.
О влиянии органического вещества на миграцию элементов
известно сравнительно мало. Значительная часть органики в почвах
и почвообразующих породах представлена почти нерастворимыми
формами, поэтому органическое вещество связывает многие
катионы. Но растворимые органические вещества, связывая
металлы, способствуют их перемещению в толще почв и пород.
Преимущественно
это
относится
к
щелочным
металлам.
Органическое вещество оказывает и косвенное влияние на миграцию
химических элементов. Высокое содержание органического вещества
влечет за собой, как правило, снижение ОВП, а это способствует
усилению миграционной способности.
Биогенная миграция обусловлена совокупной жизнедеятельностью
организмов. Чем больше биогенное значение химических элементов,
тем лучше они защищены от прямого выноса грунтовыми и речными
водами. Поэтому элементы с высокой степенью биогенности (Р, Са, К,
S, С, ) обладают меньшей миграционной способностью, чем
элементы, не играющие существенной роли в химическом составе
живого вещества (Cl, Na, Mg).
Химические элементы малой биогенности легко отбрасываются
или мало захватываются живыми организмами, поэтому они
характеризуются высокой миграционной способностью и выносятся
далеко за пределы ареала своего образования, участвуют в процессах
соленакопления (карбонаты и бикарбонаты, сульфаты и хлориды
натрия и магния).
Живое вещество активно влияет на геохимическую среду,
дифференциацию, отток и задержание химических элементов через
пищевые цепи, метаболиты, постмортальные остатки.
11.3. Геохимические барьеры
Границы
между
разными
геохимическими
обстановками
называются геохимическими барьерами. Геохимические барьеры –
это те участки земной коры, в которых на коротких расстояниях
происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических
элементов и, как результат, их накопление. Различают макро-, мезои микробарьеры.
К макробарьерам относятся, например, дельты рек – зоны
смешения пресных речных и соленых морских вод. Ширина таких
барьеров может достигать сотен и тысяч метров.
К мезобарьерам относятся краевые зоны болот, водоносные
горизонты
артезианских
бассейнов.
В
результате
здесь
накапливаются
многие
элементы,
выщелоченные
из
почв
водоразделов и склонов. Ширина таких барьеров может достигать
десятки и сотни метров.
Микробарьеры встречаются гораздо чаще, в том числе в почвах.
По существу, накопление в почвенных горизонтах новообразований –
результат изменения интенсивности миграционных потоков в
почвенном профиле. Причина уменьшения скорости – изменение
условий.
В природе наблюдается приуроченность основных геохимических
барьеров к определенным почвам и породам. В основу
классификации геохимических барьеров положены различия в
миграции. Выделяют виды:
1. Кислородные (окислительные) барьеры. Их образование связано
с
изменением
окислительно-восстановительных
условий
в
ландшафте.
Резкая
смена
восстановительных
условий
на
окислительные,
смена
резко
восстановительных
на
слабо
восстановительные, слабо окислительных на сильно окислительные.
Например, грунтовые воды, обогащенные железом и марганцем
вблизи поверхности почв, на окраинах болот, в озерах образуют FeMn конкреции, болотные и озерные руды, залежи самородной серы.
2. Сероводородные восстановительные (сульфидные) – кислые или
глеевые воды контактируют с сероводородной средой, например, в
нижних слоях солончаковых почв. Концентрируются металлы,
образуя сульфиды Fe, Ni, Co, Hg, Zn, Pb, Cu.
3. Глеевые восстановительные барьеры – на границах кислых вод
(например,
болотных).
Накапливаются
трудно
растворимые
соединения V, Se, Cu, U. Образуются почвы гидроморфного и
полугидроморфного ряда.
4. Щелочные барьеры возникают в почвенных горизонтах, где
наблюдаются смена кислой или слабо кислой среды на щелочную.
Например, на контакте силикатных и карбонатных пород.
Образуются горизонты, обогащенные Fe, Ca, Mg, Mn, Ba, Sr, Zn, Cu,
Ni, Co, Pb.
5. Кислые барьеры формируются в зонах ландшафта при резкой
смене условий в более кислую сторону. На кислых барьерах
осаждаются мышьяк, молибден, селен. На кислых барьерах
формируются дерново-подзолистые, красноземные, серые и бурые
лесные почвы, солоди.
6. Испарительные барьеры проявляются в аридных условиях.
Здесь наблюдается образование засоленных почв и накопление Са,
Mg, К, Na, F, S, Sr, Cl, Pb, Zn, V, Ni, Mo.
7. Сорбционные барьеры характерны для иллювиальных и
гумусовых горизонтов почв. В основе сорбционного поглощения
лежит поглотительная способность почвы. Накапливаются Ca, K, Mg,
Pb, Zn, Ni, Cu, Co.
8. Термодинамические барьеры возникают при перепаде
температур. Характерен для мест выхода карстовых вод, образуются
кальциты.
9. Карбонатные барьеры обусловлены границей поднятия
содосодержащих
почвенных
растворов,
характерны
для
черноземных, каштановых, сероземных почв.
10. Биогеохимические
барьеры – результат уменьшения
интенсивности биогенной миграции. Угольные залежи, торф,
гумусовый горизонт, лесная подстилка – следствие таких процессов.
В качестве механического барьера можно считать, например,
перегиб склона, места изменения скорости течения в реках,
вызывающие осадконакопление. Образуются месторождения Au, Pt,
Sn, Ti, алмазные россыпи.
По направленности миграционного потока различают барьеры
радиальные и латеральные.
Радиальные барьеры становятся на путях миграции химических
элементов при их вертикальном движении. Во многом именно
благодаря
существованию
этих
барьеров
наблюдается
дифференциация химических элементов в почвенном профиле.
Латеральные барьеры возникают на границах геохимически
контрастных элементов ландшафта (например, на границах фаций,
краевых зонах болот и т.д.). Латеральные барьеры, в свою очередь по
способу
переноса
веществ
подразделяются
на
диффузные
(характерны для аквальных комплексов) и инфильтрационные.
Известны и случаи формирования сплошных двусторонних
барьеров, где воды различного химического состава движутся к
барьеру с разных сторон.
На геохимических барьерах образуются рудные тела большинства
месторождений полезных ископаемых. Изучение барьеров важно и в
борьбе с загрязнением окружающей среды.
12. Экологическая обстановка
12. 1. Экологическая емкость территории
В стране, несмотря на спад производства, снижение его
негативного воздействия на окружающую среду, экологическая
обстановка в наиболее населенных и экономически развитых
регионах остается неблагополучной, а загрязнение природной среды
— высоким. Регионы с очень острыми экологическими ситуациями,
при которых состояние природной среды начинает прямо угрожать
условиям жизни населения, а отдельные экологические проблемы или
их совокупность достигают кризиса, различаются механизмом
возникновения и возможными мерами нейтрализации негативных
последствий
сложившейся
на
той
или
иной
территории
неблагоприятной обстановки. Поэтому выделение зон чрезвычайной
экологической ситуации или зон экологического бедствия должно
способствовать решению экологических проблем, например, путем
приоритетного выделения финансовых и материальных ресурсов для
внедрения соответствующих технологий производства, сооружений
для очистки воздуха и воды, дополнительного строительства лечебнооздоровительных объектов и др.
Наиболее неблагоприятные экологические ситуации (острые и
очень острые) на территории России отмечаются на площади 2,5 млн.
км2 (15% всей территории). С учетом же деградированных пастбищ
эта площадь может достигать 18-20% Общая численность городского
населения, проживающего в экологически неблагополучных районах,
составляет 20%. Фактически в большинстве субъектов РФ могут быть
выделены собственные зоны экологического неблагополучия.
Состояние природной среды и здоровья населения оценивают в
соответствии с Критериями оценки экологической обстановки
территорий для выявления зон чрезвычайной экологической
ситуации и экологического бедствия, утвержденными в 1992 г.
Общим признаком территории с напряженной обстановкой
предлагается считать наличие более высокого производственного
потенциала, работающего преимущественно «на экспорт» (по
отношению к данной территории) и многократно превосходящего по
приведенному объему потребности территории. (Например, это
относится к производству хлопка в Приаралье, к переработке
полиметаллических руд в районе Норильска, к производству
целлюлозы на берегу оз. Байкал и т. д.) Однако такой подход
недостаточно обоснован и корректен.
В научно-методическом отношении более разумно, по-видимому,
основываться
на
понятиях
«полная
экологическая
емкость
территории» и «экологическая техноемкость территории».
Полная экологическая емкость территории определяется, вопервых, объемами основных природных резервуаров — воздушного
бассейна, водоемов и водотоков, земельных площадей и запасов
почв, биомассы флоры и фауны; во-вторых, мощностью потоков
биогеохимического круговорота, обновляющих содержимое этих
резервуаров,
скоростью
местного
атмосферного
газообмена,
пополнения объемов чистой воды, процессов почвообразования и
продуктивностью биоты. Это показатель способности геосистемы к
регенерации изъятых из нее ресурсов и к нейтрализации вредных
антропогенных воздействий.
Экологическая техноемкость территории (ЭТТ) — это обобщенная
характеристика
территории,
соответствующая
максимальной
техногенной нагрузке, которую может выдержать и переносить в
течение длительного времени (годы) совокупность реципиентов и
экологических систем территории без нарушения их структурных и
функциональных свойств.
По существу, ЭТТ характеризует способность природной системы к
самовосстановлению и нейтрализации вредных антропогенных
воздействий, а также является мерой максимально допустимого
вмешательства в процесс производственной и иной деятельности.
При рассмотрении неблагополучных в экологическом отношении
районов
принципиально
важно
определить
тактические
и
стратегические направления оздоровления обстановки, снижения
степени воздействия на природу, для чего разрабатывают
специальные программы.
При оценке окружающей природной среды (экологическое
состояние территории) и выбору наиболее емких и информативных
критериев оценки состояния экосистем целесообразен комплексный
подход. Состояние экосистемы оценивают по ограниченному числу
критериев,
что
позволяет
получать
достаточно
надежную
информацию. При таком подходе не только удается избежать
субъективизма, присущего балльным оценкам, но и представляется
возможным
раскрыть
причину,
обусловливающую
состояние
экосистемы, что является основой для разработки конкретных
природостабилизирующих рекомендаций.
12.2. Классификация экологической обстановки
В соответствии с основными положениями действующих
директивных
документов
экологическая
обстановка
классифицируется
по
возрастанию
степени
экологического
неблагополучия в результате природно-антропогенных нарушений:
относительно удовлетворительная (норма — Н); напряженная (риск —
Р); кризисная (кризис — К), адекватна зоне чрезвычайной
экологической ситуации; катастрофическая (бедствие — Б),
соответствует зоне экологического бедствия.
В основу выделения этих уровней положено ранжирование
нарушений экосистем по глубине и необратимости, т. е. по реальным
имеющим физическое выражение морфологическим факторам.
Принято различать следующие классы состояний и зоны нарушений:
экологической нормы (Н), включающей территории без заметного
снижения
продуктивности
и
устойчивости
экосистем,
ее
относительной
стабильности;
удовлетворительного
здоровья
населения. Значения прямых критериев оценки ниже ПДК или
фоновых (деградация земель менее 5% площади);
экологического риска (Р), имеющей территории с заметным
снижением
продуктивности
и
устойчивости
экосистем,
их
нестабильным состоянием, ведущим в дальнейшем к спонтанной
деградации экосистем, но еще с обратимыми нарушениями.
Территории требуют разумного хозяйственного использования и
планирования мероприятий по их улучшению; здоровье населения
ухудшено
частично.
Значения
прямых
критериев
оценки
незначительно превышают ПДК или фон (деградация земель 5-20%
площади);
экологического кризиса (К). В эту зону входят территории с
сильным снижением продуктивности и потерей устойчивости
экосистем, с труднообратимыми нарушениями; отмечена серьезная
угроза здоровью населения. Происходят устойчивые отрицательные
изменения состояния естественных экосистем (уменьшение видового
разнообразия, нарушение генофонда). Необходимы выборочное
хозяйственное использование территорий и планирование их
глубокого улучшения. Значения прямых критериев оценки
значительно превышают ПДК или фон (деградация земель 20-50%
площади);
экологического бедствия, или класса катастрофического состояния
сред. Она включает территории с полной потерей продуктивности,
глубокими практически необратимыми нарушениями экосистем;
здоровье населения существенно ухудшено. Происходит разрушение
естественных экосистем (нарушение природного равновесия,
деградация флоры и фауны, потеря генофонда). Значения прямых
критериев оценки многократно превышают ПДК или фон
(деградация земель более 50% площади).
Как уже отмечалось, дают характеристику зонам и определяют
классы
экологического
состояния
территории
по
наиболее
репрезентативным показателям, но обязательно с использованием и
взаимным учетом тематических, пространственных и динамических
критериев оценки. Важно подчеркнуть, что единого интегрального
показателя состояния (или оценки) экосистем не существует, однако
число наиболее репрезентативных показателей может быть сведено к
оптимальному минимуму. Следовательно, оценка экологического
состояния
территории
может
состоять
из
интегральной
морфологической оценки состояния экосистемы с расшифровкой ее
через характеристику состояния геосфер (среды обитания). Только
так можно оценить современное состояние экосистемы, а также и
причины этого состояния с учетом влияния техногенеза.
Особое внимание необходимо обращать на выбор и обоснование
критериев, по которым оценивают экологическое состояние
отдельных территорий.
12.3. Критерии экологических нарушений
Под
критерием
подразумевают
описание
совокупности
показателей, позволяющих охарактеризовать ухудшение состояния
здоровья населения и окружающей среды.
Показатели означают размер, а параметры — границы интервалов,
соответствующих
степеням
экологического
неблагополучия
территории Параметры приняты либо на основании научных,
экспериментальных данных, либо экспертных оценок специалистов.
Биотические показатели принято выделять по трем классам
критериев: тематические (ботанические, зоологические и почвенные),
пространственные и динамические.
Для геосферных оболочек предлагается три оценочных показателя:
прямой (основной), косвенный и индикаторный.
Глубокие необратимые изменения необходимо рассматривать за
относительно
короткий
исторический
срок
—
не
менее
продолжительности жизни одного поколения людей.
Под существенным ухудшением здоровья населения понимают
увеличение необратимых, несовместимых с жизнью нарушений
здоровья, изменение структуры причин смерти и появление
специфических заболеваний, вызванных загрязнением окружающей
среды. Под угрозой здоровью населения понимают существенное
увеличение
частоты
обратимых
нарушений
здоровья
(неспецифические заболевания, отклонения физического и нервнопсихического развития и др.), связанных с загрязнением
окружающей среды.
Состояние
ОПС
и
качество
среды
обитания
человека
характеризуют критерии загрязнения воздушной среды, воды, почв,
истощения природных ресурсов и деградации экосистем. Качество
природной среды оценивается также совокупно как с позиции
общеэкологических, так и санитарно-гигиенических требований.
Класс тематических критериев.
Ботанические критерии имеют наибольшее значение, поскольку
они не только чувствительны к нарушениям окружающей среды, но и
наилучшим образом прослеживают зоны экологического состояния по
размерам в пространстве и по стадиям нарушения во времени.
Ботанические показатели весьма специфичны, так как разные виды
растении и различные растительные ассоциации в неодинаковых
географических условиях имеют разную чувствительность и
устойчивость к нарушающим воздействиям и, следовательно, одни и
те же показатели для классификации зон экологического состояния
могут существенно варьировать для разных ландшафтов. При этом
учитывают признаки негативных изменений на разных уровнях
организменном (фитопатологические изменения), популяционном
(ухудшение видового состава и фитоценометрических признаков) и
экосистемном (соотношение площади в ландшафте).
Биохимические критерии экологического нарушения основаны на
измерениях аномалий в содержании химических веществ в
растениях
Для
классификации
критического
экологического
нарушения
территории
используются
показатели
изменения
соотношения содержания токсичных и биологически активных
микроэлементов в укосах растений с пробных площадок и в
растительных
кормах.
Аэротехногенный
путь
поступления
поллютантов в растения через их ассимиляционные органы является
фактором, определяющим деградацию лесных биогеоценозов,
особенно в условиях воздействия выбросов горно-металлургических
предприятий.
По зоологическим критериям выделяют ряд стадий экологического
нарушения территории. Зону риска определяют главным образом по
экологическим критериям начальной стадии нарушения —
синатропизация, потеря стадного поведения, изменение путей
миграции, реакция толерантности. Последующие стадии нарушения
оценивают дополнительно по пространственным, демографическим и
генетическим критериям. Зона кризиса характеризуется нарушением
структуры
популяций,
групп
и
стай,
сужением
ареала
распространения и обитания, нарушением продуктивного цикла.
Зона бедствия отличается исчезновением части ареала или
местообитания, массовой гибелью возрастных групп, резким ростом
численности синатропных и нехарактерных видов, интенсивным
ростом антропо-зооновых и зооновых заболеваний. Ввиду сильной
разногодичной изменчивости зоологических показателей (не менее
25%) некоторые из применяемых критериев берут за 5-10-летний
период.
Почвенные критерии рассматривают, поскольку ухудшение
свойств почв является одним из наиболее значимых факторов
формирования зон экологического риска, кризиса и бедствия.
Прежде всего, это снижение плодородия почв на большой площади и
с высокой скоростью. Почвенно-эрозионные критерии связаны с
вторично-антропогенными
геоморфологическими
процессами,
ускоренными
неблагоприятной
хозяйственной
деятельностью
человека. Эти процессы наблюдаются и в естественных условиях, но
нарушение человеком устойчивости растительного и почвенного
покровов (вырубка лесов, распашка земель, перевыпас пастбищ и т.
п.) значительно ускоряет эти процессы и увеличивает площади
распространения, что приводит к формированию зон экологического
риска, кризиса и бедствия. Интегральные показатели загрязнения
почвы — ее фитотоксичность (свойство почвы подавлять рост и
развитие высших растений) и генотоксичность (способность влиять
на структурно-функциональное состояние почвенной биоты).
Класс пространственных критериев.
Пространственные
критерии
наряду
с
учетом
степени
нарушенности имеют большое значение для оценки площади
пораженности экосистемы. Если площадь изменения невелика, то
при равной глубине воздействия малая по площади нарушенная
система восстановится быстрее, чем обширная. Если площадь
нарушения превышает предельно допустимые размеры, то
разрушение среды практически необратимо и относится к уровню
катастрофы. Например, выгорание лесов на площади в десятки и
даже сотни гектар практически обратимо, так как леса
восстанавливаются — это не катастрофа. Однако, если площадь
выгорания лесов или какой-либо формы техногенного разрушения
растительного покрова достигает площади десятков и сотен тысяч
гектаров, изменения практически необратимы и происшествие
квалифицируется как катастрофа.
Чем серьезнее нарушение, тем больше репрезентативная площадь
его влияния. Пространственным критерием зон экологического
нарушения служит относительная площадь земель (в процентах),
выведенных
из
землепользования
в
пределах
исследуемой
экосистемы. Даже в норме, т. е. в стабильном растительном покрове,
относительная площадь нарушенных земель может достигать 5%, а в
зонах экологического бедствия превышает 50 %. При одной и той же
стадии нарушения, выявленной по тематическим критериям,
увеличение относительной площади нарушения соответствует более
высокому уровню опасности.
Если
нарушено
менее
5%
территории,
то
изменение
квалифицируется в пределах нормы, но умеренное нарушение на
относительной площади более 50% оцениваемой территории уже
является основанием для объявления ее зоной экологического риска.
Для классификации зон экологического риска, кризиса и бедствия
необходимо
учитывать
пространственную
неоднородность
нарушенных зон и наличие в ней комбинаций относительной
площади разной степени нарушения.
Так,
зона
риска
может
составлять
комбинацию
из
слабоизмененных
площадей
(менее
30%),
среднеи
сильноизмененных (менее 40%) экосистем, зона кризиса из слабо- и
среднеизмененных площадей (менее 30%), сильно и очень сильно
измененных (более 40%), очень сильно измененных (менее30 %)
экосистем; зона бедствия — из очень сильно измененных площадей
(более 40%), слабо- и среднеизмененных (менее 20%), очень сильно
измененных (более 30%) экосистем.
Класс динамических критериев.
Динамические критерии наиболее достоверны для выявления зон
экологического нарушения по скорости нарастания неблагоприятных
изменений природной среды (скорость накопления тяжелых
металлов, скорость прироста площади подвижных песков и т. п.).
Статические критерии выявления зон экологических нарушений
при всей их очевидности недостаточны для объективной оценки
изучаемых ситуаций, поскольку они не дают полного представления
об истинной картине бедствия. Следует иметь в виду, что имеются
природные стабильные зоны с кризисными и бедственными
признаками, которые не являются не только антропогенными, но и
динамичными. Так, известные биогеохимические провинции
(например, на Южном Урале или на Алтае) по статичным
биогеохимическим показателям могут быть отнесены к зонам
экологического кризиса. Вместе с тем по динамичным критериям они
таковыми не являются, так как повышенные концентрации металлов
в почвах и растениях были здесь до антропогенеза. Точно так же
нельзя считать зонами экологического бедствия изначально не
закрепленные пески, устойчивые природные эрозионные комплексы
и т. п.
Выделяют четыре класса динамизма растительного покрова.
Стабильные территории со скоростью изменений менее 0,5%
площади в год подвержены лишь разногодичной и цикличной
флуктуации. Умеренно динамичные территории со скоростью
изменения до 1-2% площади в год, полная смена которых происходит
за 50-100 лет и которые формируют слабовыраженные тренды,
соответствуют зонам экологического риска. Среднединамичные
территории со скоростью изменений до 2-3% площади в год, полная
смена которых происходит в течение 30-50 лет с выраженной
формой тренда, соответствуют зонам экологического кризиса.
Сильнодинамичные территории со скоростью изменений свыше 4%
площади в год, полная смена которых происходит менее чем за 25
лет, соответствуют зонам экологического бедствия.
Для выявления скорости смен и исключения разногодичных
колебаний при выделении зон экологического бедствия необходима
представительная продолжительность наблюдений. Считается, что
минимальный срок для определения линейной скорости изменений
составляет 8-10, а нелинейной — 20-30 лет.
13. Экологический риск
13.1. Понятие об экологическом риске
Об экологическом риске стали говорить, когда стало ясно, что
биосфера и ее составные части имеют пределы саморегуляции,
самовосстановления, превышение которых ведет к их необратимой
деградации. Поскольку биосфера является средой обитания
человечества, ее деградация угрожает дальнейшему существованию
цивилизации и человечества как вида.
Для понимания ситуаций, связанных с угрозой безопасности,
здоровью, жизни людей со стороны факторов среды обитания имеет
оценка вероятности поражения, т.е. риск.
Экологический
риск
рассматривается
как
вероятность
возникновения неблагоприятных ситуаций, разрушения экосистем
или гибели отдельных популяций и видов под воздействием
хозяйственной деятельности человека. На практике оценить
экологический риск в параметрах вероятности крайне трудно ввиду
сложности биологических систем, их реакции и самого воздействия.
Неблагоприятное воздействие приносит ущерб – выражение в
денежной форме результатов вредного воздействия аварии и ее
последствий на окружающую природную среду.
Поиск
баланса
между
стратегиями
экологического
и
экономического развития привел к тому, что концепция социальноприемлемого
экологического
риска
получила
широкое
распространение в индустриально развитых странах. С помощью
этой концепции можно получить ответ на ключевой вопрос – какой
уровень риска гарантирует экологическую безопасность.
С одной стороны, население вынуждено мириться с тем или иным
уровнем загрязнения окружающей среды и другими отрицательными
влияниями для удовлетворения социальных потребностей.
С другой стороны, здоровая среда является средством
удовлетворения жизненных потребностей человека. Поэтому любые
цели экономического развития должны согласовываться с принципом
экологической безопасности. Принимаемый уровень экологического
риска зависит от того, какие выгоды получает население при
увеличении риска за счет повышения уровня социальноэкономического благополучия и какие издержки необходимы, чтобы
уровень экологического риска не превышал уровень социальноприемлемого риска.
Однако экологический риск не единственный, а нередко и не главный вид
риска для жизни, здоровья и благосостояния людей. Он должен быть соразмерен с
другими видами социального риска. Средний риск смертности от различных
причин принимается как условный критерий максимально приемлемого риска.
Для понимания природы риска необходимо помнить, что экологический риск
в некотором отношении противоположен устойчивости, если ее определять как
возможность восстановления экосистемой первоначального состояния после
прекращения воздействия. Чем менее устойчива экосистема, тем выше
экологический риск воздействия на нее.
Определение экологического риска как производного от
устойчивости геосистем используется в практике проектных работ.
При этом определяется некоторая ранговая величина, позволяющая
упорядочить экосистемы по степени риска. Она является
производной от величин, характеризующих устойчивость системы к
механическим, геохимическим и другим воздействиям. Кроме
устойчивости, в формулу вводятся показатели природоохранной и
хозяйственно-ресурсной
ценности.
Использование
последнего
показателя позволяет оценить экономический аспект риска.
При оптимизации пространственной структуры промышленного комплекса
абсолютные вероятности гибели популяций или разрушения экосистем не
используются. Достаточно определить, в какой из экосистем такая вероятность
может быть больше, а в какой меньше, или упорядочить типы экосистем по
факторам экологического риска.
Основные
причины
неудовлетворительного
состояния
с
промышленно-технической, экологической безопасностью можно
объединить в три блока. Это технический блок, человеческий фактор,
законодательная база.
В качестве факторов экологического риска рассматриваются
внутренние
свойства
экосистем,
их
внешние
связи
и
функциональная роль в ландшафте.
Функциональная роль геосистем в ландшафте включает: скорость
восстановления, способность к самоочищению, число трофических
связей, биологическое разнообразие, гидрологическая связь с водной
экосистемой, частота встречаемости в ландшафте. Например,
максимальный экологический риск воздействия ожидается в
медленно восстанавливающихся экосистемах с низкой способностью
самоочищения, мало представленных в ландшафте, имеющих
гидрологическую связь с рекой и с большим числом трофических
связей.
При оценке устойчивости геосистем большее число трофических
связей,
напротив,
считается
фактором,
увеличивающим
устойчивость из-за большего числа регулирующих обратных связей.
Но это верно при слабых или умеренных воздействиях, сильные же
воздействия,
могущие
привести
к
деградации
геосистем,
регулированию не поддаются. И разрушение сложно устроенных в
видовом отношении геосистем имеет более тяжелые последствия.
Такие системы практически не восстанавливаются.
Выбор того или иного параметра для оценки экологического риска
зависит во многом от возможностей исследователя и от наличия
исходного материала. Сделать процесс оценки риска более
объективным помогает учет показателей интенсивности воздействия.
К таким показателям можно отнести статистическую связь
между площадью распространения воздействий и внутренними
свойствами
геосистем.
Это
проявляется
в
своеобразии
геохимических барьеров распространения загрязняющих веществ
или, напротив, в их отсутствии; поглотительных и обменных
процессах в почвах; различной восприимчивости сообществ к
загрязнению и механическому воздействию; способности экосистем к
самоочищению, самовосстановлению и многое другое.
Важными
являются
рекреационные
свойства
экосистем,
способствующие
распространению
собственно
человеческого
воздействия (вытаптывание, выжигание, эвтрофикация), а также
ресурсная емкость, провоцирующая население на сбор грибов, ягод,
орехов и др.
Опора на показатель интенсивности воздействия наиболее
практична в тех случаях, когда стоит вопрос о реорганизации или
расширении уже существующего производства. В таком случае
оценивается распределение нагрузки по элементам рельефа или
типам экосистем, подсчитывается площадь нарушенных земель и
определяется интенсивность воздействия.
Типы экосистем ранжируются по интенсивности воздействия и на
этом основании присваиваются баллы или ранги, соответствующие
классам экологического риска. Удобно выделять пять или семь
рангов, например: 1 – очень низкий экологический риск; 2 – низкий;
3 – умеренный; 4 – высокий и 5 – очень высокий.
При балльной оценке потенциального экологического риска
выделяют следующие градации:
1) допустимый риск — величина уровня риска (вероятность
неблагоприятных условий или возможный ущерб, наносимый
природным экосистемам) настолько незначительна, что ради
получаемой выгоды (в виде производимой продукции) общество
готово пойти на этот риск. Конкретное значение приемлемого уровня
риска определятся ценностью экосистемы и возможностью
выполнять свои функции, если загрязнение не будет превышать их
предельно допустимых концентраций (ПДК) или ориентировочно
допустимых концентраций (ОДК);
2) низкий риск — содержание токсичных веществ в природных
средах при возможном загрязнении будет превышать их ПДК или
ОДК, но степень загрязнения характеризуется как низкая. Снижение
биопродуктивности экосистем не превышает 25%. Процессы
химической деградации экосистем или их компонентов в результате
загрязнения являются быстро обратимыми;
3) средний риск — процессы деградационного изменения
экосистем труднообратимы. Содержание токсичных химических
веществ в природных средах при возможном загрязнении будет
превышать их ПДК или ОДК, а степень загрязнения будет
характеризоваться
как
средняя.
Ожидаемое
снижение
биопродуктивности экосистем составляет 25-50%;
4) высокий риск — процессы химической деградации экосистем
или их компонентов практически необратимы. Содержание
токсичных химических веществ в природных средах при возможном
загрязнении будет превышать их ПДК или ОДК, а степень
загрязнения будет характеризоваться как высокая. Ожидаемое
снижение биопродуктивности экосистем превышает 50%.
Вероятность деградации природных экосистем при воздействии
загрязняющих веществ определяется их устойчивостью к данному
виду воздействия. Чем больше устойчивость природных экосистем и
их компонентов к токсическому действию поллютантов, тем меньше
уязвимость, тем меньше экологический риск. Количественным
выражением величины экологического риска является величина,
обратная устойчивости.
Сложнее строить прогноз воздействия и оценивать экологический
риск на территориях, где нет промышленных разработок. При этом
может помочь исследование нагрузок и воздействий на аналогичных
территориях с последующей экстраполяцией.
13.2. Показатели риска
Всесторонняя оценка риска аварий основывается на анализе причин (отказы
технических устройств, ошибки персонала, внешние воздействия) возникновения и
условий развития аварий, поражения производственного персонала, населения,
причинения ущерба имуществу эксплуатирующей организации или третьим лицам,
вреда окружающей природной среде. Чтобы подчеркнуть, что речь идет об
«измеряемой» величине, используется понятие «степень риска» или «уровень
риска». Степень риска аварий на опасном производственном объекте, эксплуатация
которого связана со множеством опасностей, определяется на основе учета
соответствующих показателей риска. В общем случае показатели риска
выражаются в виде сочетания (комбинации) вероятности (или частоты) и тяжести
последствий рассматриваемых нежелательных событий.
Ниже даны краткие характеристики основных количественных
показателей риска.
1. При анализе опасностей, связанных с отказами технических
устройств, выделяют технический риск, показатели которого
определяются соответствующими методами теории надежности.
2. Одной из наиболее часто употребляющихся характеристик
опасности является индивидуальный риск - частота поражения
отдельного индивидуума (человека) в результате воздействия
исследуемых факторов опасности. В общем случае количественно
(численно) индивидуальный риск выражается отношением числа
пострадавших людей к общему числу рискующих за определенный
период времени. При расчете распределения риска по территории
вокруг объекта (картировании риска) индивидуальный риск
определяется потенциальным территориальным риском (см. ниже) и
вероятностью нахождения человека в районе возможного действия
опасных факторов. Индивидуальный риск во многом определяется
квалификацией и готовностью индивидуума к действиям в опасной
ситуации, его защищенностью. Индивидуальный риск, как правило,
следует определять не для каждого человека, а для групп людей,
характеризующихся примерно одинаковым временем пребывания в
различных опасных зонах и использующих одинаковые средства
защиты. Рекомендуется оценивать индивидуальный риск отдельно
для персонала объекта и для населения прилегающей территории
или, при необходимости, для более узких групп, например для
рабочих различных специальностей.
3. Другим комплексным показателем риска, характеризующим
пространственное
распределение
опасности
по
объекту
и
близлежащей территории, является потенциальный территориальный
риск
частота
реализации
поражающих
факторов
в
рассматриваемой
точке
территории.
Потенциальный
территориальный, или потенциальный, риск не зависит от факта
нахождения объекта воздействия (например, человека) в данном
месте пространства. Предполагается, что условная вероятность
нахождения объекта воздействия равна 1 (т.е. человек находится в
данной точке пространства в течение всего рассматриваемого
промежутка времени). Потенциальный риск не зависит от того,
находится ли опасный объект в многолюдном или пустынном месте и
может меняться в широком интервале. Потенциальный риск, в
соответствии с названием, выражает собой потенциал максимально
возможной опасности для конкретных объектов воздействия
(реципиентов), находящихся в данной точке пространства. Как
правило, потенциальный риск оказывается промежуточной мерой
опасности, используемой для оценки социального и индивидуального
риска при крупных авариях. Распределения потенциального риска и
населения в исследуемом районе позволяют получить количественную
оценку социального риска для населения. Для этого нужно рассчитать
количество пораженных при каждом сценарии от каждого источника
опасности и затем определить частоту событий F, при которой может
пострадать на том или ином уровне N и более человек.
4. Социальный риск характеризует масштаб и вероятность
(частоту) аварий и определяется функцией распределения потерь
(ущерба), у которой есть установившееся название - F/N-кривая. В
общем случае в зависимости от задач анализа под N можно понимать
и общее число пострадавших, и число смертельно травмированных
или другой показатель тяжести последствий. Соответственно
критерий приемлемого риска будет определяться уже не числом для
отдельного события, а кривой, построенной для различных сценариев
аварии
с
учетом
их
вероятности.
В
настоящее
время
общераспространенным подходом для определения приемлемости
риска является использование двух кривых, когда, например, в
логарифмических координатах определены F/N-кривые приемлемого
и неприемлемого риска смертельного травмирования. Область между
этими кривыми определяет промежуточную степень риска, вопрос о
снижении которой следует решать, исходя из специфики
производства и региональных условий.
5. Другой количественной интегральной мерой опасности объекта
является коллективный риск, определяющий ожидаемое количество
пострадавших в результате аварий на объекте за определенное
время.
6. Для целей экономического регулирования промышленной
безопасности и страхования важным является такой показатель
риска, как статистически ожидаемый ущерб в стоимостных или
натуральных показателях.
13.3. Оценка риска
Первым шагом (этапом) оценки риска является идентификация
опасности – определение реальной опасности для человека,
окружающей среды. Здесь большая роль отводится научному
исследованию. Попытка идентификации опасности сводится к
поиску сигналов опасности, выделению такого сигнала на
существующем фоне.
Для идентификации опасности важны приемы апробации, отбора
(например различных препаратов), моделирования поведения различных
веществ в среде, мониторинга и диагностики (оценки симптомов, последствий
воздействия). Отметим, что все вопросы оценки, диагностики и прогноза следует
отнести к системе мониторинга. Диагностика начинается с наблюдений
отклонений – по этим отклонениям необходимо правильно определить
«заболевание». Практически все данные, полученные с помощью мониторинга,
требуют оценок, по большей части диагностических.
При идентификации опасности первым является вопрос, что представляет
собой опасность, при вычислении риска, какова его величина, т.е. необходимо
определить вероятность возникновения данного опасного явления и вероятность
неблагоприятных последствий. Для определения вычисления риска могут
использоваться предвидение, интуиция и экстраполяция.
На рассматриваемом этапе процедуры оценки риска анализ
ведется на качественном уровне.
Второй этап – оценка экспозиции – это оценка того, какими
путями и через какие среды, на каком количественном уровне, в
какое время и при какой продолжительности воздействия имеет
место реальная и ожидаемая экспозиция; это также оценка
получаемых доз, если она доступна, и оценка численности лиц,
которые подвергаются такой экспозиции и для которых она
представляется вероятной.
Численность экспонированной популяции является одним из
важнейших факторов для решения вопроса о приоритетности
охранных
мероприятий,
возникающего
при
использовании
результатов оценки риска в целях «управления риском».
В идеальном варианте оценка экспозиции опирается на
фактические
данные
мониторинга
загрязнения
различных
компонентов окружающей среды (атмосферный воздух, воздух
внутри помещений, почва, питьевая вода, продукты питания).
Однако нередко этот подход неосуществим в связи с большими
расходами. Кроме того, он не всегда позволяет оценить связь
загрязнения с конкретным его источником и недостаточен для
прогнозирования будущей экспозиции. Поэтому во многих случаях
используют
различные
математические
модели
рассеивания
атмосферных выбросов, их оседания на почве, диффузии и
разбавления загрязнителей в грунтовых водах и/или открытых
водоемах.
Третий этап – оценка зависимости «доза-эффект» – это поиск
количественных закономерностей, связывающих получаемую дозу
вещества с распространенностью того или иного неблагоприятного
(для здоровья) эффекта, т.е. с вероятностью его развития.
Подобные
закономерности,
как
правило,
выявляются
в
токсикологических экспериментах. Однако экстраполяция их с группы
животных на человеческую популяцию связана со слишком большим
числом неопределенностей. Зависимость «доза-эффект», обоснованная
эпидемиологическими данными, более надежна, но имеет свои зоны
неопределенности.
Этап
оценки
зависимости
«доза-эффект»
принципиально
различается для канцерогенов и неканцерогенов.
Для неканцерогенных токсических веществ методология исходит
из концепции пороговости действия и признает возможным
установить так называемую «референтную дозу» (RED) или
референтную концентрацию (RFC), при действии которых на
человеческую популяцию, включая ее чувствительные подгруппы, не
создается риск развития каких-либо уловимых вредных эффектов в
течение всего периода жизни. Аналогичное понятие есть в некоторых
документах ВОЗ – «переносимое поступление в организм» (tolerable
intake – TI).
При оценке зависимости «доза-эффект» для канцерогенов,
действие которых всегда рассматривается как не имеющее порога,
предпочтение
отдается
так
называемой
линеаризированной
многоступенчатой модели (linearized multistage model). Данная модель
выбрана в качестве основы унифицированного подхода к
экстраполяции с высоких доз на низкие. При этом основным
параметром для исчисления риска на здоровье человека является так
называемый фактор наклона (slope factor), в качестве которого
обычно используется 95%-й верхний доверительный предел наклона
кривой «доза-эффект». Фактор наклона выражается в (мг/(кг·день))-1
и является мерой риска, возникающего на единицу дозы
канцерогена. Например, если некто подвергается ежедневно на
протяжении всей жизни воздействию канцерогена в дозе 0,02
(мг/(кг·день))-1, то добавленный риск, получаемый умножением дозы
на фактор наклона, оценивается величиной 4·10-5. Иными словами,
признается вероятным развитие четырех дополнительных случаев
рака на 100 000 чел., подвергающихся экспозиции такого уровня.
Заключительный этап процедуры оценки риска – характеристика
риска – является результатом предыдущих этапов и включает оценку
возможных и выявленных неблагоприятных эффектов в состоянии
здоровья человека; оценку риска канцерогенных эффектов,
установление коэффициента опасности развития общетоксических
эффектов, анализ и характеристику неопределенностей, связанных с
оценкой, и обобщение всей информации по оценке риска.
Ниже представлена краткая характеристика основных методов,
рекомендуемых для проведения анализа риска.
1. Методы проверочного листа и «Что будет, если..?» или их
комбинация относятся к группе методов качественных оценок
опасности,
основанных
на
изучении
соответствия
условий
эксплуатации объекта или проекта требованиям промышленной
безопасности.
Результатом проверочного листа является перечень вопросов и
ответов о соответствии опасного производственного объекта
требованиям промышленной безопасности и указания по их
обеспечению. Метод проверочного листа отличается от «Что будет,
если..?» более обширным представлением исходной информации и
представлением
результатов
о
последствиях
нарушений
безопасности.
Эти методы наиболее просты (особенно при обеспечении их
вспомогательными
формами,
унифицированными
бланками,
облегчающими на практике проведение анализа и представление
результатов), нетрудоемки (результаты могут быть получены одним
специалистом в течение одного дня) и наиболее эффективны при
исследовании безопасности объектов с известной технологией.
2. Анализ видов и последствий отказов (АВПО) применяется для
качественного анализа опасности рассматриваемой технической
системы1. Существенной чертой этого метода является рассмотрение
каждого аппарата (установки, блока, изделия) или составной части
системы (элемента) на предмет того, как он стал неисправным (вид и
причина отказа) и какое было бы воздействие отказа на техническую
систему.
1 Под технической системой, в зависимости от целей анализа,
могут пониматься как совокупность технических устройств, так и
отдельные технические устройства или их элементы.
Анализ видов и последствий отказа можно расширить до
количественного анализа видов, последствий и критичности отказов
(АВПКО). В этом случае каждый вид отказа ранжируется с учетом
двух составляющих критичности - вероятности (или частоты) и
тяжести последствий отказа. Определение параметров критичности
необходимо для выработки рекомендаций и приоритетности мер
безопасности.
Результаты анализа представляются в виде таблиц с перечнем
оборудования, видов и причин возможных отказов, с частотой,
последствиями,
критичностью,
средствами
обнаружения
неисправности (сигнализаторы, приборы контроля и т.п.) и
рекомендациями по уменьшению опасности.
Систему классификации отказов по критериям вероятноститяжести последствий следует конкретизировать для каждого объекта
или технического устройства с учетом его специфики.
Ниже (табл. 1) в качестве примера приведены показатели
(индексы) уровня и критерии критичности по вероятности и тяжести
последствий отказа. Для анализа выделены четыре группы, которым
может быть нанесен ущерб от отказа: персонал, население,
имущество (оборудование, сооружения, здания, продукция и т.п.),
окружающая среда.
В таблице применены следующие варианты критериев:
критерии отказов по тяжести последствий: катастрофический
отказ - приводит к смерти людей, существенному ущербу имуществу,
наносит невосполнимый ущерб окружающей среде; критический
(некритический) отказ - угрожает (не угрожает) жизни людей,
приводит (не приводит) к существенному ущербу имуществу,
окружающей среде; отказ с пренебрежимо малыми последствиями отказ, не относящийся по своим последствиям ни к одной из первых
трех категорий;
категории (критичность) отказов: А - обязателен количественный
анализ риска или требуются особые меры обеспечения безопасности;
В - желателен количественный анализ риска или требуется принятие
определенных мер безопасности; С - рекомендуется проведение
качественного анализа опасностей или принятие некоторых мер
безопасности; D - анализ и принятие специальных (дополнительных)
мер безопасности не требуются.
Матрица «вероятность-тяжесть последствий»
Тяжесть последствий отказа
Частота
С
Отказ
возникновения
пренебрежимо
катастрофического критического некритического
отказа в год
малыми
последствиями
Частый
>1
А
А
А
С
-2
Вероятный
1 - 10
А
А
В
С
-2
-4
Возможный
10 - 10
А
В
В
С
Редкий
10-4 - 10-6
А
В
С
D
Практически
< 10-6
В
С
С
D
невероятный
Методы АВПО, АВПКО применяются, как правило, для анализа
проектов сложных технических систем или технических решений.
Выполняются группой специалистов различного профиля (например,
специалистами по технологии, химическим процессам, инженероммехаником) из 3-7 человек в течение нескольких дней, недель.
3. Методом анализа опасности и работоспособности (АОР)
исследуются опасности отклонений технологических параметров
(температуры, давления и пр.) от регламентных режимов. АОР по
сложности и качеству результатов соответствует уровню АВПО,
АВПКО.
В процессе анализа для каждой составляющей опасного
производственного объекта или технологического блока определяются
возможные отклонения, причины и указания по их недопущению.
При характеристике отклонения используются ключевые слова «нет»,
«больше», «меньше», «также, как», «другой», «иначе, чем», «обратный» и
т.п. Применение ключевых слов помогает исполнителям выявить все
возможные отклонения. Конкретное сочетание этих слов с
технологическими
параметрами
определяется
спецификой
производства.
Примерное содержание ключевых слов следующее: «нет» отсутствие прямой подачи вещества, когда она должна быть; «больше
(меньше)»
увеличение
(уменьшение)
значений
режимных
переменных по сравнению с заданными параметрами (температуры,
давления, расхода); «так же, как» - появление дополнительных
компонентов (воздух, вода, примеси); «другой» - состояние,
отличающиеся от обычной работы (пуск, остановка, повышение
производительности и т.д.); «иначе, чем» - полное изменение
процесса, непредвиденное событие, разрушение, разгерметизация
оборудования; «обратный» - логическая противоположность замыслу,
появление обратного потока вещества.
Результаты
анализа
представляются
на
специальных
технологических листах (таблицах). Степень опасности отклонений
может быть определена количественно путем оценки вероятности и
тяжести последствий рассматриваемой ситуации по критериям
критичности аналогично методу АВПКО.
Отметим, что метод АОР, так же как АВПКО, кроме
идентификации опасностей и их ранжирования позволяет выявить
неясности и неточности в инструкциях по безопасности и
способствует их дальнейшему совершенствованию. Недостатки
методов связаны с затрудненностью их применения для анализа
комбинаций событий, приводящих к аварии.
4. Практика показывает, что крупные аварии, как правило,
характеризуются комбинацией случайных событий, возникающих с
различной частотой на разных стадиях возникновения и развития
аварии (отказы оборудования, ошибки человека, нерасчетные
внешние воздействия, разрушение, выброс, пролив вещества,
рассеяние веществ, воспламенение, взрыв, интоксикация и т.д.) Для
выявления причинно-следственных связей между этими событиями
используют логико-графические методы анализа «деревьев отказов» и
«деревьев событий».
При анализе «деревьев отказов» (АДО) выявляются комбинации
отказов (неполадок) оборудования, инцидентов, ошибок персонала и
нерасчетных внешних (техногенных, природных) воздействий,
приводящие к головному событию (аварийной ситуации). Метод
используется для анализа возможных причин возникновения
аварийной ситуации и расчета ее частоты (на основе знания частот
исходных событий). При анализе «дерева отказа» (аварии)
рекомендуется определять минимальные
сочетания событий,
определяющие возникновение или невозможность возникновения
аварии (минимальное пропускное и отсечное сочетания).
Анализ «дерева событий» (АДС) - алгоритм построения
последовательности событий, исходящих из основного события
(аварийной ситуации). Используется для анализа развития аварийной
ситуации. Частота каждого сценария развития аварийной ситуации
рассчитывается путем умножения частоты основного события на
условную вероятность конечного события (например, аварии с
разгерметизацией оборудования с горючим веществом в зависимости
от условий могут развиваться как с воспламенением, так и без
воспламенения вещества).
5. Методы количественного анализа риска, как правило,
характеризуются
расчетом
нескольких
показателей
риска,
упомянутых в приложении 1, и могут включать один или несколько
вышеупомянутых методов (или использовать их результаты).
Проведение количественного анализа требует высокой квалификации
исполнителей, большого объема информации по аварийности,
надежности оборудования, выполнения экспертных работ, учета
особенностей окружающей местности, метеоусловий, времени
пребывания людей в опасных зонах и других факторов.
Количественный анализ риска позволяет оценивать и сравнивать
различные опасности по единым показателям, он наиболее
эффективен:
на
стадии
проектирования
и
размещения
опасного
производственного объекта;
при обосновании и оптимизации мер безопасности;
при
оценке
опасности
крупных
аварий
на
опасных
производственных объектах, имеющих однотипные технические
устройства (например, магистральные трубопроводы);
при комплексной оценке опасностей аварий для людей,
имущества и окружающей природной среды.
Методы могут применяться изолированно или в дополнение друг к другу,
причем методы качественного анализа могут включать количественные критерии
риска (в основном, по экспертным оценкам с использованием, например, матрицы
«вероятность-тяжесть последствий» ранжирования опасности). По возможности
полный количественный анализ риска должен использовать результаты
качественного анализа опасностей.
14. Экологические кризисы и катастрофы
14.1. Экологические кризисы в истории человечества
Определенные противоречия во взаимодействии общества с
природной средой неизбежны. Прогресс общества неизбежно идет за счет
природы. Однако если общество существует за счет природы, его развитие
может быть бесконечным только при условии бесконечности и
бесконечного разнообразия природной среды. Реальное общество
развивается в ограниченном по объему пространстве. Потому оно
неизбежно на определенном этапе должно столкнуться с экологической
проблемой.
Человечество заявило о себе как сила, по мощности воздействия на
поверхностные оболочки планеты почти не уступающая суммарному
воздействию всех живых организмов. Современное человечество использует
не только огромные сами по себе ресурсы биосферы, но и небиосферные
источники энергии (например, атомной), ускоряя при этом геохимической
преобразование природы. Некоторые антропогенные процессы при этом
направлены противоположно по отношению к естественному ходу их в
биосфере. Это рассеивание металлов, углерода и других биогенных
элементов, торможение минерализации и гумификации, освобождение
законсервированного углерода (уголь, нефть, газ) и его окисление,
нарушение крупномасштабных процессов, влияющих на климат, и т. п. В
конечном итоге это приводит к экологическим кризисам в биосфере.
Экологический кризис – ситуация, которая возникает в экосистемах в
результате нарушения равновесия под влиянием стихийных природных
явлений или в результате воздействия антропогенных факторов. В более
широком смысле экологический кризис – критическая фаза в развитии
биосферы, при которой происходит качественное обновление живого
вещества (вымирание одних видов и возникновение других).
Общим для всех антропогенных кризисов является то, что выход из
них
сопровождался,
как
правило,
уменьшением
численности
народонаселения, его миграцией и социальными потрясениями, в
некоторых случаях кризисы завершались сменой общественного строя. Так,
переход к земледелию и скотоводству сопровождался разложением
первобытно-общинного строя и возникновением рабовладельческого,
которому сопутствовали опустынивание и истощение земельных ресурсов
и переход к феодальному.
Н. Ф. Реймерс выделяет в истории человечества 8 кризисов:
Кризис
Аридизации
Время
3 млн. лет назад
Причины кризиса
Аридизация климата
Обеднения ресурсов
собирательства и
промысла
30-50 тыс. лет
назад
Недостаток доступных
первобытному человеку
ресурсов
Перепромысла
крупных животных
10-50 тыс. лет
назад
Уничтожение крупных
животных охотниками
Примитивного
поливного земледелия
1,5-2 тыс. лет
назад
Недостатка
растительных
ресурсов и
продовольствия
Глобального
загрязнения среды и
угрозы истощения
ресурсов
150-250 лет назад
Примитивный полив,
сопутствующие ему
истощение и засоление
почв
Истощительное
землепользование,
отсталые технологии
30-50 лет назад
по настоящее
время
Истощительное
природопользование,
многоотходные
технологии
Глобальный
термодинамический
Начался и
прогнозируется
Выделение в среду
большого количества
тепла, парниковый
эффект
Глобального
исчерпания
надежности экосистем
Первые
признаки и
прогноз
Нарушение
экологического
равновесия в масштабах
планеты
Выход из кризиса
Возникновение
прямоходящих
антропоидов
Биотехническая
революция: простейшие
мероприятия типа
сжигания растительности
для обновления экосистем
Неолитическая революция:
переход к примитивному
земледелию и скотоводству
Сельскохозяйственная
революция: переход к
неполивному земледелию
Промышленная
революция, новые
технологии в сельском
хозяйстве
НТР: энергосберегающие
технологии, безотходное
производство, поиск
экологически приемлемых
решений
Энергетическая
революция: ограничение
использования энергии,
предотвращение
парникового эффекта
Революция экологического
планирования: приоритет
экологических ценностей
Первым антропогенным кризис считается собирательства и
примитивного промысла. Предполагается, что деятельность человека
привела к обеднению доступных ему ресурсов. Вместе с тем, началась
смена технологий и переход части людей к охоте и рыболовному
промыслу.
Следующим кризисом считают оскудение охотничьих ресурсов,
приходящееся на последний ледниковый период и начало голоцена,
когда стали исчезать крупные позвоночные. Выдвигается гипотеза о
том, что его причиной стал перепромысел крупных растительноядных
животных
человеком-охотником,
а
вместе
с
крупными
растительноядными исчезли и крупные хищники.
Далее следует засоление почв и деградация поливного земледелия 34 тыс. лет назад, что стало следствием неолитической революции –
появления земледелия и скотоводства. Это было сугубо локальное
явление, которое прослеживается в очень небольшом числе мест
развития поливного земледелия.
Четвертый кризис, называемый «кризисом продуцентов», связывают с
массовым уничтожением лесов для освобождения территорий под
сельскохозяйственные поля и пастбища, для использования древесины в
качестве топлива, наконец, для строительства жилищ и кораблей. Следы
сведения лесов видны на всем земном шаре. Этот процесс начал интенсивно
развиваться примерно 3-4 тыс. лет назад, вначале на Ближнем Востоке, в Китае
и Индии, затем охватил Грецию и Апеннинский полуостров, а с раннего
средневековья – остальную Европу. После Великих географических открытий
этот процесс перекинулся на другие континенты вместе с приходом
европейцев, которые хорошо освоили технику уничтожения лесов,
использования его продуктов и развития сельского хозяйства на больших
площадях.
Современный кризис характеризуется тем обстоятельством, что
редуценты не успевают очищать биосферу от антропогенных отходов или
потенциально неспособны это делать из-за чуждого природе характера
выбрасываемых синтетических веществ. Иначе говоря, биосфера потеряла
способность к самовосстановлению.
Почти одновременно с этим проявляются 2 других кризиса:
термодинамический и обусловленный снижением надежности экосистем.
Связаны они с экологическими последствиями перепроизводства энергии в
тропосфере (парниковый эффект, строительство электростанций и т. д.), а
также с нарушением природного экологического равновесия. Возможно, они
будут решены на основе энергетической и планируемой экологической
революций. Первая будет заключаться в максимальной экономии энергии и
переходе ее к источникам, слабо отдающим тепло тропосфере, а вторая – в
регулируемой коэволюции всех живых существ биосферы и строительстве
ноосферы.
У значительной части политических деятелей и технически
ориентированных специалистов (экономистов, инженеров), так или
иначе сталкивающихся с экологическими проблемами, существуют
хотя и неодинаковые, но обычно оптимистические взгляды на
сложившуюся ситуацию. Остановимся на этих взглядах подробнее.
Основными
отправными
точками
одного
из
широко
распространенных взглядов служат следующие утверждения. Рост
населения и его потребностей стимулирует рост экономики, который
опирается на прогресс науки и техники, быстрое создание и
реализацию
новых технологий.
Именно последнее
позволяет
технологическими
средствами
решить
задачу
загрязнения
окружающей среды. Затем приводятся примеры локальных улучшений
окружающей
среды,
уже
достигнутых
этими
средствами.
Упоминаются, как правило, Великие озера, река Рейн, снижение
уровня диоксида серы в воздухе некоторых городов. Вывод из такого
подхода однозначный: рост населения и экономики, развитие новых
технологий позволят решить все экологические проблемы. При этом
совершенно не принимаются во внимание факты неуклонного
изменения глобальных характеристик
окружающей среды в
направлении ее ухудшения и ускорение этого процесса, несмотря на
устранение отдельных локальных экологических нарушений.
Другая часть подобных оптимистически настроенных людей
соглашается с наличием сложных экологических проблем и их
нерешенностью. Трудности на пути их решения понятны этой группе
оптимистов, однако она считает, что научно-технический прогресс в
конце концов обеспечит человечество такими технологиями, которые
позволят решить все экологические проблемы и преодолеть любые
ресурсные ограничения, связанные с конечностью запасов. В том
числе, считают они, возможно построение управляемой человеком
среды обитания, где будут нормально функционировать естественные
или же сформированные человеком экосистем. Таким образом, эти два
подхода очень близки и опираются на предположение о возможности
решения всех проблем технологическими средствами, так что все будет
зависеть от скорости разработки и реализации новых технологий и
научных исследований.
Подобный технологический оптимизм не признает наличие
глобального экологического кризиса или обсуждает только возможность
вхождения в него в неопределенном будущем, полагая, что емкость
(стоки) биосферы еще достаточно долго будут допускать нарушения
окружающей среды.
Ограниченность
модели
развития
мира,
разработанных
участниками Римского клуба, заключается в том, что, рассматривая
только проблему загрязнения окружающей среды, авторы крайне
сужают круг глобальных экологических проблем. Далее, совершенно не
принимается во внимание уже разразившийся экологический кризис
глобального масштаба. Наконец, в этих моделях, вольно или невольно,
биосфера и мировое сообщество оказываются равноправными
партнерами, хотя совершенно очевидно, что это не соответствует
действительности. Биосфера существовала и может существовать без
человека, а вот сможет ли существовать без естественной биосферы
человек – весьма сомнительно. Совершенно очевидно также, что
объективные законы функционирования и развития биосферы ставят
ограничения
на
хозяйственную
деятельность
человека,
а
существующие экологические проблемы и глобальный экологический
кризис свидетельствуют о том, что эти ограничения нарушены.
Пределы роста, которые обсуждаются в их работах – это чисто
ресурсные пределы, которые подвижны и могут отодвигаться или
ликвидироваться технологическими средствами.
Документы, провозглашающие устойчивое развитие мирового ООН
Объединенных Наций по окружающей среде и развитию в Рио-деЖанейро в 1992 г., не дают в полной мере оценки экологической
ситуации в современном мире и возлагают надежды в основном на
технический прогресс.
Если к технологическим оптимистам относятся политики и лица
преимущественно с техническим и экономическим образованием, то к
технологическим пессимистам обычно относятся экологи. Они пришли
к выводу, что все допустимое пространство уже заполнено и
дальнейшее заполнение чревато катастрофическими последствиями.
Биосферу нельзя рассматривать только как ресурс, а следует считать
фундаментом жизни человека и всех организмов. Необходимо
прекращение экономического роста как главного фактора разрушения
биосферы.
Но далеко не все технологические пессимисты считают, что
биосфера Земли уже находится в состоянии жестокого экологического
кризиса. Такие взгляды связаны в основном с тем, что пределы обычно
обусловливают исчерпанием ресурсов. Поэтому вместо экологического
рассматривается ресурсный кризис, при котором потребление
материалов и энергии может еще какое-то время расти, пока
отрицательные обратные связи, идущие от перегруженных источников
или
стоков
не
заставят
их
сократиться.
Далее
делается
оптимистический вывод: воздействие человека на источники и стоки
загрязнений планеты может быть уменьшено до поразительно малой
величины.
Причины таких взглядов достаточно очевидны. Человечество живет
в условиях непрерывного НТП, при этом биосфера всегда
рассматривалась как ресурс. Из нее можно брать все, что требуется, не
возвращая взамен ничего, кроме мусора. Это исторически
сложившийся стереотип, который сейчас весьма трудно преодолеть.
14.2. Природные экологические катастрофы
Экологической катастрофой называется полное и резкое
нарушение экологического равновесия, имеющее необратимый
характер. Нередко она возникает на основе прямого или косвенного
воздействия человеческой деятельности на природные процессы. Так,
к экологическим катастрофам приводят аварии технических
устройств, в результате которых происходят неблагоприятные
изменения в среде, массовая гибель живых организмов, ухудшение
здоровья людей, причиняется большой экономический ущерб.
Экологическая катастрофа отличается от экологического кризиса
тем, что кризис – обратимое состояние, где человек выступает
активно действующей стороной, а катастрофа – необратимое
явление, человек здесь вынужденно пассивная, страдающая сторона.
В более широком понимании экологические катастрофы – это фазы
развития биосферы, где происходит качественное обновление живого
вещества, вымирание одних видов и возникновение других.
На поверхности Земли и прилегающих к ней слоях атмосферы
идет развитие множества сложнейших физических, физикохимических и биохимических процессов, сопровождающихся
обменом и взаимной трансформацией различных видов энергии.
Источниками энергии являются процессы реорганизации вещества,
происходящие
внутри
Земли,
физические
и
химические
взаимодействия ее внешних оболочек и физических полей, а также
гелиофизические воздействия. Геодинамические процессы вызывают
развитие таких опасных явлений, как землетрясения, извержения
вулканов, цунами, оползни, сели, наводнения, циклоны, ураганы и
др.
В мире отмечается рост количества природных катастрофических
явлений. В 1990-1994 гг. среднее ежегодное количество катастроф
возросло по сравнению с 1965-1969 гг. почти в 3 раза.
Рост количества крупных природных катастроф в мире за 1965-1999 гг.
Наибольшее распространение в мире имеют тропические штормы,
наводнения, землетрясения и засухи. Эти виды опасных явлений
составляют соответственно 34, 32, 13 и 9% от общего числа. На
остальные виды приходится 12%.
Наиболее распространенные природные катастрофы в мире (1965-1999).
По данным Всемирной конференции по природным катастрофам,
количество погибших от природных стихийных бедствий возрастало
ежегодно в среднем за период с 1962 по 1992 г. на 4.3%,
пострадавших - на 8.6%, а величина материальных потерь - на 6%.
Наиболее опасными для жизни людей являются засухи: их
жертвами оказалось почти 49% погибших. Громадная угроза
заложена в тайфунах и штормах. От них погибло около 26% людей,
испытавших
силу
природных
катастрофических
явлений.
Землетрясения занимают третье место по количеству смертных
случаев (17% от общего числа погибших).
Более половины (53%) всех жертв приходится на Африку,
количество жертв на Азиатском континенте составляет 37%. На
Америку, Европу и Океанию приходится соответственно 7.4, 2.5 и
0.1 %. В Африке особенно много жертв приносят засухи, в Азии тропические циклоны и штормы.
Общее количество людей, пострадавших от семи видов природных
катастроф за последние 35 лет, составляет 4.4 млрд. человек, то есть
почти 3/4 населения Земли. Наибольший ущерб принесли тайфуны и
штормы, наводнения и землетрясения. В целом на эти три вида
опасностей в 1965-1999 гг. приходилось от 91 до 95% всех
материальных потерь в мире.
Землетрясения – подземные удары и колебания поверхности
Земли, вызванные, главным образом, тектоническими процессами. В
некоторых местах Земли землетрясения происходят часто и иногда
достигают большой силы, нарушая целостность грунта, разрушая
здания и вызывая человеческие жертвы. Количество землетрясений,
ежегодно регистрируемых на земном шаре, исчисляется сотнями
тысяч. Однако подавляющее их число относится к слабым, и лишь
малая доля достигает степени катастрофы. Наиболее значительным
является землетрясение 1556 года в китайской провинции Шаньси,
когда погибло 830 тыс. человек. В новейшей истории это
землетрясение 1976 года в китайской провинции Тяньшань – 693
тыс. погибших.
Вулканы разделяются на действующие, уснувшие и потухшие. К
первым относятся: извергающиеся в настоящее время постоянно или
периодически; об извержениях которых существуют исторические
данные; об извержениях которых нет сведений, но которые выделяют
горячие газы и воды (сольфатарная стадия). К уснувшим относят
вулканы, об извержениях которых нет сведений, но они сохранили
свою форму и под ними происходят локальные землетрясения.
Потухшими называются сильно разрушенные и размытые вулканы
без каких-либо проявлений вулканической активности.
Извержения бывают длительными (в течение нескольких лет,
десятилетий и столетий) и кратковременными (измеряемые часами).
К
предвестникам
извержения
относятся
вулканические
землетрясения, акустические явления, изменения магнитных свойств
и состава фумарольных газов и другие явления. Извержение обычно
начинается усилением выбросов газов сначала вместе с тёмными,
холодными обломками лав, а затем с раскалёнными. Эти выбросы в
некоторых случаях сопровождаются излиянием лавы. Высота
подъёма газов, паров воды, насыщенных пеплом и обломками лав, в
зависимости от силы взрывов, колеблется от 1 до 5 км (во время
извержения Безымянного на Камчатке в 1956 она достигла 45 км).
Выброшенный материал переносится на расстояния от нескольких до
десятков тыс. км. Объём выброшенного обломочного материала
порой достигает нескольких км3. Извержение представляет собой
чередование слабых и сильных взрывов и излияний лав. Объёмы
излившейся лавы — до десятков км3.
Сильные извержения иногда сопровождаются обрушениями части
вулканического сооружения, а часто и прилегающей местности;
образующиеся впадины диаметром от нескольких км до первых
десятков км называются кальдерами.
Современные вулканы расположены вдоль молодых горных
хребтов или вдоль крупных разломов (грабенов) на протяжении сотен
и тысяч км в тектонически подвижных областях. Почти две трети
вулканов сосредоточены на островах и берегах Тихого океана
(Тихоокеанский вулканический пояс). Из других районов по
количеству действующих вулканов выделяется район Атлантического
океана.
Извержения вулканов вызывают сильные разрушения за счет
распространения лавовых потоков и осаждения пепла. Человеческие
жертвы от извержений вулканов связаны с множеством причин:
лавовые, грязевые и пирокластические потоки, лавины, выпадение
тефры и баллистических бомб, болезни и голод. Масштаб бедствия в
зоне извержения вулкана зависит от инфраструктуры и заселенности
территории, прилегающей к вулкану. Например, за период с 1900 по
1986 гг. во время катастрофических извержений на планете 85,8%
(65,2 тыс. чел.) из числа жертв (76 тыс. чел.) погибло от
пирокластических потоков и лавин и от грязевых потоков и
паводков. Современные средства космического мониторинга
позволяют заранее рассчитать пути движения этих потоков и тем
самым перспективно определить места безопасных поселений в зоне
влияния конкретного вулкана.
Сильнейшей катастрофой стало извержение вулкана Сумбава в
Индонезии в 1815 году, вследствие которого погибло 100 тыс.
человек. В том же году в Индонезии произошло извержение вулкана
Тамбор с количеством погибших 92 тыс. человек.
Наводнения возникают: 1) по причине ледового загромождения на
реке, вызванного высокой штормовой волной или разрушением
плотины, 2) из-за загромождения русла реки обвалами или
оползнями, 3) в высоких широтах весной при быстром таянии снега
или наличии обильных осадков. Поскольку в это время низка
инфильтрация
из-за
замерзшей почвы,
то
избыток воды
устремляется в реку, уровень которой за считанные часы может
подниматься на несколько метров. Такие события постоянно
происходят и на территории России, и особенно в Сибири. Примером
катастрофического наводнения, унесшего жизни 150 человек,
является наводнение в Англии в марте 1936 г.
Кратковременные наводнения оказываются возможными при
сочетании таких факторов как интенсивные осадки и топография
местности с определенным рельефом. Они продолжаются не дольше
нескольких часов. Условия для таких наводнений имеются в городах
и в горной местности. В городе при обильных осадках ливневые
стоки не могут обеспечить быстрый слив воды, а в горной местности,
имеющей узкие каньоны, также осадки не успевают стекать.
Скопившиеся воды могут устремиться с высокой скоростью по
свободному пространству, разрушая здания или вызывая оползни и
другие неблагоприятные явления. Так в 1972 г. в г. Рапид (шт.
Южная Дакота, США) в результате выпадения в течение 5 часов 37,5
см осадков возникла волна высотой более 9 м, которая устремилась
на многие километры от места выпадения осадков, в результате
погибло 237 человек.
Наводнения, возникающие в результате преграждения речного
стока нагромождениями льда (заторы), очень опасны, так как
возникают достаточно быстро в результате переполнения русла реки,
и их энергия начинает воздействовать с нарастающей силой на
находящиеся в бассейне реки постройки, дамбы, растения,
сооружения, мосты, транспортные средства и т.п. Примерами таких
наводнений являются разливы рек Уикон на Аляске весной 1992 г. и
р. Лены в мае 2001 г. В последнем случае был затоплен г. Ленек, а
уровень воды в реке поднялся на 20,13 м.
К числу весьма неожиданных природных катастроф относятся
наводнения, возникающие в результате прихода на сушу высокой
волны с моря. В этом случае в зависимости от сочетания скорости
ветра и величины сопротивления воздуха движущейся воде могут
возникать подъемы воды свыше 6 м. Например, в сентябре 1900 г. в
шт. Техас (США) такая большая волна возникла при одновременном
шторме и урагане, в результате чего погибло 6 тысяч человек.
Для защиты от наводнений строятся дамбы. Их высота и
расположение рассчитываются с учетом статистики наводнений на
конкретной территории и при обеспечении определенного уровня
риска. Одним из характерных примеров, когда учет статистики
подъема вод во время наводнений на данной территории
оказывается судьбоносным, является ситуация, возникшая в
Нидерландах 1 февраля 1953 г. До этого гидротехники спорили какой
высоты защитную дамбу соорудить на побережье. Сначала
обсуждалась высота 3,9 м, которая никогда ранее не превышалась во
время наводнений. Однако, ориентируясь на абсолютный максимум,
зарегистрированный в течение 25 лет, и учитывая экономические
аспекты, было решено построить дамбу высотой 3,4 м, что
соответствовало вероятности достижения этого уровня один раз в 70
лет. Трагедия произошла 1 февраля 1953 г., когда возникшее
наводнение преодолело этот уровень и унесло около 2 тыс. жизней, а
также вызвало огромные разрушения. Как результат было решено
поднять уровень защитной дамбы до 5 м, который возможен лишь
один раз в 10 тыс. лет. Но, тем не менее, остается некоторая
вероятность того, что уровень подъема воды может оказаться выше
дамбы.
Торнадо, штормы, ураганы, тайфуны в основном формируются
над океанами в тропиках.
Одним из коварных и неожиданно возникающих природных
образований в атмосфере является смерч (торнадо). Он представляет
собой вращающееся воронкообразное облако, которое протягивается
от основания грозового облака до поверхности земли. Характерными
скоростями ветра в торнадо является 65-120 км/ч, но иногда эта
величина достигает 320 км/ч и более. Сильнейший по последствиям
торнадо прошел в 1896 г. в Бангладеш. Погибло 1300 человек.
Тропический ураган Ада в 1970 г. привел к гибели 300 тыс.
жителей Бангладеш.
Сели, лавины, оползни, обвалы. К опасным природным явлениям в
горной местности относятся склоновые перемещения горных пород, к
которым принадлежат обвалы, сели, лавины, осыпи и оползни.
Наиболее распространены оползни и селевые потоки. Так за период с
1945 г. по 2004 г. в мире произошло 43 крупных перемещений земли
с числом жертв в каждом случае свыше 50 человек.
Оползень - это смещение грунтовых масс под действием силы
тяжести по увлажненной поверхности скального грунта. Под обвалом
понимается обрушение горных пород со скальных и относительно
сухих рыхлых крутых склонов. Эти явления возникают при
внезапном движении земли в районах с крутыми склонами и, как
правило, при наличии значительных осадков. Драматическая
ситуация возникает, если оползень или обвал происходит вблизи
населенного пункта. Так в 1903 г. в Канаде в местечке Франг
обрушилась вершина горы Тертл, низвергнув на горняцкий поселок
более 30 млн. м3 горной породы. Погибло 70 человек и была засыпана
Трансканадская железная дорога.
К числу опасных природных явлений относятся снежные лавины,
возникающие в горной местности в результате обильных снегопадов
и а счет длительного накопления снега на крутых склонах.
Наиболее актуальным лавиноопасным регионом является Большой
Кавказ, где в зимний период неоднократно регистрировались
трагические эпизоды, когда в снежных лавинах гибли люди.
Например, 27 января 1993 г. на Транскавказской автомагистрали в
снежной лавине погибло 17 человек.
Засуха относится к экстремальному взаимодействию человека и
природы. В условиях, когда осадков выпадает меньше обычного
количества, растения начинают испытывать дефицит воды и при
длительном воздействии этого лимитирующего фактора погибают. В
конце 1960-х - начале 1970-х годов засуха в Сахеле на южной
окраине пустыни Сахары привели к гибели около 100 тыс. человек.
В период длительного сохранения высоких температур высыхают
русла рек и погибают многие растения. В общем, засуха определяется
как
экстремальное
отклонение
количества
осадков
от
среднестатистического уровня, характерного для данной территории.
Принято
различать
три
типа
засух:
метеорологическая,
гидрологическая и сельскохозяйственная. Метеорологической засухой
называют ситуацию, когда наблюдается сильное временное
запаздывание осадков, в результате чего на территории возникает
дефицит влаги. К гидрологическому типу засух относят наличие
дефицита запасов воды в поверхностных слоях почвы и снижение
уровня грунтовых вод из-за снижения уровня воды в реках, озерах и
других водоемах. Сельскохозяйственный тип засухи появляется при
снижении влажности почвы ниже критического уровня, когда
возникает лимитирование роста растений. Ясно, что эти типы засух
тесно связаны, так как являются функциями характеристик
регионального гидрологического процесса.
Лесные пожары возникают по естественным и антропогенным
причинам. В среднем плотность ударов молний, например, в
тропических
лесах
и
лесах
умеренной
зоны
составляет
соответственно 50 и 5 ударов на квадратный километр. По
имеющимся оценкам от ударов молний на земном шаре ежегодно
возникает более 20 тыс. лесных пожаров. Их география определяется
климатом, а распространение и масштабность являются функциями
многочисленных факторов окружающей среды (влажность почвы,
температура, плотность и тип деревьев, рельеф и т. п.).
Как следует из сохранившихся летописных сведений, вспышки
интенсивностей лесных пожаров в прошлом приходились на периоды
засух.
Лесной пожар представляет собой опасное стихийное бедствие,
так как он уничтожает большие материальные ценности, в нем
гибнут животные и птицы, а также в зависимости от зоны горения
огонь
может
распространяться
на
населенные
пункты,
промышленные предприятия и выводить из строя высоковольтные
линии электропередачи. Помимо этого лесной пожар задымляет
большие пространства, изменяя состояние атмосферного воздуха. В
1915 г. в Западной Сибири лесные пожары охватили площадь около
14 млн. га. В среднем на территории России ежегодно возникает 1030 тыс. очагов горения леса с общей площадью 0,5-2,0 млн. га.
14.3. Техногенные экологические катастрофы
В современных условиях возникновение чрезвычайных ситуаций
обусловлено в первую очередь бурным ростом промышленного
производства, внедрением в производственную практику новейших
технологий, часто базирующихся на процессах наивысшего риска. Из
всех крупнейших промышленных аварий третья часть приходится на
последние 20 лет.
При анализе масштабов аварий и катастроф техногенного типа,
их классификации, оценке уровня людских потерь и материального
ущерба возникают серьезные затруднения из-за отсутствия обшей
научно обоснованной методики. Это обусловлено в первую очередь
сложностью выбора и определения для различных чрезвычайных
происшествий на производстве главнейших анализируемых данных,
их приоритетности, сопоставимости и т. п.
К химическим катастрофам относятся такие аварийные ситуации, которые
непосредственно связаны с химическими процессами, выходящими из-под контроля и
сопровождающиеся опасным загрязнением окружающей среды высокотоксичными или
агрессивными химическими соединениями.
К главнейшим источникам химических катастроф относятся:
 выбросы или утечка опасных химических веществ;
 возгорания
различных
материалов,
строительных
конструкций, сопровождающиеся загрязнением окружающей
среды выше допустимых пределов;
 аварии на транспорте при перевозке опасных химических
продуктов, взрывчатых и пожароопасных грузов.
Все они за счет специфичных химических свойств будут являться
главнейшими поражающими факторами для работающих на
предприятиях людей, населения прилегающих районов, оказывать
разрушающее
воздействие
на
промышленное
оборудование,
коммуникации, системы энергоснабжения и т. п.
В США было установлено, что 40% случаев аварий явились
следствием неправильного технического обслуживания оборудования;
в 25% – ошибок проектирования; в 15% – отклонений от штатного
режима работы; в 10% – конструкционных недостатков; в 5% –
развития аварий по цепочке; в 2% – стихийных бедствий, саботажа и
т. д.
В последние годы от трети до половины всех аварий химического
характера были связаны со взрывами и пожарами технологического
оборудования (реакторы, рабочие емкости, трубопроводы, смесители
и т.п.).
Главной
особенностью
химических
аварий
является
их
способность распространяться на значительной территории, где
могут возникать обширные зоны опасного загрязнения окружающей
среды. В США для каждого из опасных химических веществ, которые
могут быть выброшены в окружающую среду в результате аварии,
установлено три уровня воздействия:
1. Возникает дискомфорт у пострадавших.
2. Появляется потеря трудоспособности.
3. Возникает угроза жизни.
Чрезвычайные ситуации с «химическими» поражениями людей
представляют серьезную угрозу здоровью и жизни как для
работающего персонала, так и для населения прилегающих районов и
окружающей среды. Медицинские последствия таких аварий
долговременны и могут оказывать свое поражающее воздействие на
протяжении жизни многих поколений. Основные формы проявления
химических аварий: токсическое поражение, ожоги, травмы.
Согласно показателям токсичности (ПДК – предельно допустимые
концентрации) и опасности (ЛК50 – летальные концентрации),
химические вещества принято в настоящее время подразделять на
четыре класса:
I – чрезвычайно опасные (ЛК50 < 0,5 мг/л);
II – высокоопасные (ЛК50 0,5-5 мг/л);
III – умеренно опасные (ЛК50 5-50 мг/л);
IV – малоопасные (ЛК50 > 50 мг/л).
Токсические соединения, как правило, вызывают не только
местное поражение, но и общее отравление организма (например,
заболевания печени, дерматиты и др.). Во многих случаях
химические отравления приводят к заболеваниям, инвалидности, а
иногда к смерти.
Рекорд по загрязнению суши принадлежит России. С февраля по
октябрь 1994 года в тундре в республике Коми был прорван
нефтепровод. По разным оценкам количество разлитой нефти
варьируется от 60 тыс. до 280 тыс. т. Нефтяное пятно растянулось на
18 км.
Наибольший вред от разлива нефти произошел в 1979 году, когда
произошла авария на нефтяной платформе "Иксток-1" на юге
Мексиканского залива и выброс в море 600 тыс. тонн нефти.
1970 г., США, штат Огайо, г. Кливленд. Загорелась река Кьюяхога,
ставшая
сточной
канавой
для
химических
предприятий,
расположенных на берегу реки.
1972 г., Токио. От фотохимического смога пострадало 28 тысяч
человек.
Наибольшее количество жертв принес выброс в атмосферу,
случившийся 3 декабря 1984 года в Индии. На производящем
пестициды заводе в городе Бхопале произошел выброс в атмосферу
облака ядовитых метилизоцианатов. В результате погибло более 2500
человек.
Для выбора мер по предупреждению катастрофических пожаров и
взрывов в условиях промышленного производства, минимизации
возможного ущерба и угрозы гибели людей существенное значение
имеет анализ основных причин их возникновения. По проведенным в
США исследованиям, %: неисправности электрооборудования – 23;
курение в неположенном месте – 18; перегрев в результате трения в
неисправных узлах машин – 10; перегрев горючих материалов 8;
контакты с горючими поверхностями из-за неисправности котлов,
печей, дымоходов – 7; контакты с пламенем, возгорания от пламени
горелок – 7; воспламенения от горючих частиц (искры) из установок и
устройств для сжигания – 5; самовозгорание горючих материалов – 4;
загорание материалов при резке и сварке металла – 4.
К катастрофическому развитию пожаров приводит сочетание трех
независимых друг от друга факторов:
 наличие объектов инициирования возгорания;
 наличие
материалов
и
условий,
способствующих
распространению пожара;
 неадекватность
принимаемых
мер
профилактики
и
предупреждения пожаров.
Сильнейший по последствиям взрыв произошел в 1949 г. на
урановом руднике в Йоханнгеоргендштадте, ГДР (3700 погибших).
Сильнейшие пожары – в 1949 г. в городе Чунцин, Китай (1700
погибших).
1989 — крупнейшая в истории России железнодорожная
катастрофа под станцией Аша (Башкирия). В момент прохождения
двух пассажирских поездов произошел катастрофический взрыв
облака топливо-воздушной смеси, образовавшейся в результате
аварии на проходящем рядом трубопроводе Западная Сибирь — Урал
— Поволжье. Мощность взрыва была оценена в 300 тонн
тринитротолуола, возникший при взрыве пожар охватил территорию
около 250 гектаров. В результате катастрофы погибли 575 (по другим
данным — 645) человек, ранены более 600.
Аварийный радиоактивный выброс может возникнуть, если
нарушится циркуляция воды в теплообменнике реактора. Из-за
высокого давления сразу после аварии большая часть воды будет
выброшена из трубопровода. Это приведет к плавлению активной
части реактора. Раскаленное ядерное топливо способно проплавить
внешний корпус и попасть в атмосферу.
Всего насчитывается свыше 150 аварий на АЭС. Крупнейшей из
них считается авария на Чернобыльской АЭС. В результате
возгорания регулирующих графитовых стержней была выведена из
строя система безопасности и началось плавление активной части
корпуса реактора. При паровом расширении теплообменной воды
произошел взрыв, разрушивший реакторное здание и выбросивший
в атмосферу 180 т ядерного топлива.
Аварии на АЭС возникают из-за поломок оборудования и ошибок
операторов. Современные реакторы строятся с очень высокой
степенью надежности и рассчитаны на большие нагрузки. Так,
проектная прочность современного реактора АЭС способна
выдерживать прямое попадание бомбардировщика.
Самые крупные атомные катастрофы:
26 апреля 1986 года на четвертом энергоблоке Чернобыльской
АЭС случилась авария, из-за которой оказалась загрязнена
территория в 28200 кв. км. Радиоактивное облако прошло над всей
европейской частью СССР, Восточной Европой, Скандинавией и
Великобританией. Около 200 тысяч человек были эвакуированы из
зон, подвергшихся загрязнению.
29 сентября 1957 года на предприятии по переработке
отработанного ядерного топлива «Маяк», расположенном в закрытом
городе «Челябинск-40», вышла из строя система охлаждения. Это
привело к взрыву, в результате которого в атмосферу было
выброшено около 80 м3 ядерных отходов. Радиоактивные вещества
рассеялись на территории в 23000 кв.км.
1991 — катастрофа с Аральским морем — крупнейшее
экологическое бедствие, связанное с водой. По подсчетам экологов,
за 30 лет забора воды из рек, впадающих в Аральское море, его
уровень понизился на 14 метров, что привело к массовому
вымиранию большинства видов животных и растений Арала.
Восстановлению экосистема края не подлежит.
14.3. Моделирование и прогнозирование катастроф
Процесс исследования катастроф состоит из пяти этапов
(подготовительный, концептуальный, моделирования, автоматизации
и синтеза полученных знаний), каждый из которых, в свою очередь,
включает подэтапы.
Подготовительный этап состоит из трех подэтапов. Первый из
них включает перечень возможных катастроф. Объектами катастроф
могут быть: геооболочки Земли и отдельные ее компоненты
(природно-климатические катастрофы); население и его атрибутика
(социальные катастрофы); техногенные аварии (хозяйственнобытовые катастрофы).
Каждая группа может быть подразделена на типы катастроф. Так,
социальные
катастрофы
могут
включать
национальные,
государственные, региональные, локальные, этнические и т.д.
Природно-климатические
катастрофы
проявляются
в
виде
вулканизма, землетрясений, цунами и др. Они могут явиться
причиной крупных наводнений, оползней, селевых потоков и других
явлений.
На
территориях
размещения
известковых
пород
повсеместным является распространение карстовых процессов.
Хозяйственно-бытовые катастрофы возникают в результате
взрывов, пожаров, различных аварий.
Катастрофы могут иметь место в любой географической
обстановке, однако наиболее серьезными для человечества их
результаты проявляются в населенных пунктах. Поэтому следующий
подэтап связан с анализом территориальных особенностей районной
и городской инфраструктуры с целью выявления слабых мест.
Аварии и отказы здесь могут повлечь за собой цепочки
катастрофических процессов. Важное значение имеет третий
подэтап – ранжирование производств, технологий, разных видов
человеческой деятельности по снижению технологической и
экологической опасности на основе теории риска.
Концептуальный этап должен ответить на вопрос о принципах
разработки моделей катастроф. Концепция должна осветить условия
их возникновения и протекания, и самое главное, ожидаемые
последствия.
Существует
определенный
набор
атрибутов
концептуальной модели, которые так или иначе должны найти
отражение в любой последующей рабочей модели. К ним относятся:
1. Детальные данные о рельефе и других физико-географических
характеристиках территориальных объектов.
2. Подробные сведения о застройке, планировке населенных
пунктов, характеристиках устойчивости строений жилых домов,
промышленных объектов, сооружений транспорта и т.п.
3. Данные о населении и его размещении, суточных и сезонных
перемещениях.
4. Сведения о хозяйственных объектах, численности работающих,
параметрах воздействия на окружающую среду в условиях аварий,
оценка их экологической опасности.
5. Регламентация и координация деятельности специально
уполномоченных
органов
государственного
управления
при
катастрофах и техногенных авариях.
6. Материалы о возможных вариантах организационнотехнических мероприятий органов по чрезвычайным экологическим
ситуациям, гражданской обороне при ожидаемых катастрофах и
авариях.
7. Данные о возможных техногенных авариях и катастрофах.
8. Сведения о медицинских учреждениях, их профиле, мощности,
мероприятиях,
планируемых
учреждениями
и
органами
здравоохранения на случай катастроф и аварий.
Этап моделирования включает два подэтапа. Собственно
моделирование связано с разработкой вербальных, математических и
компьютерных моделей катастроф, а также проведением машинных
экспериментов, анализом и обобщением материалов моделирования.
Управленческий подэтап включает процесс расширения моделей и
процесс моделирования катастроф с включением специальных
инфраструктур, обеспечивающих ликвидацию последствий. Этот
процесс позволит подойти вплотную к разработке общих принципов
ликвидации последствии территориальных катастроф и техногенных
аварий.
Таким образом, основная задача этапа – создание модели,
позволяющей прогнозировать динамику развития и последствий
опасных ситуаций при катастрофах и техногенных авариях на
определенных территориях – может быть реализована только с
помощью разработки адекватной методики.
Модель образуется совокупностью данных о территориях,
характеризующих
рельеф
подстилающих
поверхностей,
антропогенный ландшафт, размещение взрывоопасных производств
и
предприятий,
являющихся
источниками
поступления
в
окружающую среду токсичных веществ, а также о зданиях,
сооружениях,
дорогах,
линиях
электропередач,
нефтеи
газопроводах, населении и т.п. Эти таблицы дополняются
характеристиками процессов распространения катастрофических
воздействий ударных волн, потоков отравляющих веществ и газов и
порожденных ими волн разрушений, трави, ожогов и иных
последствий.
Динамика
изменений
осуществляется
соответствующими
обобщенными процедурами таблиц распределений, имитирующими
законы распространения и взаимодействия распределений по
территории.
Для любых видов территориальных катастроф и аварий
важнейшим является пространственный аспект, отражаемый
картографическими методами, поиск критических областей и зон
риска,
другими
словами,
необходимо
пространственное
моделирование, в основу которого может быть положена Единая
система методов автоматического районирования и классификации.
Этап
автоматизации
включает
разработку
набора
автоматизированных рабочих мест, операционных служб ликвидации
последствий катастроф и техногенных аварий для различных
инфраструктур жизнеобеспечения. При этом важное значение имеет
разработка систем обнаружения, оценки и прогнозирования
последствий катастроф и техногенных аварий. Исходной позицией
для создания автоматизированных рабочих мест могут служить
геоинформационные системы.
Этап синтеза знаний о катастрофах является заключительным,
цель его – дать оценку социально-экономическим последствиям
катастроф и аварий; связать ее с аналитическими данными,
полученными в процессе изучения этих явлений и на основании
синтезированных данных расширить знания о специфической
теории территориальных катастроф и техногенных аварий. Для этого
также необходима методика нормативной опенки ущерба и затрат на
ликвидацию последствий.
Прогнозирование – это научно обоснованное предсказание тех
изменений, которые могут произойти в природной среде в будущем в
результате
инженерно-хозяйственной
деятельности
человека,
выполненное на основе информации, накопленной к настоящему
времени.
Для
систем
разного
ранга
разрабатываются
прогнозы
соответствующего уровня: региональный прогноз – предсказанные
изменения природной среды крупных территорий с комплексной
техногенной нагрузкой; локальный прогноз – изменения природной
среды
территории
определенного
хозяйственного
комплекса;
детальный прогноз – предсказанные изменения природных условий
территории отдельного сооружения или объекта.
В
зависимости
от
содержания
прогнозов
применяются:
ретроспективный – прогноз будущих состояний системы на основе
анализа тенденций ее прошлого развития; поисковый – предсказание
возможного состояния объекта прогнозирования в будущем на
основе изучения тенденций развития в прошлом и настоящем;
нормативный – определение путей и сроков достижения заранее
намеченных состояний объекта прогнозирования в будущем,
принимаемых в качестве цели. Нормативный прогноз, в сущности,
представляет собой программу действий, которая строится не от
достигнутого, а от желаемого.
В зависимости от временного интервала прогнозирования
прогнозы делятся на оперативные (до 1 месяца), краткосрочные (от 1
месяца до 1 года), среднесрочные (от 1 года до 5 лет), долгосрочный
(от 5до10 лет), дальнесрочный (свыше 10 лет).
Особую роль в составлении прогнозов играют устанавливаемые в
ходе многолетнего мониторинга тенденции и закономерности
изменения тех или иных параметров природной среды. На основе
режимных наблюдений различными математическими методами
строятся графики изменения тех или иных показателей. В случае
противоречивых тенденций или неопределенности в их развитии
прогноз дается в нескольких вариантах. Наилучший вариант
выбирается экспертной комиссией.
15. Саморегуляция природной среды
15.1. Иерархия геосистем
Дифференциация эпигеосферы на геосистемы регионального уровня
обусловлена
сложными
взаимоотношениями
двух
главных
энергетических факторов — лучистой энергии Солнца и внутриземной
энергии, их неравномерным распределением, как в пространстве, так и
во времени.
Каждый ранг геосистемы имеет пространственные параметры, в
пределах которых действуют конкретные соотношения ландшафтногеографического порядка. По этому признаку геосистемы при
обобщении сводятся к трем порядкам размерности: планетарному,
региональному, топологическому.
Количество поступающей коротковолновой радиации Солнца на
единицу площади земной поверхности уменьшается от экватора к
полюсам вследствие шарообразности Земли. С этим связано
закономерное изменение всех физико-географических процессов и в
целом геосистем по широте, называемое географической (широтной)
зональностью Зональность имела бы математически правильный
характер, если бы вся поверхность земного шара была однородной по
своему составу и не имела бы неровностей. В действительности же
картина зональности оказывается много сложнее.
Уже
в
атмосфере
поток
солнечных
лучей
подвергается
преобразованию. Здесь часть его отражается от облаков и рассеивается
в мировом пространстве. В силу подвижности воздушной среды
образуются
циркуляционные
пояса
с
воздушными
массами,
обладающими неодинаковой прозрачностью по отношению к солнечным
лучам. Над экватором в атмосфере много облаков, которые сильно
отражают и рассеивают коротковолновую радиацию, тогда как в
тропиках воздух наиболее сух и прозрачен. Поэтому максимальное
количество лучистой энергии Солнца приходится не на экватор, а на
пояса между 20-й и 30-й параллелями в обоих полушариях.
Важнейшим следствием зональности радиационного баланса и
циркуляции атмосферы является зональное распределение тепла и
влаги. Запасы тепла на земной поверхности изменяются в общем
соответствии с радиационным балансом, а также среднемесячных
температур, в особенности теплых месяцев. Однако зональные
изменения увлажнения имеют иной, более сложный характер.
Чтобы судить о влагообеспеченности геосистем, необходимо
сопоставить ее с величиной испаряемости. Испаряемость — это то
количество влаги, которое могло бы испариться в данных условиях при
допущении, что ее запасы неограниченны. Испаряемость характеризует
как бы потребность геосистемы во влаге, ее предельное количество,
которое может “работать” в природном комплексе. В общих чертах
распределение
испаряемости
повторяет
зональные
кривые
теплообеспеченности, с особенно резким максимумом в тропиках (до
4000-5000 мм в год) и минимумом в приполярных широтах (менее 100
мм в год). Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости
— так называемый коэффициент увлажнения Г. Н. Высоцкого — Н. Н.
Иванова (К) — может служить наиболее объективным показателем
атмосферного
увлажнения.
При
К1
увлажнение
избыточное
(наблюдается в высоких широтах — примерно к северу и к югу от 50-й
параллели), а при К<1 — недостаточное (в тропиках, где К практически
приближается к нулю).
От соотношения тепла и увлажнения зависит интенсивность других
физико-географических процессов и их зональная дифференциация. К
наиболее удачным из интегральных количественных показателей
относится показатель биологической эффективности климата ТК,
предложенный Н. Н. Ивановым. Он представляет собой произведение
суммы активных температур Т (выраженных в сотнях градусов Цельсия)
и коэффициента увлажнения К (причем предельной величиной К
считается 1.0, так как увеличение избытка влаги сверх единицы не
оказывает положительного влияния на биоту и на функционирование
геосистем). ТК изменяется от 0 в приполярных широтах до 100 в
приэкваториальных. Синтетическим показателем, наиболее полно
отражающим интенсивность функционирования геосистем, может
служить биологическая продуктивность, меняющаяся от полюса к
экватору также как и показатель биологической продуктивности
климата.
Закон зональности имеет универсальное географическое значение,
прямо или косвенно проявляющееся во всей эпигеосфере. Свое
комплексное выражение он находит в формировании ландшафтных зон
— крупнейших геосистем регионального уровня.
Между зональностью и секторностью существуют сложные
соотношения. Каждая зона претерпевает определенные трансформации
при переходе из одного сектора в другой. Некоторые зоны присущи
только
определенным
секторам,
например,
зона
влажных
субтропических лесов приурочена к восточному приокеаническому
(муссонному) сектору, а все пустыни связаны с внутриматериковыми
секторами.
В результате каждому долготному сектору присущ специфический
набор, или “спектр”, широтных зон, или, лучше сказать, своя система
зон. Восточная периферия материков отличается наиболее обильным
увлажнением, и здесь господствуют лесные ландшафты разных
зональных типов — от таежных до экваториальных. Степи,
полупустыни, пустыни нигде не заходят в восточные приокеанические
секторы. В западных секторах для тропических широт характерна
аридность и зона пустынь достигает океанических берегов; только в
этих секторах развита средиземноморская зона. Во внутриматериковых
секторах площадь занимают зоны тропических, субтропических и
суббореальных (умеренного пояса) пустынь.
Особенностью азональности является то, что в ней латеральная
(“горизонтальная”) дифференциация сочетается с вертикальной. Один
из главных признаков всякой морфоструктуры — ее высотное
положение по отношению к уровню Океана. С этим связано ярусное
строение сферы наземных ландшафтов. Два главных высотных яруса —
равнинный и горный — подразделяются: первый — на низины и
возвышенности, второй — на низко-, средне-, и высокогорья. Это
деление имеет важное физико-географическое значение, поскольку все
свойства геосистем существенно изменяются по ярусам, и прежде всего
в силу уменьшения запасов солнечного тепла с высотой.
С высотными различиями связано еще одно важное географическое
следствие — так называемый барьерный эффект. Неровности земной
поверхности служат препятствиями на пути движения воздушных масс,
вызывая их восходящие движения и способствуя выпадению осадков.
Поэтому
наветренные
склоны
даже
сравнительно
невысоких
возвышенностей (например, Валдайской) получают за год на 150—200
мм больше осадков, чем прилегающие низменности. Если учесть, что
одновременно происходи некоторое понижение температуры воздуха
(примерно на 0.5оС на каждые 100 м высоты), то станут понятными
многие существенные различия в природе рядом расположенных низин
и возвышенностей. В лесостепной зоне, например, леса на
возвышенностях распространяются значительно дальше к югу, чем на
низменностях.
Совместное географическое действие высотного (гипсометрического)
и барьерного эффектов особенно ярко проявляется в горах, где
амплитуды высот измеряются тысячами метров. Горам свойственна
высотная поясность (или вертикальная зональность, как ее определил
еще В. В. Докучаев). Высотный температурный градиент в сотни раз
превышает широтный. Поэтому, поднявшись на несколько тысяч
метров, можно наблюдать смену высотных поясов, напоминающую в
сильно сжатом виде последовательность широтных зон на протяжении
тысяч километров. Если температурные условия в горах находятся в
прямой
зависимости
от
высоты,
то
изменения
увлажнения
определяются барьерным эффектом: по мере поднятия воздушных масс
перед горным барьером вначале происходит быстрое увеличение
осадков, но затем запасы влаги иссякают и осадки уменьшаются.
Итак, причины региональной дифференциации эпигеосферы
многообразны, они создают множество природных рубежей, которые
разделяют структурные подразделения, или физико-географические
регионы,
имеющие
разную
природу.
Каждой
региональной
закономерности отвечает своя система регионов. Уже отмечалось, что
зональность конкретизируется в системе ландшафтных зон (которые
подразделяются на единицы второго порядка — подзоны), секторность
— в системе ландшафтных секторов. Азональная дифференциация
выражается в системе физико-географических, или ландшафтных,
стран (например, Русская равнина, Урал, Западно-Сибирская равнина),
которые подразделяются на ландшафтные области (например,
Полесская, Среднерусская, Прикаспийская).
На переходе от региональной дифференциации к локальной
расположена узловая ступень геосистемной иерархии, а именно
ландшафт, который завершает систему физико-географических
регионов и служит “точной отсчета” для анализа локальных
географических закономерностей. Локальные различия обусловлены
функционированием и развитием самого ландшафта, т.е. действием
внутренних
процессов,
присущих
различным
ландшафтам,
в
особенности таких, как эрозионная и аккумулятивная деятельность
текучих вод, работа ветра, жизнедеятельность растений и животных.
Эти процессы формируют скульптуру земной поверхности, т.е. создают
множество разнообразных мезо- и микроформ рельефа и в конечном
счете элементарных участков, или местоположений, — вершин, склонов
разной крутизны, формы и экспозиции, подножий, впадин и т. д.
При одних и тех же зональных и азональных условиях, т.е. в одном и
том
же
ландшафте,
может
создаваться
большая
пестрота
местоположений и происходит перераспределение солнечной радиации,
влаги и минеральных веществ по этим местоположениям. В результате
каждое
местоположение
будет
характеризоваться
своим
микроклиматом, тепловым, водным и минеральным режимом.
Например, в таежной зоне дневные температуры на северных склонах
холмов или долин на несколько градусов ниже, чем на южных (и чем
круче склоны, тем больше разница); впадины, как правило, холоднее,
чем склоны. Из-за стекания атмосферных осадков по склонам
понижения и впадины более увлажнены; ветер сдувает снег с
наветренных склонов и переоткладывает его на подветренных. От
мощности
снега
зависит
глубина
промерзания
почвы,
а
продолжительность залегания снежного покрова влияет на длительность
вегетационного периода. По действием склонового стока на вершинах и
крутых склонах обнажаются коренные породы, а у подножий
накапливается мелкозем.
Благодаря избирательной способности организмов к условиям среды
биоценозы дифференцируются по местоположениям. На теплых склонах
появляются сообщества, свойственные более южной ландшафтной зоне,
а у сообществ одного типа на теплых и хорошо увлажненных
местоположениях весь годовой цикл вегетации проходит в более
короткие сроки и продуктивность вообще. Особенно большие локальные
контрасты биоты связаны с перераспределением влаги в ландшафте по
местоположениям.
В конечном итоге в результате взаимодействия биоценоза с
абиотическими
компонентами
конкретного
местоположения
формируется
элементарная
геосистема
—
фация,
которая
рассматривается как последняя (предельная) ступень физикогеографического деления территории.
В пределах каждого ландшафта локальные системы создают
специфические
территориальные
сочетания,
или
морфологию
ландшафта. В плане морфология ландшафта имеет вид характерного
мозаичного рисунка, например в форме чередующихся полос грядовых
и ложбинных комплексов, или дендритовидного узора, создаваемого
овражно-балочным расчленением, или множества мелких либо крупных
округлых пятен, соответствующих мерзлотно-просадочным, карстовым
и другим образованиям, и т. д. В профиле же морфология ландшафта
характеризуется сопряженными рядами фаций, связанными сквозными
вещественно-энергетическими потоками, миграцией вещества от
водораздельных местоположений к подножиям, впадинам, долинам.
Таким образом, ландшафт определяется как генетически единая
геосистема, однородная (неделимая) по зональным и азональным
признакам и заключающая в себе специфический набор сопряженных
локальных геосистем. Отсюда однородность ландшафта — двояка: с
региональной точки зрения — это одинаковость зонального и
азонального “фона”, а с морфологической — как однородное сочетание
локальных геосистем.
В понятие структура ПТК входит не только состав его элементов,
но и связи – вещественные, энергетические, информационные. Именно
связи между элементами геосистемы и создают ее целостность. Но
одновременно каждый ПТК – система открытая, получающая вещество,
энергию, информацию извне и передающая их другим геосистемам.
Различают связи прямые и обратные. Обратные связи делятся на
положительные и отрицательные. При положительных обратных
связях эффект внешнего воздействию усиливается системой и может
привести к быстрому ее разрушению. Отрицательная обратная связь –
это, когда эффект внешнего воздействия ослабляется, а сама система
продолжает оставаться в пределах своего инварианта. Отрицательные
обратные связи – это сопротивление системы внешнему воздействию,
они олицетворяют более высокую устойчивость геосистемы, т.е. ее
способность оставаться самой собой, несмотря на внешнее воздействие.
Добавим к этому, что каждый из компонентов ПТК, а зачастую и
каждый его элемент, имеют характерное время. Характерным
временем существования ландшафта можно считать время от его
зарождения до перехода в новое качество. Оно складывается из времен
компонентов, элементов, процессов, в том числе циклических. Отсюда
наличие в любом ландшафте наряду с наиболее типичными реликтовых
и новых элементов, отсутствие жесткой детерминированности
межкомпонентных связей, довольно частая «размытость» границ,
имеющих характер переходных полос – экотонов.
15.2. Состояния геосистем
Геосистемы представлены разного вида коренными структурами и
переменными состояниями, подчиненными определенному инварианту.
Изменение инварианта (вместе со всеми сопровождающими его
состояниями и коренной структурой) происходит при эволюции
(необратимом превращении) геосистем. Различные трансформации
структуры
при
постоянном
инварианте
знаменуют
динамику
геосистемы.
Под состоянием геосистемы понимается соотношение параметров,
характеризующих ее в какой-либо промежуток времени, в котором
входные
воздействия
(солнечная
радиация,
осадки
и
т.п.)
трансформируются в выходные функции (сток, гравитационные
потоки, прирост фитомассы и т.д.).
Речь должна идти не столько о гравитационных, сколько о
динамических свойствах массы, т. е. тех, что определяют ее инерцию.
Масса геосистемы как мера ее инерции определяется поступлением в
геосистему вещества и энергии извне, а также интенсивностью
формирования за их счет в пределах геосистемы компонентов более
высокой сложности. В обоих случаях речь идет не о всех, а о
критических показателях. Геосистема, как всякая открытая система,
функционирует при условии постоянного ввода вещества извне. При
этом основное значение имеет поступление солнечной радиации и
влаги. То и другое может рассматриваться как необходимое условие для
сохранения упорядоченности как поглощение негэнтропии, за счет
которой в геосистеме происходят сложные преобразования.
Солнечное излучение – основной источник негэнтропии. Величина
радиационного баланса (разности между приходом и расходом лучистой
энергии) существенно колеблется по отдельным фациям. Влияют
местные особенности рельефа, растительного покрова, физических
свойств почвы и другие факторы.
Для геосистем топологического порядка в качестве источника
негэнтропии можно рассматривать поступающую в геосистему из ее
окружения влагу.
Часть этой влаги для геосистемы – транзитная, так как она уходит за
ее пределы, в некоторых случаях проделав при этом эффективную
работу. Например, влага, потраченная на транспирацию – необходимое
условие накопления биомассы. Перемещая твердые частицы грунта,
потоки влаги формируют новообразования микрорельефа и др. Во
всяком случае, негэнтропия подразумевает всю влагу, которая, поступая
в геосистему, резервируется в ней, идет па построение живого
вещества, накопляется в гумусе и затрачивается на другие физикохимические процессы, продукты которых остаются в геосистемах.
Такую влагу мы условно именуем конституциальной для геомера или
геохоры. Однако на массу геосистемы влияет и общее количество
поступающей влаги, в том числе в известной мере и транзитная влага.
Количество влаги может быть определено расчетным путем, но не
иначе как при наличии всех необходимых данных о влагообороте
биогеоценоза, который последние годы исследуется лабораторными
методами в поле.
В частности, необходимо изучение водного режима фаций на всей
площади небольших водосборов, для которых возможно полностью
определить водный баланс посредством наблюдений на стоковых
площадках и учета стока на створах. Небольшие водосборные
пространства часто совпадают с пределами одной или двух-трех
элементарных геохор. Поэтому полученные результаты будут иметь
непосредственное геотопологическое значение. Кроме того, они
послужат исходными для расчета влагооборота фаций.
Затруднен учет количества влаги, просачивающейся через почвы в
грунты и выходящей за пределы фации через нижний ее рубеж. В этом
отношении очень важно изучение режима влажности почв.
Определение влажности почв по фациям и структуры водного
баланса в разных природных комплексах с учетом поверхностного и
грунтового стоков ведется на сибирских физико-географических
стационарах, где на влагооборот, кроме всего прочего, значительное
влияние оказывает мерзлотный режим почв.
Таким образом, в настоящее время приходится довольствоваться
преимущественно общими соображениями о количестве поступающих в
геосистему лучистой энергии и воды, основываясь при этом на
экспериментах, лишь частично подтверждающих их фактическими
данными. Для полного учета этих поступлений экспериментальным
путем предстоит еще разработать надлежащую методику, приемлемую
для использования при географических исследованиях. Это необходимо,
так как только за счет негэнтропии геосистемы в состоянии сохранять
свой уровень, а одновременно, как и многие другие открытые системы,
«развиваться в сторону увеличения порядка и сложности».
Массу геосистем характеризуют, однако, не только вещество и
энергия, внесенные извне. Последние подвергаются в открытых
системах различным реакциям и преобразованиям, что приводит к
возникновению компонентов более высокой сложности. В значительной
мере эти преобразования определяются анаболизмом и завершаются
накоплением живого вещества или биомассы. Здесь мы имеем дело с
биотической продуктивностью, которой в последнее время посвящено
множество опубликованных работ, к сожалению, только отчасти
освещающих этот вопрос в аспекте функционирования геосистем в
целом.
Органическое вещество почвы и другие виды материи, в
образовании которых принимают участие организмы (в том числе
микроорганизмы), – продукт тех же превращений за счет негэнтропии,
и их необходимо учитывать при определении массы геосистем.
Вопрос должен ставиться об общем запасе органического вещества в
геосистеме, его приросте за год, распаде и выходе за пределы
биогеоценоза за тот же срок. Установление этих параметров
применительно к спонтанным условиям топосистем при нынешних
методах учета биомассы встречает большие трудности. Поэтому мы
вынуждены искать упрощенные пути решения вопроса. Очевидно, все
названные
показатели
в
спонтанных
условиях
находятся
в
определенном соответствии с ежегодными продукцией надземной
фитомассы и количеством этой массы, идущей в распад.
Встает вопрос об изучении степени прочности связи между всеми
составляющими круговорот биомассы (накопление – преобразование –
распад – выход за пределы биогеоценоза). Результаты этих исследований
дадут возможность по отдельным, наиболее доступным для определения,
компонентам судить о балансе живого и биокосного вещества.
Масса живого вещества – не только продукт геосистемы, но и
отражение ее организованности. Биологическое сообщество, которое мы
рассматриваем как блок геосистемы, запрограммировано так, что оно
выбирает
стратегию
максимальной
биомассы.
Эта
стратегия
осуществляется в рамках открытой природной системы в зависимости
от ее потенциала, структурных возможностей и воздействия на
геосистему окружающей ее среды. Биомасса, что может быть выявлено
при разностороннем анализе, характеризует многие особенности
геосистемы, ее инерцию и динамические тенденции. В этом отношении
она представляет большой интерес для исследователей.
Вопросы, которые обсуждаются, в том числе проблемы ввода
негэнтропии в геосистемы и формирование в них компонентов большей
сложности, относятся к разделу энергетики природной сферы – в
перспективе важнейшего в учении о геосистемах. Проблемы энергетики
должны рассматриваться также в планетарном, региональном и
топологическом аспектах.
15.3. Стабилизирующая динамика
Стабилизирующая динамика способствует тому, что видовые и
родовые признаки фаций и геомов удерживаются во времени, несмотря
на многочисленные воздействия извне на структуру геосистемы.
Стабилизирующая динамика геосистем не менее значима, чем
преобразовательная, однако до сих пор она очень мало изучена.
Под саморегуляцией понимается приведение геосистемы в
устойчивое состояние в процессе ее функционирования. Саморегуляция
обеспечивает относительное равновесие всей системы.
Саморегуляция удерживает переменные структуры геосистем в
серийном ряду развития на некоторый период времени в определенных
границах. Долговечность серийных фаций (а также их растительных,
почвенных и других компонентов) во многом зависит от присущего этим
фациям стабилизирующего начала.
Саморегуляция в зависимости от сопровождающих ее условий
определяет в одних случаях дискретность, в других – непрерывность
изменения структур на определенном пространстве (конечно, тип
природных рубежей зависит не только от саморегуляции).
Саморегуляция определяет относительное равновесие геосистемы
при спонтанном ее развитии. Она заметно проявляется при
рациональной мере воздействия на геосистему извне (сенокошение,
выпас, нормированная рубка деревьев, рациональное водопользование
и др.).
При значительных нарушениях структуры геосистемы роль
саморегуляции снижается, но в полной мере она не может быть
устранена. Всегда остается радиационный фактор и региональные
особенности климата, под влиянием которых коренная структура
природной среды при соответствующих условиях имеет шансы в той
или иной степени восстановиться, что, однако, требует большого
промежутка времени. Геосистемы с нарушенной структурой делятся, по
крайней мере, на две категории: 1) способные воспроизвести
первоначальную
структуру
за
счет
факторов
саморегуляции
топологического порядка; 2) коренным образом изменившие свою
структуру, восстановление которой допустимо в очень длительный срок
под воздействием планетарно-региональных движущих сил.
Таким образом, саморегуляция – это составная часть сложного
процесса восстановления нарушенной структуры геосистемы. Причем
действенность ее тем большая, чем ближе нарушенная структура к
изначальной.
Как правило, саморегуляция наиболее действенна в оптимальных
условиях тепла и влаги. В южных районах тайги она выражена сильнее,
чем в северо-таежных ландшафтах. Если при внешних воздействиях на
геосистему изменен ее водный режим в сторону дефицита влаги,
эффективность саморегуляции значительно снижается.
В спонтанных условиях саморегуляция направлена главным образом
на обеспечение равновесия геосистем, которое нарушается различными
отклонениями факторов среды от средней нормы по ходу временных
циклов (периоды засухи; резкие, случающиеся раз в десятилетие,
похолодания; взрыв размножения вредных насекомых и других
животных; колебание уровня грунтовых вод; деформация, вызванная
эрозией и различными катастрофическими явлениями, и др.).
15.4. Стабилизирующие связи
Обратные связи в геосистемах играют очень важную роль.
Положительные обратные связи, как представляли первоначально,
всегда
усиливают
цепные
реакции,
сопровождающие
преобразовательную
динамику.
Отрицательные
обратные
связи
способствуют
восстановлению
равновесия,
т.
е.
определяют
саморегуляцию. Например, отрицательная обратная связь на некоторых
фазах деградации оледенения способствует устойчивости ледников при
восстановлении теплого климата. Другой пример – пенепленизация
прекращается, когда уклоны становятся очень небольшими.
Саморегуляция возможна, если связи, присущие системе, не
абсолютно устойчивы, что и имеет место в природе в отношении всех
главнейших связей, определяющих коренной биогеоценоз и любую
геохору. Нередко исследователи необоснованно придают слишком
большое значение высоким показателям связи (коэффициентам
корреляции) между отдельными природными явлениями.
Сами по себе эти высокие коэффициенты корреляции не служат
гарантией
постоянной
значительной
взаимообусловленности
соответствующих явлений и существования между ними жесткой связи.
Высокий коэффициент корреляции в изменчивой обстановке
геосистемы может проявляться при определенных непродолжительно
действующих условиях и не оставаться постоянным не только в
многолетнем, но и в годичном цикле.
Системы, в которых отдельные части плотно пригнаны друг к другу,
где немыслимо сосуществование этих частей при уклоняющихся
соотношениях, должны быть крайне неустойчивыми, эфемерными и, по
существу, нереальными.
Геомер, функции которого жестко лимитированы определенными
показателями тепла или влаги, в засушливый период или в годы
похолодания распадается как структурный тип. Саморегуляция геомера
возможна,
если
связи
между
его
компонентами
допускают
определенную амплитуду показателей корреляции. Это обязательное
условие всякой устойчивой организации. Связи внутри организации не
должны быть абсолютно устойчивыми, чтобы строгая определенность
одних ее частей не исключала возможности изменения каких-то других.
Некоторая «свобода» в особенности является обязательным условием
связи
биотических
и
абиотических
компонентов
геосистемы.
Растительность и животное население очень чувствительны к
периодическим изменениям теплового режима и фактора увлажнения,
которые
на
протяжении
20-60-летнего
периода
значительно
осциллируют
во
многих
геосистемах.
Для
установления
соответствующих зависимостей необходимо прибегать, поскольку здесь
обязателен стохастический подход, к статистическим методам.
Статистическая теория в состоянии обеспечить; нужные результаты, т.
е. количественно выразить зависимость между элементами геосистемы с
учетом их осцилляций в многолетнем цикле.
Менее ясен вопрос, какие параметры биоты надлежит сравнивать с
показателями теплового и водного режимов? В частности, это касается
растительности геомера, которая сама по себе представляет подсистему
со своим комплексом отрицательных и положительных обратных связей.
Блоки надземной растительности, почвенных микроорганизмов и
различных популяций животного населения – это подвижные
составляющие геосистемы, которые надо характеризовать так, чтобы
при этом выявились главнейшие колебания в состоянии биоты,
проявляющиеся в разные годы. Если мы останавливаемся на признаках
видового состава, то в расчет могут приниматься только виды
доминанты и детерминанты, которые остаются таковыми при всех
присущих геосистеме колебаниях гидротермического режима и других
факторов.
Практически функционально связанные друг с другом компоненты
геосистем в отдельные годы характеризуются высокими показателями
корреляции, а в другие годы названные показатели снижаются. Это
надо рассматривать как отражение саморегуляции и как результат
способности системы стабилизировать на некоторое время свои
структурные особенности. Наряду с этим такое поведение геосистемы
свидетельствует о некоторой автономности отдельных блоков и
микросистем, что во многих случаях прежде всего является фактором
саморегуляции геосистемы в целом.
Кибернетическая система состоит из многих элементарных
управляющих систем. В геосистеме они, как правило, не выражены
морфологически и не соответствуют ни синузиям, ни парцеллам.
Элементарные микросистемы определяются устойчивыми прямыми или
обратными связями между элементами макросистемы. Пример – уже
упоминавшиеся
микросистемы:
влага–растительность,
тепло–
растительность и другие, аналогичные им, связи в геомерах.
Расчленение биогеоценоза на микросистемы лучше всего выявляется
при моделировании. Таким образом, микросистемы в геотопологии – это
функциональные совокупности: два-три взаимодействующих элемента
геосистемы, не способные к изолированному существованию; это своего
рода низшие уровни управления, совокупность которых образует
биогеоценоз. В каждом отдельном случае действуют свои, наиболее
существенные, микросистемы, определяющие структуру геомера, в том
числе и его динамику. В динамическом аспекте микросистемы подобны
шестерням в передаче движения, стимулирующего преобразовательное
и стабилизирующее начала в геотопологии.
Микросистемы,
составляющие
биогеоценоз,
характеризуясь
различными типами связей, взаимодействуют друг с другом и
усиливают или сглаживают эффект различных внешних воздействий.
Большая устойчивость коренных фаций со сложной структурой по
сравнению со многими серийными, структура которых примитивна,
нередко усматривается даже при маршрутных исследованиях.
Таким образом, биота может рассматриваться как стабилизирующее
начало в геосистеме, и чем разнообразнее и сложнее биотическое
сообщество, тем это начало более действенно. Большую роль в этом
играет пластичность биоты. Она, например, способствует тому, что
локальный водный баланс может сохранять свое значение при
ощутимых колебаниях в увлажнении земной поверхности (колебание в
обводненности тканей, флуктуация видового состава применительно к
возможности транспирации, изменения сосущей силы почв и др.). Как
показывают наблюдения, в засушливые годы сокращается число
обильно транспирирующих растений. Кроме того, транспирация
вегетирующих видов в засушливые годы в 10-15 раз меньшая, чем в
годы оптимального увлажнения. Общеизвестна очень большая роль
растительности как фактора, ослабляющего интенсивность эрозионных
процессов, особенно на склонах, где при уничтожении ее местами
происходит смыв всего почвенного покрова и выход на дневную
поверхность коренных горных пород.
Динамические тенденции в почвенном покрове во многих случаях
стабилизируются в результате жизнедеятельности микроорганизмов.
Проблемы саморегуляции геосистем и их стабилизирующей
динамики определены и сформулированы. Теперь предстоит разработка
их в теоретическом аспекте и экспериментально на географических
стационарах. Точные исследования в природе в первую очередь должны
касаться изучения обратных связей в различных микросистемах –
биотических и абиотических. В этой области мы уже имеем некоторые
сведения и частично владеем методами исследования. Здесь очень
перспективны моделирование обратных связей микросистем и
различные количественные определения методами математической
статистики. Следующий этап – это решение вопросов саморегуляции
геосистем в целом, что осуществимо путем сопоставления результатов
изучения обратных связей микросистем и анализа взаимоотношений
микросистем друг с другом.
16. Геоэкологический мониторинг
16.1. Назначение геоэколонического мониторинга
Мониторинг – система наблюдений, оценки и прогноза состояния
природной среды (не включая управление качеством природной
среды) [.
Принципы
построения
глобальной
системы
мониторинга
биосферы были впервые сформулированы в 1971 г. экспертами
специальной комиссии. В 1972 г. на Стокгольмской конференции
ООН по окружающей среде было предложено организовать Службу
Земли. Компонентами Службы Земли были предложены глобальная
система мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Основная задача
ГСМОС была определена как задача раннего предупреждения о
естественных или антропогенных изменениях состояний природной
среды, которые могут нанести прямой или косвенный ущерб
здоровью или благосостоянию людей.
Концепция комплексного глобального мониторинга получила
всеобщее признание. В ряде стран созданы и функционируют
национальные системы комплексного мониторинга, а ряд систем
мониторинга действует под эгидой международных организаций.
Одной из них является ЮНЕП.
ЮНЕП – Совет управляющих Программы ООН по проблемам
окружающей среды, одной из основных задач которого являлось
создание
глобальной
система
мониторинга.
Приоритетным
направлением в системе глобального мониторинга признано
осуществление наблюдений за уровнем загрязнений природной
среды. Важнейшей составляющей ГСМОС является общеевропейская
система мониторинга и экологической информации, призванная
среди других задач рассмотреть трансгрессию загрязнения воздуха и
водных пространств. Это многоцелевая информационная система,
основными
направлениями
деятельности,
задачами
которой
являются:
1) систематическое наблюдение за состоянием окружающей
природной среды и факторами, на нее воздействующими;
2) оценка фактического состояния природной среды, определение
степени техногенного воздействия на нее;
3) прогноз состояния окружающей природной среды..
Система мониторинга должна охватывать:
1) глобальную систему, обеспечивающую оценку состояния
природной среды и ее отдельных элементов в глобальном масштабе;
2) подсистемы национального мониторинга, проводимого в рамках
одного государства, для оценки состояния среды и принятия мер на
национальном уровне;
3) локальные районы.
Наблюдения в системе мониторинга могут осуществляться по
физическим, химическим и биологическим показателям. Для
определения динамики состояния изучаемого элемента природной
среды измерения должны повторяться через определенные
интервалы времени, а по важнейшим показателям должны быть
непрерывными. Система наблюдений может быть построена на
основе точечных измерений (на станциях) и дистанционных
наблюдений или на основе площадных съемок и получения
интегральных
показателей;
возможно
и
целесообразно
комбинирование этих приемов.
Основной задачей геомониторинга природной среды на
современном этапе является выработка принципов, новых методов и
механизмов природоохранной политики, с целью контроля, слежения
за
уменьшением
антропогенно-техногенного
воздействия
на
геосферы. Задачей геомониторинга является не только борьба с
природными и природно-техногенными катастрофами, но и прогноз,
предупреждение и принятие экстренных мер по их предотвращению
или смягчению последствий для сохранения условий жизнеобитания.
1 проблема геоэкологии связана с изучением прогноза и оценки
устойчивости
природной
среды
в
условиях
различных
геодинамических
напряжений.
Оценка
качественной
и
количественной устойчивости геологической среды и рельефа может
быть более точно оценена только при комплексных исследованиях на
междисциплинарном уровне. Выделяют четыре основных формы
антропогенно-техногенного воздействия на геологическую среду, в
том числе и на рельеф:
1) изменение облика земной поверхности (вырубка лесов,
осушение болот, распашка целинных залежных земель, создание
водохранилищ,
открытые
разработки
полезных
ископаемых,
активизация экзогенных геологических процессов);
2) изменение состава биосферы;
3) изменение теплового баланса атмосферы;
4) изменение видового разнообразия фауны и флоры.
2
проблема
геоэкологии
связана
с
геоэкологической
паспортизацией
природных
объектов].
Для
паспортизации
необходимо:
1)
проведение
эколого-геоморфологического
районирования
природно-территориальных комплексов;
2) разработка единого подхода к составлению геоэкологических
паспортов природных объектов;
3) разработка требований к составлению геоэкологических
паспортов природных объектов, как к единому природоохранному
документу, который может быть использован при составлении
земельного, водного и городского кадастров;
4) создание ГИС с банками данных для систематизации и
хранения геоэкологических паспортов природных объектов, с учетом
как административной субординации, так и всех природноклиматических
особенностей,
связанных
с
географической
зональностью в пределах исследуемых регионов;
5) проведение геоэкологической паспортизации (ГЭП) природных
объектов в трех градациях (региональной, локальной, частной):
- региональная - бассейны главных рек, водоразделов;
- локальная - отдельные речные системы;
- частная - отдельные природные объекты, трассы, карьеры,
разработки отдельных месторождений.
В геоэкологическом паспорте должны быть отражены не только
природные геодинамические характеристики, но и природнооценочная информация о последствиях влияния антропогеннотехногенных факторов на окружающую природную среду и
рекомендации их устранения. Поэтому с введением геоэкологической
паспортизации потребуется решение ряда вопросов о кадровом
обеспечении и новом экологическом воспитании всех специалистов,
имеющих какое-то отношение к исследованиям и к использованию
природных ресурсов.
3 проблема геоэкологии связана с изучением с выявлением зон
повышенного геоморфологического риска и геодинамических
напряжений, с определением геоэкологического потенциала. Решение
этой проблемы дает возможность определить, насколько рельеф
земной поверхности в состоянии выдержать нагрузку влияния
антропогенно-техногенного фактора.
С активным освоением природных ресурсов в различных
природно-климатических условиях, без учета специфических
экзоморфодинамических и эндоморфодинамических особенностей
осваиваемых
регионов,
возникли
зоны
повышенного
геоморфологического риска и геодинамических напряжений,
сопровождаемые катастрофическими процессами геоморфогенеза.
4 проблема геоэкологии связана с изучением геоэкологических
экстремальных ситуаций и разработкой методов их предотвращения.
Для обеспечения объективного геоэкологического надзора за
состоянием окружающей среды и рельефом необходимо природу,
экономику и социальные проблемы рассматривать как единую
систему.
Подходы
геоэкологических
исследований
должны
объединять комплексные геолого-геоморфологические, ландшафтные,
геохимические,
морфометрические,
геодезические,
фотограмметрические методы с анализом повторных ревизионных
съемок
нивелирования,
с
использованием
аэрокосмических
фотоматериалов.
Экстремальные ситуации обычно возникают при перегрузке и
недооценке устойчивости подстилающих горных пород, неудачных
проектных
решений
без
учета
специфических
природноклиматических условий и влияния экзогенных геологических
процессов в тундре, тайге, степной и пустынных зонах; при
некачественных сооружениях и нарушениях правил эксплуатации;
при непредвиденных природных катастрофах (землетрясениях,
оползнях, обвалах, провалах, лавинах).
Выявление геоэкологического потенциала современного рельефа,
основанного на геодинамических, ландшафтных и социальноэкономических показателях, дает возможность конкретно оценить
геологическую
ситуацию,
а
именно:
степень
опасности
(катастрофическую,
сильную,
умеренную,
слабую);
элементы
динамики эндогенных и экзогенных процессов рельефообразования;
а также состояние природных условий в данный момент
исследования.
5 проблема геоэкологии связана с изучением особенностей
рельефа земной поверхности для выделения районов захоронения
промышленных, радиоактивных отходов и расширения зон
урбанизации.
6 проблема связана с повышением извлечения минеральных
ресурсов и уменьшением потерь при добыче и транспортировке
полезных ископаемых. При добыче твердых полезных ископаемых
для уменьшения их потерь необходимо выбрать наиболее
эффективные методы обогащения руд, характер их транспортировки
и длительность хранения, а самое главное - места захоронения
промышленных радиоактивных отходов с учетом современного
рельефа,
уровня
грунтовых
вод,
возможности
засоления,
заболачивания.
7
проблема
связана
с
разработкой
мероприятий
по
максимальному снижению отчуждения земельных участков под
горные, открытые, карьерные разработки полезных ископаемых, для
снижения разрушения при шахтной угледобыче; ликвидации
шахтных терриконов; засыпке обрушений, оврагов; рекультивации
земель вновь созданными ландшафтными, лесными посадками на
месте выработок.
8 проблема связана с охраной чистоты воздушных и водных
ресурсов при добыче полезных ископаемых. Так, самым большим
загрязнителем вод является нефть. Известно, что один грамм
нефтепродуктов загрязняет и делает непригодным к употреблению
сто литров воды.
9
проблема
связана
с
созданием
банка
данных
для
компьютеризации геоэкологического мониторинга районов активного
освоения природных ресурсов Сибири и с приближением
пользователей к центрам ГИС для получения геоэкологической
информации,
необходимой
для
последующего
анализа
при
проведении
ревизионно-прогнозно-оценочных
природоохранных
мероприятий.
Разработка новых технологий и технологических средств
геоинформационных систем должна концентрировать результаты
всех
комплексных
геолого-геоморфологических,
геодезических,
гидрологических, биологических исследований. Это позволит поднять
геоэкологические исследования на новый уровень, объединить
результаты исследований различных организаций для обоснования
пространственно-временных прогнозов изменения экологической
устойчивости изучаемых территорий.
Таким образом, решение вопросов, связанных с вышеуказанными
проблемами, требует новых подходов комплексных исследований с
использованием
геоинформационного
обеспечения,
усовершенствования
дистанционных
методов
анализа
аэрокосмической фотоинформации для проведения экологического
мониторинга природной среды.
16.2. Процедура геоэкологрического мониторинга
Основными природными объектами геомониторинга являются:
- рельеф, отражающий геолого-геоморфологические особенности
развития, влияние глубинных разломов и разрывных нарушений,
сопряжения
разновозрастных
структур,
создающих
зоны
геодинамических напряжений в различных природно-климатических
условиях;
- речные бассейны, озерные системы и их деградация;
- искусственные сооружения и водохранилища;
- динамика развития береговых зон озерных систем и
водохранилищ;
- динамика эрозионных, склоновых процессов;
- рельеф под населенными пунктами и крупными инженерными
сооружениями; в зонах урбанизации;
- рельеф под техническими сооружениями и АЭС, горнопромышленными и нефтегазоносными комплексами.
Все работы проводятся в несколько этапов.
1. Подготовка материалов и исходной фотоинформации с целью
выявления
зон
повышенных
геоморфологических,
геологогеоморфологических напряжений, ландшафтных изменений и
эколого-социальных преобразований земной поверхности. Все
показатели или критерии этих напряжений, изменений переводятся
в пятибалльную систему для составления карты экологического
потенциала зоны повышенного геоморфологического риска.
2. Разработка легенд и составление отдельных макетов к серии
тематических природоохранных карт, а также составление
отдельных
эколого-природоохранных
паспортов
отдельных
природных объектов в пределах зон повышенного геоэкологического
риска, с выявлением ведущих процессов морфогенеза.
3. Полевая проверка, уточнение и подготовка материалов для
дальнейших
исследований,
позволяющих
интерпретировать
геодинамические
показатели,
составлять
и
подготавливать
материалы для банка данных и последующей обработки их в
автоматическом режиме (ЭВМ).
4. Составление окончательных вариантов карт и объяснительной
записки
в
виде
эколого-природоохранного
паспорта
как
природоведческого документа, отражающего инвентаризационные,
прогнозно-оценочные
и
рекомендательные
природоохранные
мероприятия в исследуемых регионах.
Только после 15-летних повторных наблюдений можно твердо
судить о режимах конкретного ландшафта. В смене природных
режимов основным звеном нужно считать режим не одного года, а
определенный временной цикл – волну колебаний гидротермических,
а затем и прочих природных условий. Именно этот цикл нужно
принимать в практических расчетах.
Оценка
качественной
и
количественной
устойчивости
геологической среды и рельефа может быть более точно оценена
только при комплексных исследованиях на междисциплинарном
уровне.
Выделяют
четыре
основных
формы
антропогеннотехногенного воздействия на геологическую среду:
1) изменение облика земной поверхности (вырубка лесов,
осушение болот, распашка целинных залежных земель, создание
водохранилищ,
открытые
разработки
полезных
ископаемых,
активизация экзогенных геологических процессов);
2) изменение состава биосферы;
3) изменение теплового баланса атмосферы;
4) изменение видового разнообразия фауны и флоры.
16.3. Дистанционные методы мониторинга
Аэрокосмической фотоинформации принадлежит большая роль в
решении ряда народнохозяйственных задач, в том числе по
расширению минерально-сырьевой базы за счет повышения
эффективности
геологоразведочных
работ.
Большой
поток
информации и систематическая ее обработка создали необходимость
использования универсальных, специализированных ЭВМ для
обработки и интерпретации отражения объектов земной поверхности
на снимках.
Определение
рационального
комплекса
методов
при
дешифрировании
аэрокосмической
информации
обусловлено
задачами, поставленными перед исследователями. К основным
задачам
дешифрирования
аэрокосмической
фотоинформации
относятся:
- изучение характера природных объектов, рельефа, геологических
структур, тектоники, морфологии структурных форм и их генезиса,
относительного возраста, взаимосвязей;
- выявление и прослеживание на площади геологических,
ландшафтных комплексов, анализ их пространственных и временных
соотношений;
- изучение и анализ геоморфологических особенностей территории
(генезис форм рельефа);
- изучение современных геологических процессов;
- изучение ландшафтной оболочки земной поверхности и степени
отражения в ней геологических объектов;
- уточнение, детализация или создание новых карт (геологических,
тектонических, инженерно-геологических, прогнозных и др.).
Для решения этих задач необходимо проводить комплексные
исследования основных элементов рельефа, выявить дешифровочные
признаки и морфометрические характеристики водоразделов и
речных бассейнов. При камеральной обработке на основании
совокупности оптических характеристик выделяются изучаемые
объекты земной поверхности. До проверочных исследований следует
на первом этапе проводить следующий комплекс картографических
приемов:
- построение серии морфометрических карт: густоты, плотности
разрывных нарушений, интенсивности эрозионного расчленения;
- сопоставление с геологическими и геофизическими материалами;
- сравнение статистических показателей длин, количества и
ориентировки
отдешифрированных
элементов
разрывных
нарушений с данными геологических карт.
Весь комплекс исследований проводится с учетом специфических
геолого-геоморфологических условий проявления тектонических
структур в рельефе в различных природно-климатических зонах, и
только потом применяется детальное структурно-геоморфологическое
и ландшафтное дешифрирование аэрокосмических фотоматериалов
Последовательность дешифрирования космофотоматериалов
ЭТАПЫ
КРИТЕРИИ
I. Привязка
Признаки
объекта
РЕЗУЛЬТАТЫ
изображения Точное географическое положение участка
(объекта)
II. Обнаружение Признаки изображения (тон, Обособление
фотофизиономичных
объекта
структура
рисунка компонентов ландшафта, выделение границ
фотоизображения, цвет)
III.Опознание
Признаки
изображения Установление
фотофизиономичных
конкретных
объектов компонентов
ландшафта
(характер
(дешифровочные)
отражения растительности, почв и т. д.)
IV.
Интерпретация
Фотофизиономичные
компоненты
ландшафта,
внутриландшафтные
взаимосвязи
Установление
нефизиономичных
компонентов ландшафта (нечеткие границы
контуров),
установление
динамики
рельефообразующих процессов
Фотофизиономичные
Выявление
динамичных
явлений
компоненты ландшафта и их процессов,
как
природных,
так
взаиморасположение
антропогенных и их направленность
и
и
Резкие отклонения в ти- Выявление антропогенных (техногенных)
пичных
дешифровочных нарушений и вызванных ими процессов
признаках
физиономичных (течения грунта, эрозии, пожары и др.)
компонентов ландшафта
V.
Экстраполяция
Признаки и изображения и Идентификация
аналогичных
объектов,
установленные
по
ним явлений и процессов на других участках;
объекты, явления и процессы установление
ландшафтных
аналогов;
составление
схемы
дешифрирования;
выявление
однородных
поверхностей,
ландшафтных особенностей
Визуальный
анализ
объединяет
структурный
анализ
топографических карт, дешифрирования аэро- и космических
снимков; систематизацию (априорных ранее известных данных)
информации о разрывных нарушениях; выявление скрытых
признаков, отражающих разрывные нарушения (ландшафтные
индикаторы.
Вычисление морфометрических и статистических показателей:
плотности, густоты нарушений, плотности узлов пересечений
нарушений,
аномалии
изолинейных
геофизических
полей.
Построение карт проводится по регулярной сетке квадратов 2×2 см и
служит основой для построения новых карт густоты и плотности
разрывных нарушений, спрямленных элементов рельефа.
Графические приемы анализа разрывных нарушений по снимкам
и картам сводятся к построению двумерных графиков, диаграмм,
роз простираний разрывных нарушений.
Преобразование
картографических
и
аэрокосмических
изображений связано с составлением карт и схем разрывных
нарушений на основе анализа космических снимков и структурного
анализа топокарт. Составляются розы-диаграммы разрывных
нарушений по определенным направлениям.
Сравнительный анализ разрывных нарушений, выявленных по
космическим снимкам, с известными разрывными нарушениями по
геологическим данным. Установлено, что качественный анализ схем
дешифрирования
разрывных
нарушений,
совмещенных
с
геофизическими картами, необходимо проводить, применяя приемы
корреляционного анализа и математической статистики. Для
количественного анализа разрывных нарушений и ускорений
разрабатываются геофизические методы оптической и электронной
фильтрации и машинной обработки. Использование этих методов
позволяет строить розы-диаграммы, карты густоты, плотности узлов
и средних длин нарушений, а также выполнять математическую
обработку данных и корреляционный анализ
Применение
комплексной
обработки
аэрокосмической
информации
при
геолого-геоморфологических,
тектонических
исследованиях, совместно с морфометрическим анализом топокарт,
позволяет выделять структурно-геоморфологические комплексы,
разрывные нарушения, устанавливать характер развития крупных
структур и т.д.
Выявление разломов по аэрокосмическим снимкам можно
использовать как поисковый признак месторождений, в связи с тем,
что
месторождения
многих
видов
полезных
ископаемых
пространственно
и
генетически
связаны
с
разрывными
нарушениями.
На основании аэрокосмических исследований по прямым и
косвенным признакам выделяют основные гидрогеологические
объекты: выходы подземных вод, области питания, древние русла
рек, заброшенные старые водные сооружения; направления
перемещения подземного стока; глубину залегания и даже степень
минерализации подземных вод; артезианские бассейны; температуру
земной и водной поверхности; влажность почв, выходы подземных
вод; характер речных бассейнов морей, океанов.
Прямые признаки отражения на космических снимках имеют
реки и их притоки, болота, солончаки и т.д. Косвенные признаки
(когда по элементам одних объектов распознаются другие) - это
выходы подземных вод. На поверхности они обнаруживаются по
растительности, влажности почв. Тон изображения водной
поверхности на всех видах съемки может изменяться от абсолютно
белого до черного. Черный тон имеет гладкая водная поверхность.
Для геомониторинга на космических снимках можно выявлять:
площадь и количество водных объектов; состояние и изменение во
времени снежного покрова на водосборных бассейнах; ледовые
образования на реках, озерах, морях, океанах; мутность и
загрязненность воды.
В зависимости от поставленных задач и разнообразия природных
объектов и явлений, проявления экзогенных процессов в районах
(ПТК) активного освоения, могут быть использованы три группы
дистанционных
методов:
геоиндикационные
структурногеоморфологические для изучения в основном эндогенных процессов
и
объектов,
связанных
с
геологическими
особенностями;
ландшафтно-индикационные, применяемые с учетом природноклиматической зональности; и комплекс методов дистанционных
исследований, связанных с изучением техногенно-антропогенной
нагрузки на природную среду.
Геоиндикационная группа методов связана с изучением динамики
проявления новейших технологических движений; с выделением
геологических объектов, элементов тектоники, используется как
поисковый
признак
для
выделения
районов
возможного
распространения
локальных
нефтегазоносных
структур
в
платформенных
(равнинных)
условиях.
Применяется
для
распознавания морфоструктурных узлов – районов пересечения
разнонаправленных разломов, как районов возможного рудного
проявления, активизации тектонических движений и сейсмичности в
орогенных (горных) условиях.
Ландшафтно-индикационная группа методов используется для
изучения процессов, явлений, связанных с природно-климатической
зональностью и активным освоением природных ресурсов в пределах
ПТК. Так, при дистанционных исследованиях геомониторинга
необходимо
обращать
внимание
на
изучение
динамики
экзоморфогенных процессов, а именно:
- в зоне тундры, лесотундре (в нивально-арктических ПТК) - на
течение
грунта
(мерзлотно-солифлюкционные,
термокарстовые
просадочные процессы);
- в зоне тайги, лесов (в гумидных ПТК) - на эрозионноаккумулятивные процессы и оврагообразование;
- в зоне лесостепей, степей, полупустынь, пустынь (субаридных,
аридных ПТК) - на суффозионные, эоловые, карстовые эрозионноаккумулятивные процессы.
Кроме того, одним из важных индикаторов геологических
особенностей являются растительность и почвы, которые могут быть
показателями различных типов отложений, подчеркивать разрывные
нарушения, трещиноватость, крупные структуры, увлажненность и
гидрологические особенности. Поэтому при дешифрировании
космических снимков необходимо больше внимания уделять резкой
смене растительных ассоциаций и почвам в пределах одних и тех же
природно-климатических зон, так как любые "аномальные"
проявления могут быть связаны с антропогенно-техногенными
факторами или эндогенно-экзогенными процессами и явлениями.
Для геомониторинга речных бассейнов, озерных систем и
водохранилищ
большое
значение
приобретают
повторные,
ревизионные аэросъемки.
Методы проведения комплексного геомониторинга природной
среды не только должны проводить контроль, слежение, но и делать
прогноз преобразования природы в интересах человечества,
помогать решать вопросы эколого-природоохранных, рациональных
проблем использования природных ресурсов, что тесно связано с
тематическим дешифрированием аэрокосмической информации при
исследовании
природных
ресурсов,
при
специальном
космофотокартографировании в геологии, гидрологии, лесном и
сельском хозяйстве, для геомониторинга.
16.4. Определение нагрузок
Под геоэкологическим потенциалом понимается возможная
нагрузка на земную поверхность, насколько в состоянии рельеф
земной поверхности выдержать влияние человека при освоении
природных ресурсов. Для этой цели определяются геодинамические,
ландшафтные, антропогенно-техногенные напряжения природных
объектов.
Геодинамические
показатели
отражают
геологические,
геоморфологические, гидрогеологические особенности современного
рельефа,
интенсивность
расчленения;
густоту
и
плотность
спрямленных элементов рельефа, разрывных нарушений; зоны
активных разломов, границы разновозрастных структур; отмирание
озер и малых рек. Ландшафтные показатели связаны с анализом
почвенно-растительного
покрова;
выделялись
ландшафты
измененные,
частично
измененные,
вновь
созданные;
подсчитывались площади, занятые под сельхозугодья, лесные
вырубки, естественные лесные массивы. Антропогенно-техногенные
показатели определяются в процентном отношении ко всей
исследуемой площади; выделялись районы, занятые под населенными
пунктами разного назначения; зоны активной урбанизации и
освоения под пригородно-садово-огородные условия; площади
открытых разработок полезных ископаемых, карьеры, выработки,
отвалы; линейные площади, занятые железной дорогой, шоссе,
нефтегазопроводом, ЛЭП.
Все показатели определяются по пятибалльной системе,
суммируются. Наибольшие показатели, свидетельствующие об
интенсивных напряжениях, отнесены к районам экологически
повышенного риска.
Методика определения геодинамических, ландшафтных и
социально-экономических нагрузок следующая:
1. Графическая разбивка территории на равные участки (площадь
разбивки карты фактического материала зависит от целей изучения:
чем меньше площадь – тем выше детальность, чем больше – тем
обзорнее исследование).
2.
Непосредственный
анализ
геолого-геоморфологических,
почвенно-растительных и социально-экономических особенностей
для каждого i-го участка территории. При этом каждому площадному
и линейному объекту присваивается его оценочное состояние в
баллах (в данном случае, по принятой пятибалльной шкале), т.е. его
потенциал: геодинамический (В1), ландшафтный (В2) и социальноэкономический (В3), характеризующийся АТФ.
3. Суммирование одноименных показателей SВ1, SВ2, SВ3 и
вычисление коэффициентов геодинамического, ландшафтного и
социально-экономического потенциалов для каждого i-гo участка
4. Таким образом, на каждом участке исследуемой территории свой коэффициент. Далее для выделения зон повышенных
напряжений земной поверхности проводят интерполирование.
5. Заключительный этап – получение карты-схемы экологического
потенциала (Q) природной среды с учетом АТФ, цифровые значения
которого определяются по следующей формуле также для каждого iго участка.
При современных масштабах освоения природных ресурсов
какие-то нарушения природного равновесия неизбежны, но важно
свести к минимуму вредное воздействие, которое оказывает мощная
техника, а порой просто неудовлетворительный подход к решению
технических задач.
1. Проведение комплексных исследований по предлагаемой
технологии
выявления
геоэкологического
потенциала,
зон
повышенных геодинамических напряжений углубляет, расширяет
методические подходы к обработке материалов дистанционных
исследований динамики природных процессов и влияния АТФ на
окружающую природную среду. Определение геоэкологического
потенциала природных объектов дает оценку экологической
ситуации; выявляет возможность современных условий природной
среды выдерживать нагрузку антропогенно-техногенного фактора;
определяет динамику природных процессов; дает возможность
прогнозировать и предлагать конкретные рекомендации по
восстановлению природной среды; выявлять районы наиболее острых
экологических ситуаций, повышенного экологического риска. Эти
данные могут использоваться для комплексного мониторинга,
повторных ревизионных исследований. Поэтому они должны
храниться в банке данных ГИС природопользования, как
совокупность многих операций: сбор, хранение, поиск, переработка,
воспроизведение знаний о земной поверхности.
2. Основными критериями определения геоэкологического
потенциала являются степени изменения геосистем. В данном случае,
это
блоки
структурно-геоморфологических,
ландшафтных
особенностей. Главными критериями считаются:
изменения
земной
поверхности
рельефа
эрозионными
процессами;
- деформация уровней террасовых комплексов и пойм;
- деградация озерных котловин и русел малых рек;
- интенсивное засоление, понижение уровня грунтовых вод;
- спрямление русел относительно ориентировки разломов;
разрывных нарушений; зон геодинамических напряжений.
3. Экологические условия различных природно-территориальных
комплексов зависят от интенсивности действий АТФ, в результате
чего наблюдаются существенные ответные реакции отдельных
элементов рельефа, ландшафтов, животного и растительного мира.
4. Нарушение природного равновесия служит предпосылкой
возникновения экологических конфликтных ситуаций локального и
регионального характера, приводящих к безвозвратным потерям
отдельных видов природных ресурсов.
5. Диапазон изменений внешнего облика структур под влиянием
эндогенных, экзогенных и антропогенно-техногенных факторов
очень велик. Поэтому изменения, вызванные допустимыми
антропогенными, техногенными факторами, не должны превышать
возможностей природных процессов, явлений и самовосстановления.
17. Геоэкологическое картографирование
17.1. Направления геоэкологического картографирования
Концепция охраны окружающей среды, лежащая в основе
природоохранной политики, имеет основную цель – уменьшение
антропогенного воздействия на геосферы Земли, рациональное и
комплексное использование природных ресурсов. Природоохранная
политика,
которая
в
настоящее
время
переходит
от
технократической к природоохранной концепции, базируется на
картографической оценке состояния природной среды в целом и
геологической среды (ГС) в частности.
Под геоэкологической картой понимается картографическое
отображение природно-хозяйственной среды и происходящих в ней
процессов, оказывающих влияние на экосистемы и человека.
Геоэкологическая карта должна характеризовать не только
экологически
важные
параметры
и
показатели
среды
и
происходящие в ней процессы, но также содержать их экологическую
оценку.
Предназначена
для
принятия
решений
природопользователями. Включает описание:
 ландшафтно-экологических
комплексов
с
оценкой
устойчивости,
способности
к
самоочищению
и
самовосстановлению,
определением
факторов
экологического риска
 изменения природной среды с их краткой характеристикой
 источники техногенных воздействий
 естественные геохимические и геофизические аномалии
 загрязненные водоемы м водотоки
 ареалы выпадений загрязняющих веществ из атмосферы
 участки
развития
опасных
геологических
и
гидрометеорологических процессов
 охраняемые и рекомендуемые к охране объекты и
территории.
Оценка состояния ГС требует системного, объективного и
оптимального
отображения
геоэкологической
(экологогеографической и эколого-геологической) информации средствами
современной картографии и не должна зависеть от ведомственных
интересов, однако должна учитывать специализацию предприятий и
региональные условия территорий.
Картографическое моделирование состояния ГС представляет
собой процесс создания информационно-картографической модели –
параметрических,
аналитических
и
синтетических
карт
геоэкологического содержания, которые позволяют анализировать
состояние ГС в целом и по отдельным компонентам, прогнозировать
их изменение во времени и в пространстве.
Многие тематические карты содержат в себе экологические
аспекты, а их сюжеты могут использоваться в экологических
исследованиях как карты экологических факторов. В настоящее
время экологическое картографирование завершается созданием
комплекта карт, состав и содержание которых строго не определены.
Комплект, как правило, включает в себя карты хозяйственного
освоения
территории,
источников
загрязнения,
техногенной
нагрузки, состояния почв, поверхностных и подземных вод,
растительности и животного мира.
На основе простых геоэлементых карт создается синтетическая
экологическая
карта,
содержащая
интегральную
оценку
современного состояния территории и прогноз его изменения.
Выделяется
несколько
направлений
геоэкологического
картографирования:
 констационное – выявляет и картографирует параметры,
состояния,
результаты
взаимодействия
различных
компонентов без сравнения с какими бы то ни было нормами
– факты фиксируются, но не оцениваются);
 оценочное – отражает степень опасности существующих или
предполагаемых антропогенных воздействий относительно
каких-то норм (ПДВ, ПДК, природный фон);
 рекомендационное – карты разрабатываются на принципах
рационального природопользования и направлены на
стабилизацию экологической обстановки.
17.2. Создание геоэкологических карт
Несмотря на значительный опыт проведения геоэкологического
картографирования в России, существующие методики составления
геоэкологических карт (ГЭК) разработаны недостаточно; до сих пор
отсутствуют единые принципы составления итоговых ГЭК,
унифицированные методики их составления, а также типовые
геоэкологические легенды. Поэтому многие региональные методики
базируются на различных подходах к выделению основных элементов
на ГЭК – гидрогеологического районирования (ВСЕГИНГЕО
гидрогеологии и инженерной геологии), геохимических полей (ИМГРЭ
минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов), типов
ландшафтов (ВСЕГЕИ геологический институт), а также различных
геологических,
инженерно-геологических,
геоморфологических,
геоботанических, природно-территориальных и других комплексов.
Итоговой геоэкологической картографической моделью должна
быть, отображающая раздельно литосферную и гидросферную
составляющие
и
общую
степень
экологического
состояния
(экологической опасности):
1) эколого-геологическая карта (выделяются: геоморфологические
ландшафты, геодинамические зоны, геохимические аномалии,
природные неблагоприятные процессы и явления, элементы
техносферы);
2) эколого-гидрогеологическая карта (выделяются: водоносные
комплексы, гидрогеодинамические зоны по модулям подземного или
подземного химического стока, степень защищенности подземных
вод, гидрогеохимические аномалии, экзогенные геологические
процессы и явления, модуль техногенной нагрузки);
3) карта экологической опасности (на основе системы
экологических норм, ранжированной по баллам на четыре класса:
нормы, риска, кризиса и бедствия).
Методологическое обоснование построения ГЭК заключается в
следующем. Геоэкологическая карта представляет собой графическое
изображение ГС, в составе которой выделяются четыре основные
компонента:
рельеф
(поверхность
литосферы),
породы
и
почвогрунты, природные воды и формы проявления ЭГП. В
совокупности
они
составляют
фоновую
ландшафтную
и
гидрогеологическую основу ГЭК. Ландшафтные подразделения
выделяются по комплексу признаков, ведущим из которых является
геоморфологический признак – рельеф, с которым коррелируют все
остальные. Гидрогеологические подразделения выделяются на
геологической основе. Ведущую роль в формировании ландшафтов,
гидрогеологических
и
геохимических
полей,
экстремальных
состояний объектов играют геодинамические условия, обусловленные
глубинным строением земной коры и степенью активности
современных тектонических движений. Геодинамические активные
зоны земной коры влияют на живые организмы, создавая
геопатогенные зоны.
Методически ГЭК строится следующим образом. Разрабатываются
легенда и критерии основной и дополнительной геоэкологической
информации, способы их отображения. Основными элементами ГЭК
являются ландшафты с фоновой геохимической характеристикой и
водоносные комплексы (изображаются цветом), геодинамические и
гидрогеодинамические
зоны,
выделенные
по
морфонеотектоническому
и
структурно-гидрогеологическому
анализам
(изображаются
штриховкой),
геохимические
и
гидрогеохимические аномалии с градацией по экологической
значимости (изображаются изолиниями или контурами компонентов,
превышающих ПДК). Дополнительными элементами ГЭК являются:
критерии оценки геохимической и геодинамической устойчивости
ландшафтов, модуль техногенной нагрузки (показываются крапом),
природные неблагоприятные геологические объекты и процессы,
техногенные объекты и источники воздействия на ГС (изображаются
другими знаками и линиями).
Экологический анализ геоструктурного каркаса геосистемы
предполагает выполнение следующих аналитических этапов:
- морфоструктурный и морфометрический анализы территории;
- выявление и оценка т.н. «изопотенциальной» и «векторной»
составляющих геоструктурного каркаса, в пределах которых
формируются
конкретные
типы
ландшафтных
структур
(гидрогенные, климатогенные, биогенные, литодинамические);
- определение суперпозиций природных и техногенных структур
относительно основных элементов геоструктурного каркаса;
- выявление и оценка так называемых структурных узлов, т.е. зон
экологической напряженности в местах пересечений и сопряжений
природных и техногенных элементов городской геосистемы.
На этапе морфоструктурного анализа выявляется рисунок
эрозионной сети, устанавливаются дизьюнктивные нарушения
различного ранга и осуществляется блоковая нарезка изучаемой
морфолитосистемы. Наряду с этим анализируются поля высот,
выделяются геоморфологические уровни, уясняется устойчивость
горных пород, формирующих структурные блоки. Это позволяет
оценить степень мозаичности геоструктурного каркаса, сделать
качественные выводы об интенсивности вертикальных движений,
характере
разрывных
нарушений,
количестве
и
плотности
морфоструктурных узлов блоковой мозаики.
Морфометрический анализ включает разбиение рельефа на
элементарные
геоморфологические
поверхности,
изучение
морфометрических характеристик склоновых, гребневых и килевых
поверхностей, оценку характеристик густоты и глубины эрозионного
расчленения.
На этапе оценки изопотенциальной (скалярной) и векторной
(потоковой) составляющих геоструктурного каркаса выявляются
солярно-циркулярно-энергетические характеристики элементарных
геоморфологических поверхностей (прежде всего радиационный,
водный и тепловой балансы), а также выполняется разбиение
поверхности на элементарные водосборы с последующим выделением
каскадных (векторных) ландшафтно-геохимических систем. В
пределах однотипных изопотенциальных областей и каскадных
систем
изучаются
различные
формы
массоэнергообмена
–
литодинамические процессы, сток, биогеохимический круговорот,
устанавливается локализация геохимических барьеров, оценивается
литодинамическая, геохимическая и биологическая устойчивость к
техногенному воздействию.
Следующий этап геоэкологического анализа требует изучения
пространственного и функционального соответствия (суперпозиции)
природных и техногенных структур. С этой целью выявляются все
основные техногенные матрицы, сети и пятна, и определяется их
пространственная локализация относительно изопотенциальных и
векторных структур, а также функциональная согласованность с
последними. В частности, составляются карты основных источников
выбросов
и
сбросов
загрязняющих
веществ,
наносятся
автомагистрали, прочие транспортные коридоры, свалки, карьеры,
складские площадки и пр. Затем устанавливается их позиция в
ландшафтной катене.
В местах сопряжения или пересечения структур разного генезиса
фиксируются структурные узлы природного, техногенного и
смешанного происхождения – морфоструктурные, транспортные,
эрозионно-транспортные и прочие. Изучаются морфологические и
динамические характеристики структурных узлов, их генезис и
эволюция. Оценивается уровень актуальной и потенциальной
экологической опасности того или иного узла или их ассоциаций.
Даются
предположения
по
мониторингу
наиболее
опасных
структурных узлов или сопряжений и разрабатываются мероприятия
по снижению или ликвидации их негативного воздействия на
городскую среду и здоровье населения.
Полнота банка данных производной информации зависит от
наличия исходной первичной и картографической информации и
конкретизируется с учетом изученности каждого конкретного
участка после завершения подготовительного этапа работ.
Вспомогательные карты создаются с использованием различного
программного
обеспечения
на
основе
ретроспективных
картографических материалов.
Вспомогательные карты, составляемые на этапе подготовительных
работ:
 ландшафтно-геохимическая;
 районирования
территории
по
условиям
проведения
геохимических работ;
 функционального зонирования;
 геохимической изученности;
 фактического материала геохимического опробования.
Базовые карты составляются на основе аналитического блока с
использованием компьютерных технологий. Они должны отражать
структуру графических полей исследуемой территории. На подобных
картах должны быть оконтурены специализированные поля, области
многомерного геохимического фона и полиэлементные геохимические
аномалии, дифференцированные по составу и интенсивности.
Итоговые карты составляются на основе вспомогательных и
базовых карт. Карты имеют многослойную структуру, векторный
формат и сопровождаются атрибутивными таблицами. Итоговые
карты представляются в электронном и аналоговом вариантах:
 геохимической
специализации геологических образований
(дочетвертичных, четвертичных и поверхности дна акваторий);
 геолого-геохимического
районирования
геологических
образований (дочетвертичных, четвертичных и поверхности дна
акваторий);
 прогнозно-геохимическая
(рудогенных
геохимических
аномалий);
 эколого-геохимическая.
Варианты
итоговых
карт
сопровождаются
легендами
и
необходимыми схемами зарамочного оформления. Легенды к картам
представляются в виде формализованного описания в одном из
принятых форматов.
Сопроводительные документы в виде таблиц, характеризующих
фоновые площади и геохимические аномалии, графиков, графов,
текстовой информации. В них приводятся полные сведения о
выявленных фоновых и аномальных областях картируемой
территории.
17.3. Геоинформационные модели территории
В настоящее время происходит создание банков данных
территорий
на
базе
цифровых
топографических
карт
с
координированными атрибутивными данными и тематическими
слоями.
В
связи
с
этим,
конкретизируются
требования,
предъявляемые к геоинформационным моделям территорий (ГМТ).
ГМТ должны обладать:
- возможностями построения и визуализации аналитической
трехмерной топографической поверхности;
- унифицированной иерархией системы объектов, относительно
которых происходит накопление / мониторинг тематической
информации;
- структурой данных, обеспечивающей математический аппарат
моделирования
процессов
в
трехмерном
географическом
пространстве;
- СУБД, поддерживающей построение моделей реальных
географических объектов, процессов и взаимосвязей.
В основании ГИС – информационно-аналитический банк
общегеографических
знаний,
моделирующий
географическое
пространство.
Топографической
основой
служит
трехмерная
цифровая аналитическая модель рельефа, с помощью которой
обособляется иерархия географических объектов с принадлежащими
им атрибутивными данными. Объектно-ориентированная структура
данных обеспечивает построение различного рода моделей, в том
числе прогнозных, и перспективу создания экспертной подсистемы
ГИС.
Позиционная
составляющая
базы
данных
характеризует
положение географических объектов и представлена в виде
электронных
картографических
слоев,
сгруппированных
по
следующим
блокам.
Общегеографическая
основа
включает
следующие слои – гидрографическая сеть, большие по площади
водохранилища, озера и пруды, контура лесной и луговой
растительности,
населенные
пункты,
дорожная
сеть,
административные
границы.
Операционно-территориальные
единицы анализа представлены несколькими видами. Бассейновый
подход представлен слоем элементарных речных бассейнов, который
использовался в качестве основной ОТЕ.
Вопрос обоснования пространственных операционных единиц
(ПОЕ), относительно которых накапливаются информационные
показатели. К ПОЕ отнесена иерархия однородных по параметрам
массоэнергообмена
поверхностей
рельефа,
как
наиболее
инерционная, легко подвергающаяся операциям формализации,
унификации и параметризации морфологическая основа, служащая
матрицей структурированности географического пространства.
Площади ПОЕ первого уровня рассчитываются в контурах ПОЕ
последующих уровней, таким образом осуществляется генерализация
морфометрических параметров и расчетных характеристик.
Формирование информационных показателей УР территории
подчинено идее инвентаризации сведений о пространственновременных (ПВ) структурах её специфических природных и
социально-экономических
образований,
с
возможностью
последующего
анализа
закономерностей
взаимовлияния
и
взаимозависимости выделенных структур. Выявление ПВ структур
релевантных проблеме организации УР стратегически важная задача,
поскольку они играют роль ПВ операционных единиц (ПВОЕ),
относительно которых происходит накопление геоинформационных
показателей (ГИП) – наиболее существенных в данном контексте
сведений.
Для
обеспечения
совмещенного
анализа
природной
и
антропогенной компонент ПВОЕ образуют два иерархических
соподчиненных ряда. Природно-экологические или иначе ресурснозначимые показатели накапливаются относительно однородных по
характеристикам вещественно-энергетического обмена и отклику на
антропогенное воздействие выделам ландшафтов. К ним отнесены:
а) элементарные поверхности первого уровня, обусловливающие
процессы динамики вещества и перераспределение климатических
параметров. Это поверхности однородные по крутизне, экспозиции,
протяженности, форме склонов, относительно которых в пределах
следующих уровней ПВОЕ рассчитывается перераспределение в
рельефе солнечной радиации, осадков, поля ветра, эрозии и пр.
б) поверхности второго уровня, обусловливающие динамические и
циркуляционные процессы.
в) почвенные ареалы;
г) ландшафты;
д) эколого-географические мезорайоны. К ним отнесены высотные
ступени (соответствующие подклассам и родам ландшафтов)
однородные по гидротермическому режиму, динамическим и
циркуляционным процессам и, следовательно, сходные по отклику на
антропогенное воздействие: низменно-аккумулятивных ландшафтов,
аккумулятивно-денудационных,
возвышенных,
низкогорных,
котловинных и т.д.;
е) речные бассейны.
Относительно выделенных ПВОЕ в БД накапливаются сведения по
эколого-географическим
характеристикам
всех
компонентов
природной среды с генерализацией геоинформационных показателей
при переходе на каждый последующий более высокий уровень ПВОЕ.
Учитываются существенные в экологическом и ресурсном отношении
показатели по следующим категориям объектов: недра и рельеф,
климат, водные объекты, почва, биота, ландшафты. По экологогеографическим
мезорайонам
рассчитываются
тренды
ГИП.
Производится ареалирование и районирование территории по
показателям биологической продуктивности, нарушенности и
устойчивости
ландшафтов,
определяются
интегральные
ГИП
природно-экологического потенциала.
ПВОЕ эколого-социально-экономических показателей образуют
другой
иерархический
ряд:
первичная
единица
(сельскохозяйственные ареалы в границах землепользования,
промышленное предприятие, образовательное учреждение и т.д.);
населенный пункт; сельский округ, городская администрация; район,
республика в целом. В соответствии с уровнем ПВОЕ социальноэкономического блока накапливаются показатели воздействия и
эффективности работы предприятий, отраслей и хозяйственного
комплекса в целом, производится инвентаризация объектов
техносферы и управления, расселения, демографических данных,
здоровья населения, качества жизни. Система показателей
социально-экономической
компоненты
соответствует
формам
сложившейся статистической отчетности.
Система информационных показателей БД позволяет составлять
карты
дифференцированной
оценки
эффективности
работы
хозяйственного
комплекса
административных
единиц
по
использованию
природно-ресурсной
компоненты,
выявить
проблемные ПВОЕ, уяснить сущность проблемных ситуаций,
составить рекомендательные карты функционального зонирования
республики. Такой анализ дает основу для принятия управленческих
решений и целевой организации инвестиционных потоков в
хозяйственный комплекс республики.
Концепция
информационной
основы
выполняемой
ГИС
формируется с учетом особенностей применяемых информационных
показателей, имеющих координаты, количественное, качественное
выражение,
геометрическую
форму,
характеристики
взаиморасположения и взаимовлияния.
18. Геоэкологическое районирование
18.1. Принципы геоэкологического районирования
Основная задача геоэкологического подхода – создание теории
функционирования экосистем, которая позволит прогнозировать их
состояние и управлять ими. Это позволяет целенаправленно
использовать отдельные геосистемы в соответствии с их природными
особенностями,
характером
хозяйственной
освоенности
и
антропогенных воздействий. Эти процедуры соответствуют трем
основным принципам стратегии использования природных объектов
человеком:
познанию
природы
объекта
(районирование),
представлению о его наиболее выгодной (оптимальной) для человека
структуре (планировка) и, наконец, направленному воздействию на
объект с целью получения нужного эффекта (обустройство).
Районирование служит информационной базой для принятия
решений об управлении территорией, так как направленное
воздействие
человека
на
природные
объекты
обычно
пространственно локализовано. Выделенные по хорологическому
принципу части называют районами, а процесс выделения таких
частей – районированием.
После создания схемы районирования может быть проведена
бонитировка территории, т.е. ее оценка с точки зрения пригодности
к тому или иному виду использования. Для этого все показатели для
каждого района переводятся в оценочные категории, а затем
выводится общая оценка для каждого района. На основании этих
оценок рекомендуется такое целевое использование отдельных
участков территории, которое больше всего соответствует специфике
природных процессов и режимов на этих участках. Указываются
также инженерно-технические мероприятия, направленные на
сохранение благоприятных и изменение неблагоприятных условий. В
результате получается схема размещения, организации, режима
функционирования и воздействия промышленных, селитебных,
рекреационных, биопродукционных, природоохранных зон, районов
неблагоприятного антропогенного воздействия. Такой подход
позволяет
минимизировать
затраты
при
максимизации
хозяйственного эффекта.
Специфичным
объектом
районирования
служат
крупные
акварории. Изменчивый по глубине слой воды играет в водной
экосистеме значительно большую роль, чем слой воздуха в наземной.
Для него характерно постоянство населения (фито-, зоо- и
бактериопланктона и нектона), что несвойственно воздушному слою.
Поэтому на практике районирование водоемов часто проводят
раздельно для двух ярусов – пелагиали и бентали. (Аналог этому
можно найти в геологии, где существует объемное районирование
земных недр.)
Районирование – весьма существенная часть любого полноценного
экологического исследования. С одной стороны, оно входит в
начальную стадию изучения природных условий территории (еще до
начала
полевых
исследований
целесообразно
провести
предварительное районирование на основе изучения литературы,
картографических материалов и данных предыдущих исследований)
и способствует созданию рабочей гипотезы о ее хорологической
структуре, которая проверяется и уточняется в процессе полевых
исследований, обеспечивая их целенаправленность. С другой
стороны, районирование – комплекс знаний о природе территории,
сходстве и различии его участков. Таким образом, районирование –
начальный и завершающий этапы исследований.
В перечень задач районирования входят изучение причин и
факторов формирования и дифференциации отдельных участков
территории, познание их состава и структуры, выявление характера
связей между участками, выяснение изменения участков под
влиянием хозяйственной деятельности, выявление границ между
участками,
построение
иерархической
системы
таксонов
районирования, изображение схемы районирования на картах и
предлагаемых к ним легендам.
Выделяют шесть принципов районирования: объективности,
генетический, относительной однородности единиц районирования,
территориальной целостности, сравнимости результатов и
первоочередности учета универсальных законов. При практической
работе не все эти принципы могут быть строго соблюдены.
Например, часто не выполняется генетический принцип, требующий
выделения
таких
территориальных
единиц,
которые
характеризуются не только сходством природных условий, но и
общностью происхождения.
При районировании используются два подхода: региональный
(совокупность
всех
сведений
о
районируемом
объекте)
и
районологический (совокупность теоретических основ, принципов,
методов и процедур районирования). При этом выделяются три
концепции районирования:
1) описательная: обобщение всех доступных материалов об
изучаемом объекте позволяет мысленно воссоздать целостный образ
объекта и логическим путем расчленить его на конечное множество
пространственно локализованных целостностей более низкого
порядка, выступающих в роли таксонов районирования. В рамках
этой
концепции
качество
районирования
определяется
компетентностью исследователя;
2)
количественная:
формализация
исходных
данных
с
последующим алгоритмическим выделением районов с помощью
определенных статистических критериев. Но при этом часто теряется
целостность объекта. На конечных этапах обычно используются и
элементы экспертного подхода (логика их выбора не обосновывается);
3) системная – синтез двух предыдущих концепций с
подключением междисциплинарных разработок в области средств
познания действительности. В основе ее лежит утверждение, что все
исследовательские операции должны быть взаимосвязаны и
взаимообусловлены, а их выбор осуществляется по модульному
принципу. Это обеспечивает синтез любой исходной информации и
гарантирует обоснованное воспроизведение целостности районов.
Ключевыми
являются:
механизм
синтеза
формализованного
(количественного) и содержательного (описательного) познания в
экспертных системах, постулаты логического подхода, модульная
организация системы методов, стратегия выбора необходимого
метода.
18.2. Виды районирования
По тому, какой набор признаков (параметров, характеристик)
территории
используется,
выделяют
частное,
отраслевое
и
комплексное районирование.
Частное районирование – районирование по одному признаку. Им
обычно занимаются узкие специалисты в рамках конкретной задачи.
Это, например, создание карты распределения ресурсов.
К отраслевому относится районирование по группе показателей,
характеризующих какой-либо компонент экосистемы с разных
сторон (например, водная масса может характеризоваться рядом
гидрологических, гидрохимических и иных показателей). Его также
называют специализированным или компонентным. К этому виду
относится, например, гидролого-морфометрическое районирование
водоемов.
При комплексном районировании используется множество
показателей, характеризующих различные компоненты территории.
Результаты хозяйственной деятельности человека также учитываются
при данном виде районирования, т.е. территория рассматривается
как природно-хозяйственный объект.
Можно выделить районы трех типов: однородные (гомогенные),
обладающие
внутренним
относительным
однообразием;
коннекционные (функциональные), объединенные какими-либо
связями
(они
могут
быть
внутренне
неоднородными);
конфигурационные, заключенные между физическими рубежами или
очерченные сетью ранее выявленных линий и точек.
Наибольший интерес представляют районы двух первых типов,
которые выделяются с помощью однородного и коннекционного
районирования. Принцип деления территории по однородности
аналогичен принципу, лежащему в основе любой классификации, что
позволяет рассматривать этот вид районирования как ее
разновидность. При этом используются критерии сходства.
Коннекционное районирование – выделение взаимодействующих
территориальных элементов, объединенных потоками вещества,
энергии и информации. Критерием объединения участков в один
район
служат
сила
их
взаимодействия,
плотность
связи,
интенсивность потоков, выраженные в той или иной форме.
Следовательно, коннекционные районы могут рассматриваться как
системы.
Предположим, что во многих точках (станциях) выполнены
определенные измерения и получены некоторые характеристики.
Нанося эти точки на карту и экстраполируя их характеристики на
некоторую площадь, разбиваем территорию на ряд участков –
первичных единиц районирования. По наиболее важному признаку
эти участки делятся на несколько групп, затем по другому признаку
эти группы делятся еще раз и т. д., пока не останутся участки,
совпадающие по всем признакам. Каждая группа представляет собой
таксон, имеющий определенный ранг. Подобно тому, как это
делается в биологической систематике, низший таксон можно
обозначить сначала как вид района, затем как род, семейство, класс
и т.д. В каждый таксон объединены участки по сходству признаков,
причем не имеет значения, где эти участки расположены. Такой вид
районирования
называют
типологическим,
поскольку
здесь
выделяются типы местности. Это своего рода классификация
типологических единиц.
Первичные единицы районирования можно объединять по
принципу соседства, получая также иерархическую структуру все
большей площади.
Такое районирование называют индивидуальным (региональным).
Его единицы имеют определенные пространственные координаты и в
отличие от единиц типологического районирования могут иметь
собственное имя – географическое название.
Однородность типологических районов, естественно, выше, чем
региональных.
Единицы
типологического
районирования
не
аналогичны единицам регионального, впрочем, известны схемы,
совмещающие эти виды районирования.
18.3. Выбор признаков районирования
Участки исследуемой территории имеют в принципе бесконечное
число признаков, лишь часть из которых исследователь может
описать и оценить. Из них отбираются те, которые считаются
достаточно важными для характеристики. Признаки могут считаться
равноправными или же располагаться по степени важности.
Можно выделить следующие признаки:
- непосредственно измеряемые для отдельных компонентов;
- обобщенные и полученные путем соотнесения объекта с
некоторой классификацией (например, тип грунта, тип зарослей,
качество воды);
- полученные из непосредственно измеряемых характеристик по
определенным формулам (например, видовое разнообразие по методу
Шеннона);
- связанные с отдельными компонентами или признаками
(например, степень использования ресурсной базы);
- характеризующие отношения между признаками объекта и
субъектом, для которого эти признаки могут оцениваться (например,
пригодность участка для того или иного вида хозяйственного
использования).
Необходимо
оценить
точность
всех
показателей
(найти
систематическую и стандартную ошибки) и отбросить те из них,
точность которых явно неудовлетворительна. Желательно избавится
от лишнего информационного шума, для чего нужно выделить тренд
и флюктуацию показателей с помощью различных методов.
Иногда
несколько
несущественных,
но
скоррелированных
показателей влияют на результат сильнее, чем один существенный.
Поэтому
необходимо
оценить
информативность
отдельных
показателей (например, путем вычисления их эмпирической
дисперсии или относительной энтропии) с помощью корреляционнорегрессионного анализа, латентно-структурного анализа или метода
Меллера-Капекки.
Районирование обычно основано на морфометрических и
морфологических
показателях,
к
которым
добавляются
геофизические и геохимические, а также биологические. Роль
последних возрастает при переходе от макро- к мезо- и
микрорайонированию. Особенно интересный показатель – качество
воды, так как оно формируется в результате взаимодействия
природных и антропогенных процессов в водоеме и на водосборе.
Для экологического районирования требуется использовать набор
показателей,
всесторонне
характеризующих
структурные
и
функциональные
особенности
экосистемы,
включая
такие
интегральные показатели, как сложность, устойчивость, надежность.
Континуум природных условий неоднороден, в нем имеются
участки, где характеристики меняются относительно медленно или
даже остаются постоянными, а также участки со сравнительно
быстро
меняющимися
показателями.
Центроиды
участков
отличаются друг от друга объективно, но они связаны плавными
переходами, поэтому проведение границ между районами во многом
субъективно. В зависимости от масштаба исследований границу
можно изобразить в виде линии или полосы разной ширины.
Широкие границы представляют самостоятельный интерес как
объект исследования, они называются экотонами. Если район одного
типа постоянно переходит в район другого типа, то граница между
ними будет условной. Ее положение соответствует и среднему
значению изменяющего свойства, или максимальному градиенту его.
Она может соответствовать другому, субъективно выбранному
признаку.
По форме границы могут быть резкими, диффузными,
каемчатыми или мозаично-островными. Особые затруднения
вызывает проведение границ в том случае, когда характер
сообщества плавно меняется по градиенту факторов. Границы
районов выделенных по характеру изменений одного компонента,
как правило, не совпадают с границами районов, выделенных по
другим компонентам. Поэтому приходится искать оптимальное
компромиссное решение, в которое также включен элемент
субъективности. В силу стохастичности ареалы распространения
флоры и фауны не полностью совпадают с границами районов,
выделенных по экологическим факторам. Границы могут быть
постоянными или переменными (пульсирующими). Например,
регулярно меняются границы глубинных зон при колебании уровня
воды в водоеме.
Определение положения и ширины границ всегда связано с
ошибками, имеет вероятностный характер и устанавливается для
соответствующего уровня значимости (обычно от 0.8 до 0.99).
Одно из важнейших требований, предъявляемых к низшей
таксономической единице, заключается в том, что на внешние
воздействия она должна реагировать как целое. При типическом
районировании низшей таксономической единицей будет вид
биогеоценоза. Несколько биогеоценозов объединяются в род. Таким
же путем можно строить типологические единицы районирования и
дальше, но эта задача пока не решена.
18.4. Методика и процедура районирования
Процесс районирования представляет собой сложную систему,
состоящую и ряда взаимосвязанных элементов, таких как выбор
концептуальной модели, масштаба исследований, вида первичных
объектов наблюдения, способов размещения и описания этих
объектов, последующей математической обработки данных и
интерпретации результатов.
В настоящее время, применяют несколько таких методик. Одна из
них - районирование по ведущему признаку (фактору). В этом случае
выявляется ведущий фактор дифференциации территории и
строится схема районирования одного иерархического уровня.
Для построения следующего уровня может использоваться тот же
признак, но другие его градации или иные же признаки. При этом
возникают три логические схемы районирования: районирование по
единственному признаку, с чередованием или же с бифуркацией
признаков. Главный концептуальный недостаток этого метода
заключается в том, что познать объект, в котором сложно
переплетается и взаимодействует много факторов, с помощью
поочередного
рассмотрения
каждого
фактора
вне
его
многочисленных связей невозможно, так как в результате не
воспроизводится целостность объекта.
При
способе
сопряженного
анализа
компонентов
сразу
используется большое число признаков разных характеристик
экосистемы. Перечисление схем районирования по отдельным
признакам образует ячейки, рассматриваемые как единицы
районирования. Данную процедуру называют также перекрестным
районированием. При таком аддитивном подходе недостаточно
выражается идея системности районов, они рассматриваются как
механическая сумма признаков отдельных компонентов.
При районировании на ландшафтно-типологической основе
используется ландшафтно-типологическая карта. Для выявления
районов применяются либо условные показатели встречаемости
определенных типов ландшафта, либо процент занимаемой ими
площади, либо рисунок ландшафта.
Типичная процедура районирования состоит из нескольких
этапов:
1. формирование концептуальной модели
2. измерение параметров объекта районирования
3. выделение районов
4. проверка полученных результатов
Система методов классификации включает: отбор необходимых
признаков, определение наиболее информативных признаков,
определение мер сходства между объектами, группировка объектов,
получение обобщенных характеристик групп, выбор критериев
качества, формальное оценивание, представление результатов в виде
карт.
Работы по районированию завершаются текстовыми описаниями
выделенных таксономических единиц и нанесением их контуров, а
также важнейших характеристик на специальную карту (схему),
которая служит образно-знаковой моделью. При этом важно
оптимально распределить полученную информацию между картой и
прилагаемой к ней легендой.
При
завершении
работы
необходимо
провести
оценку
выполненной
схемы
районирования.
Обычно
это
делается
экспертным путем. Критерием правильности выделения районов в
ряде случаев может служить соответствие оконтуренной площади
предлагаемым мероприятиям по максимальному использованию ее
естественных ресурсов. Разрабатываются и математические методы
оценки схем районирования.
19. Устойчивое развитие
19.1. Понятие об устойчивом развитии
Понятие устойчивого развития восходит к Декларации первой
Конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 1972) и работам
Римского клуба 70-80-х годов, установившим прочную связь между
проблемами окружающей среды, с одной стороны, и экономическим и
социальным развитием государств, с другой стороны. Следующая
конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-деЖанейро, июнь 1992 -ЮНСЕД) жестко «связала»
экологию и
устойчивое развитие.
Тогда впервые было заявлено о включении в программы действий
на правительственном уровне мер по решению проблем деградации
окружающей природной среды, были приняты: программное
заявление участников (декларация из 26 принципов), план действий,
который включал 109 рекомендаций, и рекомендация для генеральной
ассамблеи ООН о создании Программы ООН по окружающей среде.
Вопрос о взаимосвязи между экономическим развитием и
ухудшением состояния окружающей среды был впервые включен в
международную повестку дня в 1972 г. на проходившей в Стокгольме
Конференции ООН по проблемам окружающей человека среды. После
Конференции
правительства
учредили
Программу
ООН
по
окружающей среде (ЮНЕП), которая остается ведущим учреждением
в мире по проблемам окружающей среды.
Был образован добровольный Фонд окружающей среды и
установлен Всемирный день окружающей среды 5 июня.
Стокгольмская декларация об окружающей человека среде и
содержащиеся в ней принципы впервые сформулировали свод
«мягких законов» международной природоохранной деятельности. На
Стокгольмской конференции было сформулировано право людей жить
«в окружающей среде такого качества, которое предполагает жизнь,
полную достоинства и благосостояния». Начиная с этого времени,
значительное число международных организаций и около 50
правительств разных стран приняли основные документы или
национальные конституции, признающие основным правом человека
право на здоровую окружающую среду. Проблемы окружающей среды
вошли или были включены в число приоритетных задач на
региональных и национальных уровнях. Если до Стокгольмской
конференции было только 10 министерств охраны окружающей
среды, то к 1982 году такие министерства или департаменты были
созданы почти в 110 странах.
В 1980-х гг. состоялись переговоры эпохального значения между
государствами-членами по экологическим вопросам, в том числе по
договорам о защите озонового слоя и контроле за движением
токсических отходов. Международная комиссия по окружающей среде
и развитию, учрежденная Генеральной Ассамблеей в 1983 г.,
привнесла новое понимание и ощущение актуальной необходимости в
новом типе развития, обеспечивающем экономическое благосостояние
нынешнего и будущих поколений, наряду с охраной ресурсов
окружающей среды, от которых полностью зависит развитие. В
докладе Комиссии Генеральной Ассамблее в 1987 г. выдвинута новая
концепция устойчивого развития как альтернативы развитию,
основанному на неограниченном экономическом росте.
После Стокгольмской конференции 1972 года стало возможным
говорить о государственных природоохранных приоритетах и
зарождении всемирного природоохранного движения. Однако мало
кто тогда представлял себе, что в недалеком будущем общество
столкнется с такими серьезными региональными и глобальными
проблемами, как кислотные осадки, истощение стратосферного
озонового слоя и климатические изменения, ставшие в последние годы
ключевыми пунктами международной повестки дня. В то время
решение проблем охраны окружающей среды еще не увязывалось
тесно с социально-экономическим развитием.
Смысл перехода к устойчивому развитию состоит в существенном
уменьшении негативных явлений, угрожающих цивилизации. Причем
такой переход неизбежно влечет за собой необходимость повышения
качества жизни, прежде всего в бедных странах, совершенствования
форм демократии. Важно отметить также, что в модели устойчивого
развития безопасность
личности, общества и государства
обеспечивается не через противодействие возникающим угрозам, а
путем предотвращения возникновения самих угроз.
Сам термин «устойчивое развитие» («sustainable development»)
получил широкое распространение с 1987 года, когда был
опубликован доклад Всемирной комиссии ООН по окружающей среде
и развитию «Наше общее будущее», известный как доклад Г. Х.
Брундтланд, возглавившей ее работу. По словам Г.Х.Брундтланд,
«международная комиссия пришла к заключению, что устойчивое
развитие должно составлять основополагающий элемент в глобальной
стратегии изменений». В докладе Всемирной комиссии по
окружающей среде и развитию, который также известен как доклад
Комиссии Брундтланд, устойчивое развитие определено как развитие,
при котором нынешние поколения удовлетворяют свои потребности,
не лишая будущие поколения возможности удовлетворять собственные
нужды, собственные потребности.
Официальное признание эта точка зрения получила на
Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-деЖанейро в 1992 году, когда по итогам доклада Комиссии ООН по
окружающей среде под руководством Премьер-Министра Норвегии
Г.Х. Брудтланд был принят новый принцип развития мировых
производительных
сил,
получивший
название
«Sustainable
development», который в русском переводе получил название
«Устойчивое развитие».
Русский перевод этого выражения (sustainable development) звучит
красиво, но не совсем точен. Правильнее было бы перевести его как
«выдерживаемое развитие», то есть такое, которое не противоречит
сохранению природы. Модель устойчивого развития и направлена на
такое удовлетворение потребностей и интересов людей, которое не
наносит ущерба ни нынешнему, ни грядущим поколениям.
Устойчивое развитие – это такое развитие, которое удовлетворяет
потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность
будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности.
Устойчивое развитие подразумевает: 1) право людей на здоровую и
плодотворную жизнь в гармонии с природой; 2) охрану окружающей
среды как неотъемлемую часть процесса развития; 3) удовлетворение
потребностей в благоприятной окружающей среде как нынешнего, так
и будущих поколений; 4) уменьшение разрыва в уровне жизни между
народами мира, а также между бедными и богатыми в каждой стране;
5) совершенствование природоохранного законодательства; 6)
исключение
развития
производства
и
потребления,
не
способствующих устойчивому развитию; 7) предупреждение и
предотвращение долгосрочных экологических проблем; 8) повышение
образовательного уровня населения; 9) воспитание экологического
мировоззрения.
Рабочий комитет Конференции заслушал выступления министров
экологии, глав государств и правительств разных стран, В рамках
комитета было создано 8 контактных групп по проблемам: 1)
финансовые ресурсы, 2) передача технологий, 3) загрязнение
атмосферы
и
изменение
климата,
4)
биоразнообразие
и
биотехнологии, 5) ресурсы пресной воды, 6) правовые инструменты, 7)
институциональные меры, 8) защита лесов.
В докладах участников конференции подчеркивались:
1. Необходимость и нравственная обязанность создания новой
глобальной модели развития, в которой благополучие всех и
сохранение окружающей среды были бы синонимами.
2. Невозможность обеспечения экологической безопасности
планеты в социально несправедливом мире,
3. Основными проблемами являются: а) перепроизводство и
перепотребление в развитых странах, подрывающие природные
системы жизнеобеспечения
на Земле; б) взрывоопасный рост
населения в развивающихся странах; в) усиление неравенства между
богатыми и бедными.
4. Недопустимость неограниченного роста экономики, который
нельзя рассматривать как прогресс. Население развивающихся стран
составляет 3/4 жителей планеты, а потребляют они только 1/3
экономических благ. Это создает дисбаланс, экологическую и
экономическую неустойчивость, одинаково угрожающую как богатым,
так и бедным странам.
В документах был заложен важный принцип упреждения на
стадии принятия решений. Реализация этого принципа крайне
сложна, но необходима. Экономическая и политическая цена
принятия крупных решений при нынешних масштабах человеческой
деятельности очень велика. А принимать их приходится чаще всего в
условиях неопределенности. Подчеркивается необходимость перевода
действий по охране окружающей среды и реализации концепции
устойчивого развития в ранг государственной и межгосударственной
политики, с которой все страны должны сверять свои экономические
и политические решения.
Переход к устойчивому развитию предполагает поэтапное
восстановление естественных экосистем до уровня, который
обеспечивает устойчивость окружающей среды и при котором
появляется реальная возможность существования будущих поколений
людей, удовлетворения их жизненно важных потребностей и
интересов. Формулирование новой стратегии развития означает
постепенное соединение в единую самоорганизующую систему
экономической, экологической и социальной сфер деятельности. В
этом смысле устойчивое развитие предполагает, как минимум,
экономическую
эффективность,
биосферосовместимость
и
социальную справедливость при общем снижении антропогенного
давления на биосферу.
Организация хозяйственной деятельности, не разрушающей
биосферу, а ее сохраняющей, т.е. экологодопустимой, не выходящей
за пределы несущей емкости экосистем, – одно из центральных
направлений становления будущего устойчивого общества. Биосфера
с этой точки зрения должна рассматриваться уже не только как
кладовая и поставщик ресурсов, а как фундамент жизни, сохранение
которого должно быть обязательным условием функционирования
социально-экономической системы и ее отдельных элементов.
Пока не существует удовлетворительного научно обоснованного
подхода к созданию полностью биосферосовместимого хозяйства.
Хозяйственная деятельность в XX в., ориентированная на быстрые
темпы экономического роста, стала разрушительной силой для
человека и биосферы. Но до сих пор биосферосовместимая экономика
выглядит как очередная утопия и неясны пути и механизмы ее
формирования, которые устроили бы современную цивилизацию.
Разрешение этого эколого-экономического противоречия видится в
создании
новой
модели
хозяйствования,
равновесной,
или
устойчивой, экономики, базирующейся на принципах всесторонней и
полной интенсификации и экологизации.
19.2. Принципы устойчивого развития
Концепция устойчивого развития зиждется на трех основах:
1) Обеспечение сбалансированности экономики и экологии, т.е.
достижение такой степени развития, когда люди в производственной
или иной экономической деятельности перестают разрушать среду
обитания.
2) Обеспечение сбалансированности экономической и социальной
сфер, взятых в её человеческом измерении, что означает
максимальное использование в интересах населения тех ресурсов,
которые дает экономическое развитие.
3) Решение задач, связанных с развитием, не только в интересах
ныне живущих, но и всех будущих поколений, имеющих равные права
на ресурсы.
Принцип 1
Человек имеет основное право на свободу, равенство и
благоприятные условия жизни в окружающей среде, качество которой
позволяет вести достойную и процветающую жизнь, и несет главную
ответственность за охрану и улучшение окружающей среды на благо
нынешнего и будущих поколений. В связи с этим политика поощрения
или увековечения апартеида, расовой сегрегации, дискриминации,
колониального и других форм угнетения и иностранного господства
осуждается и должна быть прекращена.
Принцип 2
Природные ресурсы земли, включая воздух, воду, землю, флору и
фауну, и особенно репрезентативные образцы естественных
экосистем, должны быть сохранены на благо нынешнего и будущих
поколений путем тщательного планирования и управления по мере
необходимости.
Принцип 3
Способность земли производить жизненно важные восполняемые
ресурсы должна поддерживаться, а там, где это практически
желательно и осуществимо, восстанавливаться или улучшаться.
Принцип 4
Человек несет особую ответственность за сохранение и разумное
управление продуктами живой природы и ее среды, которые в
настоящее время находятся под серьезной угрозой в связи с рядом
неблагоприятных факторов. Поэтому в планировании экономического
развития важное место должно уделяться сохранению природы,
включая живую природу.
Принцип 5
Невосполняемые ресурсы земли должны разрабатываться таким
образом, чтобы обеспечивалась защита от истощения этих ресурсов в
будущем и чтобы выгоды от их разработки получало все человечество.
Принцип 6
Введение в окружающую среду токсических веществ или других
веществ и выброс тепла в таких количествах или концентрациях,
которые превышают способность окружающей среды обезвреживать
их, должны быть прекращены, с тем чтобы это не наносило серьезного
или непоправимого ущерба экосистемам. Необходимо поддерживать
справедливую борьбу народов всех стран против загрязнения.
Принцип 7
Государства принимают все возможные меры для предотвращения
загрязнения морей веществами, которые могут поставить под угрозу
здоровье человека, нанести вред живым ресурсам и морским видам,
нанести ущерб удобствам или создать препятствия для других
законных видов использования морей.
Принцип 8
Экономическое и социальное развитие имеет решающее значение
для обеспечения благоприятных окружающих условий жизни и работы
человека, а также для создания условий на земле, которые
необходимы, для улучшения качества жизни.
Принцип 9
Ухудшение окружающей среды в результате недостаточного
развития и стихийных бедствий создает серьезные проблемы, которые
могут быть наилучшим образом устранены путем ускорения развития
за счет предоставления существенной финансовой и технической
помощи в дополнение к усилиям самих развивающихся стран, а также
такой своевременной помощи, какая может потребоваться.
Принцип 10
Что касается развивающихся стран, то стабильность цен и
соответствующие доходы от сырьевых товаров и материалов имеют
существенное значение для управления окружающей средой,
поскольку необходимо принимать во внимание как экономические
факторы, так и экологические процессы.
Принцип 11
Политика всех государств в области окружающей среды должна
повышать существующий или будущий потенциал развития
развивающихся стран, а не оказывать на него отрицательное
воздействие или препятствовать достижению всеми лучших условий
жизни, и государства, а также международные организации должны
предпринять соответствующие шаги с целью достижения соглашения
по преодолению возможных национальных и международных
экономических последствий, возникающих в результате применения
мер, связанных с окружающей средой.
Принцип 12
Следует выделять ресурсы для охраны и улучшения окружающей
среды с учетом обстоятельств и конкретных потребностей
развивающихся стран и любых расходов, которые могут быть связаны
с включением мер по охране окружающей среды в их планы развития,
а также необходимости предоставлять им по их просьбе
дополнительную международную техническую и финансовую помощь
в этих целях.
Принцип 13
В целях обеспечения более рационального управления ресурсами и
улучшения таким образом окружающей среды государства должны
выработать единый и скоординированный подход к планированию
своего развития для обеспечения того, чтобы это развитие
соответствовало потребностям охраны и улучшения окружающей
среды на благо населения этих государств.
Принцип 14
Рациональное
планирование
является
важным
средством
урегулирования любого несоответствия между потребностями
развития и потребностями охраны и улучшения окружающей среды.
Принцип 15
Необходимо осуществлять планирование населенных пунктов и
урбанизации, с тем чтобы избежать отрицательных последствий для
окружающей среды и получить максимальную пользу от социального и
экономического развития. В связи с этим необходимо отказаться от
проектов, предназначенных для обеспечения колониалистского
расистского господства.
Принцип 16
В тех районах, где быстрые темпы роста или слишком большая
плотность населения могут отрицательно сказаться на окружающей
человека среде или темпах развития, а также в тех районах, где
низкая плотность населения может создавать препятствия в деле
улучшения окружающей человека среды или в деле развития,
необходимо проводить демографическую политику, не ущемляющую
основных прав человека, политику, которую заинтересованные
правительства сочтут целесообразной.
Принцип 17
На соответствующие национальные учреждения следует возложить
задачи планирования, управления и контроля в отношении ресурсов
окружающей среды государств с целью повышения качества
окружающей среды.
Принцип 18
Наука и техника, внося свой вклад в социально-экономическое
развитие, должны быть использованы с целью определения и
предотвращения случаев нанесения ущерба окружающей среде и
борьбы с ним, а также для решения проблем окружающей среды на
благо всего человечества.
Принцип 19
Ознакомление подрастающего поколения, а также взрослых, с
должным учетом низших слоев населения, с проблемами окружающей
среды является крайне важным для расширения основы, необходимой
для сознательного и правильного поведения отдельных лиц,
предприятий и общин в деле охраны и улучшения окружающей среды
во всех ее аспектах, связанных с человеком. Важно также, чтобы
средства общественной информации не способствовали ухудшению
окружающей
среды,
а,
напротив,
распространяли
знания,
касающиеся необходимости охраны и улучшения окружающей среды,
с целью обеспечения возможностей
всестороннего
развития
человека.
Принцип 20
Национальные и многонациональные научноисследовательские и
опытно-конструкторские
работы,
связанные
с
проблемами
окружающей среды, должны получить поддержку во всех странах,
особенно в развивающихся странах. В этих целях необходимо
поддерживать и содействовать свободному потоку современной
научной информации и передаче опыта, с тем чтобы облегчить
разрешение проблем окружающей среды; технические знания в
области окружающей среды должны предоставляться развивающимся
странам на условиях, которые будут способствовать их широкому
распространению и не будут налагать экономическое бремя на
развивающиеся страны.
Принцип 21
В соответствии с Уставом Организации Объединенных Наций и
принципами международного права государства имеют суверенное
право разрабатывать свои собственные ресурсы согласно своей
политике в области окружающей среды и несут ответственность за
обеспечение того, чтобы деятельность в рамках их юрисдикции или
контроля не наносила ущерба окружающей среде других государств
или районов за пределами действия национальной юрисдикции.
Принцип 22
Государства сотрудничают в целях дальнейшего развития
международного права, касающегося ответственности и компенсации
жертвам за загрязнение и за другие виды ущерба, причиненные в
результате деятельности в пределах их юрисдикции, или контроля за
окружающей средой в районах, находящихся за пределами действия
их юрисдикции.
Принцип 23
Уважая
критерии,
которые
могут
быть
согласованы
международным сообществом, или нормы, которые должны быть
установлены на национальном уровне, крайне важно во всех случаях
принимать во внимание системы ценностей, установленные в каждой
стране, и степень применения норм, которые пригодны для
большинства развитых стран, но которые могут не подходить и
вызывать неоправданные социальные расходы в развивающихся
странах.
Принцип 24
Международные проблемы, связанные с охраной и улучшением
окружающей среды, следует решать в духе сотрудничества всех стран,
больших и малых, на основе равноправия. Сотрудничество,
основанное на многосторонних и двусторонних соглашениях или на
другой соответствующей основе, крайне важно для организации
эффективного контроля, предотвращения, уменьшения и устранения
отрицательного воздействия на окружающую среду, связанного с
деятельностью, проводимой во всех сферах, и это сотрудничество
следует организовать таким образом, чтобы в должной мере
учитывались суверенные интересы всех государств.
Принцип 25
Государства должны содействовать тому, чтобы международные
организации играли согласованную, эффективную и динамичную роль
в деле охраны и улучшения окружающей человека среды.
Принцип 26
Человек и окружающая его среда должны быть избавлены от
последствий применения ядерного и других видов оружия массового
уничтожения. Государства должны стремиться к скорейшему
достижению договоренности в соответствующих международных
органах о ликвидации и полном уничтожении таких видов оружия.
19.3. Стратегия устойчивого развития
Одной из целей стратегии должно стать обеспечение социально
надежного экономического развития, при котором осуществляются
мероприятия по охране окружающей природной среды в интересах
будущих поколений. В «Повестке дня» было рекомендовано
разрабатывать
национальной
(государственной)
стратегии
устойчивого развития на основе тщательной оценки нынешней
ситуации и инициатив, при самом широком участии всех слоев
общества и органов государственной власти.
Если
на
конференции в
г.
Рио-де-Жанейро
(Бразилия)
доминировала проблема окружающей среды для достижения целей
устойчивого развития, то в Йоханнесбурге этой проблеме уделялось
такое же внимание, как обсуждение социальных и экономических
вопросов. Исполнительный директор ЮНЕП в своем выступлении
отметил, что проблема глобальной деградации природы обостряется
из-за бедности и несправедливого распределения благ и выделил на
первое место задачу «окружающая среда для развития».
в Политической декларации Йоханнесбурга особо выделена
проблема потери биоразнообразия, как имеющая большое значение (п.
13). В числе новых проблем, не обсуждавшихся в Рио и появившихся
только в последнее десятилетие, можно назвать глобализацию,
торговлю, финансирование устойчивого развития. Хотя в документах
Йоханнесбургского саммита отсутствуют явные призывы к развитым
странам сократить свое потребление, в них содержится много
требований
к
финансированию
устойчивого
развития
в
развивающихся странах. Так же, как и в Рио-де-Жанейро, за
пределами повестки дня Саммита взаимосвязанно ставились вопросы
военной деятельности и окружающей среды (устойчивого развития),
разоружения, а также ядерной безопасности
В ходе последнего пленарного заседания саммита 4 сентября его
участниками была принята политическая декларация форума,
призывающая все страны к работе на благо всеобщего процветания и
мира, а также план действий по борьбе с бедностью и охране земной
экологии.
Этот документ предусматривает ряд широкомасштабных акций,
обеспечивающих доступ сотням миллионов человек к чистой воде и
электрической энергии, а также 50-процентное снижение уровня
бедности
к
2015
году.
В
нем
оговорены
комплексные
природоохранные программы, замедляющие вырубку лесов и
истощение рыбных ресурсов мирового океана. План также
предусматривает глобальное
снижение субсидий на добычу
ископаемых энергоносителей, переход на возобновляемые источники
энергии.
2.2. Планы практических занятий
и методические рекомендации к ним
1. Геоэкологическая паспортизация природных объектов
Экологическая паспортизация – это единая система учета состояния природной
среды, конкретных природных объектов, таких, как речные системы, озера,
водохранилища, лесные и сельскохозяйственные угодья и т.д. Паспорт включает
основные сведения о природных объектах, позволяющие подобрать и рекомендовать
рациональный режим разработок при освоении природных ресурсов, а также
мероприятий, необходимых для восстановления нарушенного природного
равновесия в результате антропогенно-техногенных факторов без учета
специфических особенностей природно-климатической зональности.
Типовой геоэкологический паспорт речных систем (бассейнов)
1. Общая физико-географическая характеристика исследуемого бассейна
1.1. Административное положение, занятое бассейном реки
1.2. Рельеф
1.3. Климатические особенности
1.4. Ландшафтные (почвенно-растительные) особенности
1.5. Геолого-геоморфологические условия расположения бассейнов
1.6. Абсолютные отметки уреза воды
в верхнем течении
в среднем течении
в нижнем течении
1.7. Количество притоков (правых, левых)
1.8.
Количество
населенных
пунктов, сельского, поселкового
расположенных в пределах бассейна и их названия городского, ГЭС, плотины
(типы)
областного, промышленного
реакреационного (базы отдыха)
2. Экологические особенности речных бассейнов
2.1. Динамика русловых процессов
эрозионная (врезы) русла
аккумулятивная (накопления) пляжи
2.2. Анализ продольных и поперечных профилей в верхнем течении
рек
в среднем течении
в нижнем течении
2.3. Коэффициент извилистости, меандрирования
2.5. Характер террасового комплекса
поймы
1 - надпойменных террас
3. Дешифровочные признаки речных систем
3.1. Характер деградации рек
перестройка речных долин
отмирание речного русла
перехваты речных систем
4. Экологический прогноз, оценка, рекомендации природоохранных мероприятий речных
бассейнов
4.1. Экологические
природных условий)
ситуации
(нарушения нормальные
слабо нарушенные
нарушенные
очень нарушенные,
состоянии
в
кризисном
полная деградация, отмирания русла
4.2. Районы повышенного экологического риска в пределах речных долин
4.3. Зоны геодинамических напряжений в пределах речных долин
4.4. Рекомендации природоохранных мероприятий укрепление берегов от абразии
углубление, очищение русла рек
уменьшение, прекращение выбросов
промышленных, бытовых отходов
Типовое содержание эколого-природоохранного паспорта
природоохранных объектов, расположенных в пределах речных,
озерных систем
№
Содержание разделов паспорта
п/п
1
Название объекта:
1.1. Географическая привязка:
1.2. Административное положение:
2
Общая физико-географическая характеристика исследуемого района
2.1. Рельеф:
2.2. Климат
2.3. Ландшафтные особенности:
2.4. Геолого-геоморфологические особенности:
3
Геолого-геоморфологические особенности
3.1. Типы речных и озерных систем:
3.2. Динамика русловых и озерных процессов, изменение поверхности
зеркала озерных вод:
3.3. Коэффициенты перепада русла рек (наибольшие, наименьшие)
3.4. Аномальные участки падения речных долин
3.5. Заозеренность исследуемого региона
3.6. Анализ поперечных и продольных профилей рек
3.7. Коэффициент извилистости рек
3.8. Характер пойм, террасовых комплексов рек, озерных систем
4
Дешифровочные признаки
4.1. Выявление древних речных долин, озерных котловин
4.2. Реконструкция изменения уровня зеркала поверхностных вод древних
озер
4.3. Выявление районов засоленности и деградации почвенных и лесных
угодий - залесенности, засоленности
4.4. Выявление заозеренности, заболоченности
4.5. Определение скорости деградации, перестройки речных и озерных
систем, перехваты, брошенные долины
4.6. Определение динамики, скорости изменения речных и озерных систем
5
Прогнозно-оценочная характеристика
5.1. Выявление районов повышенного экологического риска
5.2. Выявление зон повышенного геодинамического напряжения, т.е.
влияния геодинамических, ландшафтных, антропогенно-техногенных
показателей
5.3. Выявление районов возможного засоления, интенсивного эрозионного
оврагообразования – деструкции, деградации, денудации (разрешения, смыва
и т.д.)
5.4. Выявление районов активной перестройки речных систем, высыхание
озерных котловин
5.5. Выявление районов ландшафтных изменений в результате естественных,
природно-климатических особенностей или влияния АТФ
6
Природоохранные мероприятия
Типовой геоэкологический паспорт водоразделов (междуречий)
1. Общая физико-географическая характеристика междуречий (водоразделов)
1.1. Административное положение района
1.2. Рельеф. Абсолютные отметки. Относительные превышения
1.3. Климатические особенности
1.4. Ландшафтные (почвенно-растительные) особенности
1.5. Геолого-геоморфологические особенности
2. Экологические особенности междуречий, водоразделов
2.1. Типы водоразделов:
Грядовый
Остаточно-вершинный
Плосковершинный
2.2. Склоновые процессы. Типы Крутые - прямые
склонов:
Пологие - выпуклые
2.3. Динамика склоновых процессов и их связь с тектоническими денудационноаккумулятивными процессами
2.4. Определение интенсивности эрозионного расчленения
3. Дешифровочные признаки водораздельных, междуречных территорий
3.1. Типы склонов:
По рисунку гидрографической сети
3.2. Определение уклонов и направления сноса материала денудации
3.3. Определение остаточно-вершинной поверхности, их абсолютные отметки и остаточновершинные относительные превышения
4. Экологический прогноз, оценка, рекомендации природоохранных мероприятий в
пределах водоразделов, междуречий
4.1. Экологическая ситуация в зонах (нормальная, слабая, умеренная, сильная,
катастрофическая):
Активных разломов
Геодинамических напряжений
На сопряжении различных разновозрастных структур
4.2. Структурный план в пределах водораздела:
Древние структуры
Новейшие структуры
Зоны глубинных разломов
Зоны трещиноватости
Сейсмичность
4.3. Оценка экологической ситуации в пределах водоразделов в связи с активизацией
антропогенно-техногенного фактора (АТФ) при освоении природных ресурсов:
Открытые карьерные разработки полезных ископаемых, в
пределах водоразделов
Захоронения радиоактивных, промышленных отходов
Скотомогильники
4.4. Зоны геодинамических напряжений в пределах водоразделов
4.5. Рекомендации
территорий:
природоохранных
мероприятий:
водоразделов,
междуречных
Задание: используя атлас мира, выбрать геосистему и заполнить
бланк паспорта.
2. Геоэкологические термины
Дать определение терминам. Обосновать определение.
Вариант 1.
Биологическая продуктивность
Подтопление
Захоронение отходов
Дефляция почв
Интенсивность
Геохимический баланс
Живое вещество
Просадка поверхности
Парниковый эффект
Буферность (геосистемы)
УГВ
Экологическая катастрофа
Воздухоохранные мероприятия
Видимость
Паводок
Вибрация
Тепловой баланс
Благоустройство территории
Вариант 2.
Состояние геосистемы
Биогеохимический цикл
Эрозия почв
Очаг загрязнения
Водный объект
Суммарные выбросы
Системообразующий поток
Озоновые дыры
Вулканизм
Вторичное засоление почв
БПК5
Негативное воздействие
Бонитет
Круговорот вещества и энергии
Поверхностный сток
Воздушная масса
Биота
Эволюция (геосистемы)
Вариант 3.
Качество природной среды
Аэрозоли
Вход и выход (геосистемы)
Биоиндикация
Водный режим
Вымораживание
Водоохранные мероприятия
Критический компонент
Залповый выброс
рН
Биомасса
Процесс
Безотходные технологии
Кислотные дожди
Высотная поясность
Суффозия
Инвариантная структура
Экологический кризис
Вариант 4.
Районирование
Антропогенная нагрузка
ХПК
Геомер
Вода питьевая
Временно-согласованные выбросы
Аридный климат
Бессточная область
Управляемые системы
Влияние
Газоочистка
Водный баланс
Источник загрязнения
Воздух
Миграция химических элементов
Утилизация
Горизонт (геосистемы)
Геодинамика
Вариант 5.
Цветение воды
Аккумуляция
Антропогенное воздействие
Поток (вещества и энергии)
Альбедо
Трансграничные реки
Самоочищение
Опустынивание
ПДВ
Опасные процессы
Динамика
Токсикант
Истощение вод
Атмосфера
Вымирание
Геохора
Вторичное загрязнение
Запыленность
Вариант 6.
Особо охраняемая природная территория
Биологические разнообразие
Тепловое загрязнение
СПАВ
Изменение климата
Адаптация
Биогены
Авария
Заболачивание
Сточные воды
Амплитуда
Устойчивость
Парниковый эффект
Мониторинг
Антропогенный ландшафт
Атмосферные осадки
Водоохранная зона
Опустынивание
Вариант 7.
Экологические нормативы
Возраст геосистемы
Антропогенные факторы
Функция
Рассеивание
Геохимические барьеры
Геосферы
Экологические проблемы
Эвтрофикация
Выбросы загрязняющих веществ
Диффузия
Экологическое равновесие
Тяжелые металлы
Ландшафт
Радиоактивное загрязнение
Блок (геосистемы)
Деградация
Сапробность
Вариант 8.
Ёмкость среды
Биогенные элементы
Химическое загрязнение
Выветривание
Серийные геосистемы
Фоновое содержание химических веществ
Интенсивность
Экологический кризис
Оптимизация
Экологическая опасность
Санитарно-защитная зона
ПДК
Негативное воздействие
Селитебная зона
Отходы производства
Геосистема
Тяжелые металлы
Прогнозная оценка
Вариант 9.
Адаптация
Концентрация химического вещества
Трофность
Радиационное загрязнение
Ореол загрязнения
Эпифация
Азональность
Гомеостаз
Охранная зона
Экологическая экспертиза
Бассейн
Гроза
Зона аэрации
Гумификация
Вымывание
Денудация
Нефтепродукты
Деятельный слой
Вариант 10.
Тепловое загрязнение
Ветер
Затопление
Область разгрузки
Экологический риск
Индекс загрязнения
Ядерная зима
Коренная геосистема
Сбросы
Смог
Природоохранное законодательство
Рекултивация
ПДВ
Устойчивое развитие
Природная среда
Опасные природные явления
Поллютант
Чрезвычайная ситуация
3. Антропогенное воздействие на геосферы Земли
Рекомендуется описать:









источники антропогенного воздействия;
наблюдаемые изменения в природных процессах глобального уровня;
районы возникновения зон экологического неблагополучия в данной геосфере;
характеристика неблагоприятных экологических процессов глобального уровня;
скорость и масштабы развития неблагоприятных экологических процессов;
возможность предотвращения развития неблагоприятных экологических
процессов;
возможность минимизации последствий развития неблагоприятных экологических
процессов;
принимаемые сейчас меры по управлению глобальными процессами в данной
геосфере;
эффективность и достаточность этих мер на современном уровне развития
цивилизации.
Предлагается выполнить анализ для следующих геосфер (в
пределах
эпигеосферы):
литосфера,
атмосфера,
гидросфера,
биосфера, педосфера, криосфера).
4. Геоэкологические процессы
Выполнить анализ протекания геоэкологических процессов и
сопутствующих им явлений для следующих объектов (территорий):
старица Ишимчик, Народный парк, заливной луг (сенокос),
Синицынский бор, огород, территория ИГПИ.
В частности, определить:
Природные процессы
Явления
1.
2.
3.
4.
5.
Антропогенные процессы
1.
2.
3.
4.
5.
Благоприятные процессы
1.
2.
3.
4.
5.
Неблагоприятные процессы
1.
2.
3.
4.
5.
Климатические процессы
1.
2.
3.
4.
5.
Почвенные процессы
1.
2.
3.
4.
5.
Геохимические процессы
1.
2.
3.
4.
5.
Явления
Явления
Явления
Явления
Явления
Явления
Продукционные процессы
Явления
1.
2.
3.
4.
5.
Склоновые процессы
Явления
1.
2.
3.
4.
5.
Флювиальные процессы
Явления
1.
2.
3.
4.
5.
Русловые процессы
Явления
1.
2.
3.
4.
5.
Эоловые процессы
Явления
1.
2.
3.
4.
5.
Процессы загрязнения
Явления
1.
2.
3.
4.
5.
5. Условия развития неблагоприятных геоэкологических
процессов
Определить
условия,
при
которых
происходит
развитие
неблагоприятных геоэкологических процессов.
Опустынивание
Диагностические показатели развития
Процесс
процессов
Распыление пахотного горизонта АП. Наличие
Деструктуризация корки на поверхности и растрескивание почвы на
глубину до нескольких сантиметров.
Выдувание до половины пахотного горизонта почв.
Распространены эоловые формы микрорельефа
Дефляция
(выдувы, котловины, эоловые ложбины, ветровая
рябь, косы навевания или холмики-косы, барханы).
Увеличение площади засоленных почв (солончаков
Засоление
и солонцов).
Поверхность почв покрывается щебнем, гравием и
Защебнение
крупным песком.
Процесс иллювиальной или грунтово-водной
аккумуляции карбонатных солей Са и Mg в
различных морфологических формах. Характерные
особенности: вскипание от соляной кислоты,
Обызвесткование
пороховатая структура почвы, характерное для
крупно-полигональное растрескивание и
уплотнение почв. Карбонатные почвы легко
подвергаются дефляции.
Формирование гипсового горизонта в профиле
почв, гипсовых кор, а также аккумулирование гипса
Огипсовывание
в форме новообразований. Следствием сильной
степени опустынивания являются гипсоносные
серо-бурые почвы («гипсовые купола»).
Снижение содержания физической глины и ила.
Выражается в процентах потери содержания
Опесчанивание
физической глины при сравнении с эталоном
почвы. Свидетельствует о слабой степени
проявления опустынивания.
Такыр отличается открытой выровненной
поверхностью с твердой полигональноОтакыривание
трещиноватой коркой мощностью от 2 до 5 см.
Корка не засолена, содержание карбонатов по всему
профилю высокое.
Условия
развития
Заболачивание
Процесс
Заиление
Зарастание
Оглеение
Одернение
Диагностические показатели развития процессов
Накопление в озерах ила, ведущее в развитию
болотной растительности.
Зарастание озер болотной растительностью и
превращение их в зыбуны.
Образование закисных форм химических
соединений. Визуально проявляется в виде сизого
налета в почвенном разрезе.
На месте вырубленного (сгоревшего) леса в лесной
зоне появляются злаки, образующие при
благоприятных условиях плотную дернину, которая
препятствует возобновлению древесной
Условия
развития
растительности и способствует застаиванию влаги.
Формирование слабоводопроницаемого
иллювиального горизонта и подпора грунтовыми
водами. Вследствие длительного процесса
Оподзоливание
образуется следующий парагенетический ряд:
подзол → глееподзол → подзолисто-глеевая почва
→ торфяно-глеевая почва.
Повышение уровня грунтовых вод. При
подтоплении заболачиваются и засоляются почвы,
Подтопление
снижается продуктивность растительности,
ухудшается санитарное состояние местности.
В области тундры причиной заболачивания является
весьма малое испарение с поверхности земли и
неглубокое залегание слоя вечной мерзлоты. Вечная
мерзлота и глина задерживают воду у поверхности
Промерзание
земли, а сравнительно высокая температура
вегетационного периода и влажный летний климат
способствуют развитию травяной растительности,
содействующей заболачиванию.
Очагами заболачивания водоразделов служат иногда
суффозионные западины. Образующиеся в
Суффозия
западинах болота разрастаются и формируют
сплошные массивы.
Формирование торфяного горизонта почв
вследствие неполного разложения растительности.
Торфонакопление
Скорость торфонакопления составляет от 0,3 до 1,1
мм/год.
Эрозия
Диагностические показатели развития
процессов
Отложение смытого материала в понижениях
рельефа. На выходе линейных форм может
Аккумуляция
приводить к образованию конусов выноса –
упорядоченных шлейфов отложений различного
механического состава.
Врезание
Углубление русел водных потоков.
Разрушение и распыление структуры почвы под
действием движущейся воды. Во влажном
состоянии деструктурированные почвы
Деструктуризация сплываются, характеризуются вязкостью,
пластичностью, в сухом – становятся монолитноплотными, разбитыми трещинами, на поверхности
образуется осветленная корка.
Приход воды и мелкозема с выше расположенных
Намыв
участков склона. Выражается в избыточном их
количестве и частичном их накоплении.
Прекращение поверхностного стока в руслах
временных водотоков. Во время пересыхания
Пересыхание
интенсивность эрозионных процессов резко
снижается.
Снижение мутности водного потока вследствие
Разгрузка
отложения взвешенных частиц.
Процесс
Условия
развития
Размыв
Редукция стока
Смыв почв
Транспорт
Уплотнение
Образование отрицательных форм рельефа при
линейной и боковой эрозии.
Снижение расхода водного потока и количества
переносимого им материала.
Вынос мелкого почвенного материала при
плоскостной эрозии. Мощность верхних почвенных
горизонтов снижается, ухудшается структура и
плодородие почвы. Растительный покров на таких
почвах становится разреженным, снижается его
продуктивность.
Горизонтальное перемещение вещества между
участками денудации и аккумуляции.
Процесс, протекающий при ударном воздействии
дождевых капель. Приводит к падению
водопроницаемости почвы и усилению
поверхностного стока.
Засоление
Диагностические показатели развития
процессов
Поглощение солей поверхностью почвенных
Адсорбция
коллоидов.
Почвенные отдельности покрываются тонкой
Выцветание
пленкой солей.
Образование растворимых солей при химическом
Выщелачивание
разложении материнских пород.
Разрушение и распыление структуры почвы. Во
влажном состоянии деструктурированные почвы
Деструктуризация сплываются, характеризуются вязкостью,
пластичностью, в сухом – становятся монолитноплотными.
Увеличение содержания солей в верхних
Концентрация
почвенных горизонтах.
Образование и накопление труднорастворимых
химических соединений (в основном сульфатов,
Осаждение
карбонатов и гидроксидов тяжелых металлов).
Процесс сопровождается появлением
новообразований в почве.
Формирование уплотненного солонцового
горизонта. Структура надсолонцового горизонта
Осолонцевание
пластинчатая, слоеватая, солонцового – столбчатая,
призмовидная.
Накопление солей на стенках порового
Отложение
пространства почвы.
Перемещение солей к поверхности почвы с током
Подтягивание
капиллярных вод.
Увеличение рН почвенного раствора.
Подщелачивание – частый, хотя и необязательный
Подщелачивание
процесс, сопровождающий увеличение
концентрации солей в почве.
Превращение солей в подвижные формы
Растворение
вследствие распада их на ионы.
Процесс
Условия
развития
Угнетение
Растительный покров снижает свою
продуктивность, изреживается. Происходит
сукцессионная смена видового состава.
6. Саморегуляция и стабильность геосистем
Цель занятия: Выявить факторы, определяющие стабильность
функционирования геосистем
Общие положения: Под саморегуляцией понимается приведение
геосистемы
в
устойчивое
состояние
в
процессе
ее
функционирования. Саморегуляция обеспечивает относительное
равновесие всей системы.
Саморегуляция удерживает переменные структуры геосистем в
серийном ряду развития. Долговечность серийных фаций (в том
числе их растительных, почвенных и других компонентов) во многом
зависит от присущего этим фациям стабилизирующего начала.
При значительных нарушениях структуры геосистемы роль
саморегуляции снижается, но в полной мере она не может быть
устранена. Под влиянием региональных особенностей климата
коренная структура геосистемы имеет шансы в той или иной степени
восстановиться, что, однако, требует большого промежутка времени.
Как правило, саморегуляция наиболее действенна в оптимальных
условиях тепла и влаги. Если при внешних воздействиях на
геосистему изменен ее водный режим в сторону дефицита влаги,
эффективность саморегуляции значительно снижается.
Саморегуляция направлена главным образом на обеспечение
равновесия
геосистем,
которое
нарушается
различными
отклонениями факторов среды от средней нормы по ходу временных
циклов (периоды засухи; резкие похолодания; взрыв размножения
вредных насекомых; колебание уровня грунтовых вод; деформация,
вызванная эрозией и различными катастрофическими явлениями, и
др.).
Обратные связи в геосистемах играют очень важную роль.
Положительные обратные связи усиливают цепные реакции,
сопровождающие преобразовательную динамику. Отрицательные
обратные связи способствуют восстановлению равновесия, т.е.
определяют
саморегуляцию.
Например,
пенепленизация
прекращается, когда уклоны рельефа становятся небольшими.
Саморегуляция геосистемы возможна, если связи между ее
компонентами допускают определенную амплитуду показателей
корреляции.
Это
обязательное
условие
всякой
устойчивой
организации. Связи внутри организации не должны быть абсолютно
устойчивыми, чтобы строгая определенность одних ее частей не
исключала возможности изменения каких-то других.
Ход занятия: Построить графическую модель структуры
геосистем, отобразить на ней внутренние и внешние связи.
Определить связи, ответственные за сохранение стабильности
системы.
1. Тундра
2. Тайга
3. Тропическая пустыня
4. Река
5. Верховое болото
6. Альпийский луг
7. Пастбище
8. Урбанизированная территория
9.Старичное озеро
10. Пшеничное поле
Вопросы для проверки:
Из чего складывается структура геосистемы?
Как
осуществляется
взаимодействие
между
элементами
геосистемы?
В чем разница действия прямых и обратных связей?
Как действуют положительные и отрицательные связи?
Какое равновесие устойчивее – динамическое или статическое?
7. Формирование самоочищающей способности геосистем
Цель занятия: Выявить факторы, влияющие на формирование
самоочищающей способности геосистем
Общие положения: Самоочищением географических систем
называют их способность после загрязнения восстанавливать
первоначальные свойства и состояние в результате сложного
комплекса физических, химических и биологических процессов.
Физические и физико-химические процессы характеризуют
скорость протекания обменных реакций. Скорость протекания
реакций зависит главным образом от температуры среды. Для
приближенной оценки влияния температуры на скорость химической
реакции можно пользоваться правилом Вант-Гоффа, из которого
следует, что при понижении температуры на 10С скорость реакции
уменьшается в 2-4 раза.
Другим важным фактором является скорость перемещения
растворов и свойства вмещающей их среды.
Химические процессы самоочищения наиболее эффективно
протекают на окислительных барьерах для элементов с переменной
валентностью
и
сорбционных
для
большинства
элементов,
содержащихся в воде в малых количествах. Для органических
веществ характерны также процессы саморазложения. В этом случае
вещество продолжает мигрировать, но уже в виде продуктов
химических и биохимических реакций. Скорость биохимических
реакций зависит как от температуры, так и от содержания
кислорода. Для каждого вида микроорганизмов характерен свой
температурный диапазон жизнедеятельности. При несоответствии
температурных условий в подземных водах этому диапазону
жизнедеятельность микроорганизмов замедляется в десятки и сотни
раз.
Важная роль в самоочищении водоема принадлежит высшим
водным растениям, а также деятельности фитопланктона и бентоса.
Для улучшения состояния вод необходимо повышать лесистость в
санитарных зонах, рационально вносить удобрения на поля, очищать
стоки, ограничивать рекреационную нагрузку и выпас скота.
Ход занятия: Составить схему формирования самоочищающей
способности среды для следующих геосистем:
1. Озеро
2. Смешанный лес
3. Пойма реки
4. Жилая застройка
5. Река
6. Верховое болото
7. Пастбище
8. Пшеничное поле
9. Овраг
10. Полигон бытовых отходов
Вопросы для проверки:
Что такое самоочищение географических систем?
Какую роль в саморегуляции геосистем играет их самоочищающая
способность?
Из каких факторов складывается самоочищающая способность?
Перечислите природные процессы, участвующие в самоочищении
геосистем.
Каково значение самоочищающей способности геосистем для
ведения хозяйственной деятельности?
Какие технические приемы позволяют усилить процессы
самоочищения в геосистемах?
2.3. Планы лабораторных занятий
и методические рекомендации к ним
1. Коэффициент экологической стабильности ландшафта
Для оценки экологической стабильности ландшафта учитывают площадь, свойства
и качественное состояние его элементов (влажность и профиль биотопа, структура
биомассы, геологическое строение, местоположение и морфология поверхности):
n
КЭСЛ 
f
i 1
i
K э. з К r
FT
,
где f i – площадь биотического элемента; К э. з – коэффициент,
характеризующий экологическое значение отдельных биотических
элементов (табл.);
– коэффициент геолого-морфологической
Kr
устойчивости рельефа (1 – стабильный, 0,7 – нестабильный, – пески, склоны
и пр.); FT – площадь всей территории ландшафта.
Элементы ландшафта К э. з
застройка
0
пашня
0,14
хвойные леса
0,38
сады, лесополосы
0,43
огороды
0,5
луга
0,63
пастбища
0,68
водоемы и водотоки 0,79
лиственные леса
1
Оценку ландшафта производят по следующей шкале:
Нестабильный –  0,33
Малостабильный – 0,34-0,5
Среднестабильный – 0,51-0,66
Стабильный –  0,66
Задание выбрать на топографической карте участок площадью 25
2
км и оценить стабильность ландшафтной среды путем расчета
КЭСЛ.
2. Геоэкологический анализ воздействия промышленных
предприятий
Цель занятия: провести геоэкологический анализ воздействия
промышленных предприятий на атмосферу
Термины: геоэкологический анализ
Геоэкологический анализ (geoecological analysis) – метод научного
исследования, состоящий в мысленном разложении целого на
составные части.
Общие положения: Для выбора оптимального варианта
антропогенной нагрузки на атмосферный воздух при размещении
новых промышленных предприятий рекомендуется использовать
показатель метеорологического потенциала атмосферы (МПА). Под
МПА
подразумевается
комплекс
метеорологических
условий,
характерных для той или иной местности и способствующих как
накапливанию
примесей,
так и
самоочищению
приземной
атмосферы.
МПА является функцией двух величин: метеорологического
потенциала загрязнения атмосферы (МПЗА) и метеорологического
потенциала самоочищения атмосферы (МПСА).
МПЗА определяется по формуле: МПЗА = Рш + Рт, где Рш –
повторяемость скоростей ветра 0-1 м/с, %; Рт – повторяемость дней с
туманами, %. МПСА = Ро + Рв, где Ро – повторяемость дней с
осадками более 0,5 мм, %; Рв – повторяемость скоростей ветра более
6 м/с, %.
МПА рассчитывается по формуле: МПА 
МПЗА Рш  Рт

.
МПСА Ро  Рв
Если МПА меньше единицы, то повторяемость процессов,
способствующих самоочищению атмосферы, преобладает над
процессами накопления вредных примесей.
Если МПА больше единицы, то повторяемость процессов,
способствующих накоплению вредных примесей, преобладает над
повторяемостью процессов, способствующих ее самоочищению.
Условия, при которых величины МПА больше трех, являются крайне
неблагоприятными для рассеивания примесей в атмосфере.
При
выборе
площадки
для
размещения
планируемого
предприятия необходимо сравнить значения МПА по нескольким
станциям в предполагаемых местах строительства и выбрать те, для
которых величина МПА имеет наименьшее значение.
Материалы: климатические данные
Ход занятия: Используя климатические данные, рассчитать
метеорологический потенциал атмосферы для каждого из пяти
предлагаемых участков, и выбрать участок, наиболее подходящий
для строительства металлургического завода.
Вариант 1.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
45
75
30
80
30
10
20
45
20
80
80
60
90
60
40
10
15
70
50
60
Вариант 2.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
40
80
30
40
70
50
40
50
15
40
20
15
70
30
60
5
30
90
60
20
Вариант 3.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
20
70
5
70
60
5
30
10
20
30
60
40
30
80
15
100
10
5
10
20
Вариант 4.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
50
40
50
30
70
30
0
30
40
20
40
10
60
60
10
5
5
40
5
0
Вариант 5.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
15
5
10
5
30
50
10
20
50
20
40
10
30
15
80
40
40
50
20
5
Вариант 6.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
20
80
70
50
60
5
10
15
40
50
40
60
40
30
30
10
15
20
30
5
Вариант 7.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
90
60
80
50
70
40
20
60
30
50
60
10
15
20
40
70
30
10
10
10
Вариант 8.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
80
15
70
70
40
40
40
60
40
60
60
70
20
60
20
70
20
40
15
10
Вариант 9.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
80
90
70
70
40
30
50
80
50
20
15
70
40
30
10
20
40
10
10
5
Вариант 10.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
50
10
30
20
60
10
20
5
70
60
30
0
50
40
30
20
40
10
80
60
Вариант 11.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
80
70
40
60
20
40
20
30
50
5
60
60
80
10
40
10
30
100
0
60
Вариант 12.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
50
20
60
40
50
30
5
10
50
10
30
40
40
10
40
10
10
30
0
5
Вариант 13.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
30
10
40
60
30
60
0
20
30
20
20
20
15
50
50
0
50
5
70
40
Вариант 14.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
Вариант 15.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
40
40
30
80
20
10
60
5
0
5
60
10
10
30
60
70
20
0
70
80
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
1
10
0
0
5
2
20
10
40
30
3
20
0
70
60
4
70
10
30
50
5
15
30
25
10
Вариант 16.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
20
50
60
25
70
70
20
10
40
0
5
45
90
45
15
0
80
30
60
90
Вариант 17.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
50
30
90
10
70
20
10
0
25
10
30
15
50
65
25
80
60
40
15
40
Вариант 18.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
35
60
60
30
45
10
40
10
15
20
0
80
10
70
30
10
20
0
60
50
Вариант 19.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
Вариант 20.
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
20
75
40
10
25
0
15
65
25
25
10
60
25
40
40
5
40
5
30
10
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
80
60
50
65
20
10
30
20
10
15
20
45
30
35
35
40
15
70
5
25
Вариант 21.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
70
15
35
30
90
5
80
40
25
0
20
70
20
80
0
90
90
10
10
80
Вариант 22.
ПОВТОРЯЕМОСТЬ, %
скоростей ветра 0-1 м/с
скоростей ветра более 6 м/с
дней с осадками выше 0,5 мм
дней с туманами
ПРОЕКТНЫЙ УЧАСТОК №
1
2
3
4
5
50
85
30
30
40
45
5
65
10
60
20
10
100
75
70
40
60
100
15
10
Вопросы для проверки:
Почему при расчете метеорологического потенциала атмосферы
используется показатели повторяемости, а не абсолютные значения
климатических факторов?
Как поступить в случае, если все проектные участки будут иметь
МПА больше единицы?
Какие
факторы
способствуют
самоочищению
приземной
атмосферы?
3. Геохимический ландшафт и геохимическая обстановка
Цель занятия: Научиться выявлять преобладающие направления
миграции веществ в ландшафтах.
Пользуясь
топографическими
картами,
провести
анализ
геохимической ситуации территории
Геохимический ландшафт
Ландшафтные
характеристики
элювиальный
Положение в
рельефе
возвышения
Механический
состав грунтов
легкий
Элементарный геохимический ландшафт
трансэлювиальный трансаккумулятивный супераквальный
понижения и
верхние части
средние и нижние
нижние части
склонов
части склонов
склонов
легкий
средний
тяжелый
субаквальный
водоемы и
водотоки
тяжелый
преимущественно
Типы почв
Уровень
грунтовых вод
Тип водного
питания
Дренаж
Геохимическая
обстановка
подзолистые,
серые лесные,
черноземы
подзолистые,
серые лесные,
черноземы
лугово-черноземные,
черноземно-луговые
луговые
болотные,
пойменные
4м
4м
1-4 м
около 1 м
1м
хороший
атмосферный,
намывной
хороший
окислительная
окислительная
переходная
поверхностный
сток,
испарение;
вынос в нижние
слои почвы
поверхностный и
внутрипочвенный
сток
вертикальная;
аккумуляция
материала
вертикальная;
аккумуляция
материала
диффузия
ксерофиты,
ксеромезофиты
ксерофиты,
ксеромезофиты
мезофиты
мезофиты,
гигрофиты
гидрофиты
атмосферный
Направление
миграции веществ
Экологический
тип
растительности
намывной,
грунтовый
недостаточный
переходная,
глеевая
намывной
средний
грунтовый
отсутствует
глеевая
Геохимическая обстановка
pH
Eh
окислительные
сильнокислые
зоны окисления
сульфидных
месторождений,
угольные шахты
восстановительные
глеевые
болота
восстановительные
сероводородные
глубокие зоны
сульфидных
месторождений,
угольные шахты
кислые и
слабокислые
верхние
почвенные
горизонты
гумидных
ландшафтов
нижние
почвенные
горизонты
гумидных
ландшафтов,
болота
болота
нейтральные и
слабощелочные
верхние
почвенные
горизонты
аридных
ландшафтов
сильнощелочные
автоморфные
солонцы
нижние
почвенные
горизонты
аридных
ландшафтов
гидроморфные
солонцы
гидроморфные
солонцы,
солончаки
гидроморфные
солонцы,
солончаки
Геохимические барьеры
Кислородные барьеры – смена восстановительных условий на окислительные:
поверхность полугидроморфных почв, окраины болот и озер, и др.
Сероводородные восстановительные – кислые или глеевые воды контактируют
с сероводородной средой: нижние слои солончаковых почв.
Глеевые восстановительные барьеры – на границах кислых вод (например,
болотных). Образуются почвы гидроморфного и полугидроморфного ряда.
Щелочные барьеры – смена кислой среды на щелочную: на контакте
карбонатных вод.
Кислые барьеры – при смене условий в более кислую сторону, на кислых
барьерах формируются дерново-подзолистые, красноземные, серые и бурые
лесные почвы, солоди.
Испарительные барьеры проявляются в аридных условиях, происходит
образование засоленных почв.
Сорбционные барьеры характерны для иллювиальных и гумусовых горизонтов
почв. В основе сорбционного поглощения лежит поглотительная способность
почвы.
Термодинамические барьеры – при перепаде температур: места выхода
карстовых вод.
Карбонатные барьеры – граница поднятия содосодержащих почвенных
растворов, характерны для черноземных, каштановых, сероземных почв.
Биогеохимические барьеры – результат уменьшения интенсивности биогенной
миграции: угольные залежи, торф, гумусовый горизонт, лесная подстилка.
Механические барьеры – перегиб склона, места изменения скорости течения в
реках, вызывающие осадконакопление.
Вопросы для проверки:
Как разные типы элементарных геохимических ландшафтов
связаны между собой в пространстве?
Назовите внешние признаки вертикальной миграции вещества.
Под действием каких сил и в какой среде происходит
перемещение вещества?
4. Определение ранга состояния экосистем
Цель занятия: Выявить ранг состояния экосистемы по
ботаническим, агроценотическим, почвенным показателям, тестобъектам, по загрязненности и ресурсному критерию.
Термины: ранг
Ранг (rank) – классификационная единица, обладающая
определенными характеристиками.
Общие положения: Экосистемы в зависимости от вида могут
ранжироваться по разным показателям. Именно интегральное
состояние показателей характеризует экологическую обстановку в
целом.
Ниже приводятся таблицы ранжирования экологического
состояния экосистем по различным показателям.
Ранжирование состояния экосистем по агроценотическим
показателям
Бедствие
Показатель
Норма Риск Кризис
(катастрофа)
Снижение урожайности
<15
1540-80
>80
посевов, % от нормы
40
Засоренность агроценозов,
<10
1040-80
>80
% площади
40
Развитие вредителей в
<10
1020-50
>50
посевах, % площади
20
Систематическая гибель
<5
5-15
15-30
>30
посевов, % площади
Урожайность кормовых
>80
6030-50
<20
угодий, % от нормы
70
Плотность рекреационной
<10
1020-40
>40
нагрузки, % от нормы
20
Ранжирование состояния экосистем по ботаническим показателям
Показатель
Изменение
видового состава
естественной
растительности
Повреждение
Норма
Риск
естественная
уменьшение
смена
обилия
доминантов и господствующих
субдоминантов
видов
нет
повреждение
Кризис
смена
господствующих
видов на вторичные, в
основном сорные и
ядовитые
повреждение
Бедствие
(катастрофа)
уменьшение обилия
вторичных видов
повреждение
растительности
Относительная
площадь
коренных
ассоциаций, %
Лесистость, %
зональной
Гибель посевов,
% площади
Проективное
покрытие
степной
растительностью,
% нормального
Продуктивность
пастбищной
растительности,
% нормальной
наиболее
чувствительных
видов (хвойные,
ягодные,
лишайники)
среднечувствительных слабочувствительных
видов (лиственные
видов (злаки,
деревья, кустарники,
разнотравье,
бобовые травы,
зерновые)
овощные)
>60
40-60
20-30
<10
>80
60-70
30-50
<10
<5
5-15
15-30
>30
>80
60-70
30-50
<10
>80
60-70
10-20
<5
Ранжирование состояния экосистем по почвенным показателям
Бедствие
Показатель
Норма
Риск
Кризис
(катастрофа)
Плодородие почв,
>85
65-85
25-65
<25
% потенциального
Содержание
гумуса, %
>90
70-90
30-70
<30
первоначального
Площадь вторично
засоленных почв,
<5
5-20
20-50
>50
%
Глубина смытости
смыт
горизонт А
смыты
почвенных
горизонт А
нет
смыт до
горизонты А и
горизонтов
и частично
половины
В
АВ
Площадь ветровой
<5
10-20
20-40
>40
дефляции, %
Ранжирование состояния водных экосистем по тест-объектам (%
гибели в течение 96 ч.)
Бедствие
Показатель
Норма Риск Кризис
(катастрофа)
Ракообразные
<10
20
40
>60
(дафнии)
Водоросли (хлорелла)
<10
20
40
>60
Рыбы (гуппи)
<10
20
40
>60
Ранжирование качества вод по загрязненности
Бедствие
Показатель
Норма Риск Кризис
(катастрофа)
Загрязненность,
<1
1-5
5-10
>10
С/ПДК
Ранжирование состояния поверхностных вод по ресурсному
критерию
Бедствие
Показатель
Норма Риск Кризис
(катастрофа)
Изменение речного стока,
<15
1550-75
>75
% первоначального
20
Ход занятия: Определить
следующим данным:
вариант
ранг
состояния
экосистемы
по
данные
1.
Сокращение площади лесов 40%, широколиственные
виды деревьев на многих участках заменяются березой.
2.
На пахотном поле начинается водная эрозия. Почвы
потеряли 8% гумуса, поврежден горизонт А1, урожайность
посевов снизилась на 12%. Гибнет до 5% всходов.
3.
Свалка. Редкая поросль репейника и полыни.
4.
Озеро. Загрязненность пестицидами в 12 раз превышает
ПДК. Водных животных и растений почти нет.
5.
В воде, взятой из водоема для аквариума, в течение двух
суток погибла четвертая часть всех гуппи. Как же так...
6.
Объем годового стока в реке после строительства плотины
снизился на 60%. Резко увеличилась концентрация
токсичных веществ.
7.
Участок степи, традиционно используемый как пастбище.
Проективное покрытие растительности 40%. До 30%
площади занимают эоловые формы рельефа.
8.
Картофельное поле. На 450 кустах из 1000 обнаружен
колорадский жук. Половина поля скрыта под вьюнком.
Печально взирает хозяин на эту картину: не проще ли
бросить это поле и взяться за новое?
9.
10.
11.
Сосновый парк в пригороде был рассчитан на нагрузку
32 чел./га, но город вырос, и нагрузка уже 50 чел./га.
Выдержит ли парк?
– Дед рассказывал, что лет сорок назад за выпасом, где
сейчас еловый лес, березовая роща стояла...
– Я дафний развожу для рыбок, и вот что-то половина
дафний у меня пропала. Никогда такого не было. К
ветеринару сходить, что ли?..
12.
По данным стационарных наблюдений, общая площадь
коренных ассоциаций растительности за последние 5 лет
сократилась с 85 до 70%.
13.
В зеленой зоне промышленного города начинают болеть
хвойные деревья. Лиственные породы пока ни на что не
жалуются.
14.
На старопахотных орошаемых угодьях гибнет до 50%
посевов. Причина – вторичное засоление земель,
охватившее к настоящему времени 90% площади угодий.
15.
На склонах грив развилась овражная эрозия. Глубина
оврагов достигает 1,5 м.
16.
Содержание нефтепродуктов в озере составило 7 ПДК,
фенола – 5 ПДК, нитратов – 11 ПДК, пестицидов – 6 ПДК.
17.
Как ни старается фермер В. Перетыкин, а урожаи
пшеницы у него 15 ц/га, при том, что в среднем по
району они 20 ц/га. Хотя в среднем по району так не
стараются...
18.
– Еще 10 декабря, товарищи, в наших сосновых посадках
было 240 деревьев, я специально пересчитывал. Прошел
месяц всего – и что же? Осталось 180! Этак к лету все
деревья изведем.
19.
20.
– Боюсь я, Федя, за свою ферму, не разориться бы. Еще
два года назад накашивал я в Сухом Логу по 10
центнеров сена, а сейчас едва по восемь накашиваю. Так
через несколько лет у меня совсем сена не будет...
«Колодезная
вода
по
санитарно-гигиеническому
показателю небезопасна. Большинство токсикантов имеет
концентрацию 1-2 ПДК, а мышьяк даже 4 ПДК.»
21.
По аналогии с Днем птиц решили в нашей деревне
провести День рыб. Выпустили всех гуппи из аквариума в
пруд. Да и немного их было – всего десять. Кормим их
каждый вечер, гуппи сплываются, играют, – красиво
очень. Только смотрим – через 3 дня уже не десять рыбок
приплывает, а всего восемь. Что такое? Ведь в том пруду
никакой живности больше нет, съесть их некому.
22.
«Черные, волосатые гусеницы непарного шелкопряда
обглодали каждую веточку нашего сада. Капустная
грядка шевелилась – то были зеленые капустные черви.
Мама так и ахнула...»
23.
Проективное покрытие степной растительности 95%.
24.
После выпадения кислотных
массивов Чехии стала желтеть.
25.
«Площадь коренных ассоциаций Завихряйского края
уменьшилась наполовину. В связи с этим местные
эксперты предлагают вдвое увеличить посевы таких
корнеплодов, как морковь, турнепс, петрушка и хрен
огородный.»
Вопросы для проверки:
осадков
листва
лесных
Для чего служит ранжирование состояния экосистем?
Какие задачи следует решать в зонах экологического бедствия?
В чем отличие экологического риска от экологического кризиса?
5. Функциональное зонирование территории
Функциональное зонирование – выделение относительно однородных по природным
условиям и хозяйственному использованию участков с целью разработки дальнейших
мероприятий по оптимизации и рациональному управлению ими.
 Промышленные зоны – территории, в пределах которых преимущественное
распространение имеют промышленные предприятия.
 Селитебные зоны – территории, в пределах которых основной является жилая
застройка:
а). Малоэтажная застройка.
б). Многоэтажная застройка.
 Рекреационные зоны – территории зеленых насаждений, которые могут
использоваться в рекреационных целях после выполнения комплекса мер по их
благоустройству.
а) Лесопарки – территории с частично сохранившимися естественными условиями,
существовавшими до застройки.
б) Городские сады, парки культуры и отдыха – рекреационные объекты,
соответствующим образом оборудованные для массового отдыха людей.
в) Скверы и окультуренные территории.
г) Преимущественно резервные территории – придолинные участки малых рек, а также
незанятые и неосвоенные территории (пустыри, заброшенные карьеры и т.д.) которые могут
использоваться в качестве рекреационных зон после выполнения комплекса
средовосстановительных мероприятий и мер по благоустройству территории.
 Сельскохозяйственные зоны – территории, в пределах которых осуществляется
преимущественно сельскохозяйственная деятельность:
а) Зона экономически целесообразного использования земель. Это зона ландшафтов с
наибольшей степенью устойчивости к антропогенным воздействиям (устойчивые и
относительно устойчивые ландшафты) и с высоким агроприродным потенциалом. Здесь
целесообразным является интенсивное ведение хозяйства, с нагрузкой, не превышающей
потенциал устойчивости природно-хозяйственных систем.
б) Зона использования земель в режиме сохранения. Под режимом сохранения понимается
особая форма эксплуатации угодий, направленная на сохранение их агроприродного
потенциала. Это зона объединяет неустойчивые и весьма неустойчивые ландшафты и
характеризуется низким агроприродным потенциалом, что требует особо взвешенного подхода
при организации в ее пределах сельскохозяйственного природопользования. Возможна
эксплуатация при обязательном соблюдении щадящего режима пользования.
в) Зона экологически адаптивного использования земель. Для этой зоны рекомендуются
значительные ограничения на формы и интенсивность эксплуатации земель, исключающие
негативные последствия сельскохозяйственного воздействия. Это зона малоустойчивых
ландшафтов со средним агроприродным потенциалом.
г) Зона использования земель с режимом восстановления. Под режимом восстановления
понимается временное изъятие территории из хозяйственного оборота для реализации особых
форм землепользования, цель которых – создание условий для реабилитации утерянных в
связи с хозяйственной деятельностью функций ландшафта. В эту зону включают нарушенные,
сильно деградированные ландшафты.
Функции экосистем
1. Ресурсные функции:
 древесно-ресурсная,
 ягодно-грибная,
 охотничье-промысловая,
 сенокосная и др.
2. Защитные функции определяют роль экосистемы в сохранении природного комплекса
данной местности:
 биостационные функции выполняют участки территории, являющиеся
местом обитания ценных промысловых животных;
 ландшафтностабилизирующие
функции
выполняют
территории,
нарушение которых может вызвать эрозию, просадки грунта, заиление
дренажной сети и т. д.;
 водоохранные функции выполняют экосистемы, непосредственно
защищающие гидрографическую сеть и ихтиофауну;
 водозапасающие функции имеют экосистемы, с практическим
отсутствием поверхностного стока, удерживающие в себе влагу и
загрязнение;
 водорегулирующие функции выполняют экосистемы, удерживающие
влагу и загрязнение в течение достаточно длительного времени,
постепенно отдавая ее в общую гидрографическую сеть.
Ход занятия: На топографической карте обозначить участки,
выполняющие те или иные функции в экосистеме, обосновать свой
выбор.
Вопросы для проверки:
Как выделение функций экосистем позволяет планировать
управление природопользованием на данной территории?
В чем разница между ресурсными и защитными функциями
экосистем?
Какие еще ресурсные функции вы можете назвать, кроме
перечисленных?
6. Прогноз масштабов заражения территории
Основой выполнения работы служит Методика прогнозирования
масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами
(СДЯВ) при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и
транспорте. Используя ее, определить глубину, площадь и
продолжительность заражения СДЯВ.
Вариант 1
Разрушена цистерна ёмкостью 4 м3 с цианистым водородом. Высота поддона 0,6 м.
Авария произошла утром, температура воздуха 15С, в сплошную облачность, при
скорости ветра 1,7 м/с. После начала аварии прошло 4 часа.
Вариант 2
Произошло разрушение ёмкости объёмом 7 м3, наполненной сжиженным
сероводородом. Высота обваловки места хранения СДЯВ 1,7 м. Инцидент случился
в дневное время, температура воздуха -8С, при переменной облачности и скорости
ветра 5,2 м/с. После начала аварии прошло 30 минут.
Вариант 3
При транспортировке окиси этилена произошла авария. Повреждена
железнодорожная цистерна ёмкостью 40 м3. Катастрофа случилась в ночное время
при ясной погоде, при температуре воздуха 15С и скорости ветра 3,7 м/с. После
начала аварии прошло 6 часов.
Вариант 4
Произошла утечка метилмеркаптана из ёмкости объёмом 2,5 м . Высота поддона
0,3 м. Инцидент случился в вечернее время, температура воздуха 25С, при
3
переменной облачности и скорости ветра 4,8 м/с. После начала аварии прошло 2
часа.
Вариант 5
Произошел выброс фосгена из ёмкости объёмом 10 м . Инцидент случился в
ночное время, температура воздуха 25С, при переменной облачности и скорости
ветра 2,1 м/с. После начала аварии прошло 5 часов.
3
Вариант 6
Разрушена цистерна ёмкостью 20 м3 с ацетонциангидрином. Высота поддона 0,8 м.
Авария произошла утром, температура воздуха 2С, в ясную погоду, при скорости
ветра 3,0 м/с. После начала аварии прошло 7 часов.
Вариант 7
Произошло разрушение ёмкости объёмом 12 м3, наполненной этиленсульфидом.
Высота обваловки места хранения СДЯВ 1,0 м. Инцидент случился ночью,
температура воздуха -20С, при переменной облачности и скорости ветра 4,9 м/с.
После начала аварии прошло 5 часов.
Вариант 8
Произошел выброс диметиламина из ёмкости объёмом 40 м . Инцидент случился в
ночное время, температура воздуха 16С, при переменной облачности и скорости
ветра 7,8 м/с. После начала аварии прошло 4 часа.
3
Вариант 9
При транспортировке жидкого аммиака под давлением произошла авария.
Повреждена железнодорожная цистерна ёмкостью 40 м3. Катастрофа случилась
днём при ясной погоде, при температуре воздуха 36С и скорости ветра 0,7 м/с.
После начала аварии прошло 8 часов.
Вариант 10
Произошло разрушение ёмкости объёмом 5 м , наполненной хлорпикрином.
Высота обваловки места хранения СДЯВ 0,7 м. Инцидент случился в дневное
время, температура воздуха 12С, при ясной погоде и скорости ветра 6,2 м/с. После
начала аварии прошёл 1 час.
3
Вариант 11
Разрушена цистерна ёмкостью 20 м с соляной кислотой. Высота поддона 0,5 м.
Авария произошла утром, температура воздуха 18С, в ясную погоду, при скорости
ветра 2,1 м/с. После начала аварии прошло 3 часа.
3
Вариант 12
Разрушена цистерна ёмкостью 50 м с формальдегидом. Высота обваловки 1,4 м.
Авария произошла днём, температура воздуха 41С, в ясную погоду, при скорости
ветра 1,6 м/с. После начала аварии прошло 5 часов.
3
Вариант 13
Произошло разрушение ёмкости объёмом 10 м , наполненной акролеином. Высота
обваловки места хранения СДЯВ 0,5 м. Инцидент случился в дневное время,
температура воздуха 18С, при переменной облачности и скорости ветра 9,6 м/с.
После начала аварии прошло 3 часа.
3
Вариант 14
При транспортировке окиси азота произошла авария. Повреждена автоцистерна
ёмкостью 8 м3. Катастрофа случилась днём в сплошную облачность, при
температуре воздуха 18С и скорости ветра 4,9 м/с. После начала аварии прошло 2
часа.
Вариант 15
Произошло разрушение ёмкости объёмом 50 м3, наполненной бромистым метилом.
Высота обваловки места хранения СДЯВ 0,7 м. Инцидент случился в ночное время,
температура воздуха 21С, при сплошной облачности и скорости ветра 2,8 м/с.
После начала аварии прошло 5 часов.
Вариант 16
При транспортировке хлорокиси фосфора произошла авария. Повреждена
автоцистерна ёмкостью 8 м3. Катастрофа случилась вечером в сплошную
облачность, при температуре воздуха -6С и скорости ветра 2,2 м/с. После начала
аварии прошло 4 часа.
Вариант 17
Разрушена цистерна ёмкостью 6 м с ацетонциангидрином. Высота поддона 0,3 м.
Авария произошла утром, температура воздуха 4С, в ясную погоду, при скорости
ветра 0,9 м/с. После начала аварии прошло 5 часов.
3
Вариант 18
Произошел выброс метиламина из ёмкости объёмом 25 м . Инцидент случился в
вечернее время, температура воздуха 22С, при сплошной облачности и скорости
ветра 1,2 м/с. После начала аварии прошло 3 часа.
3
Вариант 19
В ходе транспортировки триметиламина случайно опрокинулась цистерна.
Пролилось 10 м3 СДЯВ. Инцидент произошел утром в ясную погоду, при
температуре воздуха 17С и скорости ветра 4,4 м/с. После начала аварии прошло 2
часа.
Вариант 20
Разрушена цистерна ёмкостью 12 м3 с бромистым водородом. Высота поддона 0,4
м. Авария произошла вечером, температура воздуха -12С, в ясную погоду, при
скорости ветра 1,2 м/с. После начала аварии прошло 4 часа.
Вариант 21
Произошла утечка хлористого метила из ёмкости объёмом 8 м3. Высота поддона
0,4 м. Инцидент случился в вечернее время, температура воздуха 21С, при
сплошной облачности и скорости ветра 4,3 м/с. После начала аварии прошло 3
часа.
Вариант 22
Полтора часа назад опрокинута ёмкость с фтористым водородом (1 м ). Инцидент
произошел утром, температура воздуха 8С, при ясной погоде и скорости ветра 2,2
м/с.
3
Вариант 23
Произошла утечка нитрила акриловой кислоты из ёмкости объёмом 12 м3. Высота
поддона 0,5 м. Инцидент случился в вечернее время, температура воздуха -18С,
при ясной погоде и скорости ветра 5,9 м/с. После начала аварии прошло 3 часа.
Вариант 24
Разрушена цистерна ёмкостью 22 м с жидким фтором. Высота обваловки 0,7 м.
Авария произошла вечером, температура воздуха 32С, в ясную погоду, при
скорости ветра 1,4 м/с. После начала аварии прошло 7 часов.
3
Вариант 25
Произошло разрушение ёмкости объёмом 26 м , наполненной сероуглеродом.
Высота обваловки места хранения СДЯВ 1,1 м. Инцидент случился в дневное
время, температура воздуха -28С, при переменной облачности и скорости ветра
7,2 м/с. После начала аварии прошло 6 часов.
3
Вариант 26
Произошла утечка окислов азота из ёмкости объёмом 17 м . Высота обваловки 0,6
м. Инцидент случился ночью, температура воздуха -2С, при сплошной облачности
и скорости ветра 1,9 м/с. После начала аварии прошло 4 часа.
3
Вариант 27
Произошел выброс бромистого водорода из ёмкости объёмом 80 м . Инцидент
случился в вечернее время, температура воздуха 22С, при ясной погоде и скорости
ветра 3,4 м/с. После начала аварии прошло 2 часа.
3
Вариант 28
Разрушена цистерна ёмкостью 25 м с трёххлористым фосфором. Высота поддона
0,6 м. Авария произошла утром, температура воздуха -17С, в переменную
облачность, при скорости ветра 3,2 м/с. После начала аварии прошло 5 часов.
3
Вариант 29
Произошло разрушение ёмкости объёмом 48 м , наполненной жидким сернистым
ангидридом. Высота обваловки места хранения СДЯВ 0,7 м. Инцидент случился в
ночное время, температура воздуха 21С, при переменной облачности и скорости
ветра 4,8 м/с. После начала аварии прошло 7 часов.
3
Вариант 30
При транспортировке жидкого хлора произошла авария. Повреждена автоцистерна
ёмкостью 8 м3. Катастрофа случилась вечером в сплошную облачность, при
температуре воздуха 17С и скорости ветра 3,1 м/с. После начала аварии прошло 4
часа.
Вариант 31
Разрушена цистерна ёмкостью 80 м с жидким мышьяковистым водородом. Высота
обваловки 1,2 м. Авария произошла днём, температура воздуха -22С, в ясную
погоду, при скорости ветра 1,3 м/с. После начала аварии прошло 5 часов.
3
Вариант 32
Разрушена цистерна ёмкостью 10 м с этиленимином. Авария произошла утром,
температура воздуха -2С, в сплошную облачность, при скорости ветра 1,9 м/с.
После начала аварии прошло 1,5 часа.
3
Вариант 33
При транспортировке аммиака в изотермических условиях произошла авария.
Повреждена автоцистерна ёмкостью 8 м3. Катастрофа случилась вечером в
переменную облачность, при температуре воздуха -19С и скорости ветра 8,1 м/с.
После начала аварии прошло 2 часа.
Вариант 34
Произошел выброс хлорциана из ёмкости объёмом 55 м . Инцидент случился в
ночное время, температура воздуха 26С, при ясной погоде и скорости ветра 2,4
м/с. После начала аварии прошло 3 часа.
3
Вариант 35
Случайно опрокинулась ёмкость с формальдегидом. Пролилось 2 м3 СДЯВ.
Инцидент произошел утром в ясную погоду, при температуре воздуха 7С и
скорости ветра 0,4 м/с. После начала аварии прошел 1 час.
Вариант 36
Произошло разрушение ёмкости объёмом 18 м3, наполненной жидким
сероводородом. Высота обваловки места хранения СДЯВ 0,6 м. Инцидент случился
вечером, температура воздуха 23С, при переменной облачности и скорости ветра
2,9 м/с. После начала аварии прошло 4 часа.
Вариант 37
Разрушена цистерна ёмкостью 5 м с метилакрилатом. Высота поддона 0,4 м.
Авария произошла в дневное время, температура воздуха -18С, в сплошную
облачность, при скорости ветра 5,7 м/с. После начала аварии прошло 2 часа.
3
Вариант 38
Случайно опрокинулась ёмкость с соляной кислотой. Пролилось 3 м3 СДЯВ.
Инцидент произошел утром, в сплошную облачность, при температуре воздуха
17С и скорости ветра 2,4 м/с. После начала аварии прошло 3 часа.
Расчетная таблица ответов
Вариант Объем d
Н h
N Q0
Т
К1
0 0,026
К3
К4 К5 К6
К7 Q1э
1.
4 0,687 0,6 0,4
2.
7 0,964 1,7 1,5 0,5 6,748 14,7131 0,273 0,042 0,036 2,34 0,23 0,574349
0,05
4 2,748 7,94679
К2
3 1,33 0,23 3,031433
Г
Гп
0 0,723306 0,38 3,16 1,96
S
24 0,67418
1 0,01525 0,001586 0,53 0,17 0,615 14,5 0,043792
4.
2,5 0,867 0,3 0,1
2 2,168 0,86166 0,06 0,043 0,353 2,34 0,23 0,887703
1 0,01056 0,170421 0,17 0,53 0,435
58 0,028909
5.
10 0,0035
5 0,035 0,00216 0,05 0,061
1 0,00175 0,113506 0,26 0,84 0,68
50 0,051677
6.
20 0,932 0,8 0,6
7 18,64 558,084
0 0,002 0,316 1,67 0,23 4,743276 0,3
0 0,011514 0,22 0,22 0,33 126 0,021375
7.
12 1,005
1 0,8
5 12,06
0 0,013
0 0,228195 0,17 0,53 0,435 145 0,034724
8.
40 0,002
0,05
4 0,08 0,00073 0,06 0,041
9.
40 0,681
0,05
8 27,24
1 1,33
1 0,608835
Г2
40 0,882
264,3
2
Г1
3.
0,05
6 35,28 0,5378 0,05 0,041 0,27
1
Q2э
1 0,007364
1 0,47628 10,24451 1,33 6,46 4,56 126 2,410155
6 2,34 0,23 3,623898 0,1
0,5 3,34 0,23 0,003096
1,362 0,18 0,025 0,04
1 0,08 1,280388
1 0,00055 0,036662 0,13 0,94
0,6
0,063178
1 0,02197 0,067195 0,38 3,16 1,96
56 1,368353
10.
5 1,658 0,7 0,5
1 8,29 155,243
0 0,002
30 2,67 0,23
1
1
0 0,36846 0,15 1,09 0,695
35 0,064242
11.
20 1,198 0,5 0,3
3 23,96 12,8679
0 0,021
0,3 1,33 0,23 2,408225
1
0 0,309404 0,26 1,92 1,22
36 0,246601
12.
50 0,815 1,4 1,2
5 40,75 21,6276 0,19 0,034
1 1,33 0,08 3,623898
1 0,9291 0,442456 2,84 1,92
13.
10 0,839 0,5 0,3
3 8,39 4,84038
0 0,013
3
4 0,23 2,408225
1
0 2,880237 0,12 2,06 1,15 177 0,219115
2 11,93 0,79647
0 0,04
0,4 2,34 0,23 0,833561
1
0 1,148474 0,17 1,68 1,01
58 0,155848
5 86,6 13,2965 0,04 0,039
0,5 1,67 0,23 3,623898
1 0,39836 2,60571 1,53 3,99 3,525
90 2,280152
14.
15.
8 1,491
0,05
50 1,732 0,7 0,5
3,8
70 4,681975
16.
8 1,765
0,05
4 14,12 73,726
0 0,003 0,05 1,33 0,23 3,031433 0,3
0 0,006677 0,26 0,26 0,39
48 0,026693
17.
6 0,932 0,3 0,1
5 5,592 155,333
0 0,002 0,316
0 0,009482 0,38 0,38 0,57
30 0,05962
1 0,23 3,623898 0,3
18.
25 0,0014
0,05
3 0,035 0,00206 0,13 0,034
0,5
1 0,23 0,007094
1 0,00052 0,012066 0,38 0,38 0,57
18 0,05383
19.
10 0,671
0,05
2 6,71 0,35691 0,07 0,047
0,1
2 0,23 0,438583
1 0,0108 0,176368 0,19 0,59 0,485
48 0,035937
20.
12
1,49 0,4 0,2
4 17,88 5,41818 0,13 0,055 0,25
1
1 3,031433
1 0,29055 2,175811 1,25 9,18 5,84
20 3,645211
21.
8 0,983 0,4 0,2
3 7,864 2,23409 0,125 0,044 0,056
2 0,23 1,902307
1 0,01266 0,075465 0,19 1,88 1,13
72 0,21156
22.
1 0,989
0,05 1,5 0,989 2,65575
0 0,028 0,15 1,33 0,23 1,383162 0,5
0 0,017771 0,26 0,26 0,39
0 0,007
0 0,033127 0,15 1,09 0,695 105 0,080029
23.
12 0,806 0,5 0,3
3 9,672 129,374
24.
22 1,512 0,7 0,5
7 33,26 19,8947 0,95 0,038
25.
26 1,263 1,1 0,9
6 32,84 90,2143
0 0,021 0,013
26.
17 1,491 0,6 0,4
4 25,35 28,0263
0 0,04
27.
80 0,0036
2 0,288 0,00196 0,13 0,055 0,25 1,67 0,23 0,00682
28.
25
29.
48 1,462 0,7 0,5
30.
0,05
1,57 0,6 0,4
8 1,553
31.
80
1,64 1,2
32.
10 0,838
5 39,25 188,024
0 0,01
0,8 2,67 0,23 2,408225 0,1
3
1
1 4,743276
1 104,283 1,189614 81,91 4,75 84,29
3 0,23 4,192963 0,2
0,4 1,33 0,23 3,031433 0,4
0,2 1,67
18 0,021938
35 146,4336
0 0,004563 0,14 0,14 0,21 246 0,008393
0 0,25223 0,26 1,92 1,22
48 0,261206
1 0,00215 0,050135 0,22 0,48 0,46
36 0,032328
1 3,623898 0,2
0 0,151298 0,22 0,68 0,56
80 0,035047
7 70,18 6,37537 0,11 0,049 0,333 2,34 0,23 4,401537
1 0,59123 3,302551 1,19 2,91 2,645 203 1,373165
0,05
4 12,42 0,89417 0,18 0,052
1 1,67 0,23 0,914402
1 0,51435 2,396176 1,53 3,99 3,525
72 2,180629
1
5 131,2 30,3704 0,17 0,054
3
1 2,67648 3,118524 9,18 9,18 13,77
35 61,47942
0,05 1,5 8,38 8,75104
1 0,08 3,623898
0 0,009 0,125 1,33 0,23 1,383162 0,4
0 0,03808 0,26 0,59 0,555
18 0,044428
33.
8 0,681
0,05
2 5,448 0,40778 0,01 0,025 0,04 3,34 0,23 0,487915
1 0,0005 0,059371 0,13 0,3 0,28
94 0,011978
34.
55 0,0021
0,05
3 0,116 0,00164 0,04 0,048
1 0,0037 0,319686 0,26 1,92 1,22
30 0,150186
35.
2 0,815
0,05
1 1,63 1,19853 0,19 0,034
1
1 0,03562 0,253368 0,85 1,25 1,475
6 0,289358
1 3,031433
1 0,16866 0,25145 0,68 0,68 1,02
64 0,111198
0,8 1,33
1
1 0,005928
1 0,23
36.
18 0,964 0,6 0,4
37.
5 0,953 0,4 0,2
2 4,765 71,3858
0 0,005
0,1 2,67 0,23 1,741101 0,2
0 0,002673 0,15 0,15 0,225
70 0,007734
38.
3 1,198
3 3,594 2,14465
0 0,021
0,3 1,33 0,23 1,841131
0 0,21289 0,26 0,84 0,68
36 0,076611
0,05
4 17,35 5,49758 0,27 0,042 0,036 1,67
1