Введение Актуальность работы Основным объектом исследования в сформулированной общей задаче выступают

Введение
Введение
Актуальность работы
Основным объектом исследования в сформулированной общей задаче выступают
взаимосвязи биоразнообразия млекопитающих с геоэкологическими характеристиками
ландшафтов. Основной единицей исследования является ландшафт. В данном контексте
ландшафт — это структурное подразделение географической оболочки, включающее в
себя комплекс факторов и явлений, связывающих воедино биотические, абиотические и
биокосные тела, а также совокупность присущих им процессов.
Известно, что между фитоорганизмами, почвенным слоем и земной корой существует
определенная вещественная химическая взаимосвязь (Мальгин, 1978; Брукс, 1986;
Добровольский, 1998). Проведены многочисленные работы по определению характера и
уровня этой связи. Однако вопрос о степени влияния и установления зависимостей между
химическими элементами, содержащимися в почве (или поверхностной земной коре),
геологическими особенностями территории и животным миром до сих пор проработан
достаточно слабо. Между тем еще В.И. Вернадский утверждал, что изучение живых
организмов в разрыве с окружающей их средой методически неверно, следует избегать
подобных подходов и стремиться к комплексному рассмотрению характеристик живого и
неживого (Вернадский, 1978; 1983).
Особенно актуальной такая постановка вопроса становится в наши дни, когда биосферные
процессы испытывают многопараметрическую модификацию, вызванную глобальным
изменением климата Земли и нарастанием техногенного давления (Глазовский, 1982;
Дмитриев, Беляев, 1991; WMO: Statement..., 2001; Дмитриев, Шитов, 2002). Для Горного
Алтая, например, все более проблемными становятся вопросы: изучения долговременных
последствий ядерных испытаний на Семипалатинском ядерном полигоне и на полигоне
оз. Лобнор (Мешков, 1993; Куропятник и др., 1996; Булатов, 1996; Дмитриев, Шитов,
1997); исследования экологически
негативных результатов многочисленных запусков крупнотоннажных ракет и падений
вторых ступеней ракетоносителей на территорию региона (Новиков и др., 1986; Пальцын,
1998; Экологические проблемы..., 2000; Дмитриев, Шитов, 2003); трансграничного
переноса техногенного загрязнения с Рудного Алтая (Робертус и др., 1997; Шитов, 1999);
сокращения площади многолетней мерзлоты и ледников высокогорных зон (Окишев,
1966; Дмитриев, Шитов, 2002).
Исходя из этих положений, вопрос установления связей и степени влияния химических
элементов, содержащихся в почве, а также степени влияния геолого-формационного
состава ландшафтов на млекопитающих является важным и значимым. Количественная
оценка связей такого рода в наименее антропоосвоенном районе позволяет выявить их
естественный (природный) уровень, что немаловажно для более точного понимания
сложившейся структуры взаимоотношений живой и косной среды. В дальнейшем эти
данные могут использоваться для определения техногенной нагрузки на ландшафты,
коррекции хозяйственной деятельности и планирования природоохранных мероприятий
по изучаемой территории.
Поэтому актуально осуществить исследования по оценке взаимосвязей геологогеохимических ландшафтных характеристик с биоразнообразием, плотностью и
биомассой млекопитающих на территории Юго-Восточной Алтайской провинции,
характеризующейся относительно слабым уровнем антропогенного воздействия.
В данной работе для оценки уровня взаимосвязи геолого-геохимических параметров
ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции с биоразнообразием и
количественными характеристиками населения млекопитающих применяются
современные методы исследования, базирующиеся на основе информационных
технологий. Информационные системы являются мощным инструментарием для решения
вычислительно-репрезантационных проблем, которые возникают при проведении
научных
исследований и с этой стороны выступают практически полезным приложением к любому
методу комплексных оценок. Применяемый нами метод позволяет мобилизовать и по
многим направлениям проанализировать важные для решаемой проблемы информоемкие
массивы данных по изучению животного мира Юго-Восточной Алтайской провинции.
Цель работы
Выяснение ландшафтных геолого-геохимических показателей на территории ЮгоВосточной Алтайской провинции для оценки величин их влияния на биоразнообразие и
количественные характеристики населения млекопитающих.
Основные задачи исследования
1) Оцифровка и подготовка базовых карт исследования по территории Юго-Восточной
Алтайской провинции: ландшафтной, геологической и геохимической.
2) Обработка исходных и результирующих данных и получение статистических
характеристик по распределению химических элементов и геологических формаций в
ландшафтах Юго-Восточной Алтайской провинции. Вынесение полученных данных на
ландшафтную карту.
3) Обработка исходных и результирующих данных по классу млекопитающих ЮгоВосточной Алтайской провинции. Определение индексов биоразнообразия и
равномерности распределения видов млекопитающих по плотности и биомассе для
каждого ландшафтного комплекса Юго-Восточной Алтайской провинции.
4) Вычисление величины связи между распределением химических элементов и
геологических формаций в ландшафтах изучаемой территории с биоразнообразием и
количественными характеристиками населения млекопитающих. Выявление
статистически значимых результатов.
5) Построение комплекса карт (с помощью геоинформационных технологий) по
результатам оценок биоразнообразия и количественных характеристик населения
млекопитающих Юго-Восточной Алтайской провинции с целью выявления районов
максимального устойчивого видового богатства.
Научная новизна
Впервые аналитическими методами выполнена оценка биоразнообразия и вычислен ряд
суммарных количественных характеристик млекопитающих Юго-Восточной Алтайской
провинции: биомасса на км2, поотрядная плотность, обилие на ландшафтный комплекс,
биомасса на ландшафтный комплекс, средние массы особей для всего сообщества. На
основе результирующих данных проведено ранжирование ландшафтов и определены
центры сгущения биоразнообразия млекопитающих (участки максимального устойчивого
видового богатства) для изучаемой территории. Выявлен ряд общих закономерностей по
пространственному и высотному распределению выравненности видов млекопитающих
по плотности и биомассе. По полученным результатам построен комплекс карт.
Произведена количественная оценка распределения геологических формаций в
ландшафтах исследуемой территории. Также на основе имеющихся данных составлены
карты распределения химических элементов в ландшафтах.
Установлено наличие и рассчитана величина связи биоразнообразия, плотности,
биомассы, средних масс, числа видов млекопитающих и их выравненности по плотности и
биом.ассе с геолого-геохимическим составом ландшафтов Юго-Восточной Алтайской
провинции.
Защищаемые положения
1. Центры сгущения биоразнообразия млекопитающих располагаются в Бертекском,
Елангашско-Сайлюгемском, Чихачевском и Джулукульском районах Юго-Восточной
Алтайской провинции.
2. Между распределением биразнообразия млекопитающих Юго-Восточной Алтайской
провинции, их количественных характеристик по ландшафтам и геолого-геохимическим
составом ландшафтов существует статистически значимая корреляционная связь,
вскрывающая количественные характеристики воздействия геоэкологических факторов на
животный мир.
3. Влияние геолого-формационного состава ландшафтов на распределение
биоразнообразия и значения количественных характеристик населения млекопитающих
по ландшафтам Юго-Восточной Алтайской провинции превышает на 10-20% аналогичное
влияние химического состава почв ландшафтов.
Практическая значимость
В соответствии с подписанием различными странами мира на конференции в Рио-деЖанейро конвенции по сохранению биоразнообразия и принятию ими концепции
программ устойчивого развития (Коптюг, 1992; Концепция перехода..., 1996) становится
важным рассмотрение и реализация этих положений на региональном уровне.
Одним из главных факторов устойчивого развития является биоразнообразие,
рассматриваемое как высшее природное богатство и экологический резерв на будущее
(Закон Российской Федерации..., 1996; Глобальная экологическая перспектива..., 2000;
География и мониторинг..., 2002). Поэтому исследование биоразнообразия
млекопитающих Юго-Восточной Алтайской провинции представляет собой широкий
практический интерес для пользователей различных отраслей деятельности и знания.
Выявление центров биоразнообразия на исследуемой территории необходимо для
ориентации видов осваивания территории.
Вычисленные показатели биоэффективности геолого-формационного и геохимического
состава ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции могут служить
дополнительной информацией для согласования природных и
антропогенных процессов. Комплекс составленных нами целевых карт представляет
интерес для республиканского и районного масштаба управления. Эти карты отображают
общие и частные характеристики млекопитающих и могут быть использованы в
животноводстве, а также для коррекции сельскохозяйственной деятельности.
В целом, совокупность полученных результатов позволяет повысить качество
использования геолого-геохимической среды в плане природопользования и
природоохраны на территории Юго-Восточной Алтайской провинции.
Исходная информация и методические разработки
Исходная информация, использованная в работе, включала сведения:
1) по плотности и распределению млекопитающих в ландшафтных. комплексах ЮгоВосточной Алтайской провинции (928 значений, включая нулевые);
2) по распределению химических элементов в почвах ландшафтов Горного Алтая (6608
значений (236 проб для 28 химических элементов));
3) по геолого-формационному составу ландшафтов (608 значений (19 формаций для всех
32 типов ландшафтов Юго-Восточной Алтайской провинции)).
Информационные массивы по плотности и распределению млекопитающих в ландшафтах
были предоставлены кафедрой зоологии, экологии и генетики Горно-Алтайского
государственного университета.
Сведения по распределению химических элементов в почвах по взаимному соглашению
были предоставлены госпредприятием «Алтай-Гео» (МГХК-1000, ГЭИК-1000).
Данные по геолого-формационному составу ландшафтов исследуемой территории нами
были рассчитаны самостоятельно с использованием компьютерно-вычислительных
средств путем совмещения ландшафтной и геологической карт Юго-Восточной
Алтайской провинции.
Для запланированного исследования в качестве базовых карт нами были построены и
использовались следующие цифровые карты: ландшафтная, геологическая и
геохимическая. Материалом для оцифровки ландшафтной послужил атлас Алтайского
Края (1978). Геохимическая карта была построена нами на основе совмещения сведений
по распространению химических: элементов в почвах с ландшафтной картой.
Геологическая карта на территорию Юго-Восточной Алтайской провинции была нами
получена на базе геологической карты Горного Алтая из фондов госпредприятия «АлтайГео».
В ходе выполнения исследовательских задач нами была отработана методика оценки
взаимосвязей геолого-геохимических характеристик ландшафтов с биоразнообразием и
количественными характеристиками животного населения с использованием методов
непараметрической статистики и компьютерно-вычислительных средств.
Апробация работы
По материалам работы опубликовано 11 статей, представлены и прочитаны доклады: на
международной научно-практической конференции «Сохранение этнокультурного и
биологического разнообразия горных территорий через стратегии устойчивого развития»
(Горно-Алтайск, 2002); на международной научно-практической конференции
«Геоинформатика-2000» (Томск, 2000); на международной конференции
«Геоинформационные системы в геологии» (Москва, 2002); на 10-й Всероссийской
конференции по графическим информационным технологиям и системам (2000 г.,
Нижний Новгород); на первой и второй Сибирской конференции пользователей ESRI &
ERDAS (Новосибирск, 2001, 2003); на научной конференции «Проблемы геологии и
географии Сибири» (Томск, 2003); на научной конференции «Изучение и охрана природы
Алтае-Саянской горной страны» (Горно-Алтайск, 2002); на первом, втором и третьем
научно-практических семинарах «Использование геоинформационных систем в
Республике Алтай» (Горно-Алтайск, 2001, 2002, 2003).
ю
Работа поддержана грантами: «Создание единой информационной системы для изучения,
управления и рационального природопользования республики Алтай» и «Картирование
животного мира Республики Алтай» от правительства Республики Алтай, а также грантом
«Университеты России» (грант -УР.09.01.056).
Объем работы
Работа выполнена на 185 листах, включает 41 рисунок, 12 таблиц, библиографический
список состоит из 140 наименований.
Работа выполнялась в отделе геоинформационных систем центра новых информационных
технологий Горно-Алтайского государственного университета.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю д.г.м.н., к.ф.-м.н. А.Н. Дмитриеву. Большую благодарность за помощь и. рекомендации автор
выражает соруководителю к.г.-м.н. А.В. Шитову. Автор признателен Ю.П. Малкову, за
помощь в обсуждении, советы и предоставление данных по плотности млекопитающих в
ландшафтах Юго-Восточной Алтайской провинции. Автор благодарит В.Е. Кац за
содействие во время выполнения работы и предоставление сведений по распределению
химических элементов в почвах ландшафтов Горного Алтая. Автор выражает
признательность А.Ю. Гвоздареву за внимание, консультации и обсуждение работы.
Автор благодарен А.В. Кудашову за осуществление программно-аппаратной поддержки.
Также автор выражает глубокую признательность и благодарность за всемерную помощь,
содействие и рекомендации сотрудникам кафедры физической географии, кафедры
геоэкологии и природопользования, кафедры зоологии, экологии и генетики, отдела
геоинформационных систем центра новых информационных технологий ГорноАлтайского государственного университета, сотрудникам госпредприятия «АлтайГео» и
института систематики и экологии животных СО РАН.
и
Глава 1. Краткая физико-географическая характеристика Юго-Восточной Алтайской
провинции
1.1. Общие замечания
Территорией для проведения исследования нами была выбрана Юго-Восточная Алтайская
провинция, выделяемая по физико-географическому районированию Г.С. Самойловой
(Атлас Алтайского Края, 1978). Поскольку существует несколько подходов к
районированию Алтая, следует пояснить причины выбора нами в качестве главного
именно районирования по Г.С. Самойловой. Основаниями для него послужили структура
и характер исходных данных. Часть из этих данных (по плотности млекопитающих,
например) изначально была приурочена к указанной территории. Их дальнейшая
интерпретация, при использовании районирования других авторов, могла бы быть сильно
затруднена. Это также предопределило и характер картопостроительных работ. Все карты
для исследования создавались нами на территорию Юго-Восточной Алтайской
провинции. Так как не было каких-либо объективных причин для принятия за основу
районирования других авторов, то в дальнейшем мы опирались на физико-географическое
районирование Алтая по Г.С. Самойловой (Атлас Алтайского края, 1978).
12
1.2. Физико-географическое положение и границы
Юго-Восточная Алтайская провинция является частью Алтае-Саянской горной страны,
входящей в систему гор Юга Сибири.
Площадь изучаемой территории составляет около 15,5 тыс. км2, 17% от общей площади
республики. Восточная часть провинции более протяженная с севера на юг (около 115 км)
чем западная (около 70 км). С запада на восток территория простирается на 220 км.
Юго-Восточная Алтайская провинция делится на 8 районов: Джулукульский,
Чихачевский, Курайско-Чуйский, Елангашско-Сайлюгемский, Джазаторский, Бертекский,
Кара-Алахинский, Кийтынский (Атлас Алтайского края, 1978). Самым крупным из них
является Курайско-Чуйский, а самым небольшим - Кийтынский.
На территории Горного Алтая провинция занимает окраинное положение. Граничит на
северо-востоке с Восточно-Алтайской, а на северо-западе с Центральноалтайской
провинциями. С востока исследуемая территория смыкается с Саянской горной системой,
с запада с Казахстаном и с юга с Монгольским Алтаем.
1.3. Геология, тектоника и полезные ископаемые
История формирования территории Юго-Восточной Алтайской провинции неразрывно
связана с формированием территории всего Горного Алтая.
Геосинклинальная стадия развития продолжалось до палеозоя. На месте гор существовало
море, на дне которого накапливались мощные толщи отмиравших животных и растений.
Без доступа воздуха под действием большого давления эти толщи постепенно
преобразовывались в известняки. К" концу палеозоя, в связи с общепланетарным
изменением климата, на Алтае наблюдается морская регрессия, начинается
платформенная фаза развития. Основной горообразовательной эпохой на территории
Юго-Восточной Алтайской провинции, как и всего Горного Алтая, была каледонская
эпоха (ордовик-силур). Замыкание геосинклинали в позднем палеозое (герцинская фаза
складчатости) привело к созданию геологической основы рельефа с разломами,
определившими ориентировку элементов орографии северозападного простирания
(Нехорошее, 1958). Разность высот рельефа привела к закономерному образованию рек в
понижениях гигантских складок. Поэтому большинство достаточно крупных рек текут в
направлении простирания горных хребтов. Для Юго-Восточной Алтайской провинции это
западное и северозападное направление: Джазатор, Чуя, Башкаус, Чулышман.
Около 400 млн. лет назад под влиянием горообразовательных процессов (Каледонский
горообразовательный цикл) морское днище поднимается на большую высоту, а реки по
мере поднятия врезаются на значительную глубину. Формирование гор сопровождалось
интенсивной вулканической деятельностью и землетрясениями. Под действием
вулканогенных факторов шло образование минералов и руд, содержащих ртуть,
вольфрам, железо и редкие металлы. В конце мезозоя - начале палеогена при равновесии
эндогенных и экзогенных процессов или при преобладании последних происходит
денудационное выравнивание складчатых гор. Обломочный материал благодаря
деятельности
14
рек постепенно сносится с возвышенностей и накапливается в понижениях, где мощность
рыхлых отложений достигает 3 — 4 км.
Формирование современного горного рельефа на месте увалистой невысокой страны
происходило под влиянием дифференцирующих восходящих движений (альпийский
орогенез). Для этого цикла характерны глыбово-надвиговые перемещения земной коры и
формирование основных элементов рельефа. Одни глыбы поднимались и; образовывали
складчато-глыбовые горные хребты, а другие опускались, создавая крупные межгорные
котловины (Курайская, Чуйская и т.д.). Большинство рек к концу альпийской фазы
складчатости сформировали современные русла. В речных долинах в это время
формируются аллювиальные, озерно-аллювиальные и ледниково-коллювиальные
отложения (Девяткин, 1965; Нехорошее, 1966).
В плане неотектоники также необходимо отметить, что Юго-Восточная Алтайская
провинция относится к участкам с повышенной толщиной земной коры. Как известно,
таким участкам соответствует и повышенный уровень встречаемости геологических
энергоемких процессов (землетрясений).
Если посмотреть на сейсмическую карту Большого Алтая, куда входит Русский (Горный),
Монгольский, Гобийский Алтай, то за последние 100 лет катастрофические землетрясения
(землетрясения с магнитудой (мера полной энергии сейсмических волн данного
землетрясения) превышающей семь баллов (М>7)) происходили в почти пустынных
Монгольском и Гобийском Алтае. В Горном Алтае, за период регистрационной службы на
шести сейсмостанциях (Чаган-Узун, Усть-Кан, Тюнгур, Иогач и др.) выявлено, что
происходили на указанной площади только мелкие или средние землетрясения. Тем не
менее, палеосейсмологи по детальным геоморфологическим исследованиям установили,
что в среднем течении реки Чуй в обрамлении Курайской долины и в западной части
Чуйской впадины были землетрясения катастрофической силы, с сотрясаемостью на
поверхности до 9-10 баллов по шкале MSK-64 (т.е. М>8). Зафиксировано это по
сейсморазрывам горных пород и по многочисленным сейсмогравитационным срывам
вершин гор.
15
Период повторения таких землетрясений обычно не более 3 тысяч лет. В Горном же Алтае
радиоуглеродный метод определения возраста катастрофических землетрясений даёт
период встречаемости землетрясений с М>8 всего в 1000 лет. Поскольку неизвестно когда
были последние сейсмические толчки такой силы, то все виды технических сооружений
должны воздвигаться с учётом факта возможного их повторения. Кроме того,
планетофизиками в целом по земному шару отмечаются процессы, которые
свидетельствуют о значительном оживлении глубинных и коровых геодинамических
процессов, особенно в горных системах (Дмитриев, Шитов, 2002).
Новейшая тектоника предопределила и события ледникового периода. Первые оледенения
Алтая, включая среднечетвертичные, оставили мало конкретных следов и отложений в
рельефе, хотя именно с ними следует связывать формирование главных черт альпийского
рельефа гор.
Всего на Алтае выделяются 3 ледниковые эпохи: Башкаусское, Катунское и Майминское
(Раковец, Шмидт, 1963). Оледенения определили особенности формирования ландшафтов
на территории гор (высокогорные и среднегорные ландшафтные комплексы, обогащенные
северными видами флоры и фауны). Первое, максимальное оледенение, развивающееся в
среднечетвертичное время было покровным, а в высоких горах - горно-долинным.
Морены максимального оледенения выдвинуты далеко в котловины. Кроме морен, в
котловинах встречаются камы и озы. На склонах гор, вокруг котловин, существует
множество кар и ледниковых цирков.
Геологическое строение и полезные ископаемые Юго-Восточной Алтайской провинции
изучались в разное время многими исследователями и геолого-разведывательными
экспедициями. В связи со сложной историей формирования территории здесь встречаются
породы самого разного возраста. Преобладающими из них являются кембрийскоордовикские, девонские и кайнозойские формации, тогда как доля пород других возрастов
и интрузий невелика и не превышает в общей сложности 15%.
16
Полезные ископаемые района представлены Калгутинским месторождением
полиметаллических руд, содержащих молибден, вольфрам, селен, теллур и другие
металлы, приуроченных к гранитным массивам позднегерцинского времени; КызылШинским месторождением флюорита, Чаган-Узунским месторождением ртути и ТалдуТюрганским месторождением бурого угля (лигнита) с запасами 40 млн. тонн, которые
являются прекрасным сырьем для получения органических удобрений, богатых
гумусовыми компонентами.
Каракульское комплексное месторождение кобальта и висмута обладает очень большими
запасами этих металлов, но руды низкого качества.
Крупнейшее ртутное месторождение - Чаган-Узунское. Это месторождение разведано и
обладает большими запасами высококачественных
РУДОсновные компоненты в рудах Калгутинского месторождения —
вольфрам и молибден, а второстепенные — медь, висмут, бериллий. Эти руды очень
высокого качества, хотя запасы в целом месторождения и его флангов небольшие.
Крупное месторождение лития представлено Алахинским штоком сподументовых
гранитов, расположенным вблизи одноименного озера. Месторождение уникально по
своему происхождению и представляют большую научную ценность.
Среди гранитов наилучшими декоративными свойствами обладают граниты Юстыдского
массива, в ореоле которого распространены черные и бело-зеленые роговики и белые
кварциты.
17
Список литературы