| Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Филиал в г. Сызрани
по дисциплине «Экология»
на тему «Использование достижений космонавтики для исследования экологических проблем».
Сызрань 2007
|
Введение
Уже сегодня космонавтика помогает искать природные кладовые и вместе с тем выявлять те центры деятельности человека, которые оказывают или могут оказать отрицательное воздействие на среду. Спутники как нельзя лучше подходят для наблюдения за биосферой, атмосферой, акваториями планеты. Приятно удивляет поразительная согласованность сроков становления космонавтики и назревания серьезных проблем, требующих ее вмешательства. В последние годы, считают ученые Р. Сагдеев и Ю. Зайцев, все более отчетливо обозначается крутой поворот в развитии космических исследований, определяющих выдвижение на передний план проблематики, связанной с использованием космической техники в изучении окружающей среды и природных ресурсов Земли. Когда-нибудь в повестку дня научных исследований будут записаны уникальные экологические эксперименты, соотнесенные с освоенным космосом, ведь человек становится космической силой. Обострение экологических проблем на нашей планете, в том числе связанных с добычей полезных ископаемых, требует постоянного мониторинга состояния природной среды, для которого в наше время необходимо привлечение космических средств наблюдения. Возможности их использования в экологическом мониторинге широко раскрываются в новом научно-методическом атласе "Космические методы геоэкологии", который вышел в свет в 1998 г. Этот атлас подготовлен лабораторией аэрокосмических методов кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ как продолжение серии атласов по дешифрированию космических снимков, выпущенных в международной кооперации в предшествующие годы (1982, 1988). Новый атлас, посвященный применению космических методов для решения экологических задач, показывает пути применения космических снимков в геоэкологическом мониторинге и при решении экологических проблем — глобальных и региональных, относящихся, в основном, к России и сопредельным территориям.
Атлас отражает взаимодействие космонавтики с экологией, он обобщает опыт и достижения в использовании космических методов в геоэкологии на середину 90-х годов. В атласе охарактеризованы возможности дистанционного зондирования в исследовании глобальных экологических проблем: потепления климата, потери биомассы растительности, истощения озонового слоя. Более детальная характеристика дается для России и сопредельных территорий, где характеризуются региональные экологические проблемы, связанные с колебаниями уровня моря, загрязнением воздуха и вод, антропогенным воздействием в различных природных условиях — в зонах тундр, лесов, степей, пустынь. Проблемы обезлесения, эрозии, опустынивания, техногенного воздействия при добыче полезных ископаемых, воздействия в промышленных районах, проблемы, связанные с урбанизацией и управленияем природными ресурсами, а также с природными катастрофами и охраной природы, рассматриваются на примерах Европейской России, Западной и Восточной Сибири и многих других районов. Хотя материалы атласа связаны, в основном, с Россией, разработанные методы могут быть успешно применены для решения аналогичных проблем в других странах.
Вопросам, связанным с антропогенным воздействием на природу при добыче и переработке полезных ископаемых, посвящен специальный раздел атласа (14 листов из 104), и кроме того они затрагиваются в других разделах, прежде всего о загрязнении воздуха и вод, источники которого нередко связаны с горными разработками или нефтедобычей. Разделы атласа об антропогенном воздействии в разных природных зонах также частично построены на материалах воздействия нефтегазовой и горнодобывающей отраслей промышленности. Это можно показать на нескольких примерах.
Загрязнение воздуха
Загрязнение воздуха исследуется по космическим снимкам опосредованно, через загрязнение снежного покрова. Методика такого косвенного дешифрирования разработана В.Г.Прокачевой, В.Ф.Усачевым, Н.П.Чмутовой на примере района угледобычи в Воркутинском бассейне.
Загрязнение атмосферного воздуха далеко не всегда находит непосредственное отображение на космических снимках; однако, на снимках, полученных в период снеготаяния, хорошо видны районы загрязненного снега вокруг промышленных центров. Для выявления возможности их использования в целях изучения загрязнений важно сопоставить изображение с результатами наземных наблюдений. Такие исследования проведены Государственным гидрологическим институтом Роскомгидромета. В атласе показаны на снимках с вертолета источники загрязнения в Воркутинском районе — дымовые шлейфы, инверсионные иглы, образующиеся при слабом ветре и устойчивой стратификации атмосферы; приведены наземные фотоснимки снежной толщи, сделанные в шурфах в районе Воркуты. Полевые исследования снежного покрова и наблюдения с вертолета, проводившиеся вдоль маршрута, пересекающего Воркутинский промышленный район с юга на север, использовались для определения ряда показателей — альбедо снежного покрова и степени покрытия территории снегом, модуля загрязненности, гранулометрического состава твердых отложений в пробах снега и значений pH талой воды. Эти показатели и их динамика сопоставляются с изображением района на космических снимках. Такое сопоставление снимков с результатами наземных наблюдений помогает ответить на вопросы, чему соответствуют границы ореолов загрязненного снега, изобразившихся на снимках, под влиянием каких факторов они образуются и каковы пространственно-временные закономерности формирования пятен загрязнения.
Примеры использования этой методики и изучения загрязнения воздуха в районах горной добычи по зимним космическим снимкам относятся к Кузбассу, Экибазстузскому угольному бассейну, Южно-Якутскому угольному комплексу, Аркагалинскому месторождению угля в горах Северо-Востока.
Кузнецкий угольный бассейн, характеризующийся сочетанием воздействия на природу, помимо угледобычи, также черной металлургии, теплоэнергетики и цветной металлургии, расположен в котловинообразном понижении между хребтами Салаирским Кряжем и Кузнецким Алатау, где в условиях сибирского антициклона создается возможность для застаивания загрязняющих веществ. Воздействие на природу трех названных отраслей сочетается с сильными нарушениями поверхности горнодобывающей промышленностью.
На приведенном в атласе снимке со спутника "Ресурс О-1", сделанном 31 марта 1990 г., выделяются темные пятна загрязненного снега, объединяющиеся в районе Белово, Ленинска-Кузнецкого и Промышленной в единый загрязненный массив протяженностью 120 км и шириной 50 км. Однако, по результатам анализа материалов неоднократных весенних съемок, выполненного сотрудниками Государственного гидрологического института, здесь выделена значительно более обширная единая область загрязнения снежного покрова протяженностью около 370 км при ширине 100 км, объединяющая зоны загрязнения промышленных центров Кемерово, Ленинска-Кузнецкого, Белово, Прокопьевска, Киселевска, Новокузнецка, Осинников, Междуреченска. Она также показана на приведенной в атласе схеме. Эти материалы говорят о том, что проекты дальнейшего развития здесь цветной металлургии и электроэнергетики должны обязательно проходить экспертизу и получать экологическое обоснование.
Другой снимок, для района Севрного Казахстана, иллюстрирует воздействие угледобычи в Экибазстузском районе . Открытая добыча каменного угля сопровождается загрязнением поверхности угольной пылью в радиусе 20-30 км, чему способствуют частые ураганные ветры и пыльные бури. Этот ореол загрязнения хорошо выделяется на зимнем снимке. Открытые склады угля, золоотвалы, газопылевые выбросы ГРЭС обусловливают образование очагов рассеяния загрязняющих веществ также и вокруг Павлодара.
Приведенный в атласе снимок на район Нерюнгри охватывает среднюю часть Станового хребта и южную окраину Алданского нагорья, прорезанную долиной р.Тимптон, правого притока р.Алдан. Интенсивное загрязнение снега связано с функционированием Южно-Якутского угольного комплекса. Открытая добыча угля, его перегрузка и транспортировка вызывают загрязнение атмосферы, концентрирующееся в депрессиях. Большое темное пятно протягивается на снимке от Нерюнгринского угольного разреза до станции Беркакит. Выделяются пятна загрязнения в районе поселков Чульман, Золотинка и Нерюнгринской ГРЭС.
Еще один пример относится к горам Северо-Востока в золотоносном районе в верховьях Колымы. Крупный ореол загрязнения вытянут по долине р.Эмтыгей от разрабатываемого здесь Аркагалинского угольного месторождения до ТЭЦ в поселке Мяунджа, снабжающей электроэнергией весь район. Другой большой ореол приурочен к городу Сусуман, где размещены энергоемкие производства горнодобывающей промышленности, и к близлежащим поселкам. Вытянутость его по долине р.Берелех связана с застаиванием воздуха при антициклональной погоде в течение долгой зимы.
Загрязнение вод
Загрязнение вод в связи с горнодобывающими работами показано на примерах речных, озерных и морских вод. Химическое загрязнение вод, влияющее на санитарные условия жизни людей, их здоровье, на космических снимках обычно не проявляется; для его обнаружения необходим лабораторный анализ проб воды. Однако, космические снимки позволяют получать информацию о механическом загрязнении рек, связанном с определенными видами антропогенной деятельности. Мощным источником техногенных наносов являются открытые карьерные разработки и заброшенные месторождения. В результате разработки полезных ископаемых трансформируются русла малых рек. Они сплошь перекапываются, например, при дражном способе разработки, поставляя в реки массы наносов. Примером является загрязнение вод р.Ангары при впадении в нее правого притока р.Большая Мурожная. Разработка расположенного здесь Северо-Ангарского золоторудного россыпного месторождения является причиной поступления в реку огромного количества наносов. Увеличение в сотни раз мутности вод ниже месторождения отображается на космическом снимке изменением тона изображения — река Большая Мурожная изобразилась светлым розовым цветом, в то время как чистые водотоки имеют очень темный тон; светлая полоска мутной воды прослеживается вдоль правого берега Ангары после впадения в нее Большой Мурожной даже ниже слияния с Енисеем. Совместное действие золотодобычи по правому берегу и лесоразработок с молевым сплавом древесины — по левому — превращают прежде чистейшую Ангару в "полосатую" реку; воздействие этих видов ее загрязнения протягивается вниз по течению более чем на сто километров.
Космические снимки дают хороший материал для изучения и мониторинга механического загрязнения внутренних водоемов взвешенными веществами. Возможности такого использования космических снимков иллюстрируются на примере озера Имандра — крупнейшего из озер Кольского полуострова, занимающего площадь 885 кв.км, которое в прежние годы славилось чистотой своих вод, ценными ресурсами сиговых рыб. С 1930-х годов озеро, находящееся в зоне действия крупнейших горнодобывающих и металлургических производств, испытывает сильное техногенное воздействие, проявляющееся в загрязнении вод взвесями, тяжелыми металлами, токсичными химическими веществами. По аэрофотоснимкам и космическим снимкам разных лет хорошо прослеживается динамика загрязнения озера взвешенными веществами, сбрасываемыми обогатительными фабриками комбината "Апатит". На приведенных в атласе аэрофотоснимках губы Белой 1958 г. видно, что до строительства дамбы в этой губе осуществлялся прямой сброс нефелиновой пульпы в озеро. После строительства дамбы прямой сброс взвесей прекратился, отходы апатитового производства стали накапливаться в отстойниках, созданных на месте губы Белой. Однако мелкие фракции все же просачивались сквозь дамбу, загрязняя акваторию озера, о чем свидетельствуют снимки 1973 и 1978 гг. В последние годы обогатительные фабрики комбината переведены на частичный внутренний водооборот, что позволило резко сократить сброс взвесей в озеро — шлейф выноса на снимках 1984 г. заметно уменьшился.
Представленные в атласе карты загрязнения акватории озера, составленные путем компьютерной обработки снимков, наглядно показывают это изменение ситуации и свидетельствуют, что космические снимки представляют хороший материал для мониторинга загрязнения внутренних водоемов.
Спутниковая информация в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах позволяет исследовать ряд элементов экологического состояния морских акваторий. На примере анализа космических снимков Финского залива, выполненного в Ленинградском отделении Государственного океанографического института Л.Л.Сухачевой и С.В.Викторовым, продемонстрирована возможность изучения по ним динамики водных масс, исследования областей повышенного содержания взвешенных веществ различного происхождения с оценкой их концентрации.
На приведенных в атласе космических снимках восточной части Финского залива и Невской губы вдоль ее северного и южного берегов наблюдаются зоны с повышенным содержанием взвешенных веществ; по данным натурных исследований они имеют в основном минеральное происхождение. Основным источником поступления взвеси является выполнение дноуглубительных и берегонамывных работ в районе Лахты и южнее Морского канала, которые проводились еще до того, как было начато строительство сооружений для защиты от наводнений — известной "дамбы", соединяющей остров Котлин с берегами. На мелководье мутность вод повышается также под воздействием ветра и волн.
Совместный анализ данных спутниковой съемки, авианаблюдений, судовых измерений прозрачности воды, а в отдельных случаях — концентрации взвесей при комплексных экспедиционных исследованиях в Невской губе позволили сотрудникам ЛО ГОИН перейти к количественным оценкам концентрации взвешенных веществ в выделяемых по спутниковым изображениям зонах разной мутности вод. При этом используются установленные для данного района зависимости между прозрачностью вод и концентрацией взвеси. Зоны с повышенной концентрацией взвесей четко выделяются на снимках светлым тоном на фоне более темных относительно чистых речных вод. Другие виды загрязнения, в том числе гидрохимическое, в используемом для зондирования из космоса оптическом диапазоне непосредственно не регистрируются и не отображаются на снимках.
Приведенные в атласе спутниковые изображения показывают, что в распределении зон с повышенным содержанием взвеси в Невской губе до и после строительства защитных сооружений существенных отличий не наблюдается. Анализ 20-летнего ряда авиационных и космических данных по Невской губе, содержащих около 300 изображений, позволил сотрудникам ЛО ГОИН сделать вывод об отсутствии существенного влияния дамбы на гидрологический режим Невской губы, за исключением участков, непосредственно примыкающих к дамбе, где регистрируются водные динамические образования, размеры которых соизмеримы с пропускными воротами "дамбы". Масштабы и интенсивность загрязнения Невской губы взвешенными веществами зависят в основном от гидрометеорологических условий и режима работы земснарядов.
В последние годы в связи с приостановкой дорогостоящих дноуглубительных и берегонамывных работ для Невской губы характерно уменьшение площади зон с высоким содержанием взвесей и меньшая их концентрация. Это, наряду с другими факторами, способствует улучшению экологического состояния Невской губы.
Антропогенное воздействие в разных природных зонах
В разделе атласа, посвященном антропогенному воздействию на природу в разных природных зонах, наиболее интересен с точки зрения нефтегазовой отрасли пример, относящийся к тундровой и лесотундровой зонам, где возникает проблема активизации неблагоприятных криогенных процессов. Она проиллюстрирована снимками на район Надыма и Тазовского полуострова с газопроводом Ямбург-Ныда, где проявляется развитие таких процессов.
Для контраста в атласе приведено изображение двух участков Сибирской тундры, находящихся в различных условиях — в первозданном нетронутом виде и в условиях сильного техногенного воздействия в связи с разработкой нефтегазовых месторождений. Первый снимок охватывает участок побережья Северного Ледовитого океана между морями Лаптевых и Восточно-Сибирским; он находится в пределах Яно-Индигирской низменности, далеко за полярным кругом, на широте 72 . Территория представляет собой равнину, сложенную высокольдистыми отложениями. В эпохи потеплений здесь были широко развиты процессы термокарста. Поэтому характерную черту ландшафта составляют термокарстовые котловины (аласы) с озерами, глубоко расчленяющие исходную равнину, сформировавшуюся в последний ледниковый период и в связи с этим насыщенную мощными подземными льдами. На снимке хорошо видны овальные черные пятна глубоких озер с чистой водой, голубые мелководные озера, красные овальные пятна бывших озер, заросших пушицей и осокой, а также коричневые пятна озерных котловин с ныне спущенными озерами, которые создают сложный пятнистый рисунок изображения.
Второй участок охватывает район в северной части Западно-Сибирской низменности, в среднем течении реки Надым, впадающей в Обскую губу, с притоками Хейгияха, Левая и Правая Хетта. Расположенный немного южнее полярного круга, на широтах 67-68 , он включает как мохово-лишайниковые кустарниковые тундры и болота с обилием термокарстовых озер, так и лесотундровые и северотаежные ландшафты с лиственничными и сосново-кедровыми лесами на надпойменных речных террасах и пологоволнистых равнинах. В этом районе Западной Сибири ведется разработка крупных газовых месторождений. На снимке изобразились поселки Старый и Новый Надым, идущие к ним железная и автомобильные дороги и множество инженерных сооружений, строительство которых вызвало нарушения ландшафтов: магистральный газопровод, компрессорная станция, подводящие к ней сети трубопроводов. Уничтожение вблизи поселков и компрессорной станции растительности, закрепляющей почвы, вызвало развитие овражной эрозии и образование развеваемых песков. Снятие растительного покрова вдоль коридоров магистральных газопроводов и перепланировка рельефа при укладке труб привели к развитию оврагов, заозеренности и заболоченности территории, по-разному проявляющихся в разных ландшафтных условиях. На участках, сложенных песчаными грунтами, видна расширенная светлая полоса, где вдоль газопровода широко развиты эрозионные процессы, а на участках мерзлых торфяников, где развит термокарст, она сужается. Различия в характере нарушений, выявляемые по снимкам, позволяют оценить относительные затраты на природохранные мероприятия, в том числе рекультивацию нарушенных земель.
Детальное изучение характера происходящих в тундровых ландшафтах изменений требует привлечения крупномасштабных аэрофотоснимков, анализ которых дается в атласе для тундровых и лесотундровых ландшафтов по трассе газопровода Ямбург - Ныда на Тазовском полуострове на севере Западной Сибири. Аэрофотоснимки иллюстрируют нарушения ландшафта через 8-10 лет после начала строительства, различные в разных природных подзонах и условиях рельефа.
Добыча и переработка полезных ископаемых
Крупный блок листов атласа посвящен использованию космических снимков для контроля воздействия на природу при добыче и переработке полезных ископаемых. Большое внимание уделено мониторингу преобразования природной среды в районах нефтедобычи в Западной Сибири, золотодобычи на Патомском и Алданском нагорьях, угледбычи в Нерюнгри, открытых карьерных разработок минерального сырья в Хибинах, на Кавказе, в Тырныаузе, торфодобычи в Подмосковье, переработки руд цветных металлов в Мончегорске и Норильске.
Добыча апатитов
В числе районов, иллюстрирующих воздействие горнодобывающей промышленности — Кольский полуостров с Хибинским массивом. Приведенные в атласе детальные космические снимки дают возможность охарактеризовать основные объекты горнодобывающей промышленности Кольского Севера, выявить виды нарушений ландшафта, понять экологические проблемы, возникающие при освоении. Так, на снимке Хибинского массива изобразился широкий спектр промышленных объектов и результатов их воздействия на природу — карьеры открытой добычи апатито-нефелиновой руды, отстойники обогатительных фабрик и огораживающие их дамбы, зоны промышленной и жилой застройки, транспортные магистрали, сеть карьеров добычи стройматериалов, вырубки в лесах. Снимок дает возможность оценить величину техногенной нагрузки на природу Севера в связи с добычей полезных ископаемых и свидетельствует о необходимости контроля за промышленным воздействием и соблюдения природоохранных мероприятий.
Для изучения тенденций и темпов изменения территориальных систем — природных и антропогенных — важно проследить за динамикой их развития. Такую возможность открывает использование разновременных снимков. В Атласе выполнено сопоставление снимков южной части Хибинского массива, полученных со спутника "Ландсат" в июне 1978 г. со снимками со спутника "Ресурс-Ф", сделанными в мае 1984 г. По ним составлены карты состояния природных и техногенных экосистем в 1984 г. и динамики техногенных объектов за 1978-1984 гг. По снимкам выявлено расширение площади промышленной застройки в связи с строительством новой обогатительной фабрики АНОФ-III, изменения в состоянии отстойников и хвостохранилищ — их заполнение "хвостами" и высыхание, появление новых площадей вырубок и сельскохозяйственных земель.
Добыча руд цветных металлов
Открытые карьерные разработки руд цветных металлов с сопутствующей инфраструктурой показаны в атласе на примере разработки вольфрам-молибденового месторождения на Центральном Кавказе, в Тырныаузе, анализ снимков которого выполнен Т.Ю.Зенгиной, А.В.Кулиш, И.А.Лабутиной.
Тырныаузский горно-металлургический комбинат — промышленный узел, включающий комплекс добывающих и обогащающих производств: карьеры открытой добычи, рудник, обогатительную фабрику, хвостохранилища и сложную транспортную инфраструктуру. Основные элементы комбината хорошо различаются на снимке, который позволяет оконтурить сферу максимального воздействия комбината на природную среду.
Использование разновременных снимков — аэрофтоснимков 1974, 1980, космических снимков 1990 гг. дает возможность проследить динамику состояния почвенно-растительного покрова и развития склоновых процессов в зоне деятельности рудника. Приведенные снимки и составленная карта наглядно демонстрируют постоянный рост площади как полностью нарушенных природных комплексов, так и участков с фрагментарным нарушением почвенно-растительного покрова в результате активизации склоновых процессов, даже там, где прямое вмешательство человека прекратилось несколько лет назад.
Активным источником загрязнения окружающей среды являются хвостохранилища. В долине р.Баксан расположено два хвостохранилища. Старое хвостохранилище прислоненного типа, расположенное на левом склоне долины в 6 км от города, уже заполнено и не действует. Новое функционирующее хвостохранилище долинного типа расположено в долине р.Гижгит, левого притока р.Баксан. Для их изучения были привлечены разновременные снимки — аэрофотоснимки 1946, 1982 гг. и космические снимки 1990 г. Дешифрирование снимков говорит о недостаточно успешно проведенной рекультивации старого хвостохранилища, отсутствии развитого почвенно-растительного покрова, что и является источником ряда экологических проблем, наиболее существенная из которых — интенсивное развитие водной и ветровой эрозии.
Новое хвостохранилище постоянно наращивает объем, что иллюстрирует сравнение снимков за разные годы и составленная по ним схема "Изменение площади хвостохранилища". Заполненная и осушенная часть хвостохранилища является ареной активного развития ветровой эрозии, формирования эоловых форм микрорельефа и источником загрязнения воздуха. Действующее хвостохранилище, в отличие от старого, является также источником загрязнения подземных, грунтовых и поверхностных вод. Это происходит за счет бокового просачивания вод хвостохранилища, фильтрации вод из-под днища и дамбы, а также за счет механического выноса всех загрязняющих веществ в р.Баксан благодаря эрозионным процессам, развивающимся на склонах дамбы. Картина экологических проблем в районе комбината, выявленная по снимкам, дополнена составленной И.А.Авессаломовой и А.В.Хорошевым геохимической картой загрязнения природных ландшафтов.
Угледобыча
Возможности использования космических снимков для мониторинга состояния природной среды в районах открытой разработки угольных месторождений показаны на примере угледобычи в Южной Якутии, где расположено одно из крупнейших в мире Нерюнгринское угольное месторождение. На снимке со спутника "Космос" уверенно выделяются угольный разрез, его отвалы, промзона разреза, ГРЭС с водохранилищем и золоотвалом, карьеры стройматериалов , населенные пункты, шоссе, железная дорога, ЛЭП, аэропорт со взлетно-посадочными полосами, а также участки предварительной и детальной геологической разведки.
А.В.Гавриловым и Е.И.Пижанковой по результатам дешифрирования снимков составлена карта, отражающая природные и природно-технические геосистемы и их современное состояние. По материалам повторных съемок 1976 ("Ландсат") и 1986 ("Ресурс-Ф") годов прослежены изменения геосистем за 10 лет. Составление карт изменений по повторным снимкам позволило проанализировать динамику хозяйственного освоения территории Нерюнгринского промузла и тенденции роста техногенной нагрузки на природу. Как показывает анализ снимков и других материалов, выполненный Е.И.Пижанковой и А.В.Гавриловым, за 10 лет площадь техногенно измененных территорий увеличилась более чем в 5 раз. Объем перемещенных горных масс вырос в 100-250 раз, ежегодно откачиваемых подземных вод — почти в 5 раз. В результате многие геосистемы перешли из разряда слабо и средне измененных в разряд сильно и очень сильно измененных.
Анализ нарушений, выявленных по снимкам, с использованием индикационных связей и закономерностей развития экзогенных процессов на данной территории позволил сделать вывод о развитии эрозии, термокарста, наледеобразования, подтопления. Наличие этих процессов подтверждено наземными исследованиями. По ранневесенним снимкам были установлены ареалы загрязнения поверхности, которое поступает через атмосферу. На основе ретроспективного анализа выполнен прогноз, ориентированный на максимальный вариант развития, который позволил оценить последствия планируемых масштабов освоения.
Золотодобыча
Воздействие на природные ландшафты при добыче золота ярко проявляется на космических снимках. В атласе оно показано на примере двух районов — Алданского горнопромышленного района Южной Якутии и центральной части Патомского нагорья, снимки которых проанализированы Е.И.Пижанковой и Г.С.Самойловой. Долины, где ведется разработка месторождений россыпного золота, резко выделяются на фоне природных ландшафтов. Такие долины имеют контрастный по отношению к растительности цвет изображения с характерной неровной структурой.
Внедрившиеся с 50-60-х годов ХХ века дражный и бульдозерногидравлический способы получения золота приводят к наибольшим нарушениям долинных ландшафтов, так как при этом срезается и переворачивается, либо складируется в отвалы верхний почвенно-растительный слой. Исчезают типичные для долин формы рельефа — поймы и террасы. Изменяются и загрязняются водные системы, нарушается их сток, режим функционирования. Появляются техногенные формы рельефа — терриконы, дамбы, траншеи, хвостохранилища с отходами сорбции и флотации и многочисленные колеи временных дорог, что и обусловливает особый цвет и структуру изображения на снимке.
Нарушения другого типа, связанные с геологоразведочными и горно-изыскательскими работами, более локальны и меньше по степени воздействия. На снимках прослеживаются системы канав, заложенных, как правило, поперек склона. Поверхность части склонов нарушена карьерными отработками, а на обнаженных склонах развиваются эрозионные и делювиальные процессы. Прокладка дорог по падению склона вызывает активизацию линейной эрозии, оползней, а вдоль склона — развитие процессов заболачивания и термокарста. Загрязнение воды под влиянием дражных разработок приводит к гибели зообентоса и потере рыбохозяйственного значения рек, а формирование в долинах техногенных комплексов резко нарушает условия местообитания многих представителей животного мира.
Использование космических снимков вместе с материалами наземных и аэровизуальных обследований позволило Г.С.Самойловой и Е.А.Востоковой составить для центральной части Патомского нагорья карты ландшафтов и их антропогенной нарушенности. Для этого разработаны критерии степени антропогенной нарушенности природно-территориальных комплексов на основе экспертной оценки состояния литогенной основы и почвенно-растительного покрова. Выявление уже существующих неблагоприятных экологических ситуаций позволит правильно планировать природоохранные и рекультивационные мероприятия, предусматривающие стабилизацию и повышение устойчивости природной среды.
Торфодобыча
Интересный блок листов атласа, разработанный Т.Ю.Зенгиной, посвящен торфодобыче. В России около 45% всех земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, приходится на долю торфоразработок. Активная добыча торфа велась главным образом в до- и послевоенные годы, сейчас площади действующих торфоразработок незначительны. Однако отработанные ранее участки рекультивированы не более чем на 20%.
Материалы аэрокосмических съемок дают достаточно полное представление об особенностях строения и динамики ландшафтов, сформировавшихся в районах добычи торфа. Они могут быть использованы для мониторинга отработанных территорий, определения направления рекультивационных работ, оценки их эффективности. Для решения этих задач требуются космические снимки высокого разрешения или аэроснимки.
Нарушенные при торфодобыче земли могут быть использованы для сельского хозяйства, лесоразведения, создания рыбоводных прудов и охотничьих угодий или для проведения повторной добычи торфа на удобрение. Главным критерием при выборе оптимального пути использования отработанных карьеров является применявшийся способ изъятия торфяной массы. В атласе даны дешифровочные признаки для определения по характеру изображения на снимке способа добычи — фрезерного, экскаваторного или гидравлического.
На примере месторождений Московской, Владимирской и Рязанской областей иллюстрируются возможности изучения по снимкам состояния земель, нарушенных при использовании разных способов торфодобычи, после их вывода из эксплуатации, мониторинга самовосстановления нарушенных земель. Т.Ю.Зенгиной разработана графическая модель, которая в схематической форме иллюстрирует типичный путь развития и основные стадии восстановительной динамики изучаемых природно-территориальных комплексов в зависимости от способа изъятия торфяной залежи, характера увлажненности территории и времени, прошедшего с момента окончания добычи.
Выявленные четкие структурные различия в изображении разных по способу и времени отработки участков создают предпосылки для развития компьютерных методов дешифрирования, что может послужить основой для инвентаризационных работ и организации системы мониторинга нарушенных торфодобычей земель.
Нефтедобыча
Экологические проблемы, связанные с разработкой нефтяных месторождений в условиях лесных и лесоболотных ландшафтов, в зоне проявления криогенных процессов, показаны на примере космического снимка одного из важнейших районов нефтедобычи в Западной Сибири. Снимок охватывает широтный участок долины р.Оби у Нижневартовска. Воздействие нефтедобычи на ландшафты выражается в уничтожении почвенно-растительного покрова на значительных площадях, отводимых под обустройство площадок нефтяных скважин, компрессорных станций, станций перекачки нефти, под трассы нефтепроводов и многочисленные дороги. Для болотных ландшафтов Западной Сибири характерно повсеместное использование насыпных грунтов, на которых строятся эти сооружения, а также создание гидронамывных и насыпных дамб. Другой вид воздействия на природу связан с нефтяными загрязнениями. Разливы нефти происходят как в процессе нефтедобычи при разрушении обваловки так называемых шламовых амбаров и нефтяных кратеров с аварийными стоками нефти, так и при прорывах нефтепроводов.
На приведенном в атласе космическом снимке среди лесных и болотных массивов в районе озера Самотлор видна густая сеть насыпных дамб с дорогами , идущих не только по болотам, но и по озерным впадинам. На них нанизаны белые прямоугольники площадок кустовых нефтескважин. В этом районе используется метод бурения, при котором несколько скважин разбуриваются рядом — из одного куста, что экономит затраты и способствует охране природы при обустройстве месторождения. Тем не менее, как правило, это участки полного уничтожения почвенно-растительного покрова, что обусловливает их белый или светлоголубой цвет изображения на снимке. Разный цвет озер — от черного до светлоголубого — объясняется разной мутностью вод, что связано с мероприятиями по гидронамыву. На снимке видны широкие полосы транспортных коридоров, таких, как включающий автомобильную и железную дороги на Ноябрьск, нефтепровод Ноябрьск-Вартовский, линии электропередач.
При дешифрировании космических снимков О.И.Котовой выявлены различные нарушения, связанные с нефтеразработками. Например, в местах добычи в результате изъятия нефти и подземных растворов происходит проседание поверхности, приводящее к заболачиванию местности, и на месте исходных торфяников образуются низинные болота. Обширные территории такого типа отображаются на космических снимках высокого разрешения общим потемнением фототона. Преграждение путей естественного стока линейными сооружениями может вызывать подтопление выше сооружения или переосушение территории ниже его. Такие нарушения четко отображаются чередованием темных и светлых пятен с прямолинейными очертаниями.
На космических снимках отображаются также нефтяные загрязнения — темные длинные полосы отдельных разливов нефти в результате аварий. Эти разливы сопровождаются светлыми шлейфами термальных высокоминерализованных вод, которые извлекаются на поверхность вместе с нефтью. Нефтяное загрязнение, кроме того, наблюдается вокруг буровых и станций перекачки, но оно дешифрируется с трудом из-за схожести с изображением подтопления территории. На Самотлорском месторождении добыча нефти ведется также со дна озер, что приводит к загрязнению озерной воды и гибели гидробионтов, привносу в озера большого количества песка при строительстве насыпных площадок и их размывании. Поэтому вода озер имеет на снимке неодинаковый тон и пятнистый рисунок изображения.
Анализ космического снимка с учетом полевых и картографических материалов позволил О.И.Котовой составить карту антропогенных изменений природной среды Самотлорского месторождения, на которой красочным фоном отражены основные виды хозяйственной деятельности на месторождении и сопутствующие им антропогенные нарушения. Такая карта представляет собой элемент космического мониторинга состояния территории в районах нефтедобычи и должна использоваться для контроля изменений природной среды и разработки природоохранных мероприятий по предотвращению нарушений и рекультивации территории.
Аналогичная работа проведена и для Повховского месторождения в Западной Сибири, для которого сотрудниками Санкт-Петербургского университета Х.А.Кутыевым, О.М.Терешенковым и др. в результате анализа антропогенного воздействия на природу в связи с нефтедобычей по космическим снимкам составлена эколого-ландшафтная карта. Среди естественных ландшафтов выделены различные типы болотных и лесных экосистем. В антропогенно-преобразованных ландшафтах выделены территории с полностью нарушенными природными условиями: рельефом, водно-тепловыми свойствами грунтов, почвенно-растительным покровом, то есть подверженные полному экоциду, к которым относятся зоны обустройства кустовых площадок и большая часть транспортных линий. Показаны и территории с частичными нарушениями почвенно-растительного покрова. По снимкам выявлены и показаны на карте также нефтяные загрязнения экосистем — участки разливов нефти, водоемы, загрязненные сбросом нефти или при гидронамыве.
Для анализа по космическим снимкам загрязнения и нарушений территории, связанных с нефтедобычей, целесообразно обращение к аэрофотоснимкам. В атласе приведена подборка аэрофотоснимков масштаба 1:10 000, позволяющих выявлять и в деталях прослеживать источники загрязнения поверхности и характер нарушений природной среды.
Добыча газа
На территории Астраханского газоконденсатного комплекса, который был построен и начал функционировать на правом берегу Волги, в ее нижнем течении, в начале 80-х годов, космические снимки позволили проследить динамику природно-территориальных комплексов, оценить тенденции их естественного развития и степень антропогенной трансформации.
В атласе приведены снимки разных лет — 1980 г., когда район будущего строительства еще не был нарушен техногенным воздействием, и снимок, сделанный через 11 лет, в 1991 г. По ним выполнено районирование территории с оценкой устойчивости природно-техногенных комплексов к антропогенным воздействиям, выделены территории, претерпевшие наиболее сильное воздействие в результате добычи и переработки газа, а также в результате распыления сточных вод в пустыне мощными дождевальными установками. При дешифрировании выделены линейные и площадные очаги дефляции, скважины, зоны застройки первой и второй очереди газоконденсатного комплекса.
Анализ разновременных космических снимков позволяет оценить степень изменения основных компонентов природно-территориальных комплексов: литогенной основы, почв, растительности. На приведенной схеме, составленной А.П.Ворожейкиным, А.Г.Косиковым, М.С.Мотовиловой в результате анализа разновременных космических снимков с учетом данных полевых наблюдений, выделены районы с различными природными условиями и в разной степени измененные техногенным воздействием, характеризующиеся неодинаковой уязвимостью к химическому и механическому воздействиям.
Переработка руд цветных металлов
Два блока листов атласа характеризуют возможности использования космических снимков для мониторинга и картографирования деградации экосистем при переработке руд цветных металлов на примерах губительного воздействия на растительность выбросов серы и тяжелых металлов в районах медно-никелевых комбинатов в Мончегорске и Норильске. Для района Мончегорска приведены снимки со спутников "Ресурс-Ф" и "Ландсат", на которых разделяются зоны с разной степенью воздействия на экосистемы, определены их дешифровочные признаки.
В результате дешифрирования снимков со спутника "Ландсат" при полевом и аэровизуальном контроле составлена карта промышленного воздействия на растительность в районе Мончегорска масштаба 1:200 000, которая показывает распространение двух видов техногенных пустошей в зоне промышленного воздействия — с полностью и почти полностью уничтоженным растительным покровом — и разделяет лесную растительность по степени повреждения промышленными выбросами на 4 категории, причем для частично и слабо поврежденной растительности характеризуется также породный состав лесов. Горнотундровая растительность разного типа разделяется по степени повреждения на две категории —поврежденную и неповрежденную промышленными выбросами. Составленная карта, фиксирующая состояние растительности на середину 90-х годов, используется как базовая для ретроспективного анализа изменений по материалам разновременных съемок и может служить основой для мониторинга изменений природной среды в будущем.
Оперативный мониторинг состояния экосистем требует компьютерных методов создания таких карт. В атласе представлены выполенные И.К.Лурье и О.В.Тутубалиной разработки компьютерной классификации состояния растительности на основе зональных отношений яркости и вегетационного индекса, учитывающей спектральные образы объектов съемки, а также классификации, основанной на синтезе главных компонент в сочетании с использованием вегетационного индекса, которая дала наибольший эффект.
Аналогичная работа по выделению и картографированию зон с разной степенью воздействия на растительность выполена и для района Норильска, где в связи с редкостойностью притундровых лесов ранние стадии повреждения растительности менее четко отображаются на космических снимках и требуется привлечение материалов крупномасштабной спектрозональной аэрофотосъемки. Тем не менее оба примера свидетельствуют о целесообразности аэрокосмического мониторинга состояния экосистем в зонах промышленного воздействия и предлагают пути и методы работы с материалами аэрокосмических съемок.
Заключение
Таким образом, атлас "Космические методы геоэкологии" дает всестороннюю характеристику и содержит богатые материалы по применению космических снимков для мониторинга воздействия на природу горнодобывающей промышленности, нефте- и газодобычи и по использованию геоинформационных технологий для обработки космических снимков. Специалисты-геоэкологи и работники управления хозяйством получат ценное научно-методическое пособие по применению космической информации в их деятельности. Использование атласа поможет экологическому просвещению руководителей хозяйства регионов и рациональному природопользованию в них, а также экологическому воспитанию и образованию подрастающего поколения.
|