2.1. Экологическое картографирование

Экологическое картографирование является одним из на­правлений экодиагностики, позволяющим получить объектив­ную и достоверную информацию о состоянии окружающей среды определенной территории, пространственной диффе­ренциации экологических проблем и их сочетаний.

Современное состояние экологического картографирования

В современном экологическом картографировании можно выделить три крупных блока:

- биоэкологическое картографирование;

- геоэкологическое картографирование;

- антропоэкологическое картографирование.

В последнее время в экологическом картографировании по­явился еще один блок, так называемое комплексное экологичес­кое картографирование, синтезирующее результаты всех пре­дыдущих блоков, разумеется, с антропоцентрических позиций (картографирование экологических проблем и ситуаций).

Комплексная оценка состоя­ния среды осуществляется с помощью карт экологических си­туаций. Объектом картографирования при этом являются эко­логические проблемы, возникшие в результате изменения ок­ружающей среды под воздействием антропогенных факторов, и их пространственно-временные сочетания - ситуации.

Основным содержанием комплексной экологической кар­ты, по существу, является оценка современной ландшафтной структуры и свойств ландшафтов, имеющих важное значение для жизни человека.

В экологическом картографи­ровании присутствуют четыре направления:

- Ландшафтно-экологическое (показывается разделение территории на ландшафты, оце­нивается степень благоприятности условий жизни населения и нарушенности ландшафтов. Отдельно на карте отмечаются очаги и центры загрязнения среды, их объемы и характер вредных выбросов. Основным объектом исследования является природный территориальный комплекс (ПТК), ранг и размерность кото­рого определяется масштабом исследования.

- Административно-экологическое (объектом экологической оценки и картографирования являются административные территори­альные единицы или их сочетание). Достоинство данного подхода состоит в том, что он опирается на достаточно большую государственную экологическую информацию и статистические данные. Недостатки данного под­хода выявляются при простом сопоставлении размеров терри­ториальных операционных единиц (объектов картографиро­вания) одного ранга. Другой существенный недостаток данного подхода состоит в том, что значительные внутренние неоднородности объекта картографирования, связанные с дифференциацией природных условий и антропогенных воздействий, практичес­ки не учитываются при анализе экологического состояния ад­министративной территории на основе государственной стати­стики, что приводит к искаженной и необъективной картине, особенно при использовании различных удельных показателей (т/км² или м³/чел.).

- Информационно-экологическое (характерны почти полный отказ от составления интег­ральных комплексных карт и показ максимально полной ин­формации о территории (природно-ландшафтная дифферен­циация, антропогенная нагрузка, негативные изменения среды обитания и т.п.) на одной итоговой карте). При таком подходе не приходится говорить об основном объекте картографиро­вания, так как на одной карте одновременно показываются и объекты топографической основы, и природно-ландшафтные районы, и ареалы загрязнения территории. Данное направле­ние можно назвать «информационно-экологическим» карто­графированием. Такой подход, особенно при традиционном «бумажном» методе составления карт, не имеет особых пер­спектив развития. Как правило, невозможно всю первичную экологическую информацию отобразить в полном объеме на одной карте. Несколько карт (или экологический атлас) только частично решают проблему, так как позволяют полу­чить объективную информацию об экологической ситуации на территории в целом. Единственная перспектива «информа­ционно-экологического» картографирования - использование ГИС-технологий, позволяющих хранить и анализировать большие объемы разнообразной пространственно-временной информации и составлять по заданному алгоритму комплекс­ные карты.

- Проблемно-экологическое (связано с разработкой ряда карт экологических ситуаций бывшего СССР, России и ее отдель­ных регионов, стран СНГ и мира за 1989 - 2002 гг.). В основе этих карт лежит разделение территории на природные и природно-антропогенные ареалы (геосистемы), которые оценива­ются по характеру и степени изменений экологически значи­мых свойств ландшафтов, важных для человека и его хозяйст­венной деятельности. Эти изменения, приводящие к экологи­ческим проблемам, могут быть разной степени остроты (благоприятности или неблагоприятности), т. е. вызывать оп­ределенную экологическую ситуацию.

Такое «проблемно-экологическое» направление в карто­графировании позволяет выявить значительно более деталь­ную картину пространственной неоднородности экологичес­кого состояния на федеральном и региональном уровнях по сравнению с другими.

Картографический метод оценки состояния окружающей среды

Картографический метод широко используется для оценки экологического состояния той или иной территории.

Отображение ситуации выполняется с помощью различных картографических знаков: локализованные и линейные знаки, изолинии, способ качественного и количественного фона, способ диаграмм, точечный способ, способ ареалов и т. д., т.е. способы, хорошо известные из курса картографии.

Космические снимки и физико-географическое районирование

Съемка Земли из космоса открыла новые возможности для модернизации методики физико-географического районирования.

Физико-географическое районирование по КС предпола­гает хорошее знание территории как по литературным и карто­графическим источникам, так и на основании натурных экспеди­ционных исследований. Оно выполняется несколькими сопряжен­ными способами. Главные из них аналогичны тем, которые ис­пользуются при районировании на основе типологической ланд­шафтной карты. Это, с одной стороны, интеграция местных ланд­шафтных структур в объемлющие регионы, с другой - дифферен­циация крупных природных единств на подчиненные геосистемы, формирующие их внутреннюю структуру. Встречные по своей сути, указанные подходы обычно определяются как районирование "снизу" и "сверху". В основе обоих подходов лежит ландшафтно-структурный принцип, так как ландшафтная структура регионов высту­пает в качестве главного критерия их выявления и обособления по КС.

Другое направление в физико-географическом районировании по дистанционным материалам предполагает поиск с помощью КС важнейших природных рубежей, обусловленных геолого-геоморфоло­гическими, биоклиматическими или какими-либо другими факторами дифференциации ландшафтной оболочки. Среди них особенно ярко вы­раженными, как правило, являются рубежи типа линеаментов - ли­нейных оротектонических границ морфоструктур разного порядка. Как установлено, большинство физико-географических регионов (стран, областей, провинций, районов) и даже индивидуальных ланд­шафтов тесно сопряжены с соответствующими разноранговыми морфоструктурами. Фрактальность (раздробленность) ландшафтной обо­лочки в значительной степени адекватна тектонической раздроблен­ности земной коры.

Линеаменты, особенно связанные с глубинными тектоническими разломами, хорошо читаются по КС. Их можно обнаружить но только на территориях с близким залеганием складчатого или кристаллического фундамента, но и перекрытых достаточно мощным чехлом осадочных пород. На КС тектонических плит линеаменты как бы просвечивают через осадочную толщу и читаются по ориентировке речных долин, уступов плато, контак­тов возвышенностей и низменностей. За последние годы геоло­ги с помощью КС смогли выявить массу региональных и локаль­ных тектонических разломов, блоков, кольцевых структур, кото­рые ранее при наземных исследованиях были неуловимы, ибо мас­кировались местными геолого-геоморфологическими деталями.

Поиск и дешифрирование линеаментов - важная составляю­щая часть физико-географического районирования. Как правило, тот или иной линеамент, установленный на снимке, - это одно­временно природный рубеж, отделяющий один физико-географичес­кий выдел от другого. По разные стороны от линеаментов типы рисунков космического изображения существенно различают­ся. Тем самым еще более резко подчеркиваются такого рода ру­бежи. Подобно тому, как мы ранжируем физико-географические регионы (от ландшафта до физико-географической страны), целе­сообразно ранжировать линеаменты по их значимости в дифферен­циации ландшафтной оболочки.

В отличие от оротектонических границ, выявление по КС био­климатических -зональных и подзональных природных рубежей бо­лее затруднительно. Как правило, они достаточно постепенны, не­редко представлены переходными полосами экотонного характера. Примерами могут служить не только подзоны, но даже целые зо­ны, такие, как лесотундра, лесостепь, полупустыня и др. При де­шифрировании зональных (подзональных) границ в первую очередь анализируется плотность фототона или цветовая гамма космическо­го изображения автоморфных ландшафтов. Параллельно используют­ся разнообразные косвенные дешифровочные признаки. Такими пока­зателями могут, например, служить степень залесенностн террито­рии, особенности сельскохозяйственного использования. Лесные мас­сивы, а также возделываемые сельскохозяйственные земли хорошо читаются по КС. На равнинах по степени залесенностн территории отчетливо прослеживаются рубежи (постепенные переходы) между, тундрой и лесотундрой, лесотундрой и тайгой, тайгой и смешанны­ми лесами, а по степени распаханности - между лесостепью и сте­пью, степью и полупустыней.

Составленные по КС карты (схемы) физико-географического районирования, так же как и ландшафтные типологические, могут быть представлены в виде космофотокарт. Сетка районирования, нанесенная непосредственно на КС, и рисунки космических изоб­ражений региональных выделов (районов, провинций, областей) выглядят на них очень выразительно. Опытный читатель таких карт понимает, почему один природный регион отделен от друго­го и в чем специфика ландшафтной структуры каждого из них.

Современные направления в аэрокосмических исследованиях

Космические методы — это методы изучения структуры и развития географической сре­ды по материалам космической съемки, полученным с помощью регистрации отраженного сол­нечного и искусственного света и собственного излучения Земли с космических летательных ап­паратов. В основе географических исследований с помощью космических методов лежит теория оптических свойств природной среды, обусловленных взаимодействием солнечного излучения с географической оболочкой. Дешифрирование снимков основано на использовании корреляционных связей между параметрами географических объектов и их оптическими ха­рактеристиками.

Космические снимки земной поверхности являются моделями местности, отражающими реальную географическую ситуацию на момент съемки. Наиболее ценными их свойствами являются: 1) комплексное изображение ландшафтной структуры, включая основные природ­ные и антропогенные компоненты; 2) широкий спектральный диапазон съемки, о чем сказано выше; 3) высокая обзорность снимков (они могут охватывать площади от 10 тыс. км² до полушария Земли в целом); 4) большое разнообразие масштабов съемки (крупнее 1:200000 — 1:100000000); 5) различная периодичность съемки — от десятков минут до десятков лет; 6) многократное покрытие съемкой земного шара.

Наиболее широко дистанционная съемка применяется в физической географии.

В гео­морфологии эффективно применение космических методов при проведении морфо-структурного и морфоскульптурного анализа и картографирования рельефа, его многолетней динамики, при­родных и антропогенных процессов рельефообразования. В гидрологии по дистанционным изо­бражениям изучают морфологические и морфометрические характеристики водных объектов, прослеживают гидрологический режим водных объектов, проводят моделирование стока, кар­тографирование гидрологической сети.

В почвоведении по космическим снимкам успешно устанавливают пространственную диф­ференциацию почвенного покрова и проводят его картографирование, определяют многие па­раметры почв, такие, как гумусность, механический состав, засоленность, влажность, темпера­тура. Такие исследования особенно важны при оценке плодородия почв на возделываемых землях, разработке комплексных мелиоративных мероприятий, подборе севооборотов и т. д. В биогеографии с помощью разномасштабных снимков выявляют и картографируют пространствен­ную структуру биоценозов, проводят биоценометрические, фенологические, медико-географические исследования.

В ландшафтоведении космические методы широко применяют при изучении и картогра­фировании пространственной структуры, сезонной ритмики и многолетней динамики ландшаф­тов, в палеогеографических исследованиях. По снимкам распознают разнообразные природные ландшафты, их антропогенные модификации и техногенные комплексы. В целях охраны природы по дистанционным изображениям проводят комплексные природоохранные исследования, осу­ществляют контроль негативных процессов обезлесения, саваннизации, опустынивания и мно­гих других. Вместе с тем осуществляют оценку антропогенного воздействия на природную среду, а также контроль загрязнения воздушного и водного бассейнов, снежного покрова, земной поверхности.

Большой интерес представляет применение космических снимков при изучении генезиса и истории развития естественных ландшафтов. Приведем примеры дешифрирования археологиче­ских объектов ландшафтно-генетических рядов, форм реликтового рельефа, гидрографической сети, фрагментов древних почв.

Калмыцкими учеными с помощью материалов космической съемки, аэроснимков и назем­ных исследований составлена обзорная археологическая карта Калмыкии, а также археоло­гические картосхемы Сарпинской низменности и зоны черноземельной оросительно-обводнительной системы на площади 25,8 тыс. км². По космическим снимкам опознаны места древних поселений, курганы, руины строений, древняя дорожная сеть, староорошаемые земли, высохшие русла рек, в том числе древние русла Волги.

Применение космических методов исследования дает положительные результаты при изу­чении генезиса географических объектов. По фотоснимкам, полученным с орбитальной станции «Салют» в 1975 и 1978 гг. и с ресурсного ИСЗ «Космос» в 1979 г. было выяснено происхож­дение горного озера Искандеркуль, расположенного к северу от Гиссарского хребта в Таджи­кистане. Ранее относительно его происхождения существовало две различные гипотезы, одна из которых предполагала моренный характер образования озера, другая — его возникновение в результате обвала. Анализ снимков позволил установить, что причиной возникновения озера послужил крупный обвал, вызванный, судя по всему, землетрясением, сопровождавшийся оползнями и селевыми потоками, перегородившими долину р. Искандердарья плотиной высо­той 400 м. Такие исследования крайне актуальны, так как подобное происхождение харак­терно для многих горных озер, в частности для Сарезского озера, возникшего на Памире в 1911 г. в результате образования Усойского завала. Решение вопроса будущего хозяйственно­го использования вод пресных горных водоемов требует всестороннего изучения их происхож­дения.

Комплексные исследования истории развития ландшафтов с учетом природных и ан­тропогенных факторов формирования по космическим снимкам имеют самостоятельное науч­ное значение, а также позволяют наиболее объективно оценить современные процессы ландшафтообразования и выделить тенденции будущих преобразований.

Ряд научных разработок используется в практических целях. В метеорологии разработана и внедрена в производство технология применения материалов космических съемок земной по­верхности при прогнозах погоды, в геологии — при определении районов поиска полезных иско­паемых, в гляциологии — при прогнозах ледовой обстановки в арктических морях в нави­гационный период, в ландшафтоведении — при оценке пригодности конкретных видов ис­пользования земель и прогнозах изменений структуры земельного фонда при определенных формах хозяйственной деятельности и др.

Для географических исследований разработаны общие принципы и методы обработки ма­териалов космической съемки. Сюда относится дешифрирование космических снимков и других видов дистанционной информации, передача в картографической форме результатов исследо­ваний, проведение картометрического анализа с последующей статистической обработкой дан­ных, применение математических методов для описания географических явлений и выявления закономерностей, осуществление автоматизированной обработки материалов космической съемки, а также моделирование исследуемых ситуаций в фотографической, графической, карто­графической и численной форме.

Конечным результатом дешифрирования снимков обычно является составление схем де­шифрирования или географических карт. В настоящее время использование космических сним­ков стало нормой картографического производства. Результаты комплексного географического картографирования показывают высокую достоверность, точность, хорошую сопоставимость отраслевых карт и их уникальное значение для прикладных географических исследований.

Многоплановое применение материалов космической съемки наиболее эффективно в сис­теме мониторинга природной среды. Сформировавшиеся к настоящему времени службы мо­ниторинга рассматриваются как геоинформационные системы слежения, изучения, контроля и прогноза изменений природной среды. Основными источниками информации в таких системах служат периодическая разномасштабная аэрокосмическая съемка Земли в сочетании со ста­ционарными наземными наблюдениями.

Службы мониторинга создаются на международном, национальном и ведомственном уровнях. В зависимости от масштаба исследуемых явлений они подразделяются на глобаль­ные, региональные и локальные. По своей специализации выделяют комплексные и отраслевые системы, включающие соответственно исследования различных взаимосвязанных природных компонентов или узкоспециализированное изучение отдельных географических объектов и яв­лений.

Аэрокосмические исследования в географии

Среди многочисленных примеров применения космических методов в географии оста­новимся на результатах комплексных географических исследований Приаралья и пустыни Кызылкум — района с критической экологической ситуацией. В последние десятилетия в Приаралье наблюдается ухудшение состояния природной среды, вызванное как изменени­ем климатических факторов, так и практикуемой системой природопользования. Для оцен­ки реального состояния и тенденций нарушения природной среды в регионе проводятся комплексные исследования ландшафтных особенностей территории, специфики при­родопользования и процессов опустынивания. Осуществление подобных исследований в оперативном режиме на региональном уровне наиболее эффективно с помощью космического мониторинга.

Создание системы комплексного космического мониторинга современных ландшаф­тов, природопользования и опустынивания Приаралья осуществляется в целях обес­печения постоянного наблюдения за изменениями природной среды, выявления конкретных причин нарушений ландшафтов, разработки научно обоснованных рекомендаций по предот­вращению негативных последствий опустынивания и проведения контроля их выполне­ния.

Создание системы космического мониторинга предусматривает разработку классифи­кации, методов, структуры и программы исследований. В основе мониторинга лежат комплексные космическая, аэро- и наземные съемки, обеспечивающие исследования на ре­гиональном и локальном уровнях: Выделены три основные блока мониторинга: съемки Зем­ли, обработки информации и управления. Комплексная программа включает три подпро­граммы мониторинга: ландшафтов, природопользования и процессов опустынивания. В рамках подпрограмм определен конкретный набор объектов исследования и их характери­стики, устанавливаемые с помощью дистанционных методов. Разработаны требования к космической съемке для решения различных задач мониторинга.

В целях проведения комплексных исследований Приаралья и пустыни Кызылкум были использованы мелкомасштабные черно-белые космические фотоснимки с орбитальной станции «Салют» в масштабе 1:2400000 за 1975—1980 гг., обеспечивающие сплошное покрытие территории. Применялись также многозональные черно-белые, синтезированные спектрозональные фотоснимки с ИСЗ «Ресурс-Ф» в масштабе 1:1000000 с многократным покрытием района исследования и 1:200000 на отдельные территории за 1980—1989 гг. Кроме космических снимков, были проанализированы многочисленные текстовые и кар­тографические источники, а также результаты собственных выборочных наземных иссле­дований.

Комплексные географические исследования Приаралья и пустыни Кызылкум в рам­ках космического мониторинга включали фундаментальное, специальное и оперативное картографирование территории по космическим снимкам. В основу положено дешифриро­вание и картографирование современных ландшафтов в масштабах 1:2500000 и 1:1000000. На базе ландшафтных созданы карты процессов опустынивания, многолет­ней динамики, геоэкологической обстановки, природной очаговости болезней, мероприятий по борьбе с опустыниванием в основном в тех же масштабах. Кроме того, на ключевых уча­стках по материалам разновременной космической и аэросъемки в масштабах 1:200000 и крупнее с использованием собственных наблюдений на местности созданы крупномасштаб­ные карты современных ландшафтов и их динамики.

В основе комплексных географических исследований территории лежит составление фундаментальных карт современных ландшафтов, послуживших базой для последующего специального картографирования. Карты современных ландшафтов отражают фактическую ландшафтную дифференциацию территории с учетом характера их антропогенной измененности, в основном, на уровне видов ландшафтов. На них выделены природные ландшафты в Централь­ном Кызылкуме и их антропогенные модификации, сформировавшиеся в основном под воздей­ствием длительного орошения в дельтах и долинах Амударьи и Сырдарьи и выпаса скота в песчаных, солончаковых и глинистых пустынях, а также ландшафты обсохшего дна Аральского моря.

Составленные на ландшафтной основе карты процессов опустынивания характеризуют распространение групп негативных процессов, протекающих в различных компонентах ланд­шафтов и приводящих к деструктивным изменениям природной среды.

Роль многозональной и многовременной космической съемки в ландшафтных исследованиях

Космическая съемка сильно модернизировала научно-методи­ческий аппарат дистанционного зондирования ландшафтов по срав­нению с тем, который использовался 25-30 лет назад при рабо­те с материалами аэрофотосъемки. Совершенствование дистанцион­ной ландшафтной диагностики шло сразу по нескольким направлениям, как в технической, так и географической областях. Наиболее эффективными оказались:

1. Многозональная космическая съемка. Фиксируя неодно­значные спектральные яркости ландшафтных объектов, она позво­ляет использовать в качестве дешифровочных признаков, помимо традиционной плотности тона, так называемые спектральные об­разы, интегрируемые по серии зональных снимков. Та­ким образом, спектральный образ того или иного географичес­кого объекте представляется как совокупность оптических плот­ностей его изображения на серии КС, выполненных в различных зонах спектра. Если на одном из зональных снимков некоторый ряд разнородных объектов может оказаться трудно различимым, то на серии снимков разных спектральных зон эти объекты обя­зательно предстанут в неодинаковых спектральных образах. Ибо их яркость (отражательная способность) в одном спектральном диапазоне может быть порой близка, но в других - обязательно разойдется.

Спектральные образы географических объектов моделируют­ся по-разному. Либо цифровым кодом, либо более выразительно в графическом виде.

2. Многовременная съемка. Если в прошлом (до 60-х годов) повторная аэрофотосъемка производилась, как правило, не чаше, чем через 10 лет, то теперь с ИСЗ, ПКК и ПОС по­явилась возможность получать повторные КС на одну и ту же территорию через определенные, достаточно краткие временные интервалы. Например, для американского ресурсного спутника «Ландсат» таким интервалом служат 18 суток.

Многовременная космическая съемка ярко показала дина­мическую изменчивость ряда прямых и косвенных признаков ланд­шафтного дешифрирования соответственно переменным состояни­ям самих геосистем (погодным, подсезонным, сезонным, разногодичным). Очевидно, спектральные яркости и даже некоторые текстурные свойства ландшафтов - явления столь же изменчивые, сколь изменчивы состояния ландшафтов. Отсюда соответствующие им плотности тона и, рисунок космического изображения отража­ют ландшафт не вообще, не инвариантно, а в его конкретных пе­ременных состояниях. Поэтому всякий раз, определяя дешифровочные признаки применительно к тому или иному ландшафту, необ­ходимо параллельно связывать их не только с его структурными особенностями, но и динамическим состоянием. Иначе будет до­пущен существенный методологический промах.

Многовременная космическая съемка заставила придти к выводу о необходимости эталонирования ландшафтных изображений не посредством единичных снимков, как это делалось ранее, а с помощью их серий, отражающих всю динамическую структуру изу­чаемого объекта в определенное характерное время (лучше всего годичное). Такие эталонные серии КС должны стать исходной ба­зой дистанционного ландшафтного мониторинга.

Антропогенные изменения природной среды

Антропогенный фактор - один из ведущих в современной ди­намике ландшафтов. Антропогенные изменения накладываются на при­родные динамические ритмы, тренды, сукцессии геосистем, нередко затушевывая и искажая их. поэтому мы вынуждены были упо­минать о них в предыдущих разделах настоящей главы.

Вместе с тем антропогенные изменения сами по себе при­водят к глубоким перестройкам ландшафтной структуры вплоть до создания совершенно новых - геотехнических систем (город­ских, промышленных, сельскохозяйственных, рекреационных и др.). В связи с этим антропогенная динамика ландшафтов признается главным звеном дистанционного аэрокосмического мониторинга. Ей посвящено немало специальных исследований. В этих работах показаны широкие возможно­сти использования космической съемки для оперативного слежения за состоянием сельскохозяйственных земель, водохозяйственных объектов, городских агломераций, горно-рудных разработок, техно­генным загрязнением природной среды и многими другими прямы­ми и косвенными антропогенными воздействиями на природную сре­ду.

Одним из наиболее широкомасштабных процессов, глубоко трансформирующих земную природу, следует признать антропоген­ное опустынивание аридных и семиаридных территорий. Оно нача­лось с давних времен - с эпохи так называемой неолитической революции, когда человечество стало переходить от присваивающе­го типа хозяйствования к производящему, развивая пастбищное жи­вотноводство и земледелие. Однако наиболее устрашающий размах антропогенное опустынивание приобрело в последние десятилетия. Подсчитано, что собственно «климатические» пустыни занимают на земном шаре 48,4 млн км. Но, помимо того, еще 9,1 млн км приходится на пустыни "антропогенные"', образовавшиеся вследствие вторичного засоления орошаемых земель, развеивания песков на пастбищах под воздействием перевыпаса скота, эрозии почв на па­хотных массивах, часто превращающихся в настоящие бедленды. Та­ким образом, по меньшей мере 16% от общей площади современных пустынь обязаны своим появлением антропогенным нагрузкам.

Антропогенное опустынивание и его масштабы достаточно точ­но фиксируются космической съемкой. Выше уже приводились примеры дистанционного зондирования опустынивания региона Приаралья и черноземельских пастбищ в Калмыкии.

На КС пустынных пастбищных территорий Средней Азии и Казахстана часто можно видеть множество светлых по фототону "солнцеобразных" пятен, фиксирующих разбитые интенсивным вы­пасом скота пески вокруг мест водопоя - колодцев, артезианс­ких скважин и т.п. Их диаметр обычно составляет 2-3 км, ред­ко достигает 5-6 км, что определяется предельным удалением выпаса мелкого рогатого скота от водопоя в пустыне. В одной Туркмении таких пятен пастбищного опустынивания насчитывает­ся до 3,5 тысяч. Суммарно их площадь достигает 890 тыс. га.

Дистанционный мониторинг с опорой на материалы косми­ческой съемки с американского спутника "Ландсат" позволил до­статочно точно определить масштабы антропогенного опустынива­ния зоны Сахели в Африке. Особенно сильно оно проявилось пос­ле страшной засухи, поразившей регион в конце 60-х - начале 70-х годов. Естественное иссушение сопровождалось массовым антропогенным уничтожением растительного покрова опустыненной саванны под воздействием пастбищных перегрузок и заготовок топлива местным населением. В результате пустыня в Северной Африке расширила свои пределы за счет расположенной южнее саванны. По КС установлено, что в Судане за 17 лет пустынные земли продвинулись на юг от 30 до 120 км, а в Мали в течение 20 лет Сахара сместила свои южные рубежи на 350 км.

Опустынивание, как правило, сопровождается интенсификаци­ей дефляционных процессов. Особенно характерными становятся пыльные бури. Многие из них хорошо фиксируются космической съемкой. По КС обнаружены очаги пыле-солевых выносов в Приаралье, Северном Прикаспии и других пустынных регионах. Опе­ративная космическая информация позволила А.А.Григорьеву и В.Б.Липатову составить карту-схему пылевых бурь за 1975-1981 гг. Было установлено, что с обсохшего дна Аральского мо­ря пыль, в том числе и солевая, разносится воздушными потоками на площади 200 000 км, захватывая оазисы низовьев Амударьи и Сырдарьи, а также многие пустынные пастбища.

Другим глобальным процессом антропогенного изменения ланд­шафтной оболочки следует признать массовое сведение лесов. Ант­ропогенное обезлесение нашей планеты - давний процесс. Еще в эпоху древних цивилизаций уничтожению лесов подверглись практи­чески все страны Средиземноморья, многие районы Индии, Китая. Есть основания считать, что до начала хозяйственного освоения земель залесенность суши Земли составляла не менее 70%. К на­шему времени она сократилась до 27-29%. Процесс исчезновения лесного покрова с липа нашей планеты не ослабевает по сей день. Его печальные последствия с высокой точностью запе­чатлены на КС. Особенно удручающее впечатление производит массовое сведение южноамериканской се львы в Амазонии. Вы­рубка приобрела здесь широкомасштабный характер с 60-х го­дов и осуществляется не только ради заготовки ценной древеси­ны, но также для освоения освобождающихся из-под леса земель под сельскохозяйственные угодья, дорожно-транспортное строи­тельство, добычу полезных ископаемых и т.п. Иными словами, речь идет о безвозвратной потере лесных экосистем, по пра­ву считающихся "легкими" планеты.

Интересные дистанционные исследования по динамике ле­систости ряда областей России проведены в лаборатории аэрокос­мических методов в МГУ. Основой послужили КС 80-х го­дов и топографические карты конца 19 в., а также составленные 30-50 лет назад. В результате сравнительного анализа этих материалов было установлено: а) в окрестностях Нижнего Нов­города за последние 100 лет лесистость сократилась с 24% до 14%; б) в Костромской области за 40 лет на 21% площади ле­са были сведены, а лесовозобновлением было охвачено только 7% площади; в) в Московской области за 100 лет на Смоленско-Московской возвышенности равные территории были обезле­сены и вновь облесены, в ряде районов окского левобережья ле­сами заросла часть заброшенных сельскохозяйственных земель, в то же время в самых южных заокских районах области ле­систость заметно снизилась.

Изложенное убеждает в высокой эффективнос­ти дистанционного (аэрокосмического) мониторинга географической среды. Наиболее полноценным он становится тогда, когда проводит­ся не с узких отраслевых позиций, а в комплексном ландшафтно-экологическом плане.

Геолого-экологическое картографирование

Геолого-экологические карты представляют собой карто­графическое изображение геологической среды и происходящих в ней процессов, способных влиять на окружающую среду и здо­ровье человека.

Карты составляются на двух листах.

Первый лист – эко-геологическая карта – отображает инфор­мацию о естественном состоянии компонентов геологической среды (ландшафтные системы, литогенная основа ландшафтов, геолого-тектонические и гидрогеологические условия, геохими­ческие особенности почв, пород, донных осадков, вод, расти­тельности, геодинамические процессы) и их изменении, о техно­генных системах и объектах.

Второй лист – карта экологической оценки геологической среды – показывает обобщенное экологическое состояние геоло­гической среды, отражает изменение экологического состояния, и необходимые природоохранные мероприятия.

Перечисленные карты и карта фактического материала от­носятся к обязательным. Для составления обязательных карт не­обходимо иметь вспомогательные, которые подразделяются на аналитические, отражающие фактическую информацию, и синте­тические, дающие обобщенную информацию.

К аналитическим относят карты техногенных объектов, концентраций отдельных элементов в изолиниях, гамма-поля, проницаемости пород зоны аэрации, их засоленности, нефтезагрязнения, проявлений отдельных геологических явлений и т.д.

Среди синтетических выделяют карты ландшафтно-индикационную, литогеохимическую, гидрогеохимическую, ра­диогеохимическую, защищенности подземных вод и др.

Последовательность исследований при экологической оценке и картографировании городских ландшафтов

Первый этап исследования - изучение фоновых эталонов и ана­лиз природной ландшафтной структуры региона. Он может быть про­веден в нескольких аспектах и сопровождается составлением серии разномасштабных инвентаризационных карт, различающихся по инфор­мативности. Этот блок включает ландшафтные, ландшафтно-геохимические и специальные ландшафтно-экологические карты, на которые мо­гут быть вынесены структурно-функциональные параметры, определя­ющие естественное состояние биосистем (биомасса, продуктивность, биогеохимические особенности живых организмов и отдельных фито-ярусов в ландшафтах, и т.п.). Другим аспектом исследований явля­ется природная миграционная структура, выявление основных вещественно-энергетических потоков и особенностей их проявления во всех типах ландшафтных катен. Результаты эти составляют базис для специальных карт, отражающих природные предпосылки миграции вещества. Их содержание может быть дополнено сведениями по естественной способности природных систем к самоочищению, при оценке которой учитывается характер прихода-расхода вещества и сте­пень геохимического подчинения ландшафтов, а также формы и ин­тенсивность проявления геохимических барьеров и зон выщелачивания. Это позволяет выделить территории с низким потенциалом к само­очищению, которые наиболее уязвимы к техногенным нагрузкам.

Второй этап исследований посвящен изучению техногенного бло­ка геотехнических систем и выявлению основных типов антропоген­ных воздействий, в процессе которых формируется весь комплекс антропогенных модификаций ландшафтов. Это предполагает инвентари­зацию всех источников загрязнения и анализ техногенных потоков, вовлекаемых в природные миграционные циклы. Сопоставление струк­туры природного и техногенного блоков позволяет подойти к созда­нию синтетических карт, на которых находят отражение различные ти­пы природно-антропогенных ландшафтов (агроландшафты, селитебные и пр.) и особенности их пространственной организации. Объектом кар­тографирования являются модификации природных комплексов, возник­шие под действием определенных техногенных нагрузок; они сходны как в природном плане, так и по форме антропогенного воздействия. В пределах каждой из них сохраняется единый тип взаимодействия природных и антропогенных факторов, определяющий характер техно­генной перестройки ландшафтов и ответные реакции биосистем. Напри­мер, внутренняя неоднородность городов наглядно выявляется на ландшафтно-функциональных картах. При их составлении учитывается мор­фологическая структура природных ландшафтов, показывающая их естественную неоднородность, и функциональные зоны, различающиеся по форме воздействия на природную среду (промышленная, селитеб­ная и др.). Их совместная интерпретация позволяет выделить гомо­генные ландшафтно-функциональные комплексы (ЛФК), набор и прост­ранственное сочетание которых показывают структурную сложность и дифференцированность городских ландшафтов и помогают при вы­явлении условий формирования техногенных аномалий.

Одновременное рассмотрение двух типов структур определяет ло­гичность построения легенд-матриц, отражающих итог взаимодейст­вия принципиально разных категорий факторов: природных и антропо­генных. Анализ карт современных ландшафтов хорошо иллюстрирует основные направления техногенной трансформации их пространствен­ной структуры; особенно четко эти изменения фиксируются в сфере прямого воздействия антропогенных факторов. Такая реорганизация носит двойственный характер, так как тенденции структурных преоб­разований часто противоположны; усложнение в связи с возникнове­нием новых комплексов идет параллельно с упрощением за счет ис­чезновения старых.

Для характеристики современного состояния ландшафтов — тре­тий этап — используется широкий набор карт, среди которых есть как инвентаризационные, так и оценочные. К числу инвентаризацион­ных относятся, например, серии карт, отражающих варьирование раз­личных параметров природных и природно-антропогенных ландшафтов. Так, к ним можно отнести моноэлементные карты, показывающие не­однородность геохимического поля и позволяющие проследить прост­ранственную изменчивость содержаний химических элементов в раз­ных компонентах ландшафтов. В основе их создания лежат материа­лы, полученные на информационном этапе исследований. Другая се­рия включает специальные оценочные карты, на которых состояние ландшафтов и последствия антропогенных воздействий фиксируются по степени отклонения структурно-функциональных, геофизических и геохимических показателей от их фоновых значений. Такие показате­ли разнообразны и отражают разные стороны техногенной трансфор­мации ландшафтов и их новые свойства. Сопоставление показателей позволяет оценить масштабы и итоги структурно-функциональной пере­стройки и ранжировать ландшафты по уровню нарушенности отдель­ных компонентов.

На заключительном этапе ландшафтно-экологического картогра­фирования составляется блок прикладных карт, содержание которых связано с разработкой природоохранных мероприятий и прогнозом.

Региональное ландшафтное картографирование и физико-географическое районирование на основе космических снимков

Опыт работы географов, геологов, почвоведов, геоботаников и ряда других естествоиспытателей показал, что оптимальным результатом - интерпретации КС в целях решения научных и прикладных задач являются тематические карты. Особую ценность пред­ставляет ландшафтное типологическое картографирование, с наиболь­шей полнотой отражающее все богатство космической информации.

Ландшафтные карты, создаваемые по КС, отображают современ­ные ландшафты во всем многообразии их антропогенных преобразований. Вместе с тем они могут включать информацию о некоторых динамических состояниях геосистем, обусловленных антропоген­ными нагрузками. Среди них, например, сукцессионные стадии восстановления древостоя на лесных вырубках и пожарищах, диг­рессия пастбищ, эродированность пахотных земель и т.п.

Космическая съемка открывает перспективы создания не только структурно-генетических ландшафтных карт, но и струк­турно-динамических. Она дает необходимую информацию для ландшафтно—геотехнического картографирования, объектом которого становится природно-антропогенные ландшафты: сельскохозяйст­венные, городские, промышленные, рекреационные и др.

Агроландшафтное картографирование

Агроландшафтное картографирование таких территорий с использованием космической информации целесообразно прово­дить в несколько этапов, создавая, в конечном счете серию на­учно-прикладных карт, теснейшим образом взаимосвязанных, до­полняющих друг друга.

Первой картографической моделью, играющей базовую роль, должна служить, классическая ландшафтная кар­та, изображающая современные природные и природно-антропогенные геосистемы.

При широкой распашке земель возникают определенные труд­ности ландшафтной интерпретации КС. На второй план отступает такой важный индикатор, как естественная растительность. Более значимую роль начинает играть собственно морфологическая струк­тура ландшафта и размещение в ее пределах сельскохозяйственных угодий. Их пространственная дифференциация во многом зависит от особенностей местного мезорельефа. Ведущим признаком дешифрирования становится рисунок космического изображения, который име­ет двуплановый характер. С одной стороны, он характеризует естественную территориальную организацию ландшафта, с другой - нарезку сельскохозяйственных угодий. Последние воспроизводят в рисунке КС своеобразное "лоскутное одеяло" из прямоугольни­ков и квадратов. Как правило, они адаптивно вписываются в мор­фологическую структуру исходного ландшафта. На этом основании их с успехом можно использовать в качестве косвенного дешифровочного признака. Размещение полей на давно освоенных тер­риториях хорошо индицирует пригодные и непригодные для земле­делия природные урочиша (подурочиша). На Калачской возвышен­ности и в смежных долинах с их помощью удалось вычленить: степные плакоры, прибалочные и придолинные склоны междуречий, овраги, балки, эрозионно-денудационные коренные склоны долин, надпойменные террасы, речные поймы. Нарезка полей севооборо­тов оказалась различна на возвышенных овражно-балочных меж­дуречьях, на надпойменных террасах и низменных слаборасчлененных равнинах. В первом случае она строго адаптивна по отноше­нию к дробно расчлененному рельефу, в других - более простая, в виде правильных квадратов.

В итоге удалось провести ландшафтное дешифрирование с большой таксономической дробностью. На среднемасштабной карте получили отражение не только собственно ландшафты, но и боль­шая часть их морфологических единиц ранга местностей и урочищ. Подавляющая часть геосистем, показанных на карте, на самом деле представляет собой природно-сельскохозяйственные образования. Это особо подчеркнуто в легенде карты указанием на степень их распаханности. Лишь некоторые долинные и боль­шая часть овражно-балочных геосистем характеризуется современной естественной растительностью, которая, однако, тоже претер­пела определенные антропогенные изменения: дигрессию степного травостоя в результате выпаса скота, вырубку «лесов, искусствен­ные лесопосадки и т.п. Не миновало этот регион и антропогенное опустынивание, о чем свидетельствуют массивы развеваемых буг­ристых песков-кучугуров на террасах Среднего Дона и его притоков.

Следующим непременным этапом агроландшафтного дешифрирования КС является анализ реакции природных, геосистем на антропогенные сельскохозяйственные нагрузки. Особый интерес представляют водная эрозия и дефляция почв, дигрессия естественных кормовых угодий и другие деструктивные процессы на сельскохозяйственных землях.

Изучение эрозии почв по КС представляет немалые трудности, так как изучаемое явление очень динамично. Оно нуждается не только в сиюминутной оценке, но и в прогнозе на будущее. Преж­де всего, возможно выявление по снимкам массивов земель, в той или иной степени эродированных в результате смыва, раз­мыва и дефляции почв. С другой стороны, важно показать, по­мимо современной пораженности почв эрозией и дефляцией, их потенциальную предрасположенность к данному процессу, что необходимо для принятия профилактических защитных мер. В связи с этим проводится исследование по КС как результатов эрозии, так и факторов, ее обусловливающих - природных и сельскохозяйственных. При этом дешифрирование КС выполняется уже не в отраслевом (например, почвенно-эрозионном), а, в ком­плексном - агроландшафтном плане. Созданная таким путем кар­та эрозии и дефляции почв стала плодом специальной агроландшафтно-эрозионной интерпретации КС.

С наибольшей достоверностью можно оценить по снимкам пораженность земель линейной водной эрозией, которая оценива­ется по густоте овражно-балочной сети. По мере ее выявления на снимках вычленяются междуречные массивы, включающие степные плакоры, прибалочные и придолинные склоны. Их дифферен­циация дает основания прогнозировать потенциальную подвержен­ность различных типов земель линейному размыву и плоскостно­му смыву почв. Особую опасность представляют покатые (от 3° до 6—8°) присетьевые склоны, как правило, распаханные вплоть до бровок смежных эрозионных форм. Крутые (свыше 20 ) эрозионно-денудационные коренные склоны долин вообще не пригодны для земледелия. Их малоразвитые почвы под разреженной степной растительностью и частые выходы обнаженных денудацией коренных пород хорошо читаются на КС.

Дефляция почв проявляется в данном регионе локально и свя­зана главным образом с почвами легкого (песчаного, супесчаного, легкосуглинистого) механического состава, которые приурочены к надпойменным террасам речных долин. На некоторых участках осо­бенно по левобережью Среднего Дона и в низовьях р.Бузулук, ал­лювиальные пески поверхностно перевеяны, что является следстви­ем распашки легких земель и неумеренного выпаса скота. Песчано-эоловые комплексы, в разной степени закрепленные естествен­ной степной растительностью, а также частично искусственно за­лесенные, отчетливо выявляются на КС.

Полученная карта эрозии и дефляции почв может служить ценным документом, свидетельствующим о реальном проявлении указанных деструктивных процессов и степени потенциальной под­верженности им сельскохозяйственных земель. На ее основе воз­можна разработка и территориальное размещение комплекса агротехнических и мелиоративных мер по защите почв.

Агроландшафтный мониторинг на основе космической съем­ки позволяет оценить каждую из используемых систем земледе­лия с позиций рационального природопользования, выявить среди них наиболее оптимальные для различных типов агросистем. В связи с этим в результате агроландшафтного дешифрирования КС могут быть созданы карты, не только отражающие современное состояние сельскохозяйственных земель, но и рекомендательные, направленные на их оптимизацию. В проведенном опыте такой стала карта культурных сельскохозяйственных ландшафтов.

Карта построена на основе сопряженного анализа агроприродных свойств земель и имеющегося рационального опыта их сельскохозяйственного использования. Она включает характерис­тику природных типов пахотных земель, оптимальных для них се­вооборотов, главных элементов агротехнического комплекса, реко­мендуемых мелиорации. В плане оптимизации использования пред­ставлены и естественные кормовые угодья. Карта разработана в духе современных идей ландшафтного земледелия, получивших приз­нание в широких кругах ученых-аграрников. Важнейший принцип, положенный в ее основу: максимальная взаимная адаптивность при­родной среды и сельскохозяйственного производства.

Пути рационального ведения сельского хозяйства, охраны и улуч­шения пахотных и естественных кормовых угодий для многих регионов страны разработаны, научно обоснованы и достаточно широко из­вестны. Однако они нуждаются в строгой территориальной привяз­ке к определенным типам земель - агроландшафтам, агроместностям и агроурочишам. Жесткая адаптация к природной структуре, безусловно позволит повысить эффективность сельскохозяйственно­го производства и вместе с тем предотвратит разрушение исполь­зуемых земель. Большую помощь должно оказать здесь детальное агроландшафтное картографирование, опирающееся на специальное дешифрирование КС. Космическая съемка видится в этой связи как основа не только агроландшафтного картографирования и мониторин­га, но, что особенно важно, оптимизации сельскохозяйственно­го использования земель, проектирования истинно культурных агроландшафтов.