Общие закономерности антропогенного изменения геосистем

По современным представлениям, изменения геосистем определяются, с одной стороны, действием антропогенно-техногенных и естественных факторов, с другой - свойствами самих систем.

Антропогенно-техногенные факторы - это воздействие инженер их. сооружений, технологии производства, характера использования терри­тории. А.Г.Исаченко (1980) отмечает, что их действие на природу аналогично влиянию естественных факторов (макроклимата, тектонических процессов, гидрологического режима водоемов и др.). Те и другие участ­вуют в системе ландшафтных связей в качестве физико-механических, геохимических и биологических агентов. Однако их воздействие на геоситемы неодинаково. Естественные факторы обычно характеризуются ритмичностью проявления и размахом колебаний, за редким исключением неспособных вывести геооистемы из устойчивого состояния.

Техногенние факторы чаще всего аритмичны и могут достигать такой силы воздействия, которая вызывает необратимые изменения в природе.

Различают пассивные и активные воздействия техногенных факторов (технических средств, сооружений) на окружайцив геосиотемы (Природ­ные ресурсы...,'1976). Первые из них выражаются в "эффекте присут­ствия", когда технические сооружения (например, здания) занимая ка­кую-нибудь территорию не оказывают на нее большого влияния (обмен веществом и энергией между ними и средой близок к нулю). В ряде случаев пассивное воздействие способно перейти в активное. Так, при определенных гидрогеологических условиях склонов строительство на них зданий может нарушить неустойчивое равновесие и привести к оползневым явлениям. Здесь проявляется "аффект толчка",

Активное воздействие технических средств выражается в непосред­ственном измтии из природа или привнесении в нее значительного ко­личества вещества или энергии. Например, внесение в почву влаги дождевальными машинами приводит к существенному изменений почвенных процессов и условий произрастания растений; нарушение ландшафта торфяных болот при добыче торфа гидродинамическими установками ока­зываются результатом действия вод под большим давлением, т.е. ве­щества и энергии одновременно.

По характеру ареалов проявления твхногенные воздействия на гео­система разделяют на площадные и очаговые. Площадные воздействия связаны о отраслями хозяйства, которые используют возобновимые ре­сурсы, распространенные на больших территориях (превде всего почвы и растительность). За счет этих ресурсов существуют богарное земле­делие, пастбищное животноводство, лесное хозяйство. В размещении этих отраслей и соответствующих воздействий на геосистемы прослеяи-вается природная зональность.

Очаговые (точечные и линейные) воздействия связаны чаще всего с непосредственным использованием азональных по своей прироце ресур­сов, имеющих очаговое распространение. Это невоэобновимне минералъ-рые ресурсы, к которым приурочены очаги горнодобывающей промышлен­ности, локальные источники поверхностных и подземных вод, на базе которых развиваются ирригация, энергетика и другив отрасли хозяйства. "Реакции" геосиотем на техногенные воздействия определяются как их свойствами (устойчивостью, изменчивостью и др.), так и степенью и продолжительностью этих воздействий. При кратковременных воздей­ствиях или длительных техногенных нагрузках, далеких от критических величин, геосиотемы, испытывая нарушения, могут восстанавливать свое исходное состояние, т.е. остаются весьма устойчивыми. При этом со­храняются их структура и тип функционирования, а небольшие количест­венные изменения будут носить обратимый характер.

Если техногенные нагрузки приближаются к критическим, но не превышают их, нарушается функционирование, изменяются интенсивность природных процессов и характеристики ряда компонентов. Однако эти изменения совершаются в рамках прежней структуры, поэтому смены ландшафтов не происходит, появляются лишь их новые модификации. В случае прекращения техногенного воздействия возможно возвращение модификаций в прежнее (или близкое к нему) состояние.

Если нагрузки превышают критические величины, происходит разру­шение исходной структуры, что ведет к глубокой перестройке ландшаф­тов в результате взаимосвязанной трансформации слагающих их компо­нентов. Перестройка носит не только количественный, но и качествен­ный характер и обусловливает необратимую смену одного ландшафта другим, т.е. по существу техногенную эволюцию геооистем. Она продолжается до тех. пор, пока компоненты природы не придут в соответствие с вновь формирующимися внешними условиями и между собой.

При антропогенном воздействии наиболее интенсивно изменяются "вторичные" компоненты ландшафта! биота, почвы, водный режим. Од­нако их перестройка в большинстве случаев вызывает лишь частичное и преимущественно обратимое изменение геосистем. Полностью необра­тимые изменения наступают при резком нарушении "первичных" компонентов - твердого фундамента, рельефа, климата. Это объясняется тем, что они играют роль основных входов, через которые в геосисте­му поступают вещество и энергия извне, им принадлежит определяющая роль в дифференциации природной среды. Преобразование твердого фун­дамента и мезорельефа часто ведет к разрушению "вторичных" компонен­тов природы. Как следствие, формируются совершенно новые геосистемы (отвалы, карьеры, овраги и др.), которые в полном смысле можно наз­вать антропогенцыми, т.е. созданными деятельностью человека.

Геосиотемы, испытавшие антропогенное воздействие, изменяются по законам природы. Однако скорроть их трансформации заметно превосхо­дит темпы подобных изменений, происходящих в естественных условиях. Это связано с тем, что при воздействии человека резко возрастает изъятие из природы или привнос в нее вещества и энергии. В результа­те значительно увеличивается разность градиентов физических и гео­химических характеристик геосиотем, усиливается перенос вещества и энергии и соответственно ускоряется интенсивность природных про­цессов. Особенно заметные изменения в ландшафтах происходят в пер­вые годы эксплуатации инженерных сооружений, когда наиболее активно идет процесс адаптации компонентов природы к новым условиям среда.

Наблюдения показали, что можно выделить следующие стации формирования техногенных изменений геосиотем (Емельянов, 1988):

а) резкого нарушения их исходного состояния;

б) "ускоренной" направленной трансформации, ког­да наблюдаются наиболее высокие скорости изменений;

в) замедления скорости изменений, когда трансформация продолжается, но темпы ее падают и постепенно приближаются к естественным (фоновым);

г) уста­новления нового устойчивого состояния.

Выраженность стадий,.количественнне показатели скорости и продол­жительности формирования новых состояний и смен ландшафтов (т.е. ха­рактер изменения их временной структуры) в разных природных условиях и при воздействии различных инженерных сооружений неодинаковы и в большинстве случаев изучены слабо. Особую сложность представляет выявление так называемого времени релаксации - продолжительности периода перестройки геосистем от момента нарушения исходного состоя­ния. В связи с этим используется понятие "минимальное время релак­сации", которое можно рассматривать как продолжительность двух пер­вых стадий перестройки геосистем, так как за этот период уже доста­точно четко проявляются основные изменения в природе.

По данным на­блюдений, на берегах водохранилищ наиболее интенсивная трансформация ландшафтов в зоне подтопления происходит в первые 10-15 лет после создании водоемов (Емельянов, 1982). Близкие временные показатели изменений геосистем зафиксированы и на участках, прилегающих к осу­шительным системам.

Наряду с временной структурой существенно изменяется и простран­ственная структура геосистем. Инженерные соору­жения интенсивно обмениваются веществом и энергией с окружающей при­родной средой. Основными каналами связей выступают подземные и поверхностные воды, приземный слой воздуха, животные. В прилегающих к инженерным объектам геосистемах значительно активизируются гори­зонтальные и вертикальные связи, что ведет к формированию зоны влия­ния. Изменения природа в ее пределах носят комплексный характер и происходят неравномерно не только во времени, но и в пространстве, Проявляется одна из закономерностей дифференциации ландшафтов - зо­нальность антропогенно-техногенных изменений природных геосистем.

Зона влияния - это ареал, выделяемый по определенному каналу воздействия подвижного компонента или по ареалу преобразованного компонента геосистемы (например, зона климатического воздействия). Зону в зависимости от степени изменения природных условий можно раз­делить на подзоны влияния.

Зональность изменений геооистем отчетливо проявляется в сфере воз­действия водохранилищ, мелиоративных систем, каналов, металлургичес­ких предприятий, теплоэлектростанций, крупных карьеров и других ин­женерных сооружений. Так, на пологих берегах равнинных водохрани­лищ можно выделить зоны периодического затопления, подтопления и климатического влияния. Первая зона располагается между уровнем мини­мальной сработай и уровнем форсирования водоема. Здесь происходит интенсивное зарастание гидрофитами, заиление и сильное заболачива­ние. Виде находится территория, где поднятие уровня грунтовых вод ведет к избыточному увлажнению и изменению природных комплексов по-берехья, т.е. Подтоплению. В зависимости от степени изменения при­родных условий выделяют подзоны сильного, умеренного и слабого подтоп­ления. Климатическое влияние водохранилищ отчетливо проявляется в зоне подтопления, а во многих случаях распространяется за ее пределы.

В зоне воздействии горно-металургического производства (в усло­виях тайги) выделены подзоны структурной перестройки природных ком­плексов и выпадения отдельных элементов геосистем. В первой подзоне, непосредственно прилегающей к предприятиям, прои­зошло сильное преобразование вертикальной и горизонтальной струк­туры природных комплексов. Отмечено коренное нарушение литогенной основы, смыв почвенного покрова, почти полное выпадение биоты. Лишь местами сохранился разорванный почвенный покров с поврежденным травяно-кустарничковым ярусом и сильно угнетенным древостоем. В подзоне выпадения элементов геосистем произошло атмосферное загрязнение почв, значительное повреждение биоты, появились техногенние пусто­ши. Загазованность вызвала разрежвание древостоев, угнетение подрос­та, выпадение мохово-лишайникового яруса.

Таким образом, под воздействием человека природные геосиотемы претерпевают существенные, а во многих случаях и коренные изменения. Геосистемы, заново созданные человеком и существенно измененные в резуяьтате хозяйственной деятельности, получили название антропогенных ландшафтов. Ряд ученых Мипьков, А.М.Рябчиков и др.) считают, что антропогеые ландшафты - это самостоятельная группа комплексов, имеющих структуру, отличную от структуры природных геосистем. Науч­ное направление, изучающее подобные образования, называют антропогенным ландшафтоведением.

Другие исследователи (В.Б.Сочава, А.Г.Исачен­ко и др.) рассматривают измененные комплексы в качестве модификаций природных геосистем, генетически связанных с прежней структурой. В первом случае обосновывается ведущая роль антропогенных факторов в развитии ландшафтов (Мальков, 1973), во втором случае подчеркивается, что, как бы сильно не был изменен .ландшафт человеком, он остается частью природы и полностью подчиняется ее законам (Исаченко, 1980).

Сложность изучения антропогенных ландшафтов обусловлена двойст­венной природой этих образований. С одной стороны, сохраняя природ­ные свойства» они развиваются по естественным законам; с другой стороны они обрели социальные качества, которые определяются законами раз­вития общества.

Двойственность характеризует и основные признаки антропогенных ландшафтов.

Во-первых, в их состав наряду с природными компонентами входят элементы материальной деятельности людей в виде культурных растений, искусственно созданных объектов, сущест­венно измененных компонентов природы.

Во-вторых, их отлича­ет сложное сочетание процессов естественного саморегулирования и управления. Поскольку у этих комплексов нарушен механизм саморегу­лирования, они могут существовать лишь при поддержке со стороны человека. Ярким примером являются рисовые плантации. Они функциони­руют только в результате постоянной и упорной борьбы людей с муссонными ливнями, наводнениями, бурной тропической растительностью, благодаря поддержанию искусственного водного режима и искусствен­ному восполнению потерь почвенного плодородия.

Рис. 3. Структурная схема антропогенного ландшафта (А) и гео­технической системы (Б):

I -' техногенный элемент; 2 - техническое средство;

3 - блок управления; 4 - управляемый блок системы. Другие условные знаки см. рис. I,

Все возрастающая роль техники в управлении физико-географическими процессами, тесное взаимодействие ее с природой позволили выделить особый класс управляемых антропогенных геосиотем - геотехнические системы. Последние рассматриваются как образования, у которых при­родные (как искусственно созданные, так и естественные, измененные в процессе действия техники) и технические части настолько взаимо­связаны, что функционируют в составе единого целого (Дьяконов, 1978). К ним относят сельскохозяйственные поля, нефтедобывающие комплексы, мелиоративные системы, водохранилища, каналы и другие.

В состав геотехнической системы, входят две подсистемы (природная и техническая) и блок, управления (рис, 3), Их целостность предопре­деляется технологией производства и достигается с помощью веществен­но-энергетических и информационных связей. Управление системой приводит к регулированию потоков вещества, анергии и информации о целью поддержания высокой степени сбалансированности прямых и обратных связей между ее составляющими и выполнения ею заданных обществом социально-экономических функций. Регулирование могут осуществлять простые затворы на мелиоративных системах, сельскохозяйственные ма­шины на полях и другие технические устройства. В процессе функциони­рования геотехнические системы способны направленно изменять свойст­ва как отдельных компонентов природы, тек и комплексов в цалом.

Существует много разновидностей антропогенных ландшафтов и гео­технических систем. Соответственно предложено много вариантов их классификации. Например П.Г.Шищенко (1988) предлагает следующую классификацию:

А) на первой ступени выделяются функциональные типы ландшафтов.

Б) на второй ступени через зонально-провинциальные признаки и свойства естественных геосистем учитыва­ется специфика использования земель.

На последующих ступенях учи­тывается степень преобразованнооти природных комплексов.

Выделены следующие социально-экономические функции ландшафтов: заповедные, охотничье-промысловые, лесохозяйотвенные, рекреационные, лугово-пастбищные, земледельческие (в том числе мелиоративные), водохозяйственные, селитебные, дорожные, промышленные, горно-промышленные, неиспользуемые.

С позиций рационального природопользования представляет интерес классификация антропогенных ландшафтов, построенная по нескольким параллельным признакам (Охрана ландшафтов, 1982):

а) соотношении целенаправленных к непреднамеренных изменений геосистем (преднаме­ренно измененные и непреднамеренно измененные);

б) выполняемой со­циально-экономической функции (сельскохозяйственные, леоохоаяйствен-ные, промышленные, городские, рекреационные, заповедные, средоэащит-ные);

в) степени изменения цо сравнению о исходным состоянием (слабоизмененные, измененные, сильноизмененные);

г) по последствиям изменения (культурные, акультурные);

д) соотношению процессов са­морегулирования и управления (ландшафты о преобладанием процессов саморегулирования, ландшафты с преобладанием управляющего воздейст­вия со стороны человека).