Ландшафтоведение Исаченко А.Г. Ландшафтоведение Исаченко А. Исаченко А. Г и ландшафтоведение и физикогеографическое районирование Учеб. М высш шк, 1991. 366 сил в учебнике систематически излагаются теоретические основы ландшафтоведения,
 Скачать 5.08 Mb.
|
|
Вендров С. Л, Дьяконов КН. Водохранилища и окружающая среда. МС материала в устьевой зоне морского побережья, происходит разрушение берегов, сокращается рост дельт. Нарушение биологического равновесия и биологического круговорота веществ. Биота чрезвычайно чувствительна к человеческому воздействию и подверглась наиболее сильному преобразованию. Многие биоценозы испытали перестройку, другие полностью замещены искусственными сообществами. Изменение биоценозов вызывает нарушения в других звеньях функционирования геосистем, о чем уже отчасти упоминалось. Особенно велико стабилизирующее значение лесов, поддерживающих неустойчивое равновесие между компонентами геосистем в условиях расчлененного рельефа, слабых грунтов, многолетней мерзлоты, экстремального климата (с недостатком или избытком тепла и влаги. Площадь лесов на Земле в результате хозяйственной деятельности сократилась, по-видимому, не менее чем на 30 млн. км и продолжает сокращаться. Это обусловило нарушение гравитационного равновесия и водного баланса во многих ландшафтах. Аналогичные следствия вызывает нарушение травяного и кустарникового покрова, а также мохово-лишайникового (в тундре, главным образом, из-за перегрузки пастбищ. Нерациональное скотоводство, по-видимому, ускорило процесс естественной аридизации Сахары. Преобразование растительного покрова как главной части биоценоза и продуцента первичной биомассы ведет к более или менее серьезным нарушениям геохимических функций геосистем. Биологический метаболизм играет важнейшую роль в круговороте углерода, кислорода, азота, фосфора и ряда других элементов. Замена естественных биологических сообществ культурными, как правило, приводит к уменьшению общей биологической продуктивности и соответственно интенсивности биологического метаболизма. С урожаем культурных растений ежегодно из почвы отчуждаются сотни миллионов тонн зольных элементов и азота. Такс урожаем пшеницы выносится (в кг нага азота — 70, фосфора — 30, калия — 50, кальция — 30; с урожаем картофеля — соответственно 90, 40, 160, 76. По некоторым расчетам, почва со средним содержанием минеральных веществ может быть полностью истощена в результате изъятия урожая в течение 15 — 150 лет. Наиболее неустойчив баланс минеральных веществ почв, формирующихся в условиях влажного климата и интенсивного выщелачивания, те. подзолистых и особенно почв влажных тропических и экваториальных лесов. В естественных условиях баланс поддерживается лесной растительностью, способной накапливать огромную фитомассу и осуществлять интенсивный круговорот веществ. Вырубка лесов, а также корчевка пней, уничтожение подстилки ведут к изъятию из локального круговорота большого количества азота, кальция, фосфора и других элементов и к истощению почвы. Напомним о косвенном влиянии уничтожения растительности и распашки на необратимую потерю химических элементов из почвы. 328 В США, например, в е годы с полей ежегодно смывалось в реки 1,5 — 3,0 млрд. т почвенных частиц, и почвы теряли до 40 млн. т азота, калия и фосфора. С целью компенсировать недостаток элементов минерального питания растений применяются химические удобрения. Однако внесение в почву удобрений не может восполнить все потери. В некоторых сильно эродированных районах с полей смывается враз больше азота, калия и фосфора, чем вносится с удобрениями. Кроме того, поскольку удобрения не могут полностью усваиваться растениями, до 40 — 50 % вносимого в почву количества (что составляет десятки и даже сотни кг/га) вымывается с полей и вовлекается в неконтролируемую водную миграцию. Особые проблемы возникают в связи с растущим применением пестицидов. Попадая в пищевые цепи, они прогрессирующим образом накапливаются в тканях организмов по мере перехода от низших звеньев цепи к высшим. Это свойство определяет возможность их распространения например в организме птиц) далеко за пределы того участка, где они были применены. Многие растения обладают избирательной способностью к поглощению тех или иных техногенных веществ, в том числе радиоактивных (лишайники, например, способны захватывать их непосредственно из воздуха, и тем самым способствуют дальнейшей передаче их по пищевым цепям или накоплению в геосистемах. Наиболее глубокие изменения функций геосистем, вызванные нарушением биологического равновесия и биологического круговорота веществ, проявляются в локальных масштабах. Однако некоторые косвенные последствия подобных нарушений могут распространяться на более обширные пространства через сток, транспортировку и аккумуляцию наносов, трофические связи и водную миграцию химических элементов. Техногенная миграция химических элементов в геосистемах. Техногенный геохимический круговорот — одно из самых специфических и трудно контролируемых проявлений современного вмешательства человека в функционирование геосистем. В процессе производства создаются тысячи новых соединений, многие из которых в естественных условиях не образуются. Часть из них предназначена для целенаправленного воздействия на природную среду (удобрения, пестициды, но большинство вводится в геохимический круговорот непреднамеренно — в виде отходов производства, различных отбросов, использованных промышленных изделий. Среди элементов земной коры, вовлеченных в техногенный круговорот, на первом месте стоит углерод, далее следуют Са, Fe, Al, Cl, Na, S, N, Р, К, Cu, Zn и др. Многие техногенные элементы начинают миграцию в воздушной среде. Основную массу выбросов в атмосферу составляет диоксид углерода СО (не менее 10 — 15 млрд. т ежегодно) — главный продукт сжигания топлива ему сопутствуют другие газы — оксид углерода СО (основной источник поступления — двигатели внутреннего сгорания, а также нефтеперерабатывающие предприятия, сернистый ангидрид образуется при сжигании и переработке нефти и угля, сланцев, выплавке цветных металлов, производстве серной кислоты, цемента, целлюлозы и т.д.), окислы азота, углеводороды (те и другие в основном входят в состав выхлопных газов автомобилей) и др. Кроме газов в атмосферу попадают твердые продукты сгорания топлива и пыль, поставляемая многими отраслями промышленности (цементной, угольной, абразивной и др, а также пыльными бурями. Главный компонент пыли — кремниевый ангидрид SiO 2 , кроме того, в ней могут содержаться Pb, Zn, As, Ni, Сои др. Крупные пылевые частицы поднимаются лишь на сотни метров и довольно быстро оседают под действием силы тяжести. Мелкие частицы вымываются атмосферными осадками или месяцами находятся во взвешенном состоянии, а самые мелкие (<1 мкм) распространяются почти по всей тропосфере и годами не выпадают на поверхность. Из-за подвижности воздушной среды атмосферные загрязнения (в том числе радиоактивные) способны распространяться на тысячи километров. Копоть и сажа из промышленных центров Европы отлагаются нагорных ледниках. Часть воздушных мигрантов попадает в почву, растворяется в поверхностных и грунтовых водах, вовлекается в пищевые цепи, некоторые из них поглощаются непосредственно водами Мирового океана, другие переходят вводное звено круговорота с атмосферными осадками, выносятся с речным стоком в океан, где заканчивают свою миграцию. Среди техногенных воздушных мигрантов наибольшее физико- географическое значение может иметь диоксид углерода. По некоторым данным, его концентрация в атмосфере возросла лишь заодно десятилетие на 13 %. Относительно баланса СО в атмосфере пока еще многое остается неясным. Известно, что часть ее избытка растворяется вводах океана (но поглощают ее только холодные воды, тогда как теплые — выделяют. Кроме того, повышение концентрации углекислоты в воздухе стимулирует фотосинтез, и можно ожидать усиления ее изъятия по мере увеличения интенсивности земледелия. С повышением парциального давления СО 2 связано также увеличение ее концентрации в поверхностных водах (что находит локальное проявление в усилении растворяющего действия водных растворов на известняки, доломиты, а также на бетон. Основной предполагаемый глобальный эффект возрастающей концентрации СО в атмосфере — это ее возможное влияние на тепловой баланс Земли (см. ниже) . Оксид углерода из-за своей легкости распространяется по всей толще тропосферы. Его средняя концентрация незначительна, но локально (в крупных городах) может возрастать враз. Некоторая часть техногенной СО поглощается водами океана или окисляется в озоновом слое атмосферы до СО 330 Сернистый ангидрид оказывает вредное влияние на древесную растительность (с ним связывают, в частности, массовую гибель пихты в некоторых районах Западной Европы) . Лишайники погибают уже при концентрации SO 2 0,01 — 0,02 на 1 млн. Пагубное влияние SO 2 сказывается также напочвенных микроорганизмах. На частицах дыма сернистый ангидрид каталитически окисляется до серного ангидрида SO 3 , который, растворяясь вводе, превращается в серную кислоту, выпадающую с осадками (кислотные дожди. Эффект атмосферных загрязнений наиболее интенсивно проявляется в непосредственной близости от их источников, главным образом в крупных городах и промышленных центрах. Под действием серной кислоты стены зданий подвергаются химическому выветриванию, в результате которого образуется сравнительно легкорастворимый гипс. Смог, образующийся над городами, содержит сотни различных соединений, нередко опасных для здоровья (в том числе канцерогенных. Смог уменьшает поступление солнечной радиации (особенно ее ультрафиолетовой части) на 30 — 40 %, а повышенное содержание ядер конденсации и сублимации в воздухе вызывает локальное увеличение облачности и осадков (на 5 — 10 %) ив особенности туманов. Большинство техногенных выбросов проходит через водный цикл миграции. Некоторые из них попадают непосредственно в реки и водоемы через канализацию. Это преимущественно промышленные и бытовые стоки, которые относительно легко учитывать и контролировать. В промышленных водах содержатся различные кислоты, фенолы, сероводород, аммиак, ртуть, свинец, фтор, мышьяк, кадмий. и некоторые другие токсичные вещества, отработанные технические масла, нефтепродукты. Сбытовыми стоками в реки и водоемы попадают детергенты, обладающие высокой биохимической активностью и образующие обильную пену. Факторами прямого загрязнения водотоков и водоемов служат также водный транспорт и молевой сплав. Помимо указанных причин загрязнения вод существуют значительно более сложные и труднее поддающиеся измерению и контролю пути водной миграции различных хозяйственных и бытовых выбросов. Источниками их служат сельскохозяйственные земли (в том числе орошаемые, загрязненные удобрениями и ядохимикатами, животноводческие фермы и пастбища, рекреационные угодья, отвалы и терриконы, свалки промышленных и бытовых отходов. Из этих источников различные органические и минеральные вещества (среди них имеются химически очень активные и нередко токсичные) вовлекаются вводную миграцию посредством плоскостного смыва преимущественно талыми снеговыми и ливневыми водами, а также инфильтрации. К этому следует добавить ту часть атмосферных мигрантов, которая осаждается в виде пыли или в растворенном виде с атмосферными осадками, о чем уже говорилось ранее. Плоскостные стоки трудно локализовать и изолировать от биологического круговорота на суше, поэтому часть техногенных водных мигрантов может быть вовлечена в биологический метаболизм. Естественными коллекторами загрязненных поверхностных и грунтовых вод, как и канализационных, оказываются реки, внутренние водоемы и моря. Неудивительно, что многие крупные реки, такие, как Рейн, превратились в сточные канавы. Некоторая часть загрязняющих веществ накапливается наречном дне, но основная функция рек — транзитная. Благодаря проточности рек их загрязнение процесс обратимый. Притом, в речной воде происходит частичное самоочищение часть органических примесей разрущается и минерализуется в результате жизнедеятельности микроорганизмов и водорослей. В худшем положении оказываются внутренние водоемы, характеризующиеся замедленным влагооборотом (осредненная скорость влагооборота у озер Земли враз меньше, чему рек. Поэтому в озерах и водохранилищах условия самоочищения значительно хуже, чем в реках, во многих из них резко изменился гидрохимический и гидробиологический режим, некоторые из них превратились в мертвые водоемы. За последние десятилетия широко распространилось явление техногенной евтрофикации водоемов, обусловленное увеличением концентрации вводе азота и особенно фосфора. Конечное звено водной миграции техногенных выбросов — Мировой океан. Его прогрессирующее загрязнение обусловлено не только веществами, поступающими с речным стоком, но и непосредственными выбросами нефтепродуктов (при авариях на танкерах и нефтепромыслах) и промышленных отходов, а также техногенными осадками из атмосферы. Процесс загрязнения океана в основном необратим. Глобальное географическое значение этого процесса определяется выдающейся ролью Мирового океана в формировании структуры всей эпигеосферы, ее теплового баланса, влагооборота, газообмена. Так, образование нефтяной пленки приводит к нарушению газового, теплового и водного обмена океана с атмосферой. Поведение элементов, участвующих в техногенной миграции, условия их накопления или удаления из геосистем зависят от характера последних. Приведем лишь несколько примеров. Замкнутые котловины (в том числе внутригорные) способствуют формированию устойчивых очагов атмосферного загрязнения. Температурные инверсии, штили, туманы также содействуют концентрации техногенных выбросов в атмосфере. Слабые моросящие дожди эффективнее осаждают атмосферные примеси, чем ливневые. Климат влияет на образование разных типов смога. Например, фотохимический (лос-анджелесский) смог образуется в сухом солнечном климате, атак называемый лондонский смог, главным компонентом которого является сернистый ангидрид, — во влажном. Отрицательные воздействия атмосферных загрязнений на растительность усиливаются при сильной освещенности, повышенной влажности воздуха и умеренной температуре, так как при этих условиях открываются устьица листьев. 332 Существенное значение имеют почвы. Кислые почвы, например, интенсивнее аккумулируют различные вредные соединения, чем нейтральные. Высокое содержание кальция в почве способствует сокращению выноса различных элементов (в том числе содержащихся в химических удобрениях. Токсичные вещества быстрее удаляются из фаций, формирующихся на легком сухом субстрате со слаборазвитой подстилкой. Пестициды в условиях холодного климата с длительной зимой, в почвах кислых и гумусированных разлагаются медленнее, чем в теплом климате ив почвах щелочных и малогумусных. Большую роль в техногенном геохимическом круговороте играют растения-концентраторы отдельных элементов, о чем уже упоминалось ранее. Изменения теплового баланса. Многообразное техногенное влияние на тепловой баланс земной поверхности и атмосферы имеет непреднамеренный характер и является побочным результатом хозяйственной деятельности. Техногенные энергетические факторы можно разделить на четыре группы. 1. Преобразование подстилающей (субаэральной) поверхности. Сюда следует отнести вырубку лесов, создание оазисов, осушение болот, создание водохранилищ и искусственных покрытий в городах, запыление поверхности снега и льда, образование нефтяной пленки в океанах и др. Все эти факторы воздействуют на радиационный и тепловой баланс через изменение отражательной способности и испарения. Локальный, реже региональный (на нижних ступенях) эффект бывает весьма существенным, например в уже приводившемся примере оазисов. Создание водохранилищ приводит к некоторому увеличению радиационного баланса, причем в гумидных районах основная часть этого прироста расходуется на турбулентный обмен с атмосферой, а в аридных — на испарение. Осушительные мелиорации ведут к увеличению потока тепла от земной поверхности в атмосферу. В городах на тепловой режим влияет резкое сокращение испарения и аккумуляция солнечного тепла камнем, бетоном, кирпичом, асфальтом. 2. Выбросы тепла в атмосферу в результате производства энергии. Вся вырабатываемая энергия в конечном счете превращается в тепло и рассеивается в пространстве, причем не менее 2 / 3 энергии, содержащейся в потребляемом топливе, не используется в производстве из-за низкого КПД и непосредственно уходит в атмосферу в виде тепла. Одним из источников тепла служит нагретая вода, используемая для охлаждения на тепловых и атомных электростанциях. Глобальный эффект всего техногенного тепла может быть выражен повышением средней температуры воздуха у земной поверхности примерно на 0,01 ° Снов развитых индустриальных странах и районах этот эффект должен быть значительно сильнее. В крупных городах количество выбрасываемого в атмосферу тепла соразмерно с величиной суммарной солнечной радиации или даже превосходит ее. 3. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере. Роль 333 этого фактора служит предметом дискуссий. Многие авторы придают ему особенно большое значение, поскольку он должен усиливать парниковый эффект и, следовательно, вести к прогрессивному повышению температуры воздуха в глобальных масштабах. Однако этому процессу должны сопутствовать некоторые процессы с противоположным температурным эффектом (в частности, изменение облачности. Кроме того, до сих пор отсутствуют надежные способы количественной оценки баланса СО в атмосфере. 4. Увеличение содержания аэрозоля в атмосфере. Запыленность воздуха способствует образованию облаков и повышает величину отраженной солнечной радиации, нов тоже время пылевые частицы поглощают длинноволновое излучение и тем самым усиливают парниковый эффект. Соотношение этих противоположных тенденций еще недостаточно ясно. Суммарный тепловой эффект техногенных факторов наиболее ощутимо проявляется в локальных масштабах, особенно в городах, где действуют все четыре группы факторов, причем определяющее значение имеет непосредственный выброс тепла. В результате средние годовые температуры в крупных городах на 1 — 2 ° Свыше, чем в окрестностях, зимние — могут быть выше на 6 — 7 ° С, а минимальные — на еще большую величину. Постоянное поступление техногенного тепла в атмосферу должно было бы вызвать повышение температуры воздуха в больших городах на десятки градусов, но циркуляция воздушных масс спасает города от перегрева и сглаживает локальные контрасты в тепловом балансе. Но тем самым кумулируется действие отдельных техногенных очагов и создается глобальный эффект. Существуют предположения, согласно которым при современных темпах роста производства энергии через 100 лет средняя температура может повыситься более чем на 3 ° С, что приведет к таянию ледниковых покровов и повышению уровня Мирового океана 1 . Однако подобные прогнозы пока ненадежны, поскольку количественная оценка различных составляющих техногенного воздействия на тепловой баланс очень неточна и часто противоречива механизм возникающих при этом атмосферных процессов, в частности обратных связей, не изучен наконец, мы еще плохо знаем характер климатических колебаний, происходящих в силу естественных причин, вследствие чего трудно отделить техногенный вклад в наблюдающиеся тенденции изменения термики атмосферы. Устойчивость геосистем к техногенным воздействиям Для оценки характера и глубины воздействия и определения его допустимого предела, за которым наступают необратимые и нежелательные изменения геосистемы, необходимо выяснить устойчивость 1 См |