Основы научных исследований
 Скачать 1.31 Mb.
|
|
Свойства геосистем. Геосистемы как разновидность больших систем, обладают общесистемными свойствами, помимо этого, у них есть особые, только им присущие общесистемные свойства: 1. Целостность (эмерджентность) – это способность систем проявлять полностью свои свойства только при взаимодействии эле- ментов. Оно означает, что систему невозможно познать, изучая лишь составные части и не учитывая взаимодействия между ними. 122 2. Сложность. Свойство характеризуется числом элементов или возможных состояний системы. В таком случае во всех природных системах число элементов очень велико. Но важно, что при изучении геосистем нужно оставаться на уровне рассмотрения процессов, зна- чимых для ландшафта, местности, урочища, фации, Важная для природообустройства система «почва – вода – атмо- сфера – растение» состоит из четырех подсистем, каждую из которых можно описывать более или менее сложной моделью в зависимости от поставленных задач. 3. Разнообразие. Система жизнеспособна тогда, когда состоит из разнообразных элементов и связей. Минимальное количество раз- ных элементов – два (плюс и минус, северный и южный магнитные полюса, мужской и женский пол). В геосистемах это свойство выра- жается в неоднородности и изменчивости свойств компонентов при- роды в пространстве. 4. Структурность характеризует организацию системы. Степень развития структуры является отражением сложности системы и раз- нообразия ее элементов, а также видов связей элементов между со- бой. Четыре отмеченных свойства характерны для всех систем, от природных до политических. На этих свойствах основаны принципы целостности и необходимого разнообразия, которые позволяют соз- давать оптимальные техногенные подсистемы природообустройства с учетом наиболее общих закономерностей теории систем. 5. Свойства динамических систем. В природных системах связи имеют характер потоков вещества, энергии и информации. Это озна- чает, что один элемент системы, например, биота, влияет на другой (почву, гидросферу и пр.) с помощью движущихся в пространстве и времени веществ, энергии, а часто и информации. Все такие системы называют динамическими. Перечислим ряд их характерных свойств: 1. Функционирование. Внутри динамических систем (к ним от- носятся и геосистемы) идут процессы обмена вещества, энергии и информации и их преобразование. Природообустройство ставит пе- ред собой задачу управления потоками вещества и энергии в природе и гармонизации круговоротов, т. е. нахождения такого оптимального уровня воздействия, который не приводит к неблагоприятным изме- нениям в управляемой системе. 123 2. Открытость. Фундаментальная особенность динамических систем – постоянный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Геосистемы обмениваются энергией, веществом и информацией с другими геосистемами. 3. Устойчивость – способность восстанавливать или сохранять структуру и другие свойства при резком изменении внешних воздей- ствий. Динамичность – способность обратимо изменяться под дейст- вием периодически меняющихся, внешних факторов без перестройки структуры или с незначительной перестройкой; это обеспечивает гео- системе ее гибкость, «живучесть». Устойчивость геосистем. Для оценки характера и глубины техногенного воздействия, оп- ределения допустимого предела воздействия или допустимой антро- погенной нагрузки на геосистему, за которыми наступают необрати- мые и нежелательные ее изменения, необходимо в каждом конкрет- ном случае определять устойчивость геосистемы к техногенным на- грузкам. Всякая геосистема приспособлена к определенным услови- ям, в пределах которых она устойчива и нормально функционирует даже при возмущениях внешних природных факторов (динамичность геосистемы). Техногенные возмущения часто превосходят природ- ные, они более разнообразны, некоторые вообще отсутствуют в при- роде, например загрязнение искусственными веществами Приведем общие критерии природной устойчивости геосистем. Прежде всего, это высокая организованность, интенсивное функцио- нирование и сбалансированность функций геосистем, включая высо- кую биологическую продуктивность и возобновимость растительного покрова. Эти качества определяются оптимальным соотношением тепла и влаги, а находят свое выражение в степени развитости почвенного по- крова, в конечном итоге, в плодородии почв. Так, тундровые ланд- шафты с недостатком тепла имеют слаборазвитые почвы, они очень неустойчивы при техногенных нагрузках, сильно ранимы и медленно восстанавливаются. Дефицит тепла определяет низкую активность биохимических процессов, медленную самоочищаемость от промыш- ленных выбросов. При разрушении растительного и почвенного по- кровов нарушается тепловое равновесие многолетнемерзлых пород, что вызывает просадки, разрушение фундаментов сооружений и т. п. Таежные ландшафты в целом более устойчивы из-за лучшей обеспеченности теплом и благодаря мощному растительному покро- ву, здесь формируются не очень плодородные подзолистые почвы, но 124 отзывчивые на высокую культуру земледелия. Интенсивный влаго- оборот способствует удалению подвижных форм загрязняющих ве- ществ, но биохимический круговорот еще медленный. Устойчивость геосистем в этой зоне снижается из-за заболочен- ности, а также при сведении лесного покрова. Высокой устойчиво- стью обладают ландшафты степной зоны, где наблюдается наиболее благоприятное (для условий России) соотношение тепла и влаги. Вы- сокая биохимическая активность степных ландшафтов способствует их довольно интенсивному самоочищению. В пустынных ландшаф- тах интенсивная солнечная радиация ускоряет биохимические про- цессы, но недостаток влаги уменьшает вынос продуктов разложения, в том числе и загрязняющих веществ. Почвы маломощные и также, как и в тундровой зоне, сильно ранимы. Поэтому пустынные ланд- шафты малоустойчивы. Восстановление нарушенных компонентов, очистка от загрязнения, т. е. рекультивация земель также способству- ет росту устойчивости. Устойчивость геосистем зависит от их внут- ренней неоднородности и растет с повышением ее ранга. Техногенные воздействия на геосистемы. Измененные гео- системы. Важной проблемой является изучение закономерностей со- существования и взаимодействия естественных ландшафтов и встро- енных в них человеком искусственных сооружений, устройств. Встроенные в ландшафт или в геосистемы любого ранга искусствен- ные сооружения или вносимые в него новые элементы (посевы новых культур, здания, сооружения) функционируют в нем, подчиняясь природным. Измененную геосистему, т. е. квазиприродную, нужно рассматривать как особую техноприродную систему, в которую встроены техногенные инородные для природы блоки: посевы сель- скохозяйственных культур, здания, сооружения, коммуникации и т. п. В такой системе техногенные и природные блоки функционируют, подчиняясь природным законам. Устойчивость техноприродных сис- тем вступает в противоречие с устойчивостью измененной природной системы. Если природная система старается возвратиться в «перво- бытное» состояние, человек заинтересован в устойчивости технопри- родных систем. Критерии устойчивости в обоих случаях имеют противополож- ный характер Устойчивость преднамеренно модифицированной гео- системы (техноприродной системы) вместе с встроенным в нее тех- ногенным блоком определяется как способность выполнять заданную социально-экономическую функцию. Геосистемы, измененные чело- 125 веком, как правило, менее устойчивы, чем первичные, потому что ес- тественный механизм саморегулирования в них нарушен. Степень изменения ландшафта зависит от того, какие компоненты подверг- лись модификации или разрушению. Выделяют первичные и вторич- ные компоненты. Геологический фундамент и свойства воздушных масс, т. е. кли- мат, являются базовыми, первичными, формирующими облик ланд- шафта, их человеку трудней изменить. Легче всего человек изменяет вторичные компоненты: растительный покров, почвы, сильно воздей- ствует на поверхностные воды, но вторичные компоненты и легче восстанавливаются. Ландшафты по степени их изменения А.Г. Исаченко разделяет: – на условно неизмененные, которые не подверглись непосред- ственному хозяйственному использованию и воздействию; – слабоизмененные, подвергающиеся преимущественно экстен- сивному хозяйственному воздействию (охота, рыбная ловля, выбо- рочная рубка леса), которые частично затронули отдельные «вторич- ные» компоненты ландшафта (растительный покров, фауну), но ос- новные природные связи не нарушены; – среднеизмененные ландшафты, в которых необратимая транс- формация затронула некоторые компоненты, особенно растительный и почвенный покров; – сильноизмененные ландшафты, которые подверглись интен- сивному воздействию, затронувшему почти все компоненты (расти- тельность, почвы, воды и даже массы твердой земной коры), что при- вело к существенному нарушению структуры, часто необратимому; – культурные ландшафты, в которых структура рационально из- менена в интересах человека и природы. Именно таким ландшафтам должно принадлежать будущее. Нормы техногенного воздействия на ландшафты Очень важной проблемой является сосуществование и взаимо- действие естественных ландшафтов и встроенных в них человеком искусственных сооружений, устройств. При оценке воздействия че- ловека на природу надо иметь в виду, что как бы сильно ни был из- менен ландшафт человеком, в какой бы степени ни был насыщен ре- зультатами человеческого труда, он остается частью природы, в нем продолжают действовать природные закономерности. Для оценки ха- рактера и глубины техногенного воздействия, определения допусти- мого предела воздействия или допустимой антропогенной нагрузки 126 на геосистему, за которыми наступают необратимые и нежелатель- ные изменения, необходимо в каждом конкретном случае определять устойчивость геосистемы к техногенным нагрузкам. Совершенство- вание природопользования и природообустройства невозможно без разработки нормативов антропогенного и техногенного воздействия на ландшафты. Разработка нормативов направлена на сохранение ресурсо- и средовоспроизводящих свойств ландшафтов. Норма (от латинского norma) – руководящее правило, узаконенный, признанный, обяза- тельный порядок, мера. Норма – компромисс между желаемым (допустимым) и экономи- чески возможным. При обосновании норм учитывают реальные воз- можности фактического этапа развития хозяйства и геосистемы. Например, для сохранения состава атмосферы неизменным в процессе любого производства необходимо исключить выбросы вредных веществ. Если это не удается экономически или технологи- чески, то вводят нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ). Или по качеству воды – ее чистота и степень очистки связаны с загряз- ненным стоком в водоисточник. А также оценивают качество воды – ее чистоту и степень очистки. Здесь вводят нормы предельно допус- тимых концентраций (ПДК) и т. д. Компромисс между допустимым воздействием на геосистему (в конечном счете, на здоровье человека) и реально возможными воз- действиями зависит от уровня материально-технического развития общества и отражен в существующих и разрабатываемых нормати- вах. При повышении экономических возможностей общества и раз- витии технологий нормы должны оправданно ужесточаться и пере- сматриваться в направлении сокращения разрыва между желаемым и возможным при унификации и стандартизации норм. Комплексные нормативы позволяют выявить закономерности нормирования антропогенно-техногенной нагрузки на ландшафты. Суть подхода заключается в том, что нормируются величины и ин- тенсивность антропогенно-техногенных нагрузок на ландшафт. Нор- мы ограничивают нарушение функционирования отдельных компо- нентов, их свойств и ландшафта в целом. Нормы отдельных свойств компонентов не суммируются для всего ландшафта, а теоретически рассматривают их эффективность взаимодействия. Нормы применя- ют в тех случаях, когда существует какое-то воздействие (нагрузка) и обнаружено его последствие или изменение каких-либо показателей. 127 Нагрузка может накапливаться и принимать вид цепной реакции. Для охраны природы нормы вводят перед предполагаемым воздействием. Это предотвратит возникновение цепных реакций, изменений и, в ко- нечном итоге, снизит число используемых норм. Нормы должны учи- тывать состояние ландшафта – стабильное и устойчивое, оптимальное, среднее, переменное, допустимое или критическое. Отсюда непосто- янность нормативов. Нормы не носят пространственный характер. Например, дифференцируют водоохранные зоны вокруг водо- емов, вдоль рек и каналов, санитарно-защитные зоны – вокруг про- мышленных предприятий и т. д. Нормы планируют на значительный отрезок времени, они отражают взаимодействие природы и техники при длительном функционировании техноприродной системы. Природно-техногенные комплексы природообустройства. Природообустройство – сложное дорогостоящее ресурсо- и энерго- емкое мероприятие, проводимое длительное время. Для его осущест- вления необходимо создание комплекса инженерных сооружений и устройств, надежно функционирующих в разнообразных природных условиях, часто экстремальных, при переменных погодных условиях. Поэтому на больших площадях строят инженерные системы приро- дообустройства, т. е. комплекс сооружений, устройств, машин и обо- рудования, предназначенных вместе с мероприятиями для достиже- ния той или иной цели. Инженерные системы природообустройства вместе с природ- ными объектами, на которых они построены, образуют техноприрод- ные системы. Их принято называть природно-техногенными ком- плексами. Природно-техногенный комплекс (ПТК) состоит из природной и техногенной частей, он включает средства управления и управляе- мую подсистему, которые можно представить в виде схемы. Для ор- ганизации управления необходимы: – рецептор – часть комплекса, которая воспринимает и передает информацию об управляемом объекте (измерители влажности почвы, температуры воздуха, уровня воды в реке и др.); – эффектор – часть комплекса, с помощью которой оказывают воздействие на управляемый параметр (насосы, каналы, трубопрово- ды, дождевальная техника, дрены, шлюзы и т. п.); – блок принятия решений, который, соотнося поступающую от рецептора информацию с необходимым результатом, вырабатывает решения, позволяющие оптимальным способом достичь определен- ную социально-экономическую цель. 128 Человек управляет блоком принятия решений. На современном этапе принятие решений поддерживают экспертные системы, базы данных и геоинформационных систем, системы мониторинга, дис- танционного зондирования, которые позволяют реализовать принци- пы адекватности воздействий и предсказуемости. Не следует отожде- ствлять инженерные системы природообустройства с природно- техногенными комплексами природообустройства. Последние, поми- мо сооружений и устройств, включают обустраиваемые природные объекты, на них создают комплексы природопользования. На обу- строенных водных объектах, помимо средств регулирования речного стока, есть гидроэлектростанции, средства судоходства, рыболовства, все они работают в тесном взаимодействии, вместе с водосбором и рекой образуют большую квазиприродную систему, или комплекс. 13.4. Правовая база природообустройства Всякая деятельность человека, связанная с природой, и приро- дообустройство в том числе, опирается на ряд документов – источни- ков права. Важнейшие среди них: – международные договоры (например, Киотское соглашение); – Конституция РФ; – Земельный кодекс РФ; – Водный кодекс РФ; – Лесной кодекс РФ; – ФЗ «О мелиорации земель»; – ФЗ «О недрах», ФЗ «Об охране окружающей среды»; – ФЗ «Об экологической экспертизе» и др. Ответственность за экологические правонарушения закреплена Кодексом РФ об административных правонарушениях, Уголовным Кодексом РФ, глава 26 которого посвящена экологическим преступ- лениям, и Гражданским Кодексом РФ, который регулирует, в том числе и имущественные права. Нормативно-правовая база постоянно меняется, что отражается на юридическом сопровождении и обеспе- чении природообустройства. По российскому законодательству предмет регулирования в об- ласти природообустройства – общественные отношения, возникаю- щие по поводу земель, недр, почв, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, растительного и животного миров. 129 Принципы права в сфере экологии, природопользования и при- родообустройства: 1. Презумпция экологической опасности любой деятельности: любая антропогенная деятельность потенциально опасна для природы. 2. Предотвращение вреда окружающей природной среде: право- вое регулирование ставит своей задачей недопущение ущерба природе. 3. Охрана жизни и здоровья человека – одна из основных задач обеспечения прав человека на жизнь и здоровье. 4. Обеспечение рационального использования природных объектов. 5. Принцип платности природопользования: использование при- роды осуществляют на платной, возмездной основе, что учитывает интересы общества в целом. 6. Принцип устойчивого экологически обоснованного развития: экономическое развитие должно находить баланс между потребно- стями ныне живущих людей и возможностью жить и развиваться бу- дущим поколениям. 7. Принцип свободного доступа к экологической информации: информация о состоянии окружающей природной среды важна для людей, потому закон гарантирует свободный доступ к ней. 8. Принцип ответственности за экологические последствия дея- тельности. Экологические последствия деятельности – любые антропоген- ные изменения в природе. Закон гласит, что за эти изменения как фи- зические, так и юридические лица должны в полной мере нести от- ветственность, предусмотренную законодательством (дисциплинар- ную, гражданскую, административную, уголовную). Федеральный Закон РФ «Об охране окружающей среды» регулирует отношения в сфере взаимодействия общества и природы. Отношения, которые возникают при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, связанной с воздействием на природную среду. Важнейшая состав- ляющая окружающей среды является основой жизни на Земле, в пре- делах территории Российской Федерации, а также на континенталь- ном шельфе и в исключительной экономической зоне Российской Федерации. В этом законе использовано определение окружающей среды как совокупности компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов. |