Наземные изменения ландшафтов

В ходе эволюции Земли изменение облика ландшафтов суши являлось реакцией на трансформацию природных условий. Все многообразие географической оболочки, известное как геосистемы, ландшафты или природные комплексы, отражает результаты различных проявлений температуры и увлажнения, которые в свою очередь подчинены радиационному балансу.

Эти динамические системы разного ранга, характеризующиеся целостностью, особым взаимодействием составляющих их элементов и функционированием, продуктивностью и внешним обликом, в совокупности формируют географическую оболочку и соотносятся с ней как части целого. Они обладают собственным природным (природно-ресурсным) потенциалом, измерения которого позволяют ранжировать геосистемы и изучать их изменения. Объединяющим началом указанных структур является обмен потоками вещества и энергии, их частичная аккумуляция и расходование. Таким образом, энерго- и массообмен в пределах географической оболочки служит основой ее дифференциации, а его изменения отражаются в облике земной поверхности. Этим процессом обеспечивается современная географическая зональность и поясность Земли и многообразие конкретных ландшафтов разной степени организации.

Однако в ходе эволюции географической оболочки изменения ее наземных систем были связаны также с глубинными процессами и явлениями, отчасти выраженными на поверхности (зоны вулканизма, сейсмичности, горообразования и др.). При этом, наряду с непосредственными изменениями литогенного основания ландшафтов и географической оболочки в целом, последняя получала дополнительное вещество и энергию, что отражалось в функционировании ее отдельных компонентов и системы в целом. Эта «дополнительность» (в отдельные времена, вероятно, существенная) проявилась не только количественно, в глобальном круговороте вещества и энергии, но и в качественных изменениях отдельных компонентов. Роль процессов дегазации Земли и их энерго-массо-обмена с атмосферой и гидросферой изучена пока недостаточно. Лишь с середины XX в. появились сведения о вещественном составе мантийного вещества и его количественных характеристиках.

Исследованиями В.И.Бгатова установлено, что кислород атмосферы имеет не столько фотосинтетическое, сколько глубинное происхождение. Общепринятая схема круговорота углерода в природе должна быть скорректирована поступлением его соединений из земных недр, в частности при извержениях вулканов. Видимо, не меньшие количества вещества поступают в водную оболочку при подводных извержениях, особенно в зонах спрединга, вулканических островных дуг и в отдельных горячих точках. Суммарное годовое количество углеродных соединений, поступающих из недр в океан и атмосферу, соизмеримо с массой годового карбонатообразования в водоемах и, по-видимому, превосходит объем накопления органического углерода растениями суши.

Естественное потепление климата и его антропогенное усиление должны вызывать смещение границ географических зон и поясов и способствовать видоизменению отдельных ландшафтов.

Однако развитие человеческого общества и расширение его потребностей и возможностей ведут к искусственной перестройке природных комплексов разных масштабов и формированию культурных ландшафтов, которые воздействуют на функционирование географической оболочки, нарушая естественный ход. Среди таких воздействий наиболее очевидны следующие:

1) Создание водохранилищ и оросительных систем изменяет альбедо поверхности, режим тепло- и влагообмена, что, в свою очередь, влияет на температуру воздуха и облачность.

2) Перевод земель в сельскохозяйственные угодья или уничтожение растительности (массовые вырубки лесов) изменяют альбедо и тепловой режим, нарушают круговорот веществ из-за сокращения активных поверхностей для фотосинтеза. Наиболее значительным по масштабам воздействия явилось массовое освоение целинных и залежных земель, когда многие миллионы гектаров зеленых пастбищ и залежей были распаханы и засеяны. Увеличение поглощаю щей способности земной поверхности, нарушение ее шероховатости и сплошности почвенно-растительного покрова изменили радиационный баланс, вызвали трансформацию циркуляции воздушных масс и усиление ветров, что привело к пыльным бурям и уменьшению прозрачности атмосферы. Итогом преобразований явился перевод устойчивых продуктивных ландшафтов в неустойчивые с усилением процессов опустынивания и риска в землепользовании.

3) Перераспределение поверхностного стока (зарегулирование стока, создание подпруд и водохранилищ) приводит чаще всего к заболачиванию окружающих территорий. При этом изменяется альбедо подстилающей поверхности, увеличивается увлажнение, частота туманов, облачность и проницаемость воздуха, что нарушает естественный тепло-массообмен между земной поверхностью и атмосферой. Подпруживание водного стока и образование болотистых пространств изменяют характер разложения растительного опада, что вызывает поступление в атмосферу дополнительных количеств парниковых газов (диоксида углерода, метана и др.), изменение ее состава и прозрачности.

4) Создание гидроэнергетических сооружений на реках, подпруживание с образованием каскадов круглогодично падающей воды изменяют годовой режим рек, нарушают ледовую обстановку, распределение влекомых наносов и трансформируют систему река—атмосфера. Незамерзающие водоемы с постоянными туманами и испарениями с водной поверхности (даже в зимнее время) влияют на ход температур, циркуляцию водных масс, ухудшая погодные условия и изменяя среду обитания живых организмов. Влияние ГЭС на крупных реках (Енисее, Ангаре, Колыме, Волге и др.) ощущается на десятки километров вниз по течению и на всех подпруженных частях водохранилищ, а общие изменения климатической обстановки охватывают сотни квадратных километров. Замедленное поступление речных наносов и их перераспределение приводят к нарушению геоморфологических процессов и разрушению устьевых участков рек и берегов водных бассейнов (например, разрушение дельты Нила и юго-восточной части средиземноморского побережья после сооружения Асуанской плотины и перехвата ею значительной части переносимых рекой твердых наносов).

5) Мелиоративные работы, сопровождающиеся осушением больших пространств, нарушают существующий режим тепло-, влаго-обмена и способствуют развитию обратных отрицательных связей при трансформации ландшафтов. Так, переосушение болотистых систем ряда регионов (Полесье, Новгородчина, Прииртышье) повлекло за собой гибель естественного растительного покрова и возникновение процессов дефляции, которые даже на территориях достаточного увлажнения сформировали сыпучие пески. В результате усилилась запыленность атмосферы, возросла шероховатость поверхности, изменился ветровой режим.

6) Увеличение шероховатости земной поверхности при возведении различных сооружений (постройки, горные выработки и отвалы, промышленное складирование и др.) приводит к изменению ветрового режима, запыленности и погодно-климатических характеристик.

7) Различные загрязнения, поступающие в огромных количествах во все природные среды, изменяют, прежде всего, вещественный состав и энергетические емкости воздуха, вод, поверхностных образований и др. Это изменение природных агентов обусловливает трансформацию осуществляемых ими природных процессов, а также разнообразных взаимодействий с окружающей средой и другими природными факторами.

Заметим, что суммирование годовых выбросов загрязнителей, теоретически и практически не вполне аргументировано, так как по мере поступления в географическую среду они ассимилируются, трансформируются под воздействием друг друга и функционируют уже по-другому. Важно анализировать каждый серьезный антропогенный выброс, учитывая его реакции с уже имеющимися соединениями.

Изменение энергетики географической оболочки или ее частей обусловливает перестройку внутренней структуры и процессов функционирования геосистемы и связанных с ними явлений. Процесс этот сложный и регулируется множественными прямыми и обратными связями (рис. 9.4). Антропогенные воздействия на географическую оболочку обусловливают изменение состава и состояния окружающей среды, нарушают количественный и качественный состав живого вещества (вплоть до мутаций), видоизменяют сложившиеся системы энерго-, массо- и влагообмена. Однако имеющиеся в настоящее время фактические данные свидетельствуют о том, что антропогенные изменения кардинально не отражаются на географической оболочке. Относительная уравновешенность ее существования и устойчивость развития в основном обеспечиваются естественными причинами, масштаб которых превосходит воздействие человека. Из этого не следует, что географическая оболочка сама и всегда преодолеет возрастающий антропогенный пресс. Вмешательства в природу должны быть регламентированы с точки зрения целесообразности их проявлений — с пользой для человечества и без существенного вреда для природной среды. Разрабатываемые в этом направлении концепции получили название устойчивого (сбалансированного) развития. В их основу должны быть заложены общие землеведческие закономерности и особенности современного состояния и развития географической оболочки.

В заключение коснемся появившегося утверждения о том, что современная географическая оболочка становится антропосферой, или частью возникающей ноосферы. Заметим, что понятие «ноосфера» носит во многом философский характер. Воздействия человека на окружающую среду и вовлечение в нее продуктов жизнедеятельности явления несомненные. Важно понимать, что чаще всего человек изменяет среды своего обитания не сознательно, а через непредвиденные последствия. Причем эти внедрения направлены не на все составляющие географической оболочки, а только на необходимые людям компоненты (лес, почву, сырье и др.). Таким образом, существуют только очаги изменений, хотя подчас очень значительные и серьезные, и, несмотря на то, что активность людей возрастает, природа все еще развивается главным образом под воздействием естественных процессов. Поэтому в настоящее время следует говорить об отдельных участках географической оболочки, где естественная среда в значительной степени изменена и развивается под воздействием регулируемых человеком процессов.

Рис. 9.4. Некоторые обратные связи, регулирующие глобальный климат

Контрольные вопросы

Какие явления относят к глобальным изменениям географической оболочки?

В чем специфика глобальных изменений конца XX—начала XXI в.?

Что такое парниковый эффект и каковы его последствия?

В чем заключается общая проблема антропогенизации географической оболочки?

В чем состоит проблема потепления климата?

В чем опасность нефтяного загрязнения?

Что такое глобальный экологический кризис, как и где он проявляется?

В чем смысл оптимистических и пессимистических взглядов на развитие планеты Земля?

Какое влияние полярные льды оказывают на географическую оболочку?

В чем заключаются наземные изменения ландшафтов?

ЛИТЕРАТУРА

Алпатьев А. М. Развитие, преобразование и охрана природной среды. — Л., 1983.

Баландин Р. К., Бондарев Л. Г. Природа и цивилизация. — М., 1988.

Биологическая индикация в антропоэкологии. — Л., 1984.

Биткаева Л.Х., Николаев В. А. Ландшафты и антропогенное опустынивание Терских песков. — М., 2001.

Боков В.А., Лущик А. В. Основы экологической безопасности. — Симферополь, 1998.

Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. — М., 1989.

Географические проблемы конца XX века / Отв. ред. Ю. П. Селиверстов. — СПб., 1998.

География и окружающая среда / Отв. ред. Н. С. Касимов, С. М. Малха-зова. — М., 2000.

Глобальные изменения природной среды (климат и водный режим)/ Отв. ред. Н.С.Касимов. — М., 2000.

Глобальные и региональные изменения климата и их природные и социально-экономические последствия / Отв. ред. В.М.Котляков. — М., 2000.

Глобальные экологические проблемы на пороге XXI века / Отв. ред. Ф.Т.Яншина. — М., 1998.

Говорушко С. М. Влияние природных процессов на человеческую деятельность. — Владивосток, 1999.

Голубев Г.Н. Геоэкология. — М., 1999.

Горшков В. Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. - М., 1995.

Горшков СП. Концептуальные основы геоэкологии. — Смоленск, 1998.

Григорьев А. А. Экологические уроки прошлого и современности. — Л., 1991.

Григорьев А. А., Кондратьев К. Я. Экодинамика и геополитика. — Т. 11. Экологические катастрофы. — СПб., 2001.

Гумилев Л. Н. Этногенез и биосфера Земли. — Л., 1990.

Данилов А.Д., Король И.Л. Атмосферный озон — сенсации и реальность. — Л., 1991.

Дотто Л. Планета Земля в опасности. — М., 1988.

Залетаев В. С. Экологически дестабилизованная среда. Экосистемы аридных зон в изменяющемся гидрологическом режиме. — М., 1989.

Земля и человечество. Глобальные проблемы / Страны и народы. — М., 1985.

Зубаков В. А. Экогея — Дом Земля. Кратко о будущем. Контуры экогейской концепции выхода из глобального экологического кризиса. — СПб., 1999.

Зубаков В. А. Дом Земля. Контуры экогеософского мировоззрения. (Научное развитие стратегии поддерживания). — СПб., 2000.

Исаченко А. Г. Оптимизация природной среды. — М., 1980.

Исаченко А. Г. Экологическая география России. — СПб., 2001.

Кондратьев К. Я. Глобальный климат. — М., 1992.

Котляков В. М. Наука. Общество. Окружающая среда. — М., 1997.

Котляков В.М., Гросвальд М.Г., Лориус К. Климаты прошлого из глубины ледниковых щитов. — М., 1991.

Лавров СБ., Сдасюк Г.В. Этот контрастный мир. — М., 1985.

Окружающая среда / Под ред. А. М. Рябчикова. — М., 1983.

Основы геоэкологии / Под ред. В. Г. Морачевского. — СПб., 1994.

Петров К. М. Естественные процессы восстановления опустошенных земель. — СПб., 1996.

Проблемы экологии России / Отв. ред. В. И. Данилов-Данильян, В. М. Котляков. — М., 1993.

Россия в окружающем мире: 1998. Аналитический сборник / Под общ. ред. Н.Н.Моисеева, С.А.Степанова. — М., 1998.

Роун Ш. Озоновый кризис. Пятнадцатилетняя эволюция неожиданной глобальной опасности. — М., 1993.

Русское географическое общество: новые идеи и пути / Отв. ред. А.О.Бринкен, С.Б.Лавров, Ю.П.Селиверстов. — СПб., 1995.

Селиверстов Ю. П. Проблема глобального экологического риска // Известия РГО. — 1994. — Вып. 2.

Селиверстов Ю. П. Антропогенизация природы и проблема экологического кризиса // Вестник СПб. Университета. — 1995. — Сер. 7. — Вып. 2.

Селиверстов Ю. П. Планетарный экологический кризис: причины и реальности // Вестник СПб. Университета. — 1995. — Сер. 7. — Вып. 4.

Фортескью Дж. Геохимия окружающей среды. — М., 1985.

Экологическая альтернатива / Под общ. ред. М.Я.Лемешева. — М., 1990.

Экологические императивы устойчивого развития России / Под ред. В.Т.Пуляева.-Л., 1996.

Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать? / Под ред. В.И.Данилова-Данильяна. — М., 1997.

Яншин А.Л., Мелуа А.И. Уроки экологических кризисов. — М., 1991.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При решении главных задач наук о Земле и особенно такой, как землеведение, необходимо максимально анализировать и обобщать новые данные с учетом ранее накопленного материала на базе выявленных и устанавливаемых закономерностей. Среди важнейших проблем обратим внимание на следующие.

Очень важно достоверно подтвердить строение континентальной и океанической земной коры, прежде всего ее нижних частей и контактов с верхней мантией. Это возможно при продолжении глубокого и сверхглубокого бурения в районах, которые были определены и согласованы в 80-х годах прошлого столетия. Изучение горных пород первого миллиарда лет истории Земли позволяет реконструировать условия возникновения географической оболочки, ее контакт и взаимодействие с глубинными планетными формированиями, проясняет процессы минералообразования и накопления собственно земных образований. Наиболее существенны здесь ответы на два вопроса: следует ли искать следы жизнедеятельности во всех обнаруженных породах независимо от их состава и строения; каковы состояние и состав этих древнейших пород (они изменены или изначально имели отличный от современных образований облик)? Решение этих проблем позволит понять переход от космической стадии планетообразования к самостоятельной, что приблизит ответ на вопрос о возникновении жизни и ее формах.

В решении проблемы внутреннего строения Земли и планет хотелось бы получить фактическую информацию о наличии ядерных и мантийных частей как обособлениях разного минерального состава или различных состояний вещества, что подтвердит или опровергнет теоретически предполагаемую дифференциацию вещества в недрах. Возможно ли при расплавленном мантийно-ядерном центре нашей планеты расслоение материала? Не удастся ли получить подтверждения об иных состояниях и составе глубинного вещества (например, исходно гидридном, насыщенном водородом со значительными плотностями и постоянным распадом соединений и химическими модификациями первоначального допланетного вещества)? Может ли быть Земля внутри полностью не расплавленной?

Не менее важно продолжить анализ метаморфизма горных пород. Действительно ли это результат изменения первичных рыхлых или плотных образований за счет длительного воздействия высоких температур и давлений или это явление, связанное со специфическими природными условиями накопления пород — высокими температурами и давлениями окружающей среды, которые изначально не позволяли формироваться рыхлым отложениям? В таком случае метаморфический облик пород есть их первичное состояние. В решении данной проблемы большую помощь могут оказать материалы о состоянии и характере поверхностных и глубинных образований планеты Венера, которую отличает сильно углекислая природная среда с температурой около 500 "С и давлением в сто земных атмосфер. Такая обстановка, вероятно, была и на ранней стадии развития Земли. Существенны также данные о веществе и его состоянии на поверхности и в глубинах планеты Марс, который, по мнению ученых, уже прошел «земную» стадию развития. Эти сведения, к сожалению, можно будет получить не ранее чем через 10—15 лет, но они непременно будут. Глубинное строение ледяных скоплений на планетах и их спутниках поможет в установлении значения жидкостей на начальных этапах истории Земли и оценке возможности их сохранения в ее недрах.

Для понимания проблемы метаморфизма горных пород необходимо объяснить, почему практически все древнейшие породы (гранулитовая и гнейсовая фазы архея) возрастом более 3,5 млрд лет изменены сильнее, чем более молодые возрастом 2,5—1,5 млрд лет (зеленокаменная и сланцевые фазы метаморфизма протерозоя). Такая картина наблюдается повсеместно независимо от расположения измененных толщ в разрезах земной коры. В отличие от прежних представлений фактически во всех метаморфических породах встречаются останки былых организмов, не уничтоженные высокотемпературными процессами метаморфизма (конечно, если таковой существовал).

Поиск живого вещества (организмов или следов их деятельности) в древнейших породах нашей планеты, а также на других космических объектах несомненно, важен для выяснения происхождения жизни на Земле. Необходимо достоверно разобраться, почему химически одинаковые вещества различаются по своим свойствам в зависимости от биогенного или абиогенного происхождения. Почему у первых отсутствует зеркальная симметрия, характерная для многих органических веществ, а вторые не проявляют признаков жизни?

В проблеме возникновения живых организмов неясным остается вопрос о времени появления и генезисе таких специфических образований, как ДНК и РНК, ответственных за наследственность и воспроизводство себе подобных, что отличает живых существ от остальной природы.

Поиск древнейших следов жизнедеятельности тесно связан с обнаружением горных пород возрастом древнее 4 млрд лет, которые практически документально не зарегистрированы. Наиболее перспективными представляются районы западной Австралии, южной Гренландии, восточной Канады и Антарктиды.

Исследования зон подводного вулканизма и современных тектонических перемещений океанического дна должны дать количественные характеристики реальной дегазации земных недр для выяснения ее роли на разных этапах формирования географической оболочки. Необходимо выявить возможности жизнедеятельности в глубинах Мирового океана и на дне, документально подтвердить значение света подводных извержений и других источников для процессов фотосинтеза в океанской толще.

Космическими наблюдениями следует подтвердить и количественно оценить изменения размеров Земли и конфигурации суши и океанов, их направленность в близком и далеком будущем для учета в теории и практике природопользования.

Продолжение исследований атмосферы должны прояснить вопрос о парниковом эффекте на планетах и прежде всего на Земле. Необходимо установить его важнейшую причину: это изменение газового состава в зависимости от массы и мощности воздушной толщи, разрушение озонового слоя или что-то, пока неизвестное. Данная проблема не только сегодняшнего дня нашей планеты, но и геологического прошлого. Необходимы прямые исследования следов былых атмосфер, более детальный анализ отбираемых проб, критический анализ получаемых результатов.

Следует разобраться и с современным состоянием воздушного бассейна: действительно ли наблюдается потепление в приземных условиях и каковы его причины и последствия. Поступающая с начала 2000 г. информация свидетельствует о завершении теплого этапа в истории Земли и пока еще слабой тенденции в сторону похолодания климата. Проблема изменения климата важна как сама по себе, так и по возможным последствиям. Во взаимосвязанной системе круговоротов веществ и энергий географической оболочки всякое изменение одной составляющей отражается на других, и если непонятна причина трансформации одной, то нельзя достоверно прогнозировать состояния других. Так, в настоящее время трудно интерпретировать крупномасштабное взаимодействие атмосферы с океаном, особенно реакцию последнего на неясные изменения первой. Вполне возможно, что происходящие глобальные изменения окружающей среды, включая потепления и похолодания климата, могут представлять собой типичное явление в истории планеты. Для этого необходимо расширить характеристики наблюдаемых явлений и процессов, привлекая космическую информацию и компьютерную обработку данных. Получаемые материалы не только будут способствовать принятию правильных решений, но и помогут точнее расшифровывать прошлые и современные катаклизмы природной среды, учесть их в прогнозировании будущих ситуаций.

Не до конца решенной остается проблема реального взаимодействия атмосферы с сушей и океаном. Многоплановый, подчас противоречивый характер этого взаимодействия особенно проявляется в регулировании тепло- и влагообмена, перераспределении веществ и энергий, выводе или введении в круговорот веществ различного происхождения (в том числе поллютантов), в контроле за жизнедеятельностью организмов. Предложено довольно много схем и моделей функционирования открытых систем океана и атмосферы, но реально работают немногие, о чем можно судить по прогнозам погоды, ледовых обстановок, катастрофических явлений (наводнений, торнадо и др.), миграций гидрологических фронтов и др.

Существенным является вопрос о происхождении отдельных газов и изменении их количеств. Сложную проблему представляет происхождение кислорода в атмосфере. Его исключительно фотосинтетический источник и постепенность накопления подверглись сомнению во второй половине XX в., когда было доказано поступление кислорода из земных недр, а также то, что кислород современного воздуха оказался тяжелее фотосинтетического. Установлено, что в истории Земли его количество менялось, а около 100 млн лет назад в 1,5 раза превышало современное. При фотосинтетическом образовании кислорода растения используют углекислый газ, поэтому должно быть определенное несовпадение их концентраций в каждую геологическую эпоху. Однако построенные на основании имеющихся данных графики наглядно демонстрируют однотипные изменения их содержаний, к тому же совпадающих с колебаниями количеств вулканического материала.

Кажется невероятным, но сегодня нет обстоятельного ответа на вопрос: обеспечивает ли современный состав приземного воздуха нормальное (максимально продуктивное и устойчивое) состояние природной среды и человека? Куда и для чего используются основные газы атмосферы? Ответ позволит понять роль и значение атмосферы на разных этапах становления географической оболочки.

Очевидно, что при анализе всех материалов следует помнить о вероятной относительности многих общих законов естествознания. Большинство из них установлено для замкнутых пространств (закрытых систем), тогда как все земные системы являются открытыми, т. е. не имеют четких границ и взаимно проникают друг в друга. С большой осторожностью должны восприниматься рассуждения и расчеты, основанные на балансах вещества и энергии, практически отсутствующие при открытости границ рассматриваемых природных систем. Более того, именно постоянное превышение приходной или расходной части системы обусловливает характер ее функционирования. Неравенство прихода и расхода вещества, превышение первого над вторым — залог эволюции. С большим вниманием следует отнестись к новым представлениям о разных состояниях пространства, его возможной кривизне и спиралевихревом строении, что может существенно трансформировать наши взгляды на пространственно-временные связи процессов и явлений.

Конец XX в. ознаменован информационным бумом, массовым внедрением быстродействующих информационных, в том числе геоинформационных, систем. Наукам о Земле открываются особые перспективы, связанные с установлением в каждом природном материале данных об обстановке его возникновения, запечатленной в особенностях строения и поведения при изменении условий нахождения, т.е. своеобразной памяти вещества о его былых состояниях и трансформациях.

Таковы наиболее насущные проблемы современного землеведения, решение которых будет способствовать дальнейшему познанию нашей планеты. Основное внимание следует обращать на географическую оболочку, синтезирующую деятельность процессов и явлений, изучающихся частными науками о Земле. В ней зафиксированы все моменты развития Земли как самостоятельной системы, распознавание которых важно для понимания общих тенденций эволюции окружающего мира — постоянно изменяющегося и совершенствующегося формирования, наиболее молодая часть которого связана с ландшафтной дифференциацией пространства (в последнее время с участием или в присутствии человека). Именно в этой области происходит большинство исследований, данные которых используются в землеведении для решения принципиальных вопросов. Изучением ландшафтной оболочки занимается современная география как часть землеведения, что обусловлено необходимостью получения знаний о постоянных изменениях состояний ландшафтов, в том числе для правильной оценки ситуаций и принятия тактических шагов в регулировании отношений человеческого общества и его естественного или искусственного окружения.

[1] Период обращения Солнца — от 25 дней на экваторе до 36 дней на полюсах.

[2] Число планет.

[3] Обратное вращение/