Оценка потенциальной устойчивости и изменчивости природных комплексов
в условиях воздействия нефтегазового комплекса
Гареев А.М., Шакиров А.В.
Устойчивость природных комплексов является одним из фундаментальных понятий геоэкологии. Определению этого понятия в географии посвящены многие работы (Исаченко, 1965, 1974; Глазковская, 1972; Солнцева, 1983; Арманд, 1975, 1983; Звонкова, 1985; Гареев, 1995 и др.). Различные авторы определяют устойчивость природной среды по-разному. Многие подразделяют понятие «устойчивость» на способность к: 1) сопротивлению воздействиям и 2) восстановлению свойств, нарушенных внешним воздействием. Роль критерия устойчивости имеет большое значение при определении тех или иных изменений в условиях усиления антропогенного пресса на природные комплексы. А.Д.Арманд (1983) для определения понятия устойчивости предлагает термин «гомеостазис» по аналогии с термином «гомеоcтаз» для живых организмов, который определяет состояние внутреннего динамического равновесия, поддерживаемого регулярным возобновлением основной структуры системы. Известно, что сложность природных комплексов коррелирует с устойчивостью. В соответствии с этим полагается, что сложные геосистемы более устойчивы к внешним воздействиям.
Большой интерес представляют взгляды А.М.Гроздинского (1986), который понятие «устойчивость» подразделяет на три компонента: инертность - способность оставаться в заданной области состояния в течение определенного интервала времени при внешнем воздействии; восстанавливаемость - способность геосистем возвращаться в первоначальное состояние после прекращения воздействия; пластичность - наличие у геосистемы способности переходить из одного состояния в другое. Следует отметить, что для всех геосистем существует порог внешнего воздействия, после которого они теряют свои свойства и функции. Поэтому уровень антропогенного воздействия должен быть ниже этого порога.
Оценка устойчивости ландшафтов к воздействиям нефтегазового комплекса возможна при установлении связи: воздействие - изменение - последствия. Такой анализ позволяет установить максимальную и минимальную величины воздействия, за пределами которых располагаются области возможности устойчивого развития ландшафта или возникновения необратимых изменений. Применительно к оценке влияния нефтегазового комплекса отметим, что устойчивость ландшафтов зависит, в первую очередь, от общих свойств их компонентов и специфических особенностей воздействия этой отрасли, характера и интенсивности эксплуатации объектов. В составе природных наиболее существенными при оценке устойчивости являются взаимовлияющие и взаимозависимые факторы, отражающие особенности геологического строения, неотектонического режима, рельефа, почвенного и растительного покрова, водного баланса, густоты речной сети, климатических условий и др. В свою очередь, устойчивость природных комплексов и их свойства следует рассматривать в двух аспектах с учетом вертикальных и горизонтальных связей. Они обусловлены взаимодействием следующих основных факторов:
1) водопроницаемости горных пород, являющихся наиболее устойчивой частью (основой) всего комплекса. Именно горные породы, располагающие таким важным показателем, как сопротивляемость, а также участвующие в процессах тектонических поднятий и опусканий, определяют тип и интенсивность эрозии, денудации, карста, дефляции и других деструктивных процессов;
2) рельефа, являющегося по своей сути перераспределителем тепла и влаги и определяющего степень дренированности всего ландшафта, направление транзитного потока вещества (рассеивание, сосредоточение, аккумуляция продуктов техногенеза);
3) кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных характеристик, плодородия почв, определяющих способность к разложению биологических компонентов техногенных веществ и самоочищению от них;
4) видового состава и продуктивности растительных сообществ, защищающих поверхность ландшафта от эрозионных и дефляционных процессов, определяющих устойчивость ландшафтов к техногенному воздействию (механическому, химическому и т.д.);
5) интенсивности процессов водообмена, скорости течения, содержания в воде растворенного кислорода, органических и минеральных веществ, способствующих активизации процессов растворимости и разложения загрязняющих веществ;
6) показателя суммарной солнечной радиации, скоростей, повторяемости и направлений ветров, суммы биологически активных температур и т.д.
Указанные выше факторы не только способствуют активизации процессов самоочищения компонентов природной среды, но и определяют динамику ландшафтов, их устойчивость и сопротивляемость к совокупному воздействию антропогенных факторов. Таким образом, они формируют показатели устойчивости компонентов природы и ландшафтов в целом.
Анализируя показатели участия природных факторов в формировании устойчивости компонентов природы, отметим, что геологическое строение является наиболее значимым для оценки потенциальной устойчивости ландшафта. Это определяется составом горных пород, выходящих на поверхность, способностью пропускать концентрации загрязняющих веществ. От этого зависят условия их рассеивания в пространстве или локализации в пределах ограниченных участков. Оно обуславливает также обмен веществ между поверхностными и подземными составляющими стока с суши, и, соответственно, определяют показатели распространения загрязняющих веществ в пространстве.
Как было показано выше, очертания рельефа могут способствовать как накоплению техногенного загрязнения, так и его рассеиванию. В большой степени это относится к региональным и глобальным уровням организации природно-территориальных комплексов и геосистем. Так, линейно вытянутые ландшафты представляют собой открытые системы, из которых легко удаляются нефтепродукты. В свою очередь, замкнутые котловины, формирующие соответствующее разнообразие ландшафтов, способствуют не только накоплению загрязняющих веществ, но и обусловливают формирование вторичных процессов, приводящих к коренной деградации природных комплексов. Таким образом, при оценке показателей устойчивости тех или иных ландшафтов необходимо учитывать такие морфологические показатели, как вертикальная и горизонтальная расчлененность рельефа, интенсивность глубинной эрозии, деформация продольных профилей рек и др.
Оценка возможности изменения состояния природных комплексов в условиях влияния хозяйственной деятельности человека может быть осуществлена на основании использования показателей горизонтального эрозионного расчленения. Показатель горизонтального расчленения (А, км/км2) представляет собой отношение суммарной длины водотоков и суходолов к единице площади:
,
где Sl - суммарная длина всех водотоков и суходолов, км; Р - площадь исследуемого участка, км2.
Интенсивность эрозионного расчленения может быть рассчитана по формуле:
,
где Q - показатель интенсивности эрозионного расчленения, DН - разность абсолютных высот между самой высокой и самой низкой высотными отметками.
Если районы с одинаковыми или близкими климатическими и геологическими особенностями характеризуются различными показателями эрозионного расчленения, то это свидетельствует о сильном влиянии на устойчивость ландшафтов антропогенного фактора.
Следует подчеркнуть, что рельеф является одним из наиболее важных оценочных показателей, так как способствует перераспределению энергии и вещества в системе взаимодействия природных компонентов. Он представляет собой переходное звено в составе взаимообусловленных факторов, интенсивность изменения которого во многом зависит от изменчивости других характеристик природных комплексов. Именно характером рельефа определяется степень дренированности, интенсивности эрозионных процессов и направления поверхностного стока. Для оценки потенциальной устойчивости ландшафта являются значимыми такие характеристики рельефа, как глубина вертикального расчленения и крутизна
где n - коэффициент устойчивости; R - сумма сил, сопротивляющихся перемещению материала; Q - сумма активных сдвигающих сил.
Если n>1 и SR>SQ, то склон и слагающие его горные породы находятся в состоянии устойчивого равновесия, и если n<1, то склон находится в неустойчивом состоянии (Звонкова, 1970).
Устойчивые склоны имеют равновесный профиль, отличаются слабым и количественно равноценным смывом пород и почв в верхней и аккумуляцией в нижней части склона. Равновесные и условно устойчивые склоны по профилю близки к устойчивым, но здесь возможны оползневые и другие деформации, особенно при дополнительных нагрузках. Неустойчивые склоны характеризуются активно действующими оползнями, ростом оврагов и более мелких эрозионных процессов.
Из климатических факторов, влияющих на устойчивость природных компонентов, необходимо в первую очередь учитывать такие показатели, как количество осадков, отношение суммы осадков к испаряемости и сумма активных температур, характеризующие тепло и влагообеспеченность территорий. Кроме этого необходимо учитывать повторяемость ветров, показатели их скоростей и направлений, инверсию температур и циклонические процессы.
Гидрологический режим водных объектов и почво-грунтов определяет влагообеспеченность территорий, состав и свойства природных комплексов, в том числе растительных сообществ, а также условия формирования экзогенных процессов. Таким образом, пространственное и временное распределение увлажненности территории формирует те или иные условия, необходимые для произрастания растительных сообществ и, соответственно, обитания животного мира, способствующих активизации процессов самоочищения природной среды.
Почвенный покров в отличие от геологического строения и рельефа является менее устойчивым природным компонентом. Для определения устойчивости почвы необходимо учитывать отдельные ее характеристики, важнейшей из которых является степень развития и мощность почвенного профиля. В нем существует определенная зависимость: чем мощнее почвенный профиль, лучше инфраструктурные свойства, тем более устойчивы природные комплексы к различным видам воздействия. Для определения устойчивости почв важен и характер рельефа. С увеличением крутизны склона увеличивается интенсивность поверхностного стока, развивается линейная и площадная эрозия, механический смыв почв и их вынос в пониженные элементы рельефа. Таким образом, почвенный покров представляет собой промежуточное звено между геолого-гоморфологическими и климато-гидрологическими факторами, обладающее способностью трансформировать поверхностный сток в подземный.
Растительный покров является одним из восприимчивых к внешним воздействиям компонентов природной среды. Как показывают наблюдения, воздухоохранная, водоохранная, почвозащитная, хозяйственно-экономическая функции растительного покрова существенно дифференцируются в зависимости от показателей деградации растительных сообществ в соответствии с масштабами и спецификой воздействия антропогенных факторов. Устойчивость растительного покрова зависит от следующих параметров: видового состава, его разнообразия, бонитета, состояния древесного и других ярусов, сомкнутости крон древесного яруса, проективного покрытия травянистого покрова и т.д.
Отметим, что основной целью оценки воздействия нефтегазового комплекса на природную среду является определение ее изменчивости в пространстве и времени с учетом дифференцированного воздействия первичных и вторичных факторов. В ходе анализа состояния природных комплексов и их изменчивости во времени необходимо установить факторы (прямые и косвенные), обусловливающие возможные изменения как компонентов природы, так и природных комплексов в целом.
В то же время в зависимости от отсутствия организованной системы мониторинга за загрязненностью и нарушенностью природных комплексов в различных природных зонах и ограниченности исходных материалов показатели самовосстановления природных комплексов нами оценены на основании использования собственных наблюдений, и опубликованных материалов.
Оценивая восстановительный потенциал по природным зонам РБ, следует отметить, что наибольшей продолжительностью времени восстановления отличается равнинно-лесная подзона, характеризующаяся как более низкими значениями среднегодовой температуры воздуха, так и низменным характером рельефа и избыточным увлажнением территории. Механически нарушенные территории, отличающиеся полным уничтожением растительных сообществ, характеризуются возобновлением процессов самовосстановления только через 3-5 лет. Характерно, что этот процесс начинается с освоением нарушенной территории сорной (рудеральной) растительностью. В последующем, в ходе сукцессии происходит постепенное увеличение видового состава. На сильно загрязненных нефтью участках процессы самовосстановления происходят заметно медленнее. При этом продолжительность максимального восстановления здесь может быть в несколько раз выше, чем у участков с механическим нарушением местности.
В пределах Предуральской лесостепной зоны в зависимости от заметной активизации окислительно-восстановительных процессов продолжительность самовосстановления природных комплексов достигает 20-30 лет. В зависимости от увлажнения почв на засоленных местообитаниях произрастают лебеда татарская, марь гибридная, ромашка непахучая, хвощ и др.
Степные территории отличаются наиболее высокой самовосстановимостью ландшафтов (15-20 лет). При этом в условиях степей формируются полынно-дерновенно-злаковые ассоциации, а также разнотравно-типчаково-ковыльные и горные степи. Более высокий восстановительный уровень обусловлен тем, что здесь довольно легко распространяются короткоживущие растения. В начале преобладают однолетники и двулетники, в последующем заселяются многолетние растения, полукустарники и кустарники.
В связи с отсутствием эксплуатации нефтяных месторождений в пределах Горно-Лесной, Зауральской лесостепной и Степной подзон в данной работе особенности самовосстановления ландшафтов в их пределах не рассмотрены. В пределах Северо-восточной лесостепи, маломощные месторождения нефти в настоящее время находятся лишь на стадии первоначального освоения. Материалы продолжительных наблюдений отсутствуют. В соответствии с этим имеется необходимость всестороннего изучения состояния природных комплексов и активного проведения природоохранных мероприятий.
Список литературы
Арманд А.Д. Наука о ландшафте. М., 1975. 288 с.
Гареев А.М. Оптимизация водоохранных мероприятий в бассейне реки (географо-экологический аспект). СПб.: Гидрометеоиздат, 1995. 192 с.
Глазовская М.А. Технобиогеомы - исходные физико-географические объекты ландшафтно-геохимического прогноза // Вестник МГУ. Сер. География. 1972. № 6. С. 21-27.
Звонкова Т.В. Потенциальная естественная устойчивость природной среды и комплексов // Геогpафическое обоснование экологических экспертиз. М.: Изд-во МГУ, 1985. С. 38-44.
Солнцева Н.П. Влияние техногенных потоков на морфологию лесных почв в районах нефтедобычи // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. М.: Наука, 1982. С. 26-29.
Шакиров А. В. Географо-экологические аспекты охраны природной среды в условиях влияния нефтегазового комплекса на территории Республики Башкортстан. Учебное пособие. Уфа: Изд-во БГУ, 1998. 98 с.