Реферат: Определение, функционирование, взаимосвязи, иерархия природных ланшафтов
Реферат: Определение, функционирование, взаимосвязи, иерархия природных ланшафтов
В.Ф.Попов, О.Н.Толстихин
Анализируя
причины каких-то изменений, произошедших в природе, или прогнозируя их, всегда
приходится рассматривать не менее двух взаимосвязанных компонентов, образующих
единую систему взаимодействия: природную основу системы и ее техногенное ядро,
т.е. технологические, технические и инженерные средства, сооружения и
комплексы, эксплуатация которых приводит или может привести к изменениям
ландшафта. Такие образования получили названия природно-технические геосистемы
(ПТГС). Соответственно, под ПТГС понимается: совокупность взаимодействующих
природных и искусственных объектов, образующихся в результате строительства и
эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств,
взаимодействующих с природной средой.
Классическим
примером техногенной, искусственной экосистемы является космический корабль,
взаимосвязь которого с внешней средой близкого космоса лимитируется многими
факторами, обеспечивающими возможность космонавтам жить и работать внутри
замкнутого пространства корабля.
Структура
ПТГС включает подсистему природных объектов: геологические тела, почва,
растительный покров, водные источники, воздух, животные, составляющую природную
основу ПТГС и подсистему искусственных объектов: наземные и подземные
сооружения, плотины, водохранилища, технические средства, например бульдозеры и
т.п.
Очевидно,
что ПТГС являются сложными иерархическими образованиями, содержащими в себе
взаимосвязанные компоненты различного уровня воздействия на природные объекты и
по-разному воспринимающие эти воздействия. Очевидно также, что совокупность
воздействий всех компонентов системы будет определяться ее назначением, ее
функцией. Поясним сказанное примерами.
В
строительной практике постоянно анализируется система, образованная грунтами
основания и зданием, которое на нем возводится. В зависимости от нагрузки на
эти грунты, определяющиеся массой и конструкцией здания, составом и свойствами
грунтов, рассчитывается и проектируется фундамент. В результате строительства
возникает ПТГС здание - грунты основания. Однако в городских условиях
взаимодействие этим не ограничивается, поскольку возводится не одно, а многие
здания, образующие кварталы, расчлененные проспектами и улицами и
взаимосвязанные инженерными коммуникациями. Возникает второй уровень
взаимодействия: квартал - геологические тела основания квартала. И третий уровень:
город - геологические тела основания города. Совокупный уровень воздействия
инженерных сооружений города определяется не только их массой и динамикой
эксплуатации, но также температурным воздействием, измененным режимом питания и
разгрузки подземных вод, наведенными электромагнитными колебаниями. Одним из
результатов такого взаимодействия является понижение поверхности всей
территории города (Таллин, Лондон, Осака, Токио, Мехико), иногда с
изостатическим подъемом поверхности по периферии города (Москва). Коренным
образом меняются под воздействием города мерзлотные условия. Воздействие на
природную среду горно-обогатительного комбината будет определяться
горно-геологическими условиями и масштабом горных разработок (шахты или
разрезы, шахтное хозяйство) - технологией и объемом передела полученного сырья
(обогащение, металлургический передел), энергетическими и транспортными
коммуникациями, водоканализационным хозяйством, включая очистные сооружения,
социально-культурными комплексами, вплоть до каждого здания в отдельности. В
подсистеме природной среды это воздействие может распространяться на отдельные
геологические тела (например рудные), урочища, бассейны рек, охватывая разные
природно-территориальные комплексы, а то и ландшафтные зоны или регионы.
Направленность
воздействия техногенного ядра на природную основу интегрально определяется
назначением ПТГС. Иначе говоря, в сходных по назначению системах и близких по
параметрам природных условиях можно достаточно обосновано ожидать и сходных
воздействий ядра на природную среду. И, соответственно, сопоставимой реакции
природных объектов на это воздействие или совокупность воздействий,
предопределенную назначением техногенного ядра. Сказанное позволяет при
прогнозировании развития ПТГС и разработке проектов природоохранных мероприятий
широко использовать принцип актуализма или подобия, конечно, с учетом природных
особенностей и темпов (динамики) воздействия на природные комплексы. С этих
позиций представляется возможным наметить следующие категории ПТГС, обладающие
рядом аналогичных свойств:
1)
добывающие природные ресурсы;
2)
перерабатывающие добытые ресурсы и выпускающие промежуточную или окончательную
продукцию;
3)
обеспечивающие функционирование двух первых типов ПТГС.
В
свою очередь, в ПТГС, добывающих природные ресурсы, должны быть вычленены
системы, предназначенные для добычи минерально-сырьевых ресурсов, в т.ч.
твердых полезных ископаемых, подземных вод, нефти, и газа. Если следовать
далее, то ПТГС, функционирующие для добычи твердых полезных ископаемых, должны
быть подразделены на подземные и открытые разработки, а далее по видам и
свойствам добываемых руд, углей и т.п. Очевидно, что воздействия на природную
среду горных комбинатов, обеспечивающих добычу калийных солей, каменного угля,
железных или сульфидных руд цветных металлов будут существенно различны. И
столь же различны должны должны быть направления наших усилий при решении
природоохранных вопросов.
Нередко
добывающие и перерабатывающие комплексы объединяются в единые системы высокого
ранга. Например системы Газпрома охватывают комплексы добывающих скважин,
трубопроводов и тепловых электростанций, перерабатывающих значительную часть
добываемого топлива в электрическую энергию, являющуюся конечной продукцией
предприятий.
В
зависимости от характера и режима воздействия техногенного ядра на природную
основу, стадии формирования ПТГС, последние могут быть неравновесными
(динамичными) или квазистационарными.
Обоснование границ ПТГС, направленность и
интенсивность техногенного воздействия
Оценивая
причины и следствия взаимодействия техногенного ядра и природной основы ПТГС,
разрабатывая прогноз преобразования природной среды и содержание
природоохранных проектов и мероприятий, приходится сталкиваться с
необходимостью определения границ ПТГС, направленности и интенсивности
техногенных воздействий на природную их основу. В частности, нередки cлучаи,
когда производственные комплексы, граничащие друг с другом, взаимосвязаны
сырьевыми, энергетическими и даже людскими потоками и образуют функциональное
или пространственное (территориальное) сообщество, отвечающее границам крупных
городов или их агломерациям (мегаполисам). Следовательно, характернейшая черта
ПТГС - открытость границ, а их установление всегда условно и определяется
целями исследования. Поясним это простейшим примером.
Известно,
что по обе стороны автомобильной дороги возникает полоса загрязнения почвы
соединениями свинца и бенз-а-пиреном. Очевидно, что ширина этой полосы будет
контролироваться границей соответствующей геохимической аномалии, которая и
определит контур целесообразных геохимических исследований. Он может быть
передвинут дальше от дороги в случае повышения чувствительности анализа. Или
наоборот, полоса изучения будет сокращена, если исследованию будут подлежать
только загрязнения, содержание которых превышает предельно допустимые
концентрации для почв. И совсем другой будет граница гидрогеологических
исследований, направленных, например, к изучению полосы дренирования местности
водопонижающими придорожними кюветами.
Границы
ПТГ и особенно - определяющиеся загрязнением природных объектов могут быть
весьма различны в различных средах, например в почве, поверхностных водах,
атмосферном воздухе. Известно, что загрязнение воздушного бассейна современного
крупного промышленного города может распространяться до 1000 километров от его
административной границы. В речном потоке факел загрязнения воды
нефтепродуктами может быть "оторван" и отнесен течением от источника
загрязнения на расстояния более 300 километров. На сотни квадратных километров
простираются депрессионные воронки уровня подземных вод по периферии крупнейших
карьеров Курской магнитной аномалии и более 100 км ощущается подпор грунтовых
вод по периферии Каракумского канала. В подобных условиях, в освоенных
промышленностью и сельским хозяйством регионах, правомерно выявление не границ
в контурном их понимании, а граничных зон взаимовлияния смежных ПТГС.
Помимо
границ в плане, при исследовании ПТГС всегда возникает необходимость выявления
глубины распространения зоны воздействия инженерных объектов на природные, в
частности - геологические тела и заключенные в них подземные воды.
Необходимость глубинного изучения ПТГС определяется далеко не только
теоретическим интересом, но, главным образом, практическими реалиями и, в
частности, устойчивостью зданий и сооружений, качеством подземных и
взаимосвязанных с ними поверхностных вод.
В
общем случае, в условиях артезианских гидрогеологических структур эта глубина
может определяться положением в разрезе регионального водоупора, залегающего ниже
самых глубоких подземных выработок или буровых скважин, в условиях развития
кристаллических пород - мощностью зоны открытой трещиноватости. В особо сложных
геоструктурных условиях, в частности при строительстве и эксплуатации зданий и
сооружений, в т.ч. водохранилищ, в зонах активного тектогенеза, прогноз реакции
геологической среды может потребовать достаточно глубоких исследований,
измеряемых многими сотнями, а иногда и тысячами метров.
Оценивая
воздействие техногенного ядра на природную основу ПТГС практически всегда
приходится учитывать многообразные последствия таких воздействий. Да и сами
воздействия бывают неоднозначны. Хотя в принципе направленность воздействия
ядра ПТГС на природную основу можно свести к четырем группам:
изъятие
вещества из системы (добывающие ПТГС),
привнесение
вещества в систему (строительство, водохранилища, золошлакоотвалы, всякого рода
свалки),
рассеивание
вещества (например аэрозолей, гербицидов или минеральных удобрений)
перемещение
(перераспределение) вещества.
Классификация
эта несколько условна и требует кратких пояснений.
В
частности - рассеивание вещества в системе можно рассматривать как частный
случай привнесения вещества. Разница состоит в том, что в последнем случае
привносится масса вещества, сопоставимая с массой системы, тогда как
рассеивается масса вещества бесконечно малая в сравнении с массой системы, но
обладающая высокой химической активностью и воздействующая на природные объекты
системы не массой, а именно химически. Перемещение массы вещества реализуется в
некоторых добывающих системах, в которых масса полезного компонента бесконечно
мала в сопоставлении с массой перемещенного вещества. Это можно показать на
примере добычи алмазов или золота, когда масса полезного продукта измеряется
каратами или килограммами, а переработанной породы - тысячами и миллионами
тонн. Частным случаем перемещены массы вещества можно рассматривать течение
грунтов под влиянием нагрузки, оползневые, селевые и иные процессы,
спровоцированные техногенным воздействием.
Изменения
свойств природной среды многообразны и проявляются в нарушении геохимического
баланса веществ, снижении прозрачности атмосферы, возникновении наведенных
радиомагнитных и электрических полей, изменении величены альбедо подстилающей
поверхности. В частности, загрязнение поверхности снежного покрова в
угледобывающих районах и по периферии промышленных комплексов приводит в
северных мерзлотных условиях к раннему снеготаянию, деградации
высокотемпературной "вялой" мерзлоты, интенсификации термокарстовых
процессов.
Наряду
с направленностью, характером воздействий на природную основу, реакция
последней во многом определяется интенсивностью воздействий, темпами развития
техногенеза, вкладываемыми в технические средства мощностями, количеством
загрязняющих веществ, сбрасываемых за единицу времени. Темпы воздействия
техногенеза на природную среду пожалуй наиболее сложная для изучения категория
в силу нередко высокой их динамичности и изменчивости.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.sitc.ru/
|