11.1 Изменение влагооборота и структуры водного баланса
При создании природно-техногенных комплексов, человек не создает новых компонентов природного ландшафта, он лишь вносит в него новые элементы: посевы и искусственные насаждения – элементы растительного покрова; каналы и водохранилища – элементы гидрографической сети; карьеры и терриконы – элементы рельефа и т. д. Среди этих элементов следует различить объекты искусственные, не существующие в девственной природе (инженерные сооружения – здания, дороги и др.). Существуют новые элементы как бы смешанного типа, например водохранилища, созданные из природных компонентов, но при помощи искусственных инженерных сооружений. При этом следует помнить, что как бы сильно ни был изменен ландшафт человеком, он остается частью природы и полностью подчиняется ее законам.
Всякий ландшафт, измененный человеком, как правило, менее устойчив, чем первичный ландшафт, ибо естественный механизм саморегуляции в нем нарушен. Таким образом, человек воздействует на внутренние связи путем перестройки тех или иных компонентов и изменяется естественный ход внутриландшафтных процессов.
Так, например, влагооборот в природных комплексах с древнейших времен служит объектом человеческого воздействия. Практически непосредственному преобразованию доступно одно из звеньев влагооборота – сток. Существует два принципиально различных направления в преобразовании стока и влагооборота: 1) прямое гидротехническое воздействие на водные объекты, включая регулирование водного режима рек, перераспределение стока, а также забор воды на производственные и другие нужды; 2) преобразование водного баланса на водосборах, т.е. воздействие на процессы формирования стока (и тем самым на источники водного питания рек) преимущественно путем изменения растительного покрова, почвы, отчасти также рельефа.
При современном уровне гидротехнического строительства серьезные изменения вызываются искусственными водохранилищами. Их объем в мире близок к 5 тыс. км3, т. е. способны вместить примерно 13% годового стока рек. Положительный эффект общеизвестен – это получение электроэнергии, увеличение меженного расхода рек, улучшение условий судоходства и водоснабжения, облегчение использования воды для орошения и переброски в другие районы.
Однако перечисленные выгоды сопряжены с многими неблагоприятными физико-географическими последствиями которые снижают, а иногда и сводят на нет весь экономический эффект. Это потеря затопленных земель, ценных селькохозяйственных угодий, перенесение населенных пунктов, создание дамб и т. д. Искусственное регулирование уровня приводит к тому, что в меженный период может обнажится до 50% площади дна. Кроме этого происходит переформирование берегов (размыв, оползни, обвалы, провалы), заболачивание пониженных участков; изменение местного климата (выравнивание температурного режима, увеличение влажности воздуха, изменение скорости и направления ветра и др.)
Сокращение расходов крупнейших рек, текущих с юга на север и несущих большое количество тепла, таких как Обь, может вызвать ухудшение термических условий в низовьях и изменения ледового режима в приустьевых районах морей.
В водохранилищах отлагается часть речных наносов, в результате чего сокращается твердый сток, рост дельт и вынос твердого материала в море.
В мире искусственно орошается более 2,2 млн. км2 (1,5% площади суши) половина воды теряется на инфильтрацию в каналах и на непродуктивное испарение. При этом расходуется большое количество тепла и сильно уменьшается его турбулентная отдача в атмосферу. В целом любые меры по интенсификации земледелия и повышению урожайности (особенно в степи), а следовательно, и транспирации ведут к перестройке водного баланса в сторону сокращения поверхностного стока. Но при этом можно получить вторичное засоление, заболачивание, разрушение структуры почв, эрозию и т. д.
Осушение болот приводит к иссушению и осадке торфяной толщи, иногда к ее развеванию и полному разрушению, вызывает пожары торфяников. При создании на их месте с/х угодий может сказаться, что здесь необходимо нужно будет применять искусственное орошение.
В городах водный баланс изменяется в сторону поверхности стока, а откачка подземных вод приводит к снижению грунтового питания рек (река Москва в пределах г. Москвы).
11.2 Миграции вещества в твердых и жидких фазах
Техногенное перераспределение твердых масс литосферы наиболее интенсивно протекает на территориях горных разработок, а так же городов и крупных инженерных сооружений. Общее количество вещества, извлекаемого из литосферы в мире исчисляется величиной порядка 100 млрд.т. в год. В настоящее время около 70% месторождений полезных ископаемых разрабатывается открытым способом.
Прямой и наиболее зримый эффект этой деятельности появление специфического «техногенного» рельефа – на уровне мезоформ: терриконы (высота до 300 м, площадь – десятки га.), отвалы пустой породы (высота 100-150 м, протяженность 1,5-2,0 км), карьеры (глубина 500-800 м, площадь до нескольких км2).
Хотя эти образования имеют каждое в отдельности локальный характер (по рангу они сопоставимы с урочищами), их комплексы во многих горнопромышленных районах (Донбасс, Кузбасс), располагаясь на площадях в сотни и тысячи км2, приобретают региональное значение – на уровне отдельных ландшафтов.
Создание техногенных форм рельефа стимулирует дальнейшие изменения в геосостемах, прежде всего процесс гравигенного характера. Пустоты, образующиеся при подземных выработках, часто вызывают опускания земной поверхности, в результате чего формируются мульды проседания и провалы глубиной до десятка метров. К таким же последствиям может привести подземная газификация углей, строительство подземных водохранилищ, а также метрополитенов и др. Терриконы и карьеры дают начало вторичным гравигенным процессам – обвалам, осыпям, оползням. Отвалы и терриконы подвергаются смыву, размыву, развеванию – вовлекаются в «дальнюю» миграцию.
Аналогичные явления наблюдаются на территории больших городов. Под тяжестью зданий грунты уплотняются и оседают, на склонах стимулируется образование оползней, обвалов. В Мехико оседание поверхности достигло 9 м, в Токио 7м (20 см/в год), в Москве – 35см.
Техногенное перемещение твердых масс стимулирует образование токсичных грунтов не пригодных для рекультивации, истощает подземные воды, служит важнейшим источником техногенной миграции химических элементов. Но все эти перемещения уступают на порядок значению механической обработки почвы, ее рыхления, переворачивания, перемещения. Этим путем «перерабатывается» ежегодно не менее 3∙1012 т твердого вещества. При этом сводится естественный растительный покров, из 15 млн. км2 пашни не менее 6-7 млн. км2 подвержено эрозии. Ежегодно эрозия и дефляция уносит из ландшафтов суши миллиарды тонн почвенных частиц. Важнейшей особенностью вторичного гравигенного переноса твердого материала является его необратимость.
Большинство техногенных выбросов проходит через водный цикл миграции. Этот цикл охватывает многие звенья: атмосферные осадки, канализационные стоки, внутрипочвенный, грунтовый, плоскостной и русловый сток, циркуляцию внутренних водоемов и Мирового океана.
Наиболее простой путь выбросов, попадающих непосредственно в реки и водоемы через канализацию. Это преимущественно промышленные и бытовые стоки, их мировой объем составляет около 500 км3/год. К факторам прямого загрязнения рек и водоемов следует отнести водный транспорт и молевой сплав.
Другими источниками загрязнения служат сельскохозяйственные земли со своими удобрениями и ядохимикатами, животноводческие фермы и пастбища, рекреационные угодья, отвалы и терриконы, свалки промышленных и бытовых отходов (прежде всего млн.тонн пластмассового мусора). Эти загрязнения вовлекаются в водную миграцию плоскостным смывом и инфильтрацией в почвогрунты.
Страдает от загрязнения водная флора и фауна. Сильно ухудшаются условия жизни рыб и беспозвоночных. Вся система окислительно-восстановительных процессов нарушается, расширяется зона с анаэробным обменом, в результате восстановительных процессов выделяется сероводород, аммиак, метан. Появляются мертвые водоемы. За прошедшие 20-30 лет широко распространилось явление антропогенной евтрофикации водоемов, обусловленное увеличением в воде азота и особенно фосфора. Повышение концентрации фосфора, азота и углерода вызывает бурное развития сине-зеленых водорослей и цветения водоемов.
Конечное звено водной миграции различных техногенных выбросов – Мировой океан. Загрязнение океана – большая проблема, которая должна служить предметом специальных исследований. Здесь подчеркнем лишь два обстоятельства. Процесс загрязнения океана в значительной мере необратим. Масштабы этого процесса могут иметь большое географическое значение в силу континуальности океанической среды, огромной площади Мирового океана и его выдающейся роли в формировании структуры всей эпигеосферы (в частности, ее теплового баланса, влагооборота и газообмена).
11.3Изменение радиационного и теплового балансов
Техногенные факторы изменения теплового баланса и температурного режима можно разделить на 4 группы.
1. Преобразование подстилающей (субаэральной) поверхности, путем изменения растительного покрова и увлажнения (вырубка лесов, создания оазисов, осушение болот и др.), создания водохранилищ, искусственных покрытий в городах, запыление поверхности снега и льда, образование нефтяной пленки в океанах. Все эти факторы воздействуют на радиационный и тепловой баланс через изменения отражательной способности и интенсивности испарения. Озеленение поверхности приводит к уменьшению альбедо, что приводит к увеличению радиационного баланса. К такому же эффекту приводит создание водохранилищ. Осушительные мелиорации ведут к увеличению потока тепла от земной поверхности в атмосферу. В городах характерно резкое сокращение испарения и аккумуляция солнечного тепла камнем, бетоном, кирпичом и асфальтом.
2. Техногенное тепло, поступающее в атмосферу в результате производства энергии. Вся вырабатываемая энергия, в конечном счете, превращается в тепло, при этом 2/3 энергии рассеивается в атмосфере в виде тепла, часть тепла выбрасывается с нагретой водой, используемой для охлаждения (ТЭЦ и АЭС). В среднем за год в атмосфере поступает примерно 5*1016 ккал., или около 0,01 ккал/см2,что составляет около 0,006% от величины солнечной радиации. В крупных городах и развитых странах этот процесс измеряется десятками и сотнями ккал/см2 в год.
3. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, что приводит к парниковому эффекту. Это тоже приводит к повышению температуры приземного пространства.
4. Увеличение содержания аэрозоля в атмосфере. Запыленность воздуха способствует образованию облаков и повышает величину отраженной радиации солнцем, но, с другой стороны, усиливает поглощение длинноволнового излучения, повышает парниковый эффект.
Благодаря циркуляции атмосферы локальные контрасты в тепловом балансе сглаживается, но тем самым аккумулируется действия отдельных техногенных очагов и создается глобальный эффект. Именно в силу этого большие города страдают от сильного перегрева на десятки градусов. Есть данные, что к середине XX века средняя температура воздуха увеличивается на один градус, а к концу века – более чем на три градуса. Этого будет достаточно, что бы полностью растопить сначала морские льды, а затем и материковые ледниковые покровы.
5. Процессы техногенного воздействия на почву заключается в основном в её механической обработке. Механическая обработка почвы включает в себя рыхление, переворачивание и перемещение. Первичный прямой эффект указанного воздействия – изменения физических свойств почвы и¸ как следствие, повышение биологической продуктивности с/х культур. Однако географическое значение механической обработки почвы приводит к нарушению гравитационного равновесия и развитию вторичных («побочных») гравигенных процессов – смыва почвы, линейной эрозии, дефляции.
11.4 Процессы почвообразования и продуктивности растительного покрова
Преобразование растительного покрова как главной части биоценоза и продуцента первичной биомассы ведет к серьезным нарушениям «геохимических функций» геосистем. Растительность (вместе с бактериями) – мощный геохимический фактор. Биологический метаболизм играет важнейшую роль в круговороте таких элементов, как углерод, кислород, азот, фосфор и др. Поэтому с уничтожением и перестройкой растительного покрова неизбежно нарушается общий геохимический круговорот многих особенно подвижных элементов.
По географическому значению на первое место следует поставить вырубку лесов, площадь которых сократилась на 30 млн.км2. Лесные площади заменены пашнями, лугами, застройками, кустарниками, пустошами, незакрепленными песками. Лес – важнейший стабилизирующий фактор в геосистеме, поддерживающий неустойчивое равновесие между её компонентами, которое создается в условиях расчлененного рельефа, слабых грунтов, многолетней мерзлоты, экстремального климата.
Нарушение травяного и кустарникового покрова в тундре, степях, пустынях (нерациональный выпас скота) – сопровождается разрушением почвы, потерей почвенной влаги, развеванием легких почв.
Замена естественных биологических сообществ культурными приводит к количественному уменьшению общей биологической продуктивности. Некоторые «культурные» угодья продуцируют меньше белков, чем естественные биоценозы на их месте. В культурных ценозах ежегодно вместе с урожаем из почвы отчуждаются сотни миллионов тонн зольных элементов и азота.
Убыль этих элементов восполняется внесением удобрений, а это увеличение нитратов и нитритов в продукции, которые пагубно влияют на организмы. Растущее применение пестицидов, которые убивают и полезные растения и с продукцией попадая в организм накапливаются в тканях организма. Естественные биоценозы – уникальные элементы геосистем (при сохранении их генофонда).
Евстратов Н.П. Ландшафтоведение — Учебное пособие 2014-01-03