Космическое землеведение

Трудно переоценить значение интегральных показателей экологических систем, усредненных в больших пространственно-временных масштабах. Дистанционные методы космического спектрального анализа позволяют проводить интегральную оценку экологического состояния природных ресурсов в масштабе всей планеты (Израэль, 1984). Еще в 70-е годы советскими спутниками принимались изображения, позволяющие с высокой степенью точности оценивать пастбищные ресурсы Средней Азии. Зависимость между биомассой и коэффициентом спектральной яркости наиболее выражена в диапазоне 0,59–0,68 мкм. В области 0,28–14 мкм можно определять физиологические состояния растительности: болезни, стадии вегетации. Гумусность почвы достаточно хорошо коррелирует со спектральной яркостью в видимом диапазоне, что позволяет проводить в большом масштабе картирование почв в зависимости от их типа, засоленности, влажности, степени эрозийности. В диапазоне длин волн 0,7–1,1 мкм можно наблюдать за состоянием водохранилищ и природных водных объектов по положению береговых границ и уровню воды. В области 0,52–0,57 и 0,41–0,48 мкм можно оценивать развитие эвтрофикации, загрязнение водной поверхности нефтью, взвешенными частицами и поверхностно-активными промышленными отходами. Хорошо прослеживаются и антропогенные шлейфы аэрозолей, распространяющиеся на сотни и тысячи километров.

Следовательно, вся совокупность антропогенных изменений на планете приводит к изменению альбедо, т.е. интегральной спектральной яркости, что позволяет в самом общем виде оценивать уровень антропогенной нарушенности Земли.

Основываясь на анализе литературных данных и своих собственных исследованиях по биоиндикации антропогенных воздействий, можно выявить следующую закономерность в развитии адаптивных реакций биосистем. Если уровень воздействующего фактора не превышает адаптационных возможностей организма, популяции и экосистемы, то реакция биосистемы, как правило, носит специфический характер.

Следовательно, возможно выделить биотест — указатель, который наиболее однозначно и специфично реагирует на интересующий нас антропогенный фактор. Используя выделенный нормированный биотест или группу биотестов, можно оценивать уровень конкретного вида загрязнений. В том случае, когда уровень воздействующего фактора превышает адаптивные возможности биосистем, развивается неспецифическая реакция деградации биосистем. Этапы разрушения биосистем также зависят от уровня антропогенных влияний и могут быть использованы в качестве индикаторов запредельной нагрузки на биосистему.

Научно обоснованное применение комплексной методики биотестирования позволяет прогнозировать развитие экологической ситуации в региональном и глобальном масштабах.

Несомненно, что биотестирование антропогенных воздействий является только первым шагом при создании экологической системы оценки и прогноза состояния природной среды. Уже сейчас выживаемость крупных млекопитающих, птиц, земноводных, пресмыкающихся, ценных в промысловом отношении рыб и других животных определяется степенью влияния на них антропогенных факторов. Последующее углубление экологического кризиса как в глобальном, так и региональном масштабе с неизбежностью будет воздействовать на все большие компоненты биосферы. Отсутствие достаточного количества данных и ясного концептуального представления об экологической роли техногенных изменений естественной среды приведет к непредсказуемым катастрофическим изменениям для всего живого на Земле. С целью оценки возможных последствий необходимо переходить к созданию дифференцированной шкалы биоиндикации в зависимости от уровня организации биосистем. С другой стороны, необходимо на качественном и количественном уровне проводить интегральную оценку загрязнения различного типа биоценозов, что позволит ранжировать их по степени устойчивости ко всему комплексу антропогенных влияний. На основании выявленных ограничений возможно остановить лавинообразный процесс деградации экосистем.

Современный этап оценки экологического состояния природной среды характеризуется все более выраженной тенденцией к созданию комплексных систем экологического мониторинга и разработке концепций биопрогнозирования.

Комплексная система физико-химических датчиков контроля состояния окружающей среды и необходимый набор биоиндикационных тестов, функционирующих в реальном масштабе времени, позволяют создать основу для последующего экологического прогнозирования. Экологический прогноз может иметь качественную и количественную формы.

В основе количественного прогноза лежат различные математические методы оценки поступающих данных с последующей качественной интерпретацией. В то же время вся совокупность данных экологического мониторинга может быть достаточно широко использована при оптимизации хозяйственной деятельности человека, обосновании стоимости природных ресурсов и оценке реальной способности природной среды к восстановлению.

Представляется целесообразным расширение и углубление научных исследований по биоиндикации экологического состояния природных биоценозов как в региональном, так и глобальном масштабе.

Подводя итоги далеко не полного использования биоиндикационных методов при оценке антропогенного загрязнения природной среды, необходимо отметить, что техногенные изменения проявляются на всех уровнях организации живого, от молекулярного до биосферного. Глобальность наблюдаемых изменений внушает большую тревогу относительно благополучного существования прежде всего человеческой популяции.

Прослеживается явная социальная недооценка ценности биоиндикационных методов, чрезвычайно ограниченное вложение средств, отсутствие комплексных академических институтов, занимающихся разработкой этих проблем. Это, в свою очередь, приводит к углублению экологического кризиса и созданию все более сложной ситуации в региональном и глобальном масштабе.

БИОПРОГНОЗИРОВАНИЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКИХ

КАТАСТРОФ

Под экологическими катастрофами подразумевают относительно быстрые, разрушительные изменения среды обитания, приводящие к гибели живых организмов, деградации экосистем и изменению ландшафтной структуры. Различают природные экологические катастрофы: засухи, наводнения, пожары, оползни, ураганы, землетрясения, вулканическую деятельность и антропогенные: пожары, кислотные дожди, химические загрязнения, разливы нефти, аварии на атомных станциях и т.д.

Как природные, так и антропогенные катаклизмы, в свою очередь, могут быть дифференцированы на биологически прогнозируемые, т.е. имеющие в принципе подготовительную низкоэнергетическую стадию, которая воспринимается биосистемами в качестве сигнальной информации, и не имеющие подготовительной стадии. Иллюстрацией последнего типа катастроф могут являться пожары, нефтяные аварии, сбросы токсических отходов, чрезвычайные ситуации на атомных станциях.

Нас будут интересовать экологические катастрофы первого типа. Рассмотрим вероятностный ход развития событий в случае свершившегося природного катаклизма: большая часть растений и животных погибнет, другая часть будет травмирована, а третья — уцелеет, спасаясь бегством.

Какую же тактику должны выбрать биосистемы при получении ими сигналов о приближении катастрофических изменений. Естественно, что аналогичную той, которая произошла бы в случае реализации явления, только в более мягкой форме: те кто спали — проснулись, те кто находились в убежищах, угрожающих их жизни: норы, пещеры, дупла, покинули бы их, те которые могли бы покинуть данный район, постарались бы это сделать. Растения постарались бы отцвести, животные либо вывести свое потомство, либо отказаться от размножения в данном регионе и т.д.

В результате предпринятых совместных усилий: а) увеличилась бы дисперсия показателей экосистемы; б) изменился бы колебательный характер биоритмических процессов (суточный, сезонный), нарушающийся импульсными, прерывистыми изменениями, которые усиливались бы по мере приближения к критическим событиям; в) значительно возросла бы доля аномального типа поведения животных, ускорились бы компоненты миграционного поведения; г) развился и начал бы широко распространяться среди животных стресс или общий адаптационный синдром (Карташев, 1996).

Таковы основные, на наш взгляд, реакции биосистем, которые могут являться биоиндикаторами природных катаклизмов. В связи с тем что максимальное количество исследований посвящено биопредвестникам землетрясений, рассмотрим накопленные данные и современные представления по этой проблеме.