Техногенные воздействия на геосистемы и их устойчивость

#ПТК Красноярска (Вост. Саяны и Канско-Ачинская лесостепь) – геологическая подложка останется, всё остальное встроенное человеком (не стабильно).

Ландшафт/геосистема/ПТК – остается природной системой, антропогенные объекты физически входят в него и становятся его элементами, важно то что все эти элементы «работают» вместе с природными и именно их взаимодействие нужно изучать, чтобы уменьшить негативные последствия изменения природного ландшафта.

ПТК:

1. Объекты и условия природы

(взаимосвязи)

2. Антропогенные сооружения и деятельность

Таким образом, воздействие человека на ландшафт, как природный процесс, в котором человек выступает как внешний фактор.

Антропогенные сооружения и здания не вытекают из структуры ландшафта – поэтому являются ЧУЖЕРОДНЫМИ элементами. Поэтому ландшафт стремится их отторгнуть/модифицировать/переварить.

В связи с этим антропогенные элементы, внедряемые в ландшафт, не устойчивы и не способны самостоятельно существовать без поддержки человека.

Вследствие этого необходима постоянная затрата труда/ресурсов человека, на поддержания ПТК. Необходимость ремонта, ухода, реконструкции и т.д.

Для повышения устойчивости внедряемых чужеродных элементов, человек должен максимально приблизить их к природе (см. ПРИНЦИП ПРИРОДНЫХ АНАЛОГИЙ).

Для оценки характера и глубины техногенного воздействия или допустимой антропогенной нагрузки на геосистему, необходимо в каждом случае определять устойчивость геосистемы к техногенным нагрузкам. Вызывает необходимость в спец. исследованиях, реагирования геосистем на конкретные воздействия, которые положены в основу проектов по природопользованию и природообустройству.

Важность долговременных и количественных прогнозов поведения геосистем, при разных вариантах техногенных воздействий.

Устойчивость ПТК вступает в противоречия с устойчивостью самой природной системы(#Красноярская ГЭС – эрозия берегов (вымывание)):

А. Если природная система старается возвратиться в «первобытное» состояние

Б. То человек заинтересован в устойчивости социо-природных систем

Таким образом, устойчивость преднамеренно модифицированной геосистемы/ПТК определяют, как способность выполнять заданную социально-экономическую функцию.

ПТК, как правило, менее устойчивы чем природное системы (гомеостаза нет (саморегуляции)) – нарушен естественный механизм саморегуляции/гомеостаза. ПТК менее устойчивы, могут существовать только при постоянном воздействии человека.

С позиции изменения ландшафта выделяют первичные и вторичные компоненты ландшафта:

1. Первичные – геологический фундамент и климат (сложнее всего изменить)

2. Вторичные – почвы и растительный покров (легче менять, но быстро восстанавливаются)

Общие критерии устойчивости геосистем

1. Высокоорганизованность, интенсивное функционирование и сбалансированность функций, включая биопродуктивность и возобновимость растений – зависят от тепла и влаги, находят своё выражение в плодородии почв.

А. Тундровые ландшафты – имеют слаборазвитые почвы, очень не устойчивы к техногенным нагрузкам, ранимы, медленно восстанавливаются. Дефицит тепла определяет низкую активность биохимических процессов, медленная самоочищаемость от промышленных выбросов.

Б. Таёжные ландшафты – более устойчивы из-за лучшей обеспеченности теплом и мощного растительного покрова. Формируются не очень плодородные подзолистые почвы и биохимический круговорот веществ еще медленный. Устойчивость этих геосистем снижается из-за заболоченности, а так же при сведении лесного покрова.

В. Ландшафты степной зоны – наиболее оптимальное соотношение тепла и влаги (для России). Под пологом мощной степной травянистой растительности – черноземы. Высокая биохимическая активность ландшафтов способствует интенсивному самоочищению, но широкомасштабная распашка чернозёмов и усиление водной и ветровой эрозии снизило их устойчивость.

Г. Пустынные ландшафты – интенсивная солнечная радиация ускоряет биохимические процессы, в частности разложение органики. А недостаток влаги уменьшает вынос продуктов разложения, в том числе загрязняющих веществ. Растительность бедная, биологическая продуктивность не высокая. Почвы маломощные, скудные, сильно ранимые. Малоустойчивые. Повышает устойчивость – орошение, но без соблюдения правильных мер орошения, приводит к вторичному засолению.

2. От внутренней неоднородности свойств компонента (#разнообразный состав луговых трав делает его более устойчивым при разных погодных условиях, чем с одной/двумя травами).

3. Устойчивость геосистемы растёт с повышение её ранга (местности, урочища, фации). В этом смысле наименее устойчива – фация, более крупные геосистемы подвержены изменениям в меньшей степени.

Ландшафты, по степени их изменения (А. Г. Исаченко):

1. Условно изменённые – которые не подверглись непосредственному хозяйственному использованию/воздействия, лишь косвенно (высокогорье, южный/северный полюс).

2. Слабо изменённые – воздействие человека затронуло вторичные компоненты ландшафта (растительный покров, животные). Изменения обратимы и природные связи не нарушены (тундра, тайга, пустынные и экваториальные ландшафты).

3. Средне изменённые – необратимая трансформация (растительный и почвенный покров), это сведение лесов, распашка, изменение водного/теплового баланса, биогеохимического круговорота веществ.

4. Сильно изменённые – подверглись интенсивному воздействию, затронувшему все компоненты (растительность, почвы, воды, геологическая подложка), что привело к необратимому и неблагоприятному изменению (южно-таежные, лесостепные, степные и сухостепные ландшафты). Эрозия, засоление, подтопление, обезлесивание, загрязнение атмосферы вод и почв.

5. Культурные ландшафты – структура рационально изменена и оптимизирована с учетом вышеизложенных принципов, в интересах человека и природы. За ними будущее – ЭКОПОСЕЛЕНИЯ.

Ландшафт как геохимическая система

Система – взаимодействие и взаимосвязь компонентов.

Связи бывают:

1. Прямые (А => Б).

Влияние солнечной энергии на Землю (обратным влиянием пренебрегают);

влияние почвенных процессов на формирование коры выветривания (кора выветривания – континентальная геологическая формация, образовавшаяся на земной поверхности в результате изменения горных пород под воздействием жидких и газообразных атмосферных и биогенных (микроорганизмы) агентов);

грунтовых вод на питание рек; разработка полезных ископаемых.

Прямая связь характерна для ландшафтов и имеет ведущее значение

2. Обратные (А ó Б)

Почва – растительность; Растения – животные; Промышленность – с/х;

· «+» когда результат процесса усиливает его, а система развивается и всё дальше уходит от исходного состояния;

# В природе это засоление почв, при котором каждая порция соли, поступившая из грунтовых вод, приводит к изреживанию растительного покрова и благоприятствует испарению.

Зарастание озер => болота.

· «–» результаты процесса ослабляют его действие, способствуют стабилизации системы, её восстановлению в исходное состояние;

# Увеличение растительной массы в ландшафте;

Растительной массы больше становится=> растительных остатков, разложенных больше, гумусовых кислот больше => кислоты выщелачивают из почвы питательные вещества, условия жизни растений становятся хуже и растений становится меньше;

Обобщенный принцип Ле-Шателье:

Всякая система, находящаяся в равновесии, стремится измениться таким образом, чтобы свести к минимуму эффект внешнего воздействия.

# Воздействие кислотных дождей сдерживается буферными системами находящимися в почве, влияние выбросов токсичных веществ сдерживается растениями;

Единицы членения ландшафта:

1. Фация, элементарный ландшафт/биогеоценоз;

Полынов Б.Б. – Элементарный ландшафт

Берг Л.С. – Фация

В. Н

Сукачев В.Н – Биогеоценоз

Полынов в качестве главного критерия выделения элементарного ландшафта предложил однородность почвы.

Сукачев в качестве главного критерия выделял – однородность растительного покрова (ельники, смешанный лес, светлохвойный и т.д.).

Их подход близок, т.к. какая почва такая и растительность.

Чем сложнее элементарный ландшафт, тем интенсивнее в нем протекает эмиграция химических элементов, больше видовое разнообразие, больше информации.

Ярусность и мозаичность ландшафта (см.экологию).

2. Урочища, местности, геохимический ландшафт (собственно ландшафт)/ПТК.

Геохимический ландшафт – ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов связанных между собой миграцией элементов. Единый поток вещества и энергии. Каждый геохимический ландшафт характеризуется определенным типом стока и его составом.

# Бассейн реки, бассейн озера

По условиям миграции химических элементов Б.Б. Полынов предложил выделять 3 элементарных ландшафта:

Элювиальный, супераквальный, субаквальный

· Элювиальный – приурочен к плоским водоразделам, с глубоким залеганием грунтовых вод, не оказывающий заметного влияния на биологический круговорот веществ; характерны прямые нисходящие связи;

· Супераквальные/надводные ландшафты – близкое залегание грунтовых вод, оказывают влияние на ландшафт, т.к. поставляют различные вещества вымытые из коры выветривания из коры выветривания и почв водораздела; накопление

# солончаки с аккумуляцией сульфатов, соды, хлоридов и т.д.

· Субаквальные/подводные – принос элементов с твердым и жидким боковым стоком. Особые жизненные формы растений и животных, места накоплений наиболее подвижных элементов ландшафта

Распределение химических веществ в земной коре и закон Кларка-Вернадского

В природе существует 89 хим. элементов. 114-120 в таблице.

Содержание хим.элементов в разных ландшафтах одних и тех же не одинаково, что обусловлено их миграцией.

Миграция – перенос элементов в результате геохимических и биологических процессов, протекающих в земной коре и на её поверхности.

А.Е.Ферсман

Закономерности распространения химических элементов весьма сложны, их до

долгое время изучал американский ученый Ф. Кларк.

1923 г. Ферсман предложил понятие «Кларк элемента» – среднее содержание в земной коре химического элемента в %.

Кларки для Земной коры

Номер	Элемент	Кларк, %
	О, кислород	49,5
	Si, кремний	25,8
	Al, алюминий	7,5
	Fe, железо	4,7
	Ca, кальций	3,4
	Na, натрий	2,6
	K, калий	2,4
	Mg, магний	2,0
	H, водород	0,9
	Ti, титан	0,4
	Cl, хлор	0,2
	F, железо	0,1
	C, углерод	0,1

Первые 3 химических элемента, почти 85% массы всей Земли.

Кларки многие не превышают 0,01-0,0001% - редкие элементы: уран, Mbмолибден, сурьма; рассеянные элементы;

Употребляется термин – микроэлементы, содержащиеся в системе менее 0,01%

Закон Кларка-Вернадского – все элементы есть везде, речь может идти лишь о недостаточной чувствительности анализа, не позволяющего их определить.

Возник вопрос, когда был выяснен состав земной коры, почему кислорода меньше, чем железа. Причиной оказалось – в Земной коре преобладают легкие атомы, Iи IIпериоды, ядра которых содержат небольшое число протонов и электронов, после Feнет ни одного элемента с большим кларком, особенно велики кларки элементов атомная масса которых делится на 4 (кислород, магний, кремний, кальций).

Т.е. распространенность химических элементов – связана с космосом, унаследовано от космической стадии (выше 5 млрд.лет назад).

Дата добавления: 2014-01-15