Введение к работе
Актуальность темы. Последние десятилетия пропий под знаком возникшего во всем миро, в том числе в CUT, экологического императива. Это означает, что впервые социализированное человечество и природная среда вошли в. новые взаимоотношения-и возник лозунг "За экологичеокую безопасность", пришедший на .смену лозунгу "Охрана природы".
Это весьма многозначительный факт. Он отражает необходимость дальнейшего развития хозяйственной и иных форм деятельности с обязательным всесторонним учетом вкладывающейся экологической обстановки.
Все сказанное выше в полной мере, а мэкет бить, даже и в особой степени, относится к региону Туркменистана, Это связано о тем. что регион представляет собой быстро развивающуюся про-мишленно-аграрную зону, характеризующуюся одновременно значительной интенсивностью демографических процессов.
С другой стороны, для природных условий Туркменистана свойственны аридные, пустынные ландшафты с критическим характером существующих здесь экосистем.
Вместе с тем следует отметить, что слежение за состоянием и развитием экосистем на аридных территориях в долиной мере не осуществляется, а поэтоглу их хозяйственное освоение не регламентируются.
Б этой связи изучение процессов, развивающихся в пустынях, подвергнутых антропогенному воздействию, следует подразделить на ряд приоритетных направлений. Из множества фактов изменения абиотических компонент ландшафта пустынь мы полагали основным изменение существующих здесь климатических условий. Именно ОНИ оказывают наибольшее влияние на биотические компоненты экосистем пустынь. Причиной изменения климата региона в последние десятилетия связывались нами как с возрастающим уровнем загрязнения атмосферы промышленными выбросами, так и с изменением систем формирующихся искусственных водотоков. Очевидно, что не исключается и обратная связь: уменьшение биологической продуктивности хозяйственно-освоенных пустынь приводит к дополнительным пылевым загрязнениям воздуха и к засоленности поверхности.
Несмотря на всо принимаемые в законодательном порядке меры повышения экологичеокой безопасности ведения хозяйства, возрастание уровня загрязнения атмосферы, наряду с локально наблюдаемым значительным услокнонием химического состава выбрасываемых веществ приводит все еще к существенному изменению метеорологических условий у поверхности пустыни. Это особенно относится к местам концентрированных эмиссий загрязнений (промышленные города Чарджоу. Ашхабад, Красдоводок и т.д.).
Банной в научном и практическом смысле является количественная опенка наблюдаемых при этом эффектов, проявляющихся в изменении приземной температуры воздуха, вертикальных градиентов температуры и суммы осадков, а также в изменении величины радиационного баланса и его составляющих в приземном слое воздуха.
Сложившаяся к настоящему времени экологическая ситуация в зоие пустынь требует не только своевременного выявления и изучения этих процессов различнк.ди методами, включая регулярный мониторинг климата, наблюдения с помощью ИСЗ, ко и разработки 2
географически-экологических прогнозов для аридных регионов Туркменистана.
Обозначенный круг вопросов» нуждающихся как в теоретическом обобщении, так и в практическом решении применительно к пустынной зона Туркменистана, представляется крупной научной проблемой, имеющей как региональное, так и общеметодическое геоэкологическое значение.
Помимо этого, решение геоэкологических проблем Туркменистана, по нашему мнению, представляет собой важнейшую практическую задачу, способствующую принятию в республике оптимальных норм природопользования.
Объект исследования. При проведении исследований использованы материалы наблюдений метеорологических и гидрологических станций и постов Туркмснгидромета за период I955-I9S2 гг.. экспериментальные и экспедиционные исследования: автора в пустыне Каракукы, а также ряд картографических материалов института "Туркменгипрозем".
Кроме того, в работе использованы литературные источники и фондовые материалы различных организаций Туркменистана. При этом исследование велось в двухуровневом пространственном масштабе: анализировались поля фонового загрязнения атмосферы как для всего региона (площадью до 0.5 млн км ). так и для мезомас-штабных условий (площадь Чарджоу 50 км ). Этот не принцип использовался при изучении характеристик антропогенных колебаний климата при изучении уровня засоленности почв.
Цель и задачи исследований. Общей целью диссертации явилось создание научной концепции регионального геоэкологического исследования на примере ландшафта пустынь, составляющего большую часть республики Туркменистан. В рамках такого подхода представлялось необходимым дать ответ на Основной вопрос исследования: в какой степени и в какой форма реализуются основные виды антропогенных воздействий на пустыни, к какому уровню отклонений от нормы она приведут для абиотических и биотических компонент существующих здесь экосистем. Очевидно, что решение этой поставленной в диссертации задачи позволяло научно обоснованно подойти к геоэкологическому прогнозу будущего состояния региогта.
На основе анализа многолетних метеорологических и гидрологических измерений на станциях Туркменио ана, а также на основе изучения большого объема физико-географичеслой. геоморфологяче-
ской и биогеографической информации была составлена модель истинного состояния невозмуцений антропогенными воздействиями, доминирующей формы природной среды Туркмении - ее аридных и по-луэрадных пустынь. Это истинное состояние, выраженное средними многолетним значениями климатических режимных характеристик, было принято за норму.
Методом статической отработки приведенных к однородности рядов наблюдений и измерений метеорологических величин были получены отклонения от среднемесячных значений температуры воздуха и суг.5ш осадков за 30-40-легний период (по -15 станциям).
С целью получения количественных характеристик структуры принустынкого слоя воздуха в условиях елияния на него искусственных водотоков выполнен цикл экспериментальных градиентных многоуровневых и многоточечных измерений основных метеорологических величин; создана модель приземного слоя воздуха.
Построение полей фонового загрязнения воздушного бассейна Туркменистана на осново анализа длительных радов измерений суммарного загрязнения воздуха в 8 пунктах за 5-10-летний срок, переход от дискретных измерений к построению полей загрязноний. осуществляемых путем разложения данных по естественным ортогональным функциям { і в 100 км).
Учитывая особую токсикологическуа роль солей (ионов) тяке-лых металлов, их группа, составляющая 16 наименований, была выделена в особый класс Фокоеых загрязнений а на основе данных 5-летних измерений тем кэ способом были построены карты полей загрязнения нижнего слоя атмосфера тяжелыми металлами.
Выполнен 10-летний цикл измерений загрязнения атмосферы в воздушном бассейне Чарджоу (8 пунктов измерений); посуточные, среднемесячные и среднегодовые поля загрязнений для пяти ингредиентов (пыль, ,502, SQ^,//. СО), методом е.о.ф. (= I км).
С целью выделения антропогэнной составляющей выполнен сравнительный анализ состояния припустынного слоя воздуха в г.Чарджоу и в биосферном заповеднике Репотек; анализу подвергнут состав теплового и радиационных балансов пограничного слоя воздуха.
Методика исследования. Б процессе работы автор опирался на большое количество литературных источников, посвященных геоэкологическим проблемам аридных регионов мира в целом и применительно к аридной зоне Туркменистана. 4
Выполненные исследования основаны на изучении физической сущности процессов, определяющих формирование тех или инкх составляющих геоэкологических систем, и на описании с помощью концептуальных моделей с использованием естественных ортогональных функций.
Автор осуществил комплекс нолевых исследований с использованием прецизионной аппаратуры для измерений" загрязнения, в том числе тяжелых металлов и органической фракция аэрозолей (ОФА), стандартной методики градиентных теплэбалаясовых измерений, co-вромонных методов статистического анализа полученных результатов, представленных в ваде объективных полей для пустинного ландшафта.
Применение вышеизложенных мэтодов поззолило оценить геоэкологическое состояние пустынь Туркменистана, получить математическую модель загрязнения городов к пусть'ннкх ландшафтов с элементами прогноза и предлокекиями о необходимых природоохранных мероприятий.
Научная новизна исследований. В результате наших исследований пустынь Туркменистана за период 1979-1992 гг. разработаны основные полонення нового научного направления: геоэкологический подход для оценки антропогенной эволшии пустынного ландшафта.
Автором приводится достаточно полная я систематизированная классификация ландшафтов Туркменистана на различных таксономет-ркческнх уровнях. Это описание сопровождается анализом средних значений рездмных климатологических характеристик:
впервые изучены пространстЕвішо-врзмешше закономерности распределения загрязнения атмосферного воздуха над территорией Туркменистана. Следует отметить, что такого масштаба исследования пря измерениях фонового загрязнения Туркменистана но существовало. Статистический анализ многолетних данных о загрязнении был реализован в форме естественно-ортогональных функций. В результате исследования с помощью математического метода разложения по естественно-ортогональным функциям получены собственные вектора '-р - ^(0 и коэффициенты разложения по 5 ингредиентам для 6 городов Турісмонистана. В рамках геоэкологического анализа внутри Туркменистана был выделен Чардкоуский промышленный регион, для которого по многоточечным измерениям (ТПК) получена инфраструктура фонового загрязнения.
Обоснованы и исследованы антропогенные изменения климата
региона на основании его ренимшх характеристик. Автором изучались пространственные поля среднемесячных, среднесезонных и среднегодовых значений температуры и относительной влажности возл/ха. суммы осадков и радиационного баланса пустынь. Последовательный анализ позволил впервые для региона Туркменистана получить тренды его климатических характеристик. Эти тренды отнесены нами к антропогенным по своей природе факторам с учетом фильтрации из них планетарных изменений климата за исследуемый период времени. Обнаруженные климатические изменения, очевидно, являются интегральной формой отражения реальных закономерностей переноса тепла и влаги. Региональные исследования такого рода осуществлялись нами в течение ряда лет путем экспериментального измерения механизмов тепло- я влагообмена в приземном слое воздуха вблизи Каракумского канала. При этом канал принят нами в качестве постоянно действующего источника антропогенного значения. В результате исследований удалось построить универсальную модель влияния Каракумского канала (как. впрочем, любого другого искусственного водотока) на ландшафт пустынь.
Предпринята попытка разрешения вопроса: какого вида антропогенные воздействия формируют экологическое состояние региона - преднамеренные (куда относится естественная ирригация) или непреднамеренные (например, загрязнение атмосферного воздуха или долевая деградация поверхности пустыни).
Впервые оценена роль органической углеводородной фракции аэрозолей, имекцей особо вакное значение в условиях локализованных химических производств в исследуемом регионе.
Впервые построена численная модель загрязнения приземного слоя атмосферы в г.Чардаоу тяжелили металлами («?".Си . Sn, Н. Ва. TL. Мп. V. Cf*. Co.yt.Y ,\il. Mo.Hg , Ag).
Впервые для пустынного ландшафта были получены количественные соотношения, учитывающие антропогенные нагрузки на состояние приземного слоя воздуха.
На основании анализа полученных математических моделей даны рекомендации градостроительным организациям Туркменистана для обязательного использования при планировании градостроительства в особо загрязненных городах и регионах Туркменистана.
Предметом защиты являются:
- Созданная для региона Туркменистана геоэкологическая
модель, включающая анализ воздействия антропогенных процессов
6
на состояние, динамику, эволюцию естественных природных ландшафтов. Исследования динамики климатических факгоров.уровня загрязнения воздуха, динамики ряда характеристик почвенного покрова.
Созданная в рамках диссертации модель структуры приземного (драпустынного) слоя воздуха, численная реализация которой проведена на основе экспериментального материала натурных измерений, выполненных под руководством и при участии автора.
Полученные структурные корреляцкогаше функции, характеризующие процесс воздействия зодотока (на примере больного Каракумского канала) на состояние пряпустипного слоя воздуха.
Приводимые в диссертации карты географического распределения среднемесячных и среднееозонных полой фонового загрязнения атмоейеры. полученные на основе дискретных измерений по методу естественно-ортогональных функций.
На защиту выносятся материалы по инфраструктуре полей загрязнения атмосферы крупного индустриального центра региона г. Чарджоу за период I979-IS85 гг., полученные непосредственно автором диссертации.
Исследования геоэкологических трендов приобрели сравнительный характер, так как при обработке данных измерений и наблюдений основным параметром являлась аномалия того или иного явления или процесса.
Практическое значение и внедрений. Автором и под ого руководством за период 1978-1990 гг. разрабатывались разделы "Охрана природы и рациональное'использование природных ресурсов" в перспективных планах экономического и социального развития Чард-коуской области.
В значительной мере внедрены предложения по созданию системы особо охраняемых природных территорий, по перспективам охраны и рационального использования водных и земельных ресурсов, мелиорации нэвоорошаемых пустынных земель и рекультивации нарушенных.
Материалы исследований, изложенные в диссертации, неоднократно использовались при проведения экологической экспертизы проектов градостроительства и мелиоративного строительства Чард-жоускон области. Они также будут использоешш в проектах строящейся в г.Чарджоу и Сейди ТЭЦ. Данные о степени экологической нагрузки на ландшафты пустынь, преобладающих в Туркменистане, будут использованы в природоохранительных мероприятиях данного
региона в планах ее социально-экономического развития.
Б 1988 г. автор был инициатором создания отдела "Экология физической среды и обитания" Учебно-научного центра экологического просвещения и экологических исследований ТГПИ им.Б.И.Ленина в системе Миннузов Туркменистана.
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования апробированы в докладах и выступлениях ка областных, районных, городсішх, региональных всероссийских конференциях, а также на теоретических семинарах и конференциях Санкт-Пег;ербургокого университета б Туркменском государственном педагогическом институте км .В .И.Ленина, в том числе в последнее время на всероссийских конференциях:
Экологические проблемы охраны живой природы, Ч.П. - М.. 1990.
Экологические проблемы охраны живой природы. Ч.Ш. - М.. 1990.
Содержанке и формы экологического образования в педвузе. Ч.П. - Пермь. 1991.
Территориальный подход в подготовке учителей к осуществлению экологического образования. - Тобольск. IS9I.
На республиканских конференциях:
Научно-практической конференции Туркменского государственного медицинского института. - Ашхабад, 1988.
Научно-производственной конференции. - Чарджоу, 1989.
Научно-производственной конференции "Перестройка и актуальные вопросы современной науки. - Чарджоу. 1989.
Научно-производственной конференции:
Перестройка и актуальные вопросы современной науки. Ч.П. -Чарджоу. 1989.
Перестройка и актуальные вопросы современной науки. Ч.Ш. -Чарджоу. IS89.
Научно-практическая конференция:
Вопросы экологии. - Чарджоу, І99І.
Вопроса экологии. Ч.П. - Чарджоу, 1991.
Вопросы экологии. Ч.Ш. - Чарджоу, 1992.
Положения и выводы диссертации были использованы при чтении лекций "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" на кафедре географии в Туркменском государственном педагогическом институте. 6
Результаты исследований широко используются в учебном процессе вузов и школ, а также для практической работы природоохранительных и планових органов Чарджоуской области.
Практические предложения по реализации научных разработок (в частности модели'загрязнения) неоднократно представлялись в Чарджоуский ОблсоЕот и приняты к исполнению.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 30 научных работ, в том числе I монография. I брошюра.