Торфодобыча
Интересный блок листов атласа, разработанный Т.Ю.Зенгиной, посвящен торфодобыче. В России около 45% всех земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, приходится на долю торфоразработок. Активная добыча торфа велась главным образом в до- и послевоенные годы, сейчас площади действующих торфоразработок незначительны. Однако отработанные ранее участки рекультивированы не более чем на 20%.
Материалы аэрокосмических съемок дают достаточно полное представление об особенностях строения и динамики ландшафтов, сформировавшихся в районах добычи торфа. Они могут быть использованы для мониторинга отработанных территорий, определения направления рекультивационных работ, оценки их эффективности. Для решения этих задач требуются космические снимки высокого разрешения или аэроснимки.
Нарушенные при торфодобыче земли могут быть использованы для сельского хозяйства, лесоразведения, создания рыбоводных прудов и охотничьих угодий или для проведения повторной добычи торфа на удобрение. Главным критерием при выборе оптимального пути использования отработанных карьеров является применявшийся способ изъятия торфяной массы. В атласе даны дешифровочные признаки для определения по характеру изображения на снимке способа добычи — фрезерного, экскаваторного или гидравлического.
На примере месторождений Московской, Владимирской и Рязанской областей иллюстрируются возможности изучения по снимкам состояния земель, нарушенных при использовании разных способов торфодобычи, после их вывода из эксплуатации, мониторинга самовосстановления нарушенных земель. Т.Ю.Зенгиной разработана графическая модель, которая в схематической форме иллюстрирует типичный путь развития и основные стадии восстановительной динамики изучаемых природно-территориальных комплексов в зависимости от способа изъятия торфяной залежи, характера увлажненности территории и времени, прошедшего с момента окончания добычи.
Выявленные четкие структурные различия в изображении разных по способу и времени отработки участков создают предпосылки для развития компьютерных методов дешифрирования, что может послужить основой для инвентаризационных работ и организации системы мониторинга нарушенных торфодобычей земель.
Нефтедобыча
Экологические проблемы, связанные с разработкой нефтяных месторождений в условиях лесных и лесоболотных ландшафтов, в зоне проявления криогенных процессов, показаны на примере космического снимка одного из важнейших районов нефтедобычи в Западной Сибири. Снимок охватывает широтный участок долины р.Оби у Нижневартовска. Воздействие нефтедобычи на ландшафты выражается в уничтожении почвенно-растительного покрова на значительных площадях, отводимых под обустройство площадок нефтяных скважин, компрессорных станций, станций перекачки нефти, под трассы нефтепроводов и многочисленные дороги. Для болотных ландшафтов Западной Сибири характерно повсеместное использование насыпных грунтов, на которых строятся эти сооружения, а также создание гидронамывных и насыпных дамб. Другой вид воздействия на природу связан с нефтяными загрязнениями. Разливы нефти происходят как в процессе нефтедобычи при разрушении обваловки так называемых шламовых амбаров и нефтяных кратеров с аварийными стоками нефти, так и при прорывах нефтепроводов.
На приведенном в атласе космическом снимке среди лесных и болотных массивов в районе озера Самотлор видна густая сеть насыпных дамб с дорогами , идущих не только по болотам, но и по озерным впадинам. На них нанизаны белые прямоугольники площадок кустовых нефтескважин. В этом районе используется метод бурения, при котором несколько скважин разбуриваются рядом — из одного куста, что экономит затраты и способствует охране природы при обустройстве месторождения. Тем не менее, как правило, это участки полного уничтожения почвенно-растительного покрова, что обусловливает их белый или светлоголубой цвет изображения на снимке. Разный цвет озер — от черного до светлоголубого — объясняется разной мутностью вод, что связано с мероприятиями по гидронамыву. На снимке видны широкие полосы транспортных коридоров, таких, как включающий автомобильную и железную дороги на Ноябрьск, нефтепровод Ноябрьск-Вартовский, линии электропередач.
При дешифрировании космических снимков О.И.Котовой выявлены различные нарушения, связанные с нефтеразработками. Например, в местах добычи в результате изъятия нефти и подземных растворов происходит проседание поверхности, приводящее к заболачиванию местности, и на месте исходных торфяников образуются низинные болота. Обширные территории такого типа отображаются на космических снимках высокого разрешения общим потемнением фототона. Преграждение путей естественного стока линейными сооружениями может вызывать подтопление выше сооружения или переосушение территории ниже его. Такие нарушения четко отображаются чередованием темных и светлых пятен с прямолинейными очертаниями.
На космических снимках отображаются также нефтяные загрязнения — темные длинные полосы отдельных разливов нефти в результате аварий. Эти разливы сопровождаются светлыми шлейфами термальных высокоминерализованных вод, которые извлекаются на поверхность вместе с нефтью. Нефтяное загрязнение, кроме того, наблюдается вокруг буровых и станций перекачки, но оно дешифрируется с трудом из-за схожести с изображением подтопления территории. На Самотлорском месторождении добыча нефти ведется также со дна озер, что приводит к загрязнению озерной воды и гибели гидробионтов, привносу в озера большого количества песка при строительстве насыпных площадок и их размывании. Поэтому вода озер имеет на снимке неодинаковый тон и пятнистый рисунок изображения.
Анализ космического снимка с учетом полевых и картографических материалов позволил О.И.Котовой составить карту антропогенных изменений природной среды Самотлорского месторождения, на которой красочным фоном отражены основные виды хозяйственной деятельности на месторождении и сопутствующие им антропогенные нарушения. Такая карта представляет собой элемент космического мониторинга состояния территории в районах нефтедобычи и должна использоваться для контроля изменений природной среды и разработки природоохранных мероприятий по предотвращению нарушений и рекультивации территории.
Аналогичная работа проведена и для Повховского месторождения в Западной Сибири, для которого сотрудниками Санкт-Петербургского университета Х.А.Кутыевым, О.М.Терешенковым и др. в результате анализа антропогенного воздействия на природу в связи с нефтедобычей по космическим снимкам составлена эколого-ландшафтная карта. Среди естественных ландшафтов выделены различные типы болотных и лесных экосистем. В антропогенно-преобразованных ландшафтах выделены территории с полностью нарушенными природными условиями: рельефом, водно-тепловыми свойствами грунтов, почвенно-растительным покровом, то есть подверженные полному экоциду, к которым относятся зоны обустройства кустовых площадок и большая часть транспортных линий. Показаны и территории с частичными нарушениями почвенно-растительного покрова. По снимкам выявлены и показаны на карте также нефтяные загрязнения экосистем — участки разливов нефти, водоемы, загрязненные сбросом нефти или при гидронамыве.
Для анализа по космическим снимкам загрязнения и нарушений территории, связанных с нефтедобычей, целесообразно обращение к аэрофотоснимкам. В атласе приведена подборка аэрофотоснимков масштаба 1:10 000, позволяющих выявлять и в деталях прослеживать источники загрязнения поверхности и характер нарушений природной среды.
Добыча газа
На территории Астраханского газоконденсатного комплекса, который был построен и начал функционировать на правом берегу Волги, в ее нижнем течении, в начале 80-х годов, космические снимки позволили проследить динамику природно-территориальных комплексов, оценить тенденции их естественного развития и степень антропогенной трансформации.
В атласе приведены снимки разных лет — 1980 г., когда район будущего строительства еще не был нарушен техногенным воздействием, и снимок, сделанный через 11 лет, в 1991 г. По ним выполнено районирование территории с оценкой устойчивости природно-техногенных комплексов к антропогенным воздействиям, выделены территории, претерпевшие наиболее сильное воздействие в результате добычи и переработки газа, а также в результате распыления сточных вод в пустыне мощными дождевальными установками. При дешифрировании выделены линейные и площадные очаги дефляции, скважины, зоны застройки первой и второй очереди газоконденсатного комплекса.
Анализ разновременных космических снимков позволяет оценить степень изменения основных компонентов природно-территориальных комплексов: литогенной основы, почв, растительности. На приведенной схеме, составленной А.П.Ворожейкиным, А.Г.Косиковым, М.С.Мотовиловой в результате анализа разновременных космических снимков с учетом данных полевых наблюдений, выделены районы с различными природными условиями и в разной степени измененные техногенным воздействием, характеризующиеся неодинаковой уязвимостью к химическому и механическому воздействиям.
Переработка руд цветных металлов
Два блока листов атласа характеризуют возможности использования космических снимков для мониторинга и картографирования деградации экосистем при переработке руд цветных металлов на примерах губительного воздействия на растительность выбросов серы и тяжелых металлов в районах медно-никелевых комбинатов в Мончегорске и Норильске. Для района Мончегорска приведены снимки со спутников "Ресурс-Ф" и "Ландсат", на которых разделяются зоны с разной степенью воздействия на экосистемы, определены их дешифровочные признаки.
В результате дешифрирования снимков со спутника "Ландсат" при полевом и аэровизуальном контроле составлена карта промышленного воздействия на растительность в районе Мончегорска масштаба 1:200 000, которая показывает распространение двух видов техногенных пустошей в зоне промышленного воздействия — с полностью и почти полностью уничтоженным растительным покровом — и разделяет лесную растительность по степени повреждения промышленными выбросами на 4 категории, причем для частично и слабо поврежденной растительности характеризуется также породный состав лесов. Горнотундровая растительность разного типа разделяется по степени повреждения на две категории —поврежденную и неповрежденную промышленными выбросами. Составленная карта, фиксирующая состояние растительности на середину 90-х годов, используется как базовая для ретроспективного анализа изменений по материалам разновременных съемок и может служить основой для мониторинга изменений природной среды в будущем.
Оперативный мониторинг состояния экосистем требует компьютерных методов создания таких карт. В атласе представлены выполенные И.К.Лурье и О.В.Тутубалиной разработки компьютерной классификации состояния растительности на основе зональных отношений яркости и вегетационного индекса, учитывающей спектральные образы объектов съемки, а также классификации, основанной на синтезе главных компонент в сочетании с использованием вегетационного индекса, которая дала наибольший эффект.
Аналогичная работа по выделению и картографированию зон с разной степенью воздействия на растительность выполена и для района Норильска, где в связи с редкостойностью притундровых лесов ранние стадии повреждения растительности менее четко отображаются на космических снимках и требуется привлечение материалов крупномасштабной спектрозональной аэрофотосъемки. Тем не менее оба примера свидетельствуют о целесообразности аэрокосмического мониторинга состояния экосистем в зонах промышленного воздействия и предлагают пути и методы работы с материалами аэрокосмических съемок.
Заключение
Таким образом, атлас "Космические методы геоэкологии" дает всестороннюю характеристику и содержит богатые материалы по применению космических снимков для мониторинга воздействия на природу горнодобывающей промышленности, нефте- и газодобычи и по использованию геоинформационных технологий для обработки космических снимков. Специалисты-геоэкологи и работники управления хозяйством получат ценное научно-методическое пособие по применению космической информации в их деятельности. Использование атласа поможет экологическому просвещению руководителей хозяйства регионов и рациональному природопользованию в них, а также экологическому воспитанию и образованию подрастающего поколения.