Суетова И.А, Ушакова Л.А., Московский государственный
университет им. М.В. Ломоносова, E-mail: giscenter@geogr.msu.ru
В последние десятилетия интенсивное антропогенное воздействие на внутренние и окраинные моря России в процессе использования их ресурсов привело к загрязнению отдельных акваторий, нарушению всего комплекса природных условий, уменьшению природной способности морских экосистем к самоочищению. Локальное загрязнение и его негативные последствия нередко приобретают в морях крупномасштабный, и даже глобальный характер.
Особая роль в создании системы комплексного экологического мониторинга принадлежит геоинформационному картографированию морей, позволяющему оперативно и комплексно учитывать природную взаимосвязь элементов морских экосистем, а также динамику природных явлений. На кафедре картографии и геоинформатики географического факультета МГУ разрабатывается методика геоинформационного картографирования морей, которая может служить научной основой для контроля состояния природной среды морских акваторий.
Основные загрязняющие вещества (ЗВ) поступают в морскую среду через атмосферные переносы, с речным и терригенным стоком. Наряду с огромными массами промышленных и коммунально-бытовых сточных вод, ежегодно поступающих в море без какой-либо очистки, источниками загрязнения являются также оросительные системы, сельскохозяйственные смывы, нефте- и газопромыслы на берегах и на шельфе, гидротехническое строительство, аварийные сбросы нефти с судов и нефтепроводов.
Ежегодно в моря поступают такие опасные загрязняющие вещества как нефть и нефтепродукты, фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), хлорированные и ароматические углеводороды, токсичные металлы, сульфаты, хлориды и др. Загрязнители, поступающие в акватории морей, распределяются в них неравномерно, концентрируются главным образом в верхнем эвфотическом слое, в прибрежных районах, в областях схождения водных масс, на внешних контурах моря, то есть в экологически важных биотопах морской среды, где создается основная часть биологической продукции.
При картографировании внутренних и окраинных морей особое внимание следует уделять активным зонам — местам повышенной интенсивности географических процессов, имея в виду, что интенсивность процессов соответствует интенсивности трансформации вещества и энергии.
Зоны повышенной трансформации вещества и энергии за счет гидродинамических, физических, химических и биологических процессов возникают обычно в местах пересечения нескольких граничных поверхностей. Это прибрежные зоны, кромка льда (арктические моря), фронтальные зоны — места встречи водных масс разного происхождения и разных характеристик. К районам развития наиболее активных гидродинамических и термодинамических процессов атмосферы и морской акватории относятся подводные источники, вулканы и скважины, устья рек, каньоны, проливы. Они служат каналами повышенного обмена вещества между морем и глубинными слоями литосферы.
При картографировании природной среды морских акваторий рассматривались следующие факторы:
- Основные характеристики океанических вод: температура, соленость, плотность воды поверхностных слоев изучаемых морей.
- Океанографические условия: морские течения, циркуляция вод.
- Биогенные элементы — фосфаты; общий фосфор; азот нитритный, аммонийный, общий; кремний.
- Береговые процессы, обусловливающие поступление терригенного материала в прибрежные районы.
- Донные отложения.
- Атмосферная циркуляция.
- Естественная устойчивость экосистем прибрежных участков и морских акваторий.
Среди факторов антропогенного и техногенного происхождения рассматривались следующие:
- Промышленность, особенно добыча полезных ископаемых (нефти и газа на побережье и на шельфе, угля, золота, урановых руд) и загруженность различными видами транспорта в прибрежной зоне.
- Уровень загрязнения рек в приустьевых участках, от которого зависит поступление ЗВ в моря, общие объемы их стока, объемы очищенных и неочищенных сточных вод.
- Уровень и источники загрязнения сточными водами самих морских акваторий.
- Основные источники загрязнения атмосферы, их структура, объемы выбросов в прибрежной зоне.
- Транспортно-распределительные пункты и пути сообщения, морские пути, нефтепроводы, места базирования торгового и рыболовного флотов.
- Районы радиоактивного заражения среды, сброса и совместного захоронения твердых и жидких радиоактивных отходов в море, базы атомного флота, атомные реакторы, предприятия по добыче и переработке урановых руд.
- Населенные пункты, подразделенные по числу жителей.
Для комплексного географического анализа экологических ситуаций важно иметь возможность связать различные данные друг с другом, сравнить, проанализировать, просто просмотреть их в удобном и наглядном виде, создав на их основе необходимую карту, таблицу, схему, диаграмму. Для этих целей наиболее подходят современные ГИС-технологии, в самой концепции которых заложены всесторонние возможности сбора, интеграции и анализа любых распределенных в пространстве или привязанных к конкретному месту данных.
Рис. 1. Динамика поступления фосфора с территории стран в Балтийское море в 1991-1997 гг.
Авторами составлена серия эколого-географических карт арктических и дальневосточных морей России, акватории Среднего Каспия (Дагестанское побережье), Балтийского моря и его региона — Финского залива (рис. 1, 2). В качестве программного обеспечения для исследования экологического состояния морей и создания карт использовалось программное обеспечение ArcInfo 8.0.2 и ArcView GIS 3.2. Эти программные продукты обеспечивают решение различных задач, сравнительно просты в эксплуатации, расширяемы за счет дополнительных модулей, имеют широкие возможностями по оперированию атрибутивной информацией и ее представлением, поддерживают работу с данными в форматах других программных продуктов.
В нашем случае, в ArcInfo создавались в основном базовые топологические слои пространственной информации исследуемой территории, такие как: гидрография, населенные пункты, административные и политические границы, береговая линия и т.д. Дальнейшие работы (визуализация, редактирование, комбинирование и анализ слоев информации, построение моделей, создание и редактирование легенд и таблиц атрибутивных данных, построение диаграмм, оформление различных компоновок карт для вывода и т.д.) проводились в ArcView.
Рис. 2. Поступление фосфора в Балтийское море с речными водами и из точечных источников (1997 год).
Использование дополнительного модуля ArcView Spatial Analyst, содержащего широкий набор средств моделирования пространственных данных, позволило преобразовать обычные точечные объекты (данные о различных загрязнениях) в темы grid. Применение метода аналитической сплайн-интерполяции (с параметром tension) дало возможность построить карты плотности распределения различных загрязнений на исследуемых акваториях.
В настоящее время все перечисленные выше результаты эколого-географического картографирования существуют в среде ArcView GIS, что дает возможность проводить многослойный анализ карт. Они открыты для редактирования, объединения и преобразования в новые карты, а также для оперативного обновления.
Анализ составленных эколого-географических карт позволил оценить негативные последствия антропогенного воздействия на прибрежные зоны и морскую среду, выделить экологически неблагополучные районы. Эти районы морей и прибрежной суши следует детально исследовать при создании системы геоэкологического мониторинга морских акваторий.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 00-05-64889)
