По материалам ESRI
Кальциевые отложения, сталагмиты и сталактиты. Продуцируемый бактериями карбонат кальция, называемый «лунное молоко». Волнистые осадки на камнях, называемые «глиняные черви». Кости черного медведя… Природа наполнила пещеры Орегона множеством удивительных, вызывающих восхищение вещей.
Однако почти 50 тысяч ежегодных посетителей этого национального памятника природы, находящегося в 50 милях к югу от ущелья Гранта, штат Орегон, оказывают значительное влияние на «Мраморные залы Орегона». Наблюдается разрушение пещерных образований, потемнение и разглаживанию поверхностей камней от прикосновений, отложение пыли. Также затрагиваются пещерные осадки и кости животных.
В своих проектах по изучению и мониторингу состояния пещер подразделение Службы национальных парков в Национальном памятнике Пещеры Орегона использует программные ГИС-продукты ArcInfo и ArcPad от компании ESRI совместно с программным обеспечением COMPASS для управления данными съемки пещер.
Постоянно расширяющееся применение технологии геоинформационных систем (ГИС) помогает Службе национальных парков в ее многогранной работе, в том числе в охране пещер и их ресурсов. За прошедшие два года большинство базовых слоев ГИС по пещерам Орегона – точки измерений, теодолитные ходы (линии) и материалы исследования стен пещер (полигоны) – стали основой для разработки наборов данных и карт, помогающих визуализировать опасные и особо уязвимые участки пещер, охранять палеонтологические находки, управлять растущим банком фотоснимков и разрабатывать новые маршруты посещения пещер.
Уязвимость, или нестойкость к повреждениям переходов в Пещерах Орегона систематически оценивается на основании сочетания таких факторов, как состояние и количество объектов в проходе, близость маршрута движения посетителей к данным объектам и плотность имеющихся хрупких образований.
Производится систематическая оценка потенциальной опасности переходов Пещер Орегона, которым присваивается рейтинг от 0 до 3 на основании ряда критериев: стабильность прохода, вероятность обвала, необходимость в специальной спелеологической экипировке.
Переходы Пещер Орегона разделяются на четыре зоны на основании комбинации критериев их уязвимости и рейтинга потенциальной опасности. Для каждой зоны определены требования для получения разрешений на посещение пещер за пределами стандартного туристического маршрута.
Внедрение четкой системы для выдачи разрешений на посещение пещер
Полная карта системы пещер предоставляет общую информацию о потенциальных опасностях и устойчивости пещер к воздействию человека с помощью отметок о высоте потолков и глубине провалов, а также набора символов для обозначения уклонов и особо ранимых природных образований. Однако эта информация может отображаться и группироваться разными способами, и на ее основе можно делать разные заключения о том, насколько потенциально опасной или уязвимой может быть конкретная область.
Созданная ГИС позволяет исключить субъективность при принятии решений о выдаче разрешения на посещение пещер. С ее помощью на основе набора критериев создаются карты опасных и уязвимых зон, четко и объективно отображающие эти места.
В сложных случаях для более детальной оценки опасности/уязвимости использовался пакет «полевой ГИС» ArcPad, установленный на карманном компьютере. На основе линейного ГИС-слоя теодолитных ходов коридорам пещер назначались атрибуты в соответствии с уровнями опасности и уязвимости. Факторы, принимавшиеся во внимание при назначении уровня опасности, включали в себя возможность обвалов, слабый потолок, запутанные сложные проходы и необходимость в спелеологическом снаряжении. Уязвимость оценивалась как среднее из четырех равнозначных характеристик: состояние ресурса, близость к уязвимому ресурсу, значимость ресурса и плотность хрупких формаций. Для создания карт опасности и уязвимости слой ГИС, описывающий стены пещер, был разделен на полигоны, представляющие собой отдельные фрагменты геосъемки, которым и были назначены атрибуты в соответствии с результатами проведенной оценки.
Для определения категорий областей пещер использовались комбинированные рейтинги опасности и уязвимости. Разрешения на посещения пещер, предполагающие выход за пределы выделенных туристических маршрутов, теперь выдаются на основании подробных сведений о конкретном районе, представленных на плане подземной части этого природного памятника.
Один из объектов, обследованных и задокументированных при палеонтологической съемке. В этом месте обнаружено около 20 костей пока неясного происхождения. Маркер лежит для масштаба.
Отслеживание палеонтологических ресурсов
В пещерах Орегона найдены сотни костей животных, некоторые из них очень древние или хрупкие, но они пока хорошо сохранились в прохладных и темных подземных проходах. Среди недавних значительных находок – кости медведя гризли, возраст которых составил 50000 лет, и останки ягуара, которым 38600 лет. Кости были описаны несколько необычным способом в 1990-х годах, и по результатам этих описаний была составлена примерная карта мест, где они были обнаружены. Позднее, чтобы улучшить процесс управления имеющимися ресурсами и осведомленность о них, были проведены палеонтологические исследования по участкам пещер, так что теперь обнаруженные кости могут быть, при необходимости, перенесены в другое место и, при этом, их состояние может по-прежнему отслеживаться.
В подземных переходах Пещер Орегона, где невозможно было напрямую применить функции ГИС, в качестве опорных точек используются маркеры станций геосъемки, часто помеченные алюминиевыми или пластиковыми бирками. Местоположение интересных для палеонтологов участков определялось с помощью лазерного дальномера, компаса и угломера относительно ближайших опорных точек. Кроме того, велось систематическое описание таких и ряда других участков и их фотографирование с каким-либо объектом для масштаба, при этом отмечалось, существует ли опасность того, что они будут потревожены посетителями. Программа COMPASS использовалась для создания слоя ГИС с палеонтологическими участками по данным геосъмки. Атрибутивные данные заносились в таблицу, где их можно запрашивать, сортировать и присоединять к слою ГИС.
К середине 2008 года было задокументировано и закартировано более 180 палеонтологических участков. Множество обнаруженных костей, скорее всего, принадлежит летучим мышам и крысам – двум наиболее распространенных в пещерах видам млекопитающих. Однако, поскольку никто из персонала, занимавшегося палеонтологической разведкой, не имел специального образования в данной области, точная идентификация большинства костей пока не завершена.
Фотографии пещер, цифровые и отсканированные, можно посмотреть в ArcMap, перейдя по гиперссылке, соответствующей определенному местоположению.
Работа с фотографиями в целях мониторинга
Фото-мониторинг – наиболее практичный подход к отслеживанию влияния посетителей на пещеры. Он включает в себя периодическое фотографирование участка с одного и того же расстояния под одним и тем же углом для фиксации изменений в его состоянии. Вдоль туристических маршрутов, проложенных в Пещерах Орегона, фото-мониторинг из фиксированных точек ведется на 19 участках. Многие другие участки а также ряд популярных или охраняемых объектов фотографируются бессистемно (без определенной дистанции или угла), в результате возникали трудности в интерпретации большого количества снимков, сделанных без указания условий съемки и без требуемой периодичности.
Для удобства использования собираемой информации была проведена сортировка коллекции фотографий по местоположению и создан отдельный слой ГИС, через который можно быстро обратиться к большому количеству снимков при выборе любого места пещер. Для этого фотографиям присваивались имена в заданном формате, и они привязывались к ближайшим маркерам опорных точек геосъемки. Слой ГИС по стенам пещер был разделен на полигоны, представляющие собой области, также определяемые близостью к опорным точкам. Затем в атрибутивной таблице было создано текстовое поле для ввода гиперссылок на наборы фотоснимков.
Кроме того, были созданы слои ГИС с данными фото-мониторинга и палеонтологических достопримечательностей, и теперь доступ к этим снимкам может осуществляться с помощью гиперссылок по определенным станциям или участкам.
Так выглядят маркеры геодезических пунктов, служащие опорными точками при картографировании и мониторинге состояния пещер. Каждый маркер имеет уникальный буквенно-цифровой номер.
Планирование экскурсий с учетом влияния на пещеры
Летом 2007 года Служба национальных парков впервые предложила публике экскурсии в пещеры Орегона, отходящие от традиционного маршрута. Данные для прокладки новых маршрутов были взяты их баз по ресурсам пещер и влиянии на них посетителей, а также сведений об опасности/уязвимости и палеонтологических исследований. Эти наборы данных помогли идентифицировать каждую опасную область или уязвимый ресурс, после чего каждый объект был помечен охранным знаком и указателем изменения маршрута, было проведено обучение гидов, проводящих экскурсии. Для прогнозирования воздействия новых экскурсий на пещеры была проанализирована база данных о влиянии посетителей.
Одним из наиболее ожидаемых видов воздействия посетителей является полировка и потемнение поверхностей скал. Поскольку на маршрутах имеется много узких проходов, то данное воздействие практически неизбежно, даже с учетом того, что все посетители надевают перчатки. В нескольких местах экскурсионного маршрута были сделаны фотографии для мониторинга процессов полирования и потемнения.
Также ожидаемым является накопление антропогенных отходов. Все посещающие пещеры люди оставляют за собой мельчайшие частички кожи, волос или ткани, что может приводить к отложению искусственной органики. Такие отложения могут оказывать влияние на экологию несмотря на то, что на первый взгляд они остаются незаметными. Чтобы снизить количество таких отложений за счет выпавших волос, посетителям пещер Орегона выдаются сувенирные банданы.
Также прогнозируется нарушение слоя осадков, в том числе их перенос из одного места в другое или уплотнение слоя осадков на полу пещер. Хотя значение таких нарушений пока не очень хорошо понято, в проходах были размещены метки, которые позволят ограничить данный вид воздействия четко ограниченным маршрутом.
Ключевые маркеры геодезических пунктов
Размещение сети маркеров геодезических пунктов – очень важная часть мер, которые принимаются в пещерах Орегона при использовании ГИС в мониторинге и ограничении негативного воздействия посетителей. С другой стороны, может потребоваться и иная схема для привязки к местоположению опорных оценок, геодезических измерений и фотографий объектов. Для реализации описанных выше приемов систематизации выдачи разрешений на посещение пещер, охраны палеонтологических достопримечательностей, работы с фотоснимками посредством гиперссылок и планирования маршрутов экскурсий используются простые в освоении ГИС-приложения, которые могут найти применение и в других пещерах. Для успешной работы с ними достаточно только базовых навыков в области ГИС.
За дополнительной информацией можно обращаться к Элизабет Хейл (Elizabeth Hale) – научному и техническому специалисту отдела управления ресурсами Национального памятника Пещеры Орегона. В её обязанности входит мониторинг фауны и происходящих в пещерах процессов, управление ГИС-данными и координирование работ по очистке и восстановлению пещер. Также можно посетить сайт www.nps.gov/orca.
