КРИЗИСНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИТУАЦИИ И УСТОЙЧИВОСТЬ ГЕОЭКОСИСТЕМ

Существует множество определенний понятия кризисная экологическая ситуация (КЭС), раскрывающих те или иные аспекты этого явления. Большинство из них имеют общее ядро, а именно: КЭС - это переходное, неустойчивое состояние (вернее серия состояний) геоэкосистем, характеризующееся относительно быстрой, по сравнению с “нормой”, структурно - функциональной изменчивостью и трудной прогнозируемостью развития. Такие ситуации обычно возникают при диспропорциях в саморазвитии геоэкосистем, резких изменениях или появлении новых лимитирующих факторов в ОС. Как следствие, это вызывает значительные негативные, а порой и катастрофические последствия для человека и природных объектов.

Большинство современных КЭС связывают с антропогенными воздействиями неадекватными природным возможностям локальных, региональных и даже глобальной геоэкосистем, что ведет к потере ими устойчивости. Особенно часто такие КЭС развиваются в районах с резко выраженными гидротермическими или гравитационными лимитирующими факторами (тундры, пустыни, болота, горы и др.), а также на границах геосистем и их ареалов. Однако аналогичные экологические кризисы, порой заканчивавшиеся катастрофами для отдельных элементов геоэкосистем, возникали и в процессе естественной эволюции природы (вымирание прокариотов, ящеров и других доминирующих групп живых существ за сравнительно короткие периоды истории, при “резких” изменениях геохимических, климатических и других факторов). В принципе, быстрые и скачкообразные смены состояний и направлений развития природы (бифуркации), ведущие к потере устойчивости и разрушению прежних структур и функций геосистем, вполне для нее естественны. Их причины и формы проявления — это извержения вулканов, ураганы, наводнения, засухи, эпидемии, быстрое вымирание видов или популяции живых существ и т. д. Но только человек, соизмеряя изменения в ОС с привычными для него масштабами пространственно - временных процессов, придает им те или иные значения — кризисов, революций или катастроф (Казаков Л.К., Чижова В.П., 1999). По мнению Л.Н.Гумилева и других исследователей основной причиной гибели всех бывших цивилизаций были региональные экокризисы, возникавшие в процессе их саморазвития, особенно на переходных этапах и при достижении наиболее устойчивого в стабильной ОС состояния — климакса. Однако несмотря на множество региональных и локальных кризисов и даже катастроф в истории человечества, сопровождавшихся рекими депопуляциями и деградациями культур, оно продолжало прогрессивно эволюционировать (развиваться), усложняя свою организационную структуру и расширяя свои экологические возможности в ОС. В природе растительные сообщества в стадии климакса тоже неустойчивы к не свойственным их местообитаниям антропогенным воздействиям. Кризисы характерны для завершающих стадий или этапов развития любых типов и иерархических уровней гео-, эко- и социосистем. Именно эти стадии характеризуются наибольшей энтропией (неопределенностью) в равитии. Поэтому случайные отклонения в ОС могут вести к потере геоэкосистемами устойчивости и развитию кризисных явлений, в том числе по сценарию катастроф, с резкими бифуркациями. В частности, в истории географической оболочки ученые (В.И.Вернадский и др.), по ведущим факторам эволюционного развития, выделяют абиогенный, биогенный, антропогенный и ноосферный этапы эволюции глобальной геоэкосистемы. Все они завершались кризисами, которые разрешались революционными бифуркациями в направлениях эволюционного развития. В биосферный этап, внутри которого были подэтапы и кризисы, не менявшие коренным образом биогенную эволюционную основу саморазвития, увеличивалось разнообразие и сменялись отдельные вида и группы организмов. Завершение этого этапа эволюции географической оболочки одни ученые связывают с природными катаклизмами, способствовавшими появлению человека разумного (Homo sapiens) в палеолите. Другие — с кризисом продуцентов и консументов в конце палеолита — мезолите, завершившимся “Неолитической революцией”, означающей переход человечества от присваивающего типа хозяйственной деятельности к производящиму. При этом сменилась коренным образом ведущая форма все ускоряющегося эволюционного развития человечества, а с ним и географической оболочки. От господствующей биогенной формы она перешла к умственной (ноосферной), одним из ведущих элементов или механизмов которой являются “Школы” или “Учителя”. В них накопленной информацией об ОС можно обмениваться как в пределах одного поколения, так и передавать ее сразу нескольким поколениям, не только близких родственников. В результате ее наращивание в ноосфере резко ускоряется. Причем по испольуемым основным энергетическим источникам производства и его технологиям, начиная с неолита, можно выделить несколько подэтапов в развитии человечества, сопровождавшихся кризисами и НТР: — этап мускульной силы и огня; — ветра и текущей воды; — ископаемого топлива и пара; — электричества; — атомной энергетики; — предположительно, постиндустриальных технологий получения и испольования энергии от множества разнообраных ее источников.

В связи с техногенным загрязнением природной среды, сейчас говорят о локальных экологических кризисах редуцентов, общем санитарно-гигиеническом кризисе в ОС и разных его формах. К экологическим относят региональные ресурсные, энергетические и даже политические кризисы и катастрофы, резко снижающие жизненный уровень основного населения регионов. Революционные бифуркации меняют направления и могут резко ускорять развитие либо вести к спадам и деградации системы. Другими словами, экологические и другие кризисы могут быть разных типов и возникать на разных уровнях организации природы и общества. Более того, существуют кризисы и катастрофы научных теорий. Их причины - потребности в новых знаниях. С преодолением этих кризисов связаны ускорение развития или временный упадок науки и цивилизации. В преодолении разномасштабных экокризисов - суть совместного эволюционного развития природы и общества. То есть, кризисы имеют двойственную сущность - содержат в себе как негативные, так и позитивные элементы. Опасность современных антропогенных КЭС в том, что они приобретают все более масштабный и комплексный характер, затрагивая геоэкосистемы все более крупных пространственно-временных уровней. При этом живая природа и человек с его хозяйством не успевают приспособиться к столь сильным и быстрым изменениям в ОС и теряют устойчивость. В результате кразисные явления в природе начинают развиваться и разрешаться революциями с катастрофическими бифуркациями на уровнях соизмеримых по масштабам с организацией жизнедеятельности общества все более крупных регионов (например, опустынивание).

Еще одна из причин современных экологических кризисов и других катаклизмов — быстрая техногенная стандартизация представлений и потребностей, лежащая в основе современной технократичекой цивилизации. На первых стадиях развития человечества естественной основой для выделения множество этносов служили приспособительные особенности жизни в тех или иных условиях ОС. Причем в этой среде взаимно адаптировались как сами люди с их укладом жизни, привычками, навыками, так, частично, и природная основа (ландшафты) районов их жизнедеятельности. То есть первичное разнообразие природы территорий в значительной степени предопределило разнообразие этносов с их культурами и системами ценностей. История взаимоотношений народов, культур и природы, в свою очередь, обусловила природно-антропогенный облик регионов. Пока интенсивность и направленность антропогенных воздействий соответствовали емкости и типам биогеохимичеких круговоротов, темпам и направлениям естественной эволюции ландшафтов, изменения в природе шли постепенно, оставаясь в пределах локальных или региональных инвариантов геосистем. Например, постепенные локальные изменения в соотношении древесных пород в лесном массиве, контура леса, небольшие колебания лесистости территорий под влиянием рубок и умеренной сельскохозяйственной деятельности, без резкой активизации эрозионных процессов, за время жизни 1 - 2 поколений людей (50-80 лет). В частности, средняя скорость распространения земледелия в Европе составляла около 100 км за 1 поколенние. Это позволяло сохранить природные комплексы мезо- и макроуровней в относительно устойчивом состоянии, на продуктивной стадии сукцессии. Тактика хозяйствования была такой: как только воздействия достигали величины, при которой интенсивность положительных обратных связей в ТПХС превышала отрицательные (стабилизирующие) обратные связи, нагрузки на конкретные ландшафты снижали, и геоэкосистема стабилизировалась на наиболее продуктивном уровне. Даже при варварском, подсечно-огневом земледелии распашка земель прекращалась, как только биопродуктивность угодья снижалась до некоторой критической величины. После этого развивались восстановительные сукцессии, стабилизирующие нарушенные геоэкосистемы в пределах их местного инварианта. Известно, что умеренные нагрузки на пастбища увеличивают их биопродуктивность, а перевыпасы часто ведут не только к деградации травяного покрова, но и коренной трансформации литогенной основы, соответственно, и всего ландшафта. Слабые и умеренные нагрузки на монодоминантные и содоминантные лесные сообщества вырубками или загрязнителями тоже увеличивают их биоразнообразие и общую биопродуктивность. То есть, в данном контексте, можно говорить о том, что локальные экокризисы в ПТК разрешаются путем дивергенции структуры и свойств данных ландшафтов в целом. Например, в ПТК таежной хвойнолесной зоны появляются разновозрастные участки смешанных хвойно-мелколиственных лесов. То есть, перестройка и стабилизация зонально-региональной геосистемы идет за счет наименее устойчивых ПТК низших уровней (фаций, подурочищ, урочищ). При сильных антропогенных нагрузках вырубками, загрязнителями, антропогенными пожарами кризисы в геоэкосистемах развиваются по сценарию катастроф. В результате зональные хвойнолесные ландшафты во всех местообитаниях, как правило, замещаются монодоминантными травяными березняками и вейниковыми пустошами, с участками оголенных и деградированных почво-грунтов. Как результат резко падает биоразнообразие и биопродуктивность местных экосистем. То есть, в данном случае, можно говорить о конвергенции ландшафтов. При этом деградируя (упрощаясь), они теряют устойчивость к естественным инвариантным свойствам и флуктуациям ОС. В них активизируются и резче выражены различные абиогенные процессы (эрозия и др.) и лимитирующие факторы развития. При таких перестройках изменяется и рельеф, а значит и ландшафт в целом. Однако даже при коренной трансформации почвы и литогенной основы стабилизация геоэкосистемы все равно произойдет, но на другом организационном уровне и за более длительное время. Сопровождается это большими материальными и экологическими потерями для общества и природы. Например, при активизации эрозии на используемых под сельское хозяйство или промышленность землях, потерями для общества будут, собственно, уменьшение площади пригодных для хозяйственных нужд земель и их биопродуктивности, увеличение затрат на рекультивацию, мелиорацию и само производство. Для природы это означает, в первую очередь, снижение плодородия земель и потенциальной гравитационной энергии рельефа. Развитие кризиса и переход геоэкосистем в новое устойчивое состояние сопровождается ростом их внутренних градиентов и флуктуаций потоков и структур. При этом геосистема не просто теряет устойчивость, а и управляемость илинаправленность развития.

Лимитирующая роль антропогенного фактора для геоэкосистем усиливается из-за технологичекой монополизации (стандартизации) производства и всей жизнедеятельности, а также расширения и унификации экологической ниши человека в биосфере. В результате уменьшается разнообразие адаптированных к разным этнокультурам природных комплексов, снижается общая устойчивость региональных геоэкосистем, ускоряются смены обратимых и необратимых их состояний. Одновременно увеличивается глубина нарушения естественных круговоротов, которые являются своеобразными аккумуляторами или ловушками дефицитного вещества, энергии и информации в геоэкосистемах разных уровней организации. Если эти процессы сопровождаются негативными последствиями для человека, то состояния геоэкосистем оценивают как кризисные или катастрофические. Кризисная стадия развития процесса еще содержит в себе возможность стабилизации и естественного восстановления части нарушенных структур и функций ТПХС после прекращения воздействий, за период активности одного поколения людей. Катастрофической является ситуация, когда самовосстановление геоэкосистем невозможно или идет крайне медленно, а для ликвидации последствий которой, за время жизни одного поколения, требуются волевые инженерные и административные решения.

То есть, с одной стороны, кризисы являются важным фактором эволюционного развития, с другой, могут вести к катастрофам для части элементов структуры геосистем тех или иных организационных уровней. Развитие кризисов и предотвращение катастроф тесно связаны с устойчивостью геосистем. Нарушение устойчивости геосистем — это фактор и следствие развития КЭС в зонах хозяйственного воздействия. При этом установлено, что одни и теже процессы или факторы ОС могут вызывать экологические кризисы в одних геоэкосистемах и практически не сказываться в других. Так, слабо влияя на верхние звенья ландшафтных катен, сильные и катастрофические наводнения часто меняют структуру и облик фаций, урочищ и местностей нижних долинных их звеньев. В сферах влияния кислотных выбросов ТЭС и металлургичеких комбинатов обычны повреждения и усыхания хвойных таежных лесов в элювиальных местообитаниях, а в зонах широколиственных лесов и лесостепи видимых повреждений растительности меньше. Обьясняется это разной устойчивостью или буферностью данных ПТК по отношению к кислотным выбросам. Различия в устойчивости между ними достигают 50 - 200 раз.

Устойчивость Устойчивость - одно из важнейших свойств любых природных систем. Оно определяет саму воможность существования геосистемы, ее развитие и благоприятность хозяйственного использования. В общем виде устойчивость геосистем — это их способность оставаться относительно неизменными или меняться в пределах своего структурно-функционального инварианта, либо возвращаться к нему за период их жизненного цикла или цикла внешнего воздействия. Понятие это многоаспектно. Можно оценивать устойчивость геосистем по амплитуде естественных флуктуаций их параметров в пределах инварианта или по отклонениям от него, а можно — по отклонениям этих параметров при антропогенных нагрузках. Естественная устойчивость ландшафтов одна из важнейших предпосылок для устойчиво-эффективного производства. Одновременно устойчивость негативных свойств ландшафтов (заболачивание, засоление и др.) затрудняет их мелиорацию, увеличивает затраты и снижает эффективность производств. При измерении и оценке устойчивость геосистем выступает одновременно как величина относительная и как вполне конкретное понятие. Например, следует четко определить относительно каких типов и видов воздействий оценивается устойчивость (механических, химических и т.д.), что берется за точку отсчета при ее измерении и оценке — инвариант конкретного ПТК или изменения аналогичных параметров в смежных геокомплексах других видов, а также какой показатель используется.

Различия в естественной устойчивости геосистем и их устойчивости к антропогенным воздействиям можно показать следующими примерами. Так, тундровые и лесостепные зональные, селевые или лавинные в горах и долинные геокомплексы на равнинах, весьма устойчивы в пространстве и во-времени в современных условиях природной среды, хотя различаются в динамике (изменчивости) своих состояний. Установлено, что существуют геоэкосистемы с сильно и слабо флуктуирующей организационными структурами. Например, геокомплексы пойм и пологих водоразделов реко различаются по динамике структуры и состояний. Однако это их устойчивые нормы или инварианты в естественных условиях среды. В тоже время их устойчивость к специфическим антропогенным воздействиям весьма неодинакова, тем более к разным. В частности, устойчивые в естественных условиях тундровые и северо-таежные геосистемы весьма неустойчивы к кислотному загрязнению, а лесостепные и сухостепные ландшафты реагируют на этот тип воздействия очень слабо. Более того, даже сама реакция на кислотное загрязнение в разных ландшафтах может иметь разную направленность. В таежных ландшафтах, особенно сложенных промытыми песками, с бедными элементами питания для растений подзолистыми почвами, под влиянием кислотных выбросов активно идут процессы отмирания зональных хвойных лесов и мохово-лишайниковых сообществ. В степной зоне кислотные выбросы легко нейтрализуются каштановыми и черноземными почвами с насыщенным основаниями поглощающим комплексом. При этом возможно даже олуговение элементарных геосистем с полынными растительными сообществами на солонцеватых почвенных разностях. То есть, в таежных и тундровых ландшафтах усиливается действие одного из лимитирующих факторов, ограничивающих биоразнообразие геосистем — недостаток питания, а в степных ландшафтах, наоборот, действие солонцеватости почв, как одного из лимитирующих факторов биопродуктивности и биоразнообразия, может даже ослабевать. Действие выбросов золы на экологическую обстановку в тех же геосистемах будет иметь обратный эффект.

Существенно различается устойчивоть склоновых и равнинных геосистем к автотранспортным, рекреационным и пастбищным механическим нагрузкам. Так, для сухих боров беломошников на бедных сильноподзолистых песчаных почвах допустимая рекреационная нагрузка, не ведущая к развитию ландшафтно-экологических кризисов, составляет 1 - 2 чел/га, а для ПТК со свежими травяными березняками на слабоподзолистых легкосуглинистых почвах она возрастает до 15 - 20 чел/га.

В приведенных примерах показаны некоторые признаки и свойства геокомплексов влияющие на, так называемую, инерционную или статическую их устойчивость к разным видам антропогенных нагрузок. Инерционная устойчивость ПТК — это их неизменность относительно своего структурно-временного инварианта. Несмотря на то, что свойства природных компонентов как факторы весьма различаются по характеру влияния на устойчивость геосистем, на практике все же удается выявить некоторые закономерности зависимости устойчивости ПТК от их конкретных свойств. При прочих равных выявляются такие связи свойств природных компонентов с устойчивостью геосистем к антропогенным нагрукам:

1) гравитационный или денудационный потенциал территории (относительные превышения и расчлененность) — чем он больше, тем устойчивость геосистем к денудации, эрозии, механическим нагрукам и даже к токсикантам меньше;

2) уклоны поверхности — чем больше, тем устойчивость ниже, но при уклонах < 1⁰ она может падать из-за возможного переувлажнения и низкого самоочищения от загрязнителей;

3) длина склонов — чем больше, тем устойчивость ниже;

4) механический состав почво-грунтов — обычно более устойчивы к нагрукам ПТК сложенные легкими суглинками и супесями, однако мексимум может несколько смещаться в зависимости от вида воздействий (при воздействии кислотными осадками график распределения устойчивости ПТК резко асимметричен);

5) по гигротопам (увлажненности) — максимальная устойчивость к нагрузкам у геоэкосистем свежих местообитаний;

6) по климатическим характеристикам — наибольшей устойчивостью обладают ПТК с оптимальным соотношением тепла и влаги (гидротермический коэффициент и коэффициент увлажнения близки к 1), а минимальной — ПТК с реко выраженными лимитирующими факторами по теплу и увлажнению и большими амплитудами их колебаний; умеренные ветры 2,5 - 4 м/с также способствуют повышению устойчивости геоэкосистем;

7) почвы — чем больше мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, емкость и насыщенность основаниями ППК, тем большей устойчивостью обладают ПТК;

8) биота — чем более емкий и интенсивный БИК, чем плотнее проективное покрытие поверхности, тем выше устойчивость ПТК; — хвойные породы и леса в среднем менее устойчивы к воздействиям чем лиственные; — лугово-степные виды трав более устойчивы чем лесные, а наибольшей устойчивостью обладают придорожные травы и другие синантропы; — виды с глубокой и плотной корневой системой более устойчивы, чем с поверхностной и рыхлой; — наиболее устойчивы к воздействиям модифицированные растительные сообщества в средней стадии сукцессий;

9) ПТК — потенциально более устойчивы геоэкосистемы: а) с повышенным разнообразием и повторяемостью (дублированием) структур; б) в ядрах их зональной и региональной типичности; в) трансакумулятивные устойчивее трансэлювиальных; г) более масштабные по площади и веществу; более высоких иерархических рангов (зона > ландшафт > урочище > фация).

К настоящему времени опубликовано несколько карт оценки потенциальной инерционной устойчивости ландшафтов территории СССР и отдельных его регионов к разным видам загрязнений и эрозионной опасности. В частности, карта с анализом геохимических предпосылок устойчивости ландшафтов к загрязнителям, соданная М.А.Глазовской, потенциала загрязненияа атмосферы (ПЗА) Э.Ю.Безуглой, карта устойчивости ландшафтов к кислотным выбросам ТЭС (см. раздел 4.3.) и др.

Важным свойством определяющим инерционную и другие виды устойчивости геосистем в естественных и антропогенных условиях является их иерархическая организация. Повышенная устойчивость геосистем более крупных или высоких иерархических уровней основана, прежде всего, на их большей массе и площади, а значит и инертности. То есть, для перемены состояния или нарушения устойчивости крупных региональных геосистем, включающих в себя значительные массы вещества и энергии, требуется воздействие более мощного природного или антропогенного фактора, чем для изменения состояния мелких локальных геосистем. В этом наиболее ярко проявляются различия в инерционной устойчивости геосистем раных рангов. Аналогичная закономерность имеет место и в экологии применительно к живым организмам: индивид менее устойчив, чем популяция или вид.

Однако в процессе эволюции в природных геосистемах, кроме инерционной устойчивости, выработались и другие — динамические механизмы преодоления кризисов, направленные на стабилизацию и дальнейшее развитие ПТК. Суть их в различных видах адаптивной изменчивости структур и функций геоэкосистем находящихся в кризисных ситуациях. Часто неблагоприятные факторы вызывающие кризисы и даже катастрофы одних организмов и геоэкосистем являются благоприятными факторами для развития и процветания других. В результате последние начинают процветать, функционально замещая первые и стабилизируя модифицированную геосистему в целом в ОС. Недаром в китайском языке изображение понятия кризис состоит из двух иероглифов, обозначающих “опасность” и “благоприятную возможность”. Например, те же речные долины или селево-лавинные комплексы являясь, в целом, устойчивыми в естественных условиях окружающей среды, могут легко менять некоторые элементы своей плановой структуры. То есть, в зависимости от конкретных состояний параметров внешней среды в них меняются геосистемы более мелких локальных уровней (в пространстве и во-времени). В речных долинах отшнуровываются меандры, появляются новые протоки, смещается русло, намываются, размываются, смещаются прирусловые валы, замываются староречья и т.д.. Соответственно, перестраивается и растительный покров, и почвы. Аналогично ведут себя в естественных условиях и мелкие локальные геосистемы, являющиеся элементами крупных селевых или лавинных, а также других ландшафтных геосистем.

Большая устойчивость геосистем более высоких иерархических уровней определяется не только большей их инерционностью по массе и размерам, но и большими адаптивными возможностями. Дело в том, что более сложные геосистемы высоких рангов являются и более разнообразными по составляющим их структурным элементам, чем геосистемы низших рангов. При этом разные геосистемы, являясь элементами геосистем более высокого ранга не одинаково реагируют на изменения внешней среды. За счет этого расширяется спектр возможных и допустимых адаптивных изменений состояний у более сложных геосистем, без потери ими устойчивости. Так разные растительные ассоциации, входящие в те или иные геосистемы неодинаково реагируют на разногодичные или даже сезонные изменения погодных условий. Одни из них могут повышать свою биопродуктивность, а другие - наоборот, снижать ее при одинаковых изменениях гидротермических факторов среды. В результате биопродуктивность включающей их геосистемы в целом будет, в среднем, изменяться меньше, чем биопродуктивность каждой из растительных ассоциаций в отдельности. Аналогичная картина наблюдается и в геосистемах крупных речных систем с разнообразными водосборами. В них тоже средние изменения уровня воды в главной речной артерии меняется в меньшей степени по сравнению с речными геосистемами имеющими более мелкие и простые водосборы.

Умеренное сельскохозяйственное освоение геосистемы моренно-водноледниковой равнины в целом, не приведет к потере ею устойчивости и полной деградации. В то время как те же умеренные нагрузки на ее склоновые элементы или подсистемы, могут, при активизации эрозии, вести к потере устойчивости и коренной перестройке локальных геосистем фациального или подурочищного уровней. В результате таких локальных подстроек геосистемы равнины она сохранит свою устойчивость в целом.

В рассмотренных случаях устойчивость геосистем поддерживается, с одной стороны, за счет способности более разнообразных геосистем лучше амортизировать внешние воздействия, по-разному опосредуя их, с другой - за счет способности более сложных и разнообразных по структуре геосистем легче перестраиваться или подстраиваться в соответствиии с изменениями ОС. Такие свойства и механизмы поддержания устойчивости геосистем можно назвать адаптивной пластичностью или эластичностью.

В целом большей адаптивной устойчивостью, обусловленной пластичностью геосистем обладают ПТК следующих типов: — экотонные ландшафты, из-за большего видового разнообразия элементов и их способности легко замещать друг друга; — ПТК с сильно флуктуирующими режимами функционирования и структурами; — ПТК с повышенным разнообразием элементов. Геосистемы с резко выраженными лимитирующими факторами, обладая пониженным разнообразием, имеют низкую пластичность и адаптивную устойчивость.

Еще одним из механизмов, поддерживающих устойчивость геосистем, является их способность самовосстанавливаться после нарушений. Это так называемая упругая устойчивость геосистем.

Например, быстрое восстановление уничтоженной растительности или интенсивное самоочищения от загрязнителей. В данном случае устойчивость геосистем может оцениваться по скорости их самовосстановления. Так, тундровые геосистемы менее устойчивы по критерию самовосстановления в сравнении с пойменными геосистемами, способными за 2-6 лет восстановить не только нарушенную лугово-кустарниковую раститиельность. но даже и литогенную основу. Большой самовосстановительной способностью обладают и геосистемы влажных тропических лесов, характеризующиеся высокоемким и интенсивным БИКом. С ними не могли справиться даже мощные дефолианты, применявшиеся американцами во время войны во Вьетнаме. Это тоже упругая устойчивость геосистем. Однако данный механизм поддержания устойчивости геоэкосистем работает в основном при периодических и эпизодических воздействиях на них. Если за время между воздействиями нарушенная геоэкосистема восстанавливается, ее оценивают как устойчивую к ним. Сравнивая устойчивость разных ПТК, упругую устойчивость оценивают по скорости их самовосстановления, а инерционную — по степени деградации или измененности.

Анализ различных геосистем показывает. что механизм поддержания устойчивости за счет самовостановления лучше действует в геосистемах с мощными вещественно-энергетическими потоками. Например, речные геосистемы, где мощным системообразующим фактором является водный поток, геосистемы сформированные морскими течениями, а также геосистемы, обладающие высокоемким и интенсивным БИК. Их примерами могут быть геосистемы типа дельтовых с мощным потоком приносимых биогеных и биофильных элементов питания или влажных субтропических, тропических и экваториальных лесов. Для этих геосистем характерен мощный поток солнечной радиации и значительное количество атмосферных осадков, поддерживающих активный и высокоемкий БИК.

Анализ общих механизмов и процессов, определяющих устойчивость геосистем в целом показывает, что наименее устойчивыми к антропогенным воздействиям являются следующие из них:

- реликтовые и молодые геосистемы, не полностью соответствующие по своей структуре и функционированию современным условиям окружающей их природной среды;

- геосистемы, обладающие повышенными или, наоборот, пониженными запасами потенциальной энергии рассеивания (диссипации), но зато повышенным потенциалом концентрации вещества (горы, возвышенности или низины);

- геосистемы с ярко выраженными лимитирующими гидротермическими факторами (тундры - недостаток тепла, пустыня - влаги, болота - избыточное увлажнение), либо трофическими факторами (геосистемы на хорошо промытых флювиогляциальных или алювиальных песках).

Преодоление КЭС. КЭС могут развиваться быстро, захватывая сразу геосистемы высоких рангов, тогда они воспринимаются и могут иметь катастрофические последствия, а могут развиваться постепенно, захватывая вначале локальные геосистемы некоторых типов. Последние, обладая инерционной и адаптивной — пластической устойчивостью, несколько изменяясь амортизируют, смягчают или ведут к затуханию кризисов.

Общую схему развития КЭС и выхода геосистем из них можно представить в виде пяти стадий:

- функциональные нарушения, увеличение флуктуаций параметров геоэкосистем, снижение устойчивости их структур;

- отмирание или деградация части элементов, не соответствующих новым условиям окружающей среды; как следствие, уменьшение разнообразия их структуры, дальнейшее снижение устойчивости, но уже геосистем более высокого ранга;

- бифуркации в структурах и направлениях развития, отбор возможных вариантов их стабилизации;

- закрепление адекватных новым условиям устойчивых структур и функций, увеличение разнообразия геоэкосистем, выработка их нового инварианта;

- стабилизация, устойчивое функционирование и направленное развитие модифицированных геоэкосистем, в соответствии с новыми условиями ОС.

Последние стадии развития КЭС соответствуют стадиям восстановительных сукцессий, и наша задача заключается в ускорении этого процесса. Наиболее трудно управляемыми и опасными, с точки зрения возможного материального и экологического ущербов для природы и общества, являются первые две стадии КЭС. Поэтому на них и следует сосредоточить внимание при разработке стратегии и тактики предотвращения или смягчения КЭС. Главная задача не дать развиться кризису по сценарию катастроф.

В принципе, если наблюдаемые в кризисных ситуациях структурные изменения в геоэкосистемах развиваются медленно, по сравнению с временем жизни человека или общества, то воспринимаются они как процесс естественного или близкого к нему развития. Однако и в данном случае некоторые микроэкосистемы или их составляющие все равно преодолевают экологические микрокризисы и даже микрокатастрофы, почти не сказывающиеся на хозяйственной деятельности. Постепенно ландшафт и хозяйственная деятельность подстраиваются друг к другу. Этот процесс можно ускорить и направить в нужное русло ландшафтно-экологическими и эколого-технологическими инженерными мероприятиями. При сильных и резких воздействиях повреждаются ландшафтные структуры высоких рангов, а элементарные геоэкосистемы на большей территории. В результате в нарушенных ПТК возрастают контрасты и градиенты, активизируются плохо регулируемые естественные процессы еще больше разрушают организационную структуру ландшафтов. Другими словами, вначале изменяется и деградирует один из уровней организации геоэкосистем, из него как бы вырываются отдельные звенья, регулирующие интенсивность, связывающих геосистемы разномасштабных круговоротов. Затем, в том числе и под влиянием активизированных естественных процессов, начинают изменяться и отмирать структуры геосистем более высоких уровней организации (особи, популяции, виды; или урочища и их группы, местности, ландшафты).

Так в сферах влияния кислотных дымовых выбросов диоксидов серы и азота, в первую очередь, повреждаются, а затем и деградируют элювиальные геоэкосистемы хвойных лесов на песчаных почвах. Если воздействия не очень интенсивны и процесс усыхания хвойных деревьев растягивается на 20 - 40 лет, то в лесной зоне в элювиальных природных комплексах их постепенно замещают более устойчивые ( в 4-10 раз) к этим загрязнителям мелколиственные породы. Соответственно меняются и другие элементы биогеоценозов - травянистая растительность и почвы. Постепенно модифицированная геосистема стабилизируется на относительно биопродуктивной стадии сукцессии. При сильных воздействиях дымовых выбросов, особенно на малоустойчивые геоэкосистемы северной тайги или лесотундры, вслед за хвойными породами в элювиальных и трансэлювиальных ландшафтах повреждается и отмирает мохово-лишайниково-кустарничковый покров. Одновременно усиливается выщелачивание и вымывание питательных веществ из и без того бедных подзолистых почв, падает биопродуктивность деградированных биоценозов, развиваются эрозионные процессы, меняющие морфологический облик и структуру территории на фациальном и урочищном уровнях ее ландшафтной организации. То есть кризис развивается по сценарию локальных или региональных экокатастроф, а деградировавшие геосистемы долго стабилизируются и сохраняются на абиотической стадии развития. В тоже время, при загрязнении тундровых мохово-лишайниково - кустарниковых ландшафтов угольной золой и пылью, например, в районе Воркуты, отмечается более раннее (на 15 - 20 суток) стаивание снега, альбедо поверхности которого падает с 60 - 70% в условиях регионального фона, до 20 - 30%. Как следствие возрастает тепловой баланс загрязняемой территории, деградирует вечная мерзлота. Все это в комплексе с фактором дополнительного минерального питания за счет химических элементов, содержащихся в угольной золе и пыли, благоприятно сказывается на развитии травянистой растительности, заметно увеличивается высота и биопродуктивность кустарников. Рост теплового баланса, вегетационного периода и деятельного слоя почв позволяет выращивать огородные сельскохозяйственные культуры, а увеличение урожаев травянистой растительности - содержать коров и другой домашний скот. Однако данный процесс идет на фоне и за счет деградации коренных тундровых ландшафтов. То есть, в принципе, можно говорить о локальных экологических кризисах тундровых геоэкосистем в целом, а также о кризисе традиционного уклада жизни коренных народов, оленеводства и других промыслов. Тем не менее ситуацию, при которой увеличивается биопродуктивность угодий и разнообразие экосистем, улучшаются условия питания и жизни населения трудно воспринять как кризисную, а тем более катастрофическую. Если же с ростом загрязненности территории возрастет заболеваемость или смертность населения, то ситуация однозначно перейдет в кризисную.

В лесостепной и степной зонах, с коэффициентом увлажнения близким к единице, более раннее и быстрое инсоляционное таяние снега в районах пылевого загрязнения и быстрый сток талых вод по мерзлой почве ведет к иссушению территорий и ксерофитизации растительности. Это явление тоже можно рассматривать как локальные микрокризисы, например, луговостепной растительности и связанных с ней животных. Однако эти процессы весьма неустойчивы, и любое снижение интенсивности антропогенной нагрузки, связанное с падением производства или изменением технологий, либо с изменением погодных условий, влияющих на рассеивание загрязнителей и увлажненность территории, может вести к частичному восстановлению исходных экосистем или к усилению кризисных явлений в них. Из-за межгодовой изменчивости увлажнения, направлений и скорости ветров в вегетационный период меняется общая площадь и интенсивность повреждения хвои и листвы у древесных растений, а также положение очагов наиболее поврежденной растительности в сферах техногенного влияния. При этом у хвойных растений в прежних очагах сильного повреждения восстанавливается молодая хвоя. В результате структура природных комплексов в зонах слабых и средних воздействий становится более дифференцированной и менее устойчивой. Это наиболее типичный вяло текущий экокризис, особо опасный для геоэкосистем в периоды с экстремальными засухами и при дополнительных антропогенных нагрузках

В зонах интенсивных хронических дымовых выбросов и других воздействий при быстром усыхании и вытаптывании структура ПТК упрощается, становится более однородной, большая часть границ между элементарными геосистемами размываются, а оставшиеся делаются контрастными. Так, в зонах тайги и смешанных лесов хвойные и смешанные леса в промышленных и сельскохозяйственных районах замещаются относительно более однородными березняками разнотравно-вейниковыми, либо сельхозугодьями с размытыми границами оглеенных, а в степной зоне солонцеватых и солончаковатых почв небольших западин. В северотаежных ландшафтах в районах техногенных пустошей сфер интенсивного влияния дымовых выбросов трансэлювиальные и элювиальные местообитания с уничтоженным почвенно-растительным покровом постепенно осваиваются растениями сохранившихся трансаккумулятивных природных комплексов. В частности место мохово - лишайниковых и кустарничковых сообществ постепенно занимают осоково - разнотравные ассоциации.

Особую опасность приобретают кризисные ситуации в районах с наложенными зонами разных видов промышленных, селитебных и рекреационных нагрузок. Например, к востоку от крупных промышленных узлов Урала, в радиусе 3-5 км, сосновые леса на щебнистых слаборазвитых почвах практически прекратили свое существование. С началом промышленного развития здесь велись лесопромышленные рубки, леса окуривались дымовыми выбросами предприятий, выпасался скот, отдыхали горожане. При этом не только был выбит весь травяной покров, высох подлесок, прекратилось самовозобновление древостоя, но и оголились корни уцелевших деревьев из-за смыва мелкозема и развития эрозионных процессов. В результате структура природных комплексов сильно упростилась и приобрела больше общих черт, чем различий. Такая конвергенция характерна для геосистем высоких степеней их деградации. При этом резко уменьшается и разнообразие возможных естественных механизмов предотвращения или смягчения развивающихся КЭС. Для их преодоления приходится прибегать к жестким волевым административным методам выхода из экологических кризисов, а это чревато значительными экономическими и социальными издержками.

Итак, кризисная экологическая ситуация, как и устойчивость, понятие относительное. КЭС по сути, для локальных геосистем или отдельных региональных обьектов природы далеко не всегда воспринимаются как таковые человеком. Более того, если заранее задать границы допустимых изменений в ландшафтных комплексах и хозяйстве, спланировать, подготовиться и соблюдать их, то опять же ситуация перестает быть кризисной. Например, если заранее известно, что выбросы загрязнителей в атмосферу ведут к усыханию хвойных лесов прежде всего в элювиальных геосистемах, а полностью исключить выбросы нельзя или дорого, то следует удержать или снизить их концентрации хотя бы до уровня когда повреждаются только наименее устойчивые экосистемы. Тогда, считая этот ущерб условно допустимым для экологии и хозяйственной жизни региона, можно вести соответствующие рубки хвойных пород, заменив их в малоустойчивых природных комплексах быстрорастущими и более устойчивыми к загрязнителю лиственными породами или лугами. Как вариант, можно поддерживать геосистемы на заданной стадии сукцессии или модификации избирательно внеся минеральные и органические удобрения, повышающие устойчивость растений к загрязнителям. Это позволяет сохранить хвойные леса даже в элювиальных и трансэлювиальных ПТК. Еще одно из важных конструктивных направлений преодоления или смягчения КЭС — это технолого-экологическое комбинирование производств, позволяющее либо использовать отходы друг друга в технологических циклах, либо взаимно нейтрализовать их вредное влияние на ландшафты (кислотные и щелочные выбросы). То есть, для выхода из кризиса используются принципы отработанные в природе, а именно: — модифицируются геосистемы низких уровней или рангов в соответствии с новыми условиями ОС, повышается устойчивость в ней ПТК более высоких иерархических уровней, тем самым кризис переводится на микроуровень, затухает или смягчается; — геоэкосистема усложняется за счет формирования нового природно-хозяйственного уровня ее организации, со специфическими эколого-технологическими круговоротами вещества и энергии, поддерживающими геоэкосистемы на продуктивной стадии сукцессии. Таким образом перестройки в природе будут идти, но с меньшими негативными последствиями для нее и хозяйства региона. Микрокризисные изменения в природно-хозяйственных системах легче контролировать и предотвращать. Население же регионов микрокризисы может либо не воспринимает, либо легко к ним приспосабится за относительно короткое время. Это позволяет избегать социальных напряжений, как элементов КЭС.