Техногенные воздействия на структуру и функционирование геосистем

Функциональный подход к изучению техногенных воздействий на
ландшафты предполагает прежде всего анализ нарушения верти-
кальных и горизонтальных связей. Входные воздействия (на тот или
иной элемент или компонент) передаются по цепочкам вертикальных
связей на другие компоненты, а по каналам горизонтальных свя-
зей — на иные геосистемы. Отсюда возникают разного рода побоч-
ные нарушения структуры и функций не только геосистемы, подвер-
гающейся непосредственному воздействию, но и систем, более или
менее отдаленных от нее.

Нарушения гравитационного равновесия и их побочные след-
ствия. Нарушение гравитационного равновесия, приводящее к меха-
ническому перемещению масс в геосистемах, может быть вызвано
как прямым, так и косвенным хозяйственным воздействием. Наибо-
лее интенсивное непосредственное техногенное перераспределение
литосферного материала осуществляется при добыче полезных иско-
паемых и земляных работах. Ежегодное количество извлекаемого

при этом в мире твердого вещества измеряется величиной порядка
10¹¹т. Первичный географический эффект этой деятельности —
появление техногенных форм мезорельефа: терриконов (высотой до
300 м, площадью в десятки гектаров), отвалов (высотой до 100—
150 м, протяженностью до 1,5—2,0 км), карьеров (глубиной до
500—800 м, площадью до нескольких км). Каждое из этих образо-
ваний в отдельности имеет локальный характер и чаще сопоставимо
с урочищами, однако их комплексы в горнопромышленных районах,
на площадях в сотни и тысячи км², формируют своеобразную техно-
генную морфологию ландшафтов. Для городских территорий более
характерно выравнивание рельефа (искусственное заполнение грун-
том мелких долин, оврагов, балок и др., аккумуляция «культурного
слоя»), но создаются и специфические насыпные формы (дорожные
насыпи, дамбы и др.), все чаще практикуется создание искусствен-
ных намывных грунтов.

Создание техногенных форм рельефа стимулирует вторичные
гравигенные процессы. Терриконы и карьеры дают начало обвалам,
осыпям, оползням, отвалы и терриконы подвергаются смыву, размы-
ву, развеванию. Пустоты, образующиеся при подземных выработках,
часто вызывают мульды проседания и провалы глубиной в десятки
метров. Аналогичные явления наблюдаются при откачке подземных
вод. В больших городах площади мульд оседания измеряются
сотнями, а иногда тысячами км², оседание поверхности в Мехико
достигло 9 м, в Токио — 7м. Уплотнение и оседание грунтов про-
исходит под влиянием нагрузки, создаваемой различными сооруже-
ниями и водохранилищами.

Побочный эффект техногенного перемещения горных пород за-
трагивает другие функции ландшафта и приобретает более широкий
радиус действия. Прежде всего следует отметить нарушения влаго-
оборота и водного баланса. Так, вследствие дренирующего воздейст-
вия карьеров и откачки вод подземные воды истощаются на расстоя-
нии, многократно превышающем ширину карьера. Создание насыпей
и дамб усугубляет застой поверхностных вод и заболачивание.

Особая группа процессов связана с побочным воздействием на
геохимический круговорот. В терриконах и отвалах пустой породы,
золы, шлака теплоэлектростанций содержатся различные соли,
сульфиды и другие, нередко токсичные вещества, которые вовлекают-
ся в «дальнюю» миграцию, загрязняя поверхностные, подземные во-
ды и воздух (некоторые газы, в том числе SO₂, попадают в атмосферу
в результате самовозгорания остатков каустобиолитов в отвалах).
Интенсивность этой миграции усугубляется отсутствием стабилизи-
рующего растительного покрова из-за токсичности и неблагопри-
ятности физических свойств субстрата, слагающего техногенные
формы рельефа. Вещество, извлекаемое из земной коры, служит
источником перераспределения (рассеяния и концентрации) многих
химических элементов по всей земной поверхности.

Как ни внушительны масштабы прямого (целенаправленного)

техногенного перемещения вещества, они на целый порядок уступа-
ют техногенным процессам иного рода, а именно механической
обработке почвы — ее рыхлению, переворачиванию, перемешива-
нию. Этим путем ежегодно «перерабатывается» не менее
3 * 10¹² т твердого почвенного вещества, притом на площади, состав-
ляющей примерно десятую долю всей поверхности суши. Механиче-
ская обработка почвы, резко ослабляющая сцепление твердых час-
тиц, в сочетании с уничтожением естественного растительного покро-
ва, приводит к нарушению неустойчивого гравитационного равнове-
сия в пахотном слое и развитию вторичных гравигенных процес-
сов — смыва, линейной эрозии, дефляции.

На Земле подвержено эрозии не менее 6—7 млн. км² (из
15 млн. км² обрабатываемой площади). Эрозия и дефляция ежегодно
безвозвратно уносят с поверхности суши миллиарды тонн почвенных
частиц. В интенсивно эродируемых районах потери могут превышать
30 т/га в год. Вынос материала сопровождается образованием
эрозионных и эоловых форм рельефа и аккумуляцией наносов в по-
нижениях и водоемах. Дополнительным фактором механического
перемещения почвенно-грунтового материала и образования вторич-
ных форм рельефа служит интенсивный выпас скота, особенно,
в условиях аридного климата и легкого механического состава почв.
Во многих ландшафтах для нарушения гравитационного равновесия
достаточно свести естественный растительный покров. Особенно
чувствительны к этому горные ландшафты, где истребление лесов
активизирует эрозию, обвалы, осыпи, лавины, селевые потоки. В ланд-
шафтах области многолетней мерзлоты толчком для гравигенных
процессов могут служить всякие воздействия, нарушающие тепловое
равновесие в верхней части мерзлой толщи — уничтожение расти-
тельного покрова, строительство, спуск теплых сточных вод
и др. Протаивание льдистой мерзлой толщи приводит к просадкам,
образованию термокарстовых впадин, солифлюкции, оползням.

Важная с точки зрения функционального анализа геосистем
особенность гравигенных процессов техногенного происхождения —
их практически необратимый характер.

Изменения влагооборота и водного баланса. Из всех звеньев
влагооборота наибольшему целенаправленному преобразованию
подвергается сток; косвенным изменениям подвержены также испа-
рение и транспирация, перспективы изменения атмосферных осадков
в ощутимых масштабах весьма проблематичны. Следует различать
воздействия на процессы формирования стока на водосборах и на
водотоки как таковые. Первые непосредственно затрагивают фун-
кционирование геосистем.

Один из самых радикальных способов преобразования водного
баланса наземных геосистем — искусственное орошение, на которое
уходит не менее 3/4 забираемой из рек воды. В мире искусственно
орошается примерно 2,2 млн. км² (1,5% площади суши). В среднем
на 1 га расходуется ежегодно 12—14 тыс. т³ воды (1200—1400 мм).

Часть этой воды теряется на инфильтрацию и непродуктивное (физи-
ческое) испарение и лишь около половины транспирируется культур-
ными растениями.

Помимо основного ожидаемого эффекта — производства биомас-
сы (как следствия интенсификации влагооборота и биологического
круговорота веществ) в результате ирригации в той или иной степе-
ни затрагиваются и другие, сопряженные функциональные звенья
геосистем. По сравнению с естественными условиями многократно
(в тропиках — до 20 раз) увеличивается затрата тепла на испаре-
ние и сильно уменьшается его турбулентная отдача в атмосферу.
С другой стороны, озеленение поверхности приводит к уменьшению
альбедо и сокращению эффективного излучения, так что в результа-
те радиационный баланс возрастает. Средняя температура воздуха
и почвы повышается, но суточная амплитуда уменьшается на 10—
12° С. Интенсивная инфильтрация в условиях слабого дренажа мо-
жет привести к поднятию уровня минерализованных грунтовых вод
и вторичному засолению. В некоторых ландшафтах возможно забо-
лачивание, в других — усиление эрозии.

На богарных пахотных землях в ландшафтах с неустойчивым
и недостаточным увлажнением (лесостепных, степных) агротехниче-
ские мероприятия приводят не к столь радикальным, как в оазисах,
преобразованиям стока и водного баланса, но с широким радиусом
действия. Примитивная агротехника способствует усилению повер-
хностного стока. Зяблевая пахота повышает инфильтрационную
способность почв и тем самым запасы почвенной влаги, сокращает
поверхностный сток и, по-видимому, несколько увеличивает питание
грунтовых вод. Лесные полосы перехватывают весенний сток с полей,
задерживают снег, уменьшают непродуктивное испарение. Травосея-
ние также увеличивает инфильтрацию и сокращает поверхностный
сток. Дополнительный эффект дает снегозадержание. Аналогичное
действие оказывает террасирование склонов. В целом любые меры по
интенсификации земледелия и повышению урожайности (а следова-
тельно, и транспирации) ведут к перестройке водного баланса
в сторону сокращения поверхностного стока; вместе с тем уменьша-
ется интенсивность смыва почв и эрозии.

В зонах избыточного увлажнения основным фактором воздейст-
вия на водный баланс служит осушительная мелиорация. Сток
с осушенных болот вначале обычно возрастает, но в дальнейшем
процесс может протекать по-разному. Высокопродуктивные сельско-
хозяйственные угодья на месте осушенных болот нередко требуют
периодического применения искусственного орошения. В целом влия-
ние осушительной мелиорации на сток проявляется неоднозначно
в различных ландшафтах.

Существенной трансформации подвергается водный баланс и во-
дный режим на территории городов. Усилению поверхностного стока
способствуют застройка, искусственные покрытия, водостоки, уборка
снега. Откачка подземных вод и снижение пьезометрических уровней

на десятки и даже сотни метров могут привести к уменьшению
и даже прекращению грунтового питания рек (что произошло с рекой
Москвой в пределах Москвы). Подпор грунтовых вод, создаваемый
подземными сооружениями, и уплотнение грунтов вызывают подтоп-
ление и затопление подвалов, конденсацию влаги под зданиями.
Что касается преобразования гидросети и руслового стока, то при
современном уровне гидротехнического строительства это стало
обычным делом. Из всех относящихся сюда вопросов мы кратко
остановимся лишь на географической роли искусственных водохра-
нилищ. Создаваемые для регулирования руслового стока (в гидро-
энергетических, мелиоративных, транспортных и других хозяйствен-
ных целях), водохранилища оказывают прямое и косвенное влияние
на наземные геосистемы.

Появление водохранилища — это прежде всего замена наземных
геосистем водным природным комплексом, и такая замена осуще-
ствлена уже примерно на 0,3% площади суши. Часть этой площади
испытывает своеобразный «земноводный» режим: при сработке уров-
ня в меженный период обнажается значительная часть площади дна
(у равнинных водохранилищ до 50%).

Проблеме влияния искусственных водохранилищ на окружаю-
щую территорию посвящены многочисленные исследования¹. Отме-
тим лишь основные вторичные процессы: переработка берегов (раз-
мыв, активизация оползней, обвалы, провалы); подпор грунтовых
вод, повышение их уровня и подтопление пониженных участков,
а отсюда — заболачивание лесов, сельскохозяйственных и других
угодий; некоторое изменение местного климата (выравнивание тем-
пературного режима, увеличение влажности воздуха, изменение
скорости и направления ветра). Эффект этих воздействий и их
пространственные пределы зависят от структуры прилегающих лан-
дшафтов и от параметров самого водохранилища. Практически
значимое климатическое влияние самых крупных равнинных водо-
хранилищ ощущается на расстоянии до 1—3 км от берегов, хотя
приборы могут зарегистрировать его на расстоянии в 10 и даже
30—45 км. Подтопление распространяется чаще на сотни метров или
первые километры от берегов водохранилища.

В нижнем бьефе водохранилища из-за прекращения поемного
режима нередко деградируют пойменные геосистемы на протяжении
десятков и сотен километров. Кроме того, действие крупных гидро-
узлов сказывается на отдаленных внутренних водоемах, уровень
которых падает вследствие забора воды из рек и водохранилищ
на орошение и другие хозяйственные нужды (примером может
служить Аральское море). В водохранилищах отлагается часть
речных наносов, в результате чего сокращается твердый сток рек,
нарушается равновесие между поступлением и удалением твердого

¹ См., например: Вендров С. Л., Дьяконов К. Н. Водохранилища и окружающая
среда. М., 1976. С. 136.

материала в устьевой зоне морского побережья, происходит разру-
шение берегов, сокращается рост дельт.

Нарушение биологического равновесия и биологического круго-
ворота веществ. Биота чрезвычайно чувствительна к человеческому
воздействию и подверглась наиболее сильному преобразованию.
Многие биоценозы испытали перестройку, другие полностью замеще-
ны искусственными сообществами. Изменение биоценозов вызывает
нарушения в других звеньях функционирования геосистем, о чем уже
отчасти упоминалось. Особенно велико стабилизирующее значение
лесов, поддерживающих неустойчивое равновесие между компонен-
тами геосистем в условиях расчлененного рельефа, слабых грунтов,
многолетней мерзлоты, экстремального климата (с недостатком или
избытком тепла и влаги). Площадь лесов на Земле в результате
хозяйственной деятельности сократилась, по-видимому, не менее чем
на 30 млн. км² и продолжает сокращаться. Это обусловило наруше-
ние гравитационного равновесия и водного баланса во многих
ландшафтах. Аналогичные следствия вызывает нарушение травяно-
го и кустарникового покрова, а также мохово-лишайникового (в тун-
дре), главным образом, из-за перегрузки пастбищ. Нерациональное
скотоводство, по-видимому, ускорило процесс естественной аридиза-
ции Сахары.

Преобразование растительного покрова как главной части биоце-
ноза и продуцента первичной биомассы ведет к более или менее
серьезным нарушениям геохимических функций геосистем. Биологи-
ческий метаболизм играет важнейшую роль в круговороте углерода,
кислорода, азота, фосфора и ряда других элементов. Замена естес-
твенных биологических сообществ культурными, как правило, приво-
дит к уменьшению общей биологической продуктивности и соответ-
ственно интенсивности биологического метаболизма. С урожаем
культурных растений ежегодно из почвы отчуждаются сотни миллио-
нов тонн зольных элементов и азота. Так, с урожаем пшеницы выно-
сится (в кг на 1 га): азота — 70, фосфора — 30, калия — 50, каль-
ция — 30; с урожаем картофеля — соответственно 90, 40, 160, 76.
По некоторым расчетам, почва со средним содержанием мине-
ральных веществ может быть полностью истощена в результате
изъятия урожая в течение 15—150 лет. Наиболее неустойчив баланс
минеральных веществ почв, формирующихся в условиях влажного
климата и интенсивного выщелачивания, т. е. подзолистых и особен-
но почв влажных тропических и экваториальных лесов. В естествен-
ных условиях баланс поддерживается лесной растительностью, спо-
собной накапливать огромную фитомассу и осуществлять интенсив-
ный круговорот веществ. Вырубка лесов, а также корчевка пней,
уничтожение подстилки ведут к изъятию из локального круговорота
большого количества азота, кальция, фосфора и других элементов
и к истощению почвы.

Напомним о косвенном влиянии уничтожения растительности
и распашки на необратимую потерю химических элементов из почвы.

В США, например, в 30-е годы с полей ежегодно смывалось в реки
1,5—3,0 млрд. т почвенных частиц, и почвы теряли до 40 млн. т азо-
та, калия и фосфора.

С целью компенсировать недостаток элементов минерального
питания растений применяются химические удобрения. Однако вне-
сение в почву удобрений не может восполнить все потери. В некото-
рых сильно эродированных районах с полей смывается в 100 раз
больше азота, калия и фосфора, чем вносится с удобрениями. Кроме
того, поскольку удобрения не могут полностью усваиваться растени-
ями, до 40—50 % вносимого в почву количества (что составляет
десятки и даже сотни кг/га) вымывается с полей и вовлекается
в неконтролируемую водную миграцию.

Особые проблемы возникают в связи с растущим применением
пестицидов. Попадая в пищевые цепи, они прогрессирующим обра-
зом накапливаются в тканях организмов по мере перехода от низших
звеньев цепи к высшим. Это свойство определяет возможность их
распространения (например в организме птиц) далеко за пределы
того участка, где они были применены.

Многие растения обладают избирательной способностью к погло-
щению тех или иных техногенных веществ, в том числе радиоактив-
ных (лишайники, например, способны захватывать их непосред-
ственно из воздуха), и тем самым способствуют дальнейшей переда-
че их по пищевым цепям или накоплению в геосистемах.

Наиболее глубокие изменения функций геосистем, вызванные
нарушением биологического равновесия и биологического кругово-
рота веществ, проявляются в локальных масштабах. Однако некото-
рые косвенные последствия подобных нарушений могут распростра-
няться на более обширные пространства через сток, транспортировку
и аккумуляцию наносов, трофические связи и водную миграцию
химических элементов.

Техногенная миграция химических элементов в геосистемах. Тех-
ногенный геохимический круговорот — одно из самых специфиче-
ских и трудно контролируемых проявлений современного вмешатель-
ства человека в функционирование геосистем. В процессе производ-
ства создаются тысячи новых соединений, многие из которых в естес-
твенных условиях не образуются. Часть из них предназначена для
целенаправленного воздействия на природную среду (удобрения,
пестициды), но большинство вводится в геохимический круговорот
непреднамеренно — в виде отходов производства, различных отбро-
сов, использованных промышленных изделий. Среди элементов зем-
ной коры, вовлеченных в техногенный круговорот, на первом месте
стоит углерод, далее следуют Са, Fе, А1, С1, Na, S, N, Р, К, Сu, Z п
и др.

Многие техногенные элементы начинают миграцию в воздушной
среде. Основную массу выбросов в атмосферу составляет диоксид
углерода СО₂ (не менее 10—15 млрд. т ежегодно) — главный про-
дукт сжигания топлива: ему сопутствуют другие газы — оксид угле-

рода СО (основной источник поступления — двигатели внутреннего
сгорания, а также нефтеперерабатывающие предприятия), серни-
стый ангидрид SO₂ (образуется при сжигании и переработке нефти
и угля, сланцев, выплавке цветных металлов, производстве серной
кислоты, цемента, целлюлозы и т.д.), окислы азота, углеводороды
(те и другие в основном входят в состав выхлопных газов автомоби-
лей) и др. Кроме газов в атмосферу попадают твердые продукты
сгорания топлива и пыль, поставляемая многими отраслями про-
мышленности (цементной, угольной, абразивной и др.), а также
пыльными бурями. Главный компонент пыли — кремниевый ангид-
рид SiO₂, кроме того, в ней могут содержаться Рb, Zп, Аs, Ni, Со, Sb
и др. Крупные пылевые частицы поднимаются лишь на сотни метров
и довольно быстро оседают под действием силы тяжести. Мелкие
частицы вымываются атмосферными осадками или месяцами нахо-
дятся во взвешенном состоянии, а самые мелкие (<1 мкм) распро-
страняются почти по всей тропосфере и годами не выпадают на
поверхность.

Из-за подвижности воздушной среды атмосферные загрязнения
(в том числе радиоактивные) способны распространяться на тысячи
километров. Копоть и сажа из промышленных центров Европы
отлагаются на горных ледниках. Часть воздушных мигрантов попа-
дает в почву, растворяется в поверхностных и грунтовых водах,
вовлекается в пищевые цепи, некоторые из них поглощаются непо-
средственно водами Мирового океана, другие переходят в водное
звено круговорота с атмосферными осадками, выносятся с речным
стоком в океан, где заканчивают свою миграцию.

Среди техногенных воздушных мигрантов наибольшее физико-
географическое значение может иметь диоксид углерода. По некото-
рым данным, его концентрация в атмосфере возросла лишь за одно
десятилетие на 13 %. Относительно баланса СО₂ в атмосфере пока
еще многое остается неясным. Известно, что часть ее избытка рас-
творяется в водах океана (но поглощают ее только холодные воды,
тогда как теплые — выделяют). Кроме того, повышение концентра-
ции углекислоты в воздухе стимулирует фотосинтез, и можно ожи-
дать усиления ее изъятия по мере увеличения интенсивности земле-
делия. С повышением парциального давления СО₂ связано также
увеличение ее концентрации в поверхностных водах (что находит
локальное проявление в усилении растворяющего действия водных
растворов на известняки, доломиты, а также на бетон). Основной
предполагаемый глобальный эффект возрастающей концентрации
СО₂ в атмосфере — это ее возможное влияние на тепловой баланс
Земли (см. ниже).

Оксид углерода из-за своей легкости распространяется по всей
толще тропосферы. Его средняя концентрация незначительна, но
локально (в крупных городах) может возрастать в 200—300 раз.
Некоторая часть техногенной СО поглощается водами океана или
окисляется в озоновом слое атмосферы до СО₂.

Сернистый ангидрид оказывает вредное влияние на древесную
растительность (с ним связывают, в частности, массовую гибель
пихты в некоторых районах Западной Европы). Лишайники погиба-
ют уже при концентрации SО₂ 0,01—0,02 на 1 млн. Пагубное влия-
ние SО₂ сказывается также на почвенных микроорганизмах. На
частицах дыма сернистый ангидрид каталитически окисляется до
серного ангидрида SОз, который, растворяясь в воде, превращается
в серную кислоту, выпадающую с осадками («кислотные дожди»).
Эффект атмосферных загрязнений наиболее интенсивно проявля-
ется в непосредственной близости от их источников, главным обра-
зом в крупных городах и промышленных центрах. Под действием
серной кислоты стены зданий подвергаются химическому выветрива-
нию, в результате которого образуется сравнительно легко раствори-
мый гипс. Смог, образующийся над городами, содержит сотни
различных соединений, нередко опасных для здоровья (в том числе
канцерогенных). Смог уменьшает поступление солнечной радиации
(особенно ее ультрафиолетовой части) на 30—40 %, а повышенное
содержание ядер конденсации и сублимации в воздухе вызывает
локальное увеличение облачности и осадков (на 5 —10 %) и в осо-
бенности туманов.

Большинство техногенных выбросов проходит через водный цикл
миграции. Некоторые из них попадают непосредственно в реки
и водоемы через канализацию. Это преимущественно промышленные
и бытовые стоки, которые относительно легко учитывать и контроли-
ровать. В промышленных водах содержатся различные кислоты,
фенолы, сероводород, аммиак, ртуть, свинец, фтор, мышьяк, кадмий,
и некоторые другие токсичные вещества, отработанные технические
масла, нефтепродукты. С бытовыми стоками в реки и водоемы
попадают детергенты, обладающие высокой биохимической активно-
стью и образующие обильную пену. Факторами прямого загрязнения
водотоков и водоемов служат также водный транспорт и молевой
сплав.

Помимо указанных причин загрязнения вод существуют значи-
тельно более сложные и труднее поддающиеся измерению и контро-
лю пути водной миграции различных хозяйственных и бытовых
выбросов. Источниками их служат сельскохозяйственные земли
(в том числе орошаемые), загрязненные удобрениями и ядохимика-
тами, животноводческие фермы и пастбища, рекреационные угодья,
отвалы и терриконы, свалки промышленных и бытовых отходов. Из
этих источников различные органические и минеральные вещества
(среди них имеются химически очень активные и нередко токсичные)
вовлекаются в водную миграцию посредством плоскостного смыва
(преимущественно талыми снеговыми и ливневыми водами), а также
инфильтрации. К этому следует добавить ту часть атмосферных
мигрантов, которая осаждается в виде пыли или в растворенном
виде с атмосферными осадками, о чем уже говорилось ранее. Плос-
костные стоки трудно локализовать и изолировать от биологического

круговорота на суше, поэтому часть техногенных водных мигрантов
может быть вовлечена в биологический метаболизм.

Естественными коллекторами загрязненных поверхностных и грун-
товых вод, как и канализационных, оказываются реки, внутренние
водоемы и моря. Не удивительно, что многие крупные реки, такие,
как Рейн, превратились в сточные канавы. Некоторая часть загряз-
няющих веществ накапливается на речном дне, но основная функция
рек — транзитная. Благодаря проточности рек их загрязнение —
процесс обратимый. Притом, в речной воде происходит частичное
самоочищение: часть органических примесей разрушается и минера-
лизуется в результате жизнедеятельности микроорганизмов и водо-
рослей.

В худшем положении оказываются внутренние водоемы, характе-
ризующиеся замедленным влагооборотом (осредненная скорость
влагооборота у озер Земли в 230 раз меньше, чем у рек). Поэтому
в озерах и водохранилищах условия самоочищения значительно
хуже, чем в реках, во многих из них резко изменился гидрохимиче-
ский и гидробиологический режим, некоторые из них превратились
в «мертвые водоемы». За последние десятилетия широко распростра-
нилось явление техногенной евтрофикации водоемов, обусловленное
увеличением концентрации в воде азота и особенно фосфора.

Конечное звено водной миграции техногенных выбросов — Миро-
вой океан. Его прогрессирующее загрязнение обусловлено не только
веществами, поступающими с речным стоком, но и непосредственны-
ми выбросами нефтепродуктов (при авариях на танкерах и нефте-
промыслах) и промышленных отходов, а также техногенными осадка-
ми из атмосферы. Процесс загрязнения океана в основном необра-
тим. Глобальное географическое значение этого процесса определя-
ется выдающейся ролью Мирового океана в формировании структу-
ры всей эпигеосферы, ее теплового баланса, влагооборота, газообме-
на. Так, образование нефтяной пленки приводит к нарушению
газового, теплового и водного обмена океана с атмосферой.

Поведение элементов, участвующих в техногенной миграции,
условия их накопления или удаления из геосистем зависят от ха-
рактера последних. Приведем лишь несколько примеров. Замкнутые
котловины (в том числе внутригорные) способствуют формированию
устойчивых очагов атмосферного загрязнения. Температурные инвер-
сии, штили, туманы также содействуют концентрации техногенных
выбросов в атмосфере. Слабые моросящие дожди эффективнее осаж-
дают атмосферные примеси, чем ливневые. Климат влияет на образо-
вание разных типов смога. Например, фотохимический (лос-андже-
лесский) смог образуется в сухом солнечном климате, а так называе-
мый лондонский смог, главным компонентом которого является
сернистый ангидрид, — во влажном. Отрицательные воздействия ат-
мосферных загрязнений на растительность усиливаются при сильной
освещенности, повышенной влажности воздуха и умеренной темпера-
туре, так как при этих условиях открываются устьица листьев.

Существенное значение имеют почвы. Кислые почвы, например,
интенсивнее аккумулируют различные вредные соединения, чем ней-
тральные. Высокое содержание кальция в почве способствует сокра-
щению выноса различных элементов (в том числе содержащихся
в химических удобрениях). Токсичные вещества быстрее удаляются
из фаций, формирующихся на легком сухом субстрате со слабо
развитой подстилкой. Пестициды в условиях холодного климата
с длительной зимой, в почвах кислых и гумусированных разлагаются
медленнее, чем в теплом климате и в почвах щелочных и малогу-
мусных. Большую роль в техногенном геохимическом круговороте
играют растения-концентраторы отдельных элементов, о чем уже
упоминалось ранее.

Изменения теплового баланса. Многообразное техногенное влия-
ние на тепловой баланс земной поверхности и атмосферы имеет
непреднамеренный характер и является побочным результатом хо-
зяйственной деятельности. Техногенные энергетические факторы
можно разделить на четыре группы.

1. Преобразование подстилающей (субаэральной) поверхности.
Сюда следует отнести вырубку лесов, создание оазисов, осушение
болот, создание водохранилищ и искусственных покрытий в городах,
запыление поверхности снега и льда, образование нефтяной пленки
в океанах и др. Все эти факторы воздействуют на радиационный
и тепловой баланс через изменение отражательной способности
и испарения. Локальный, реже региональный (на нижних ступенях)
эффект бывает весьма существенным, например в уже приводившем-
ся примере оазисов. Создание водохранилищ приводит к некоторому
увеличению радиационного баланса, причем в гумидных районах
основная часть этого прироста расходуется на турбулентный обмен
с атмосферой, а в аридных — на испарение. Осушительные мелиора-
ции ведут к увеличению потока тепла от земной поверхности в атмос-
феру. В городах на тепловой режим влияет резкое сокращение
испарения и аккумуляция солнечного тепла камнем, бетоном, кирпи-
чом, асфальтом.

2. Выбросы тепла в атмосферу в результате производства энер-
гии. Вся вырабатываемая энергия в конечном счете превращается
в тепло и рассеивается в пространстве, причем не менее ²/з энергии,
содержащейся в потребляемом топливе, не используется в производ-
стве из-за низкого КПД и непосредственно уходит в атмосферу в виде
тепла. Одним из источников тепла служит нагретая вода, используе-
мая для охлаждения на тепловых и атомных электростанциях. Гло-
бальный эффект всего техногенного тепла может быть выражен
повышением средней температуры воздуха у земной поверхности
примерно на 0,01° С, но в развитых индустриальных странах и рай-
онах этот эффект должен быть значительно сильнее. В крупных
городах количество выбрасываемого в атмосферу тепла соразмерно
с величиной суммарной солнечной радиации или даже превосходит ее.

3. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере. Роль

этого фактора служит предметом дискуссий. Многие авторы придают
ему особенно большое значение, поскольку он должен усиливать
парниковый эффект и, следовательно, вести к прогрессивному повы-
шению температуры воздуха в глобальных масштабах. Однако этому
процессу должны сопутствовать некоторые процессы с противопо-
ложным температурным эффектом (в частности, изменение облачно-
сти). Кроме того, до сих пор отсутствуют надежные способы количе-
ственной оценки баланса СO₂ в атмосфере.

4. Увеличение содержания аэрозоля в атмосфере. Запыленность
воздуха способствует образованию облаков и повышает величину
отраженной солнечной радиации, но в то же время пылевые частицы
поглощают длинноволновое излучение и тем самым усиливают пар-
никовый эффект. Соотношение этих противоположных тенденций
еще недостаточно ясно.

Суммарный тепловой эффект техногенных факторов наиболее
ощутимо проявляется в локальных масштабах, особенно в городах,
где действуют все четыре группы факторов, причем определяющее
значение имеет непосредственный выброс тепла. В результате сред-
ние годовые температуры в крупных городах на 1—2° С выше, чем
в окрестностях, зимние — могут быть выше на 6—7° С, а минималь-
ные — на еще большую величину. Постоянное поступление техно-
генного тепла в атмосферу должно было бы вызвать повышение
температуры воздуха в больших городах на десятки градусов, но
циркуляция воздушных масс спасает города от перегрева и сглажи-
вает локальные контрасты в тепловом балансе. Но тем самым куму-
лируется действие отдельных техногенных очагов и создается гло-
бальный эффект.

Существуют предположения, согласно которым при современных
темпах роста производства энергии через 100 лет средняя температу-
ра может повыситься более чем на 3° С, что приведет к таянию
ледниковых покровов и повышению уровня Мирового океана¹. Одна-
ко подобные прогнозы пока ненадежны, поскольку количественная
оценка различных составляющих техногенного воздействия на теп-
ловой баланс очень неточна и часто противоречива; механизм возни-
кающих при этом атмосферных процессов, в частности обратных
связей, не изучен; наконец, мы еще плохо знаем характер климатиче-
ских колебаний, происходящих в силу естественных причин, вследст-
вие чего трудно отделить техногенный вклад в наблюдающиеся
тенденции изменения термики атмосферы.

Устойчивость геосистем к техногенным воздействиям

Для оценки характера и глубины воздействия и определения его
допустимого предела, за которым наступают необратимые и нежела-
тельные изменения геосистемы, необходимо выяснить устойчивость

¹ См.: Будыко М. И. Изменение климата. Л., 1974. С. 280.

последней к техногенным нагрузкам. Всякая геосистема, как нам
уже известно, приспособлена к определенной природной среде,
в рамках которой она устойчива и нормально функционирует. Мно-
гие техногенные факторы, особенно так называемые загрязнения,
т. е. искусственные геохимические нагрузки, не имеют аналогов
в природе, и устойчивость геосистем к подобным возмущающим
факторам имеет специфический характер. Разнообразие техногенных
воздействий на геосистемы намного превосходит набор возможных
возмущений природного происхождения. Устойчивость системы при-
ходится рассматривать в отношении каждого фактора отдельно, так
что число возможных ситуаций оказывается весьма значительным.
В каждой конкретной ситуации механизмы устойчивости и ее порог
имеют свои особенности, и в каждом случае следует искать «слабое
звено» и стабилизирующие факторы.

В механизме устойчивости геосистем против техногенных нагру-
зок роль отдельных компонентов, процессов или свойств может
оказаться неоднозначной и даже противоречивой. Так, с точки
зрения противодействия техногенному химическому загрязнению
благоприятными внутренними факторами следует считать интенсив-
ный сток и большую скорость ветра. Но те же факторы благоприят-
ствуют эрозии и дефляции, т. е. определяют неустойчивость геосисте-
мы к механическому воздействию. Критерии устойчивости к химиче-
скому и механическому воздействию в значительной степени исклю-
чают друг друга. Даже такой общепризнанный стабилизирующий
фактор, как растительный покров, может играть при химическом
загрязнении отрицательную роль, поскольку способен аккумулиро-
вать вредные соединения и элементы.

Один из аспектов этой проблемы — устойчивость геосистем к за-
грязнению биохимически активными техногенными веществами (не-
фтепродуктами, пестицидами) — обстоятельно исследован
М. А. Глазовской и ее сотрудниками¹. В данном случае устойчивость
определяется условиями разложения, рассеяния и удаления привне-
сенных в геосистему веществ. В свою очередь условия разложения
зависят от количества поступающей солнечной энергии и особо ее
ультрафиолетовой части как катализатора фотохимических реакций,
от гидротермического режима почв (с которым связана микробиоло-
гическая деятельность), окислительно-восстановительных и щелоч-
но-кислотных условий почв и вод. В целом перечисленные факторы
изменяются зонально, и соответственно скорость самоочищения уве-
личивается на территории СССР с севера на юг. Однако локальные
закономерности более сложны: многие морфологические структур-
ные части ландшафта (например болота) играют роль геохимиче-
ских барьеров, или своего рода ловушек, способных накапливать
загрязняющие вещества.

Что касается интенсивности выноса продуктов техногенеза из

¹ См.: Вопросы географии. 1983. Вып. 120.

геосистем, то она зависит от величины стока, водопроницаемости
почвогрунтов, уклонов поверхности и дренированности территории,
ветрового режима (скорость и направление ветра, температурные
инверсии, штили).

Иные сочетания свойств геосистем и иные структурные особенно-
сти определяют степень устойчивости к механическим нагрузкам,
вырубке, пожарам, выпасу и т. д. Эрозионная устойчивость, напри-
мер, зависит от расчлененности рельефа, интенсивности снеготаяния
и осадков, физических свойств почво-грунтов. Устойчивость к рекре-
ационным нагрузкам в первую очередь зависит от устойчивости
напочвенного покрова к вытаптыванию, а также от устойчивости
древостоя к загрязнению воздуха.

Вряд ли возможно найти единый показатель «интегральной»
устойчивости геосистем к техногенному воздействию. Можно, одна-
ко, указать некоторые наиболее общие критерии, имеющие силу
в большинстве случаев. Это прежде всего высокая интенсивность
функционирования и сбалансированность функций геосистемы,
включая биологическую продуктивность и возобновимость расти-
тельного покрова. В свою очередь эти качества определяются опти-
мальным соотношением тепла и влаги. Основными факторами не-
устойчивости геосистем являются недостаток тепла и влаги, гравита-
ционная и тепловая (в условиях многолетнемерзлых пород) неустой-
чивость твердого фундамента. В этих условиях (как, впрочем,
и в более благоприятных) важным стабилизирующим фактором
служит растительный покров, но он относится к числу наиболее
уязвимых компонентов, и его устойчивость (возобновимость) нахо-
дится также в прямой зависимости от соотношения тепла и влаги.

Эти общие критерии устойчивости (и неустойчивости) должны
конкретизироваться не только применительно к различным формам
и факторам воздействия, но и к различным уровням и типам геоси-
стем. Иначе говоря, при анализе устойчивости геосистем к техноген-
ным воздействиям необходимо опираться на региональные и локаль-
ные ландшафтно-географические закономерности, на таксономию
и классификацию геосистем. Устойчивость геосистем в зависимости
от конкретной задачи исследования можно рассматривать на зональ-
ном, собственно ландшафтном и фациальном уровнях.

При самых широких сравнениях отчетливо выявляются различия
в устойчивости ландшафтов различных типов. Так, тундровые ланд-
шафты очень неустойчивы ко всяким техногенным нагрузкам. Де-
фицит тепла определяет низкую активность биогеохимических про-
цессов и медленную самоочищаемость от промышленных выбросов;
мерзлотный водоупор препятствует инфильтрации; растительный
покров легко разрушается при механическом воздействии и очень
чувствителен к сернистому ангидриду и другим атмосферным загряз-
нителям; неустойчивость растительного покрова служит причиной
нарушения теплового равновесия в приповерхностном слое много-
летнемерзлой толщи, что ведет к просадкам, термокарсту и т. д.

Таежные ландшафты в целом более устойчивы, чем тундровые,
благодаря большей теплообеспеченности и мощному растительному
покрову. Обильный сток благоприятствует удалению водораствори-
мых техногенных веществ. Однако биогеохимический круговорот еще
довольно замедленный, микробиологическая активность слабая. Су-
щественным отрицательным фактором служит сильная заболочен-
ность. Устойчивость к механическим и другим нагрузкам резко
ослабляется при сведении лесного покрова.

В пустынных ландшафтах интенсивная солнечная радиация спо-
собствует быстрому самоочищению от органических загрязнителей,
но вынос продуктов техногенеза резко замедлен из-за недостатка
влаги, и эти продукты легко накапливаются на геохимических барь-
ерах — в понижениях, впадинах. Растительность пустынь устойчива
к тяжелым металлам и способна накапливать их, тем самым содейст-
вуя аккумуляции их в ландшафтах. Легкая ранимость растительно-
сти обусловливает неустойчивость ландшафтов к механическим на-
грузкам, создаваемым выпасом, передвижением транспортных
средств и т. д. Минерализованность почвогрунтов и грунтовых вод —
фактор неустойчивости к ирригации.

При более детальном анализе в пределах каждого типа может
быть обнаружено большое разнообразие условий, связанное со
спецификой отдельных ландшафтов и их видов. Например, в восточ-
ноевропейской тайге различная устойчивость к техногенным загряз-
нениям присуща возвышенным зандровым равнинам, холмисто-мо-
ренным возвышенностям, низменным заболоченным глинистым рав-
нинам, карстовым плато и т. д. Наконец, дальнейшая конкретизация
требует учета морфологического строения ландшафта. Так, в преде-
лах таежных холмисто-моренных ландшафтов наблюдается большая
контрастность урочищ и фаций по их устойчивости к различным
воздействиям. От геохимической сопряженности фаций зависит пе-
рераспределение внутри ландшафта различных техногенных загряз-
нителей. Наличие геохимических барьеров способствует очищению
плакорных и склоновых (автономных) фаций, но обусловливает
формирование очагов аккумуляции в местных депрессиях, водоемах,
болотах. С другой стороны, «благополучные» в этом отношении
вершинные и склоновые фации неустойчивы к механическим нагруз-
кам (распашке, инженерному освоению, рекреации).