Изучение экологического состояния территории Большеземельской тундры с использованием методов дистанционного мониторинга

минерального  сырья  позволяют  выделять  в   качестве   наиболее   значимых

ограниченный   круг   полезных    ископаемых:    нефть,    некоторые    виды

стройматериалов. Другие  виды  полезных  ископаемых  требуют  дополнительной

разведки и изучения для оценки их перспективности.

      Восточноевропейские тундры на сегодняшний  день  в  значительной  мере

сохранили  естественный  облик  вследствие  слабого  освоения   и   признаны

эталоном равнинных тундр Европы.  Тем  не  менее,  на  большинстве  площадей

региона  отмечены  изменения  структуры  и  состава  растительного  покрова,

связанные с влиянием  хозяйственной  деятельности  различной  интенсивности.

Среди  основных  факторов  влияния  выделим  –  не   всегда   контролируемое

оленеводство, ведущее к перевыпасу и изменению  состава  доминирующих  видов

растений и интенсивное развитие  топливно-энергетического  комплекса  (ТЭК),

особо возросшее в последние десятилетия.

Материалы и методы исследований

      Модельным   участком   была   выбрана    территория,    представленная

естественными  и  антропогенно  трансформированными  сообществами  –   выпас

оленей  различной  интенсивности  (ПСК  «Ижемский  оленевод»),  деятельность

объектов нефте– и газодобычи (Средне–Харьягинское месторождение) (рис.1).

[pic]

           Рис. 1. Расположение модельного участка (1) в пределах

   Большеземельской тундры. Показаны основные месторождения углеводородов

    ТПНГП, границы ПСК «Ижемский оленевод» и пространственно привязанное

                       изображение снимка landsat ETM+

      В качестве основы для выполнения работы была подобрана  серию  снимков

спутников ASTER (6.18.2001, 16_009) и landsat ETM+ за период с 1995 по  2001

года. Характеристика снимков спутника Landsat приведена в табл.1.

      Таблица 1. Характеристики использованных снимков landsat ETM+.

|    |Path_row  |Дата      |

|1   |173_12    |2.08.1987 |

|2   |170_12    |11.07.1988|

|3   |172_13    |02.08.1988|

|4   |171_13    |03.08.1988|

|5   |171_13    |01.06.2000|

|6   |171_13    |19.07.2000|

      Aster  -  усовершенственный   космический   тепловой   эмиссионный   и

отражательный радиометр (advanced Spaceborne Thermal Emission and  Reflector

Radiometer). Датчик установлен  на  искусственном  спутнике  Terra,  который

запущен в декабре 1999 года. ASTER используется,  чтобы  получить  детальные

карты температуры поверхности земли,  коэфициента  излучения,  отражательной

способности и превышения. Радиометр был построен в Японии  для  Министерства

экономики,  торговли  и  промышленности  (Ministry  of  Economy  Trade   and

Industry – METI). Из всех датчиков, установленных на спутнике  TERRA,  ASTER

–  единственный  радиометр  с  высоким  пространственным   разрешением.   Он

воспринимает  излучения  в  видимом,  ближнем,  среднем  ИК  (или  тепловом)

диапазонах, размер сцены 60х60 км.

      Американский  спутник  Landsat–7  (спроектирован  и  создан  компанией

Lockheed   Martin   Missiles   and   Space)   был   успешно    выведен    на

солнечно–синхронную орбиту с временем нисходящего пересечения экватора  10ч.

00 мин. 15 апреля 1999  г.  и  имеет  расчетный  срок  эксплуатации  5  лет.

Спутник  продолжает  серию  природно–ресурсных  спутников  Landsat   (первый

аппарат  этой  серии  был  запущен  в  1972г.).  Миссия  Landsat-7  является

совместным   проектом   трех   крупнейших   американских   правительственных

организаций: NASA, NOAA и  USGS,  и  призвана  обеспечивать  национальных  и

зарубежных  потребителей  спутниковой   информацией   высокого   разрешения.

Установленная на спутнике съемочная аппаратура – сканирующий радиометр  ETM+

(Enhanced Thematic Mapper Plus), обеспечивает съемку  земной  поверхности  в

шести каналах с разрешением 30 м, в одном ИК канале – с разрешением 60  м  и

одновременную панхроматическую съемку с разрешением 15 м при  ширине  полосы

обзора для всех каналов около 185 км. Основные параметры орбиты:

      Номинальная высота:               705 км;

      Периодичность повторения трассы:  16 сут.;

      Наклонение:                       98.2 град.

      Сканирующий радиометр ETM+ создан по контракту NASA компанией Hughes

Santa Barbara Remote Sensing. Этот прибор является усовершенствованным

вариантом хорошо зарекомендовавших себя сканеров TM (Thematic Mapper),

которые работали на борту предыдущих спутников серии Landsat. От

предшественников его отличают следующие важные свойства:

    . наличие панхроматического канала высокого (15м) разрешения

    . наличие теплового ИК-канала

    . погрешность абсолютной калибровки – 5%

      Представленные    радиометры    различаются    количеством    каналов,

пространственным разрешением  и  спектральными  диапазонами.  Характеристики

последних представлены в табл. 2.

      Таблица 2. Характеристики спектральных диапазонов радиометров ASTER  и

ETM+.

|Наименование  |№ канала   |Пространственное |Спектральные  |Полоса обзора,|

|сканера       |           |разрешение, м    |диапазоны, мкм|км            |

|              |1          |15               |0.51 - 0.60   |              |

|              |           |                 |              |              |

|              |           |                 |              |              |

|              |           |                 |              |              |

|              |           |                 |              |              |

|              |           |                 |              |              |

|              |           |                 |              |              |

|ASTER         |           |                 |              |              |

|              |           |                 |              |60            |

|              |2          |15               |0.63 - 0.69   |              |

|              |3          |15               |0.76 - 0.86   |              |

|              |Стерео     |15               |0.76 - 0.86   |              |

|              |4     

  |30               |1.60 - 1.70   |              |

|              |5          |30               |2.145 - 2.185 |              |

|              |6          |30               |2.185 - 2.225 |              |

|              |7          |30               |2.235 - 2.285 |              |

|              |8          |30               |2.295 - 2.365 |              |

|              |9          |30               |2.360 - 2.430 |              |

|              |10         |90               |8.125 - 8.475 |              |

|              |11         |90               |8.475 - 8.825 |              |

|              |12         |90               |8.925 - 9.275 |              |

|              |13         |90               |10.25 - 10.95 |              |

|              |14         |90               |10.95 - 11.65 |              |

|              |1          |30               |0.45 - 0.515  |185           |

|              |           |                 |              |              |

|              |           |                 |              |              |

|              |           |                 |              |              |

|ETM+          |           |                 |              |              |

|              |2          |30               |0.525 - 0.605 |              |

|              |3          |30               |0.63 - 0.690  |              |

|              |4          |30               |0.75 - 0.90   |              |

|              |5          |30               |1.55 - 1.75   |              |

|              |6          |60               |10.40 - 12.5  |              |

|              |7          |30               |2.09 - 2.35   |              |

|              |8          |15               |0.52 - 0.90   |              |

|              |           |                 |(панхром.)    |              |

      В   районе   исследований   растительные    сообщества    представлены

преимущественно  кустарниковыми  тундрами  (Salix  lanata,  S.phylicifolia),

крупноерниковыми (Betula nana)  тундрами,  приуроченными  преимущественно  к

ложбинам  стока  и   плоскобугристыми   болотами   с   кустарничково-мохово-

лишайниковыми сообществами на  буграх  и  осоковыми  и  пушициево-сфагновыми

сообществами на плато водораздела.

      Картирование нарушений растительного покрова  проводили  на  основании

анализа снимков спутника Landsat (TM и  ETM)  за  1987,  1988  и  2000  гг.,

полученные   в   середине   вегетационного   периода.    Изображения    были

предварительно обработаны с помощью операции Tasseled Cap (TC)  программного

обеспечения Erdas Imagine 8.5. Для  выявления  годичной  динамики  нарушений

растительного покрова модельного  участка  было  составлено  комбинированное

изображение (рис.2), рассчитанное как:

Красный канал = TC 1 канал 2000 г. – TC 1 канал 1987 г.

Зеленый канал = TC 2 канал 2000 г. – TC 2 канал 1987 г.

Синий канал = TC 3 канал 2000 г. – TC 3 канал 1987 г.

                                    [pic]

         Рис.2. Динамика площадных нарушений на модельной территории

                          за период 1987 – 2000 гг.

      На  полученных  изображениях  1987,   1988,   2000   годов   нарушения

растительного  и  почвенного  покрова  читаются   достаточно   хорошо.   Как

показывает  комбинированное  изображение,  эти   нарушения   отмечаются   на

территории буровых скважин и прилегающих к ним земель, а также  на  участках

расположения трубопровода и дорог. Различия  спектральных  характеристик  на

изображениях 1987  и  2000  годов  позволяют  предположить,  что  на  многих

участках,  имеющих  наиболее  ранние  по  времени   нарушения   (1987   г.),

происходят    процессы    естественного    самовосстановления    (демутации)

растительного покрова. Отчетливые различия данных контуров  с  «естественным

фоном»  позволяют  отнести  «восстанавливающиеся»  площади  к   участкам   с

мезогемеробной  или  полигемеробной  степенью   нарушенности   (Новаковская,

Акульшина, 1992).

      Для количественного учета изменений  нарушенных  площадей  изображения

каждого года были подвергнуты векторизации (ArcVew 3.2а, UTM, зона 40),  для

чего была произведена оцифровка  антропогенно  трансформированных  участков.

Затем у полигональных объектов измерялась площадь, у  линейных  –  длина,  а

также толщина линий, соответствующая таковым на снимках (рис.3).

                 а                                       б

  РИС. 3. ИЗМЕНЕНИя ПЛОЩАДНЫХ НАРУШЕНИЙ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА (1:100 000),

  ВЫяВЛЕННЫЕ НА ОСНОВАНИИ АНАЛИЗА КОСМИчЕСКИХ СНИМКОВ 1987 Г. (А) И 2000 Г.

    (Б). ДЛя УДОБСТВА ДАННЫЕ СПРОЕЦИРОВАНЫ НА СХЕМУ РАЙОНА (1:1 000 000),

                          СОДЕРЖАЩУЮ РЕЛЬЕФ, ОЗЕРА,

                             ОСНОВНЫЕ ВОДОТОКИ.

      Обсуждение результатов

      На  анализируемом  участке  представлены  площадки  буровых   скважин,

участок   нефтепровода,   эксплуатируемый   и   расположенная   вдоль   него

вездеходная  дорога.  На  анализируемом  изображении  выделены   участки   с

нарушенным растительным и почвенным покровом, что обусловлено:

- влиянием вездеходного транспорта;

- влиянием трубопровода;

- влиянием деятельности буровых площадок.

      Влияние гусеничного транспорта  на  растительный  и  почвенный  покров

естественных сообществ тундры  изучено  в  работах  многих  отечественных  и

зарубежных исследователей (Груздев,  Умняхин,  1984;  Творогов,  Неустроева,

1987; Чалышева 1992). При однократном проезде  гусеничной  техники  удельное

давление на грунт составляет порядка 0.47 кгс/см2 (Груздев, Умняхин, ),  при

этом наиболее сильные  повреждения  испытывает  мохово-лишайниковый  покров.

Устойчивость  к  повреждениям   определяется   составом   растительности   и

приуроченностью растительных сообществ к участкам разного рельефа.  За  три-

четыре  проезда  наиболее  легкой  машины   –   ГАЗ–71   происходит   полное

уничтожение растительного покрова в кустарничково-лишайниковой  тундре.  При

этом  моховой  слой   разрезается   гусеницами   трактора,   отделяется   от

минерального грунта. Наилучшей устойчивостью обладали ерниковые  сообщества.

Их уничтожение наблюдали после  восьмикратного  проезда.  На  влажной  почве

нарушения способны проявляться сильнее. Колеи вездеходов на таких  участками

становятся  «резервуарами»  для  накопления  воды  и  при   наличии   уклона

поверхности  они  превращаются  в  водотоки.   Усиливается   смыв   верхнего

почвенного горизонта, развивается глубинная эрозия,  приводящая  к  развитию

термокарста на участках с мерзлотой. Развитие ускоренной эрозии возможно  на

площадях с частично или полностью уничтоженной естественной  растительностью

с уклоном более 1° (Зеликов,  1999).  В  результате  происходит  образование

делювиальных отложений у подножья склонов или поступление взвешенных  частиц

почвы, минеральных и органических  веществ   в  водотоки  и  водоемы.  Особо

ранима растительность  переувлажненных  (заболоченных)  участков  Уже  после

однократного проезда вездехода  образовывается  глубокая  колея,  что  также

способно привести к развитию термокарстовых процессов.

      Влияние трубопроводного  транспорта.  На  представленном  участке  был

использован наземный  открытый  способ  прокладки  трубопровода.  Нарушения,

связанные   с   трубопроводом   связаны   с    периодом    его    прокладки,

перераспределением снежного  покрова  вблизи  трубопровода  и  используемого

технологического   режима   при   перекачке   сырья.   Разность   температур

трубопровода и почвенного слоя может  существенно  влиять  на  температурный

режим  верхних   почвенных   слоев   и   мерзлотных   слоев.   Использование

термоизоляции только замедляет процессы образования талых  зон  или  мерзлых