Новости
В окрестностях Костомукши
22 октября 2024
Анализ космоснимков показал, как горные работы влияют на ландшафт

Горнодобывающая промышленность оказывает огромное воздействие на окружающую среду. Руководитель геоинформационного центра Института геологии КарНЦ РАН Наталья Крутских разработала и апробировала систему анализа степени этого влияния с помощью методов дистанционного зондирования. Изучение космоснимков позволило оценить, как изменялся ландшафт, в том числе лесные и водные объекты, на территории Костомукшского железорудного месторождения.
Добыча полезных ископаемых играет большую роль в экономике регионов. При этом горнодобывающая промышленность коренным образом изменяет окружающие ландшафты и оказывает огромное влияние на местные экосистемы. Наиболее уязвимы арктические и субарктические регионы.

Как правило, при изучении воздействия на окружающую среду исследуется состояние почвы, воды, растительности. Однако значительная часть динамики экосистемы происходит в масштабах ландшафта в целом. Изучить ее в ретроспективе на примере Костомукшского железнорудного месторождения позволили данные дистанционного зондирования. Руководитель геоинформационного центра Института геологии КарНЦ РАН Наталья Крутских проанализировала космоснимки за период с 1978 по 2019 год. Результаты ее исследования опубликованы в международном журнале Physics and Chemistry of the Earth.

Для работы использовались космоснимки программы Landsat. Ученый по спектральным данным спутниковых изображений провела классификацию поверхности земли и выделила пять классов:

1. горный или карьер;
2. открытая поверхность, земля;
3. вода;
4. лес, густая растительность;
5 болота, скудная растительность.

Изменения классов землепользования и земельного покрова с 1978 по 2019 гг
Изменения классов землепользования и земельного покрова с 1978 по 2019 гг.

При сравнении полученных изображений отчетливо виден масштаб изменений. Например, в 70-х годах – в самом начале разработки карьера – первый класс отмечен минимально. К 1990 году он занимает площадь 17,4 кв. км, а к 2019 году его размеры увеличиваются втрое до 55,5 кв. км. Наиболее интенсивно площадь карьеров увеличивается в 2006–2014 гг., темпы прироста составляют 2,2 кв. км в год.

Параллельно с этим меняется площадь класса «открытая поверхность», который включает в себя вырубки. Во многом она образовалась в связи с расчисткой территории под карьер. И если в первые годы эта площадь уменьшается из-за перехода в класс «горный» и класс «водный» (начинаются разработки, а Костомукшское озеро увеличивается в связи с созданием водохранилища), то затем снова начинает активно расти. Это происходит из-за освоения территории и развития лесозаготовок. В результате максимальный прирост класса наступает в период 1996–2000 гг. в основном за счет вырубки лесов.

Пропорционально меняется и площадь класса «лес». Максимальной она была в начальный период. В 1978 году лесные массивы занимали здесь 500,4 кв. км. К 2006 году площадь леса составляла уже 340,9 кв. км. К 2019 году часть вырубок заросла и размер класса вновь увеличился.

Дешифрирование космоснимков ярко демонстрирует изменения водных объектов. Образование водохранилища на Костомукшском озере приводит к более чем двукратному увеличению площади класса «вода»: с 29,3 кв. км в 1978 году до 62,6 – в 1990 г. Затем озеро начинают использовать для хранилища «хвостов» – отходов обогащения полезных ископаемых, состоящих из пустой породы. В результате постоянного их намывания доля класса «вода» снизилась, и в 2019 году ее площадь составила 53,8 кв. км.

Руководитель геоинформационного центра Института геологии КарНЦ РАН Наталья Крутских
Руководитель геоинформационного центра Института геологии КарНЦ РАН Наталья Крутских. Фото: М. Дмитриева / Служба научных коммуникаций КарНЦ РАН

Наталья Крутских также проанализировала изменение геосистемы в пространстве и времени с помощью специальных ландшафтных метрик. Это позволило составить картину пространственной нарушенности территории в различные годы. Так, в доиндустриальный период наблюдаются преимущественно ненарушенные территории, зона низкой пространственной нарушенности занимает 93% от общей площади. Для 2006 года характерно увеличение площади высоконарушенных территорий (68%). К 2019 году за счет восстановления ландшафтов, в том числе зарастания вырубок и уменьшения общей фрагментации, этот показатель снижается до среднего значения.

Еще одно применение методы дистанционного зондирования нашли при изучении динамики грунтовых вод в горнодобывающих районах. По словам ученых, добыча полезных ископаемых приводит к нарушению режима подземных вод и появлению вокруг карьера депрессионной воронки, которая увеличивается в размерах по мере роста и осушения карьера. Конус депрессии формируется при откачке воды из скважины – котлована, горной выработки. Если смотреть в разрезе, уровень поверхности подземных вод приобретает воронкообразную форму с уклоном к месту откачки.

– Спектральные характеристики поверхности при спутниковой съемке дают представление о влажности растительности. Если воды недостаточно, это зафиксируется. В результате по состоянию растительности мы можем понять, что происходит с подземными водами на изучаемой территории, – отметила Наталья Крутских.

Исследование показало, что наибольшие отрицательные изменения проявляются для всех классов растительности в пределах конуса депрессии. При этом травы и кустарники меньше реагируют на изменение уровня грунтовых вод, а древесный ярус, особенно лиственные, сильнее. Наиболее чувствительна к антропогенному влиянию растительность водно-болотных угодий. Также отмечено, что на участках, ранее вовлеченных в зону депрессии, наблюдается адаптация растительности к водному стрессу.

В исследовании отмечается, что изучаемый район относится к зоне влажного климата с высоким среднегодовым количеством осадков, что компенсирует водный стресс от воздействия карьера и он заметен здесь в меньшей степени. Результаты работы опубликованы в Environmental Earth Sciences.

– Оценка трансформации ландшафтов необходима для принятия мер по защите экосистемы. Наше исследование показывает поведение геосистем, находящихся в сходных природных условиях, и позволяет лучше понять адаптивные механизмы, которые помогают системе проявлять устойчивость под воздействием внешних нагрузок. Эти методы могут стать частью экологического мониторинга территории, – добавила Наталья Крутских.

На примере Костомукшского месторождения ученый отработала методику исследования, в дальнейших планах апробировать ее на других схожих объектах в северном регионе.

Смотрите также:

5 ноября 2026
Карельский научный центр РАН завершает подготовку к зиме

Несмотря на теплую осень, зима неминуемо наступит. Карельский научный центр РАН – это огромный хозяйственный комплекс, требующий пристального внимания к своему содержанию, особенно в зимний период. Кроме обязательных для всех учреждений подготовительных работ, были проведены мероприятия и с учетом специфики Центра. О том, как мы готовимся к зиме – в интервью с помощником генерального директора КарНЦ РАН Любовью Швецовой.
4 ноября 2026
Ученым КарНЦ РАН вручены награды

В преддверии Дня народного единства Глава Карелии Артур Парфенчиков на торжественной церемонии в Зале Благородного Собрания Национального музея Карелии вручил почётные звания, ордена, медали и знаки отличившимся жителям Карелии.
Кандидаты физико-математических наук Сергей Астафьев и Александр Головин
3 ноября 2026
Первые ученые, защитившиеся в новом диссертационном совете в КарНЦ РАН, получат дипломы кандидата наук

Поздравляем младших научных сотрудников Института прикладных математических исследований КарНЦ РАН Сергея Астафьева и Александра Головина с присуждением ученой степени кандидата физико-математических наук! Их защиты стали первыми в рамках работы диссертационного совета, который открылся в Карельском научном центре РАН в этом году.
2 ноября 2026
Вышел в свет девятый номер журнала «Труды КарНЦ РАН» серии «Лимнология и океанология»

Вышел в свет девятый в 2026 году номер журнала «Труды Карельского научного центра РАН» серии «Лимнология и океанология». В этом номере в трех разделах «Гидрофизика. Гидрология», «Гидрохимия и донные отложения» и «Гидробиология» опубликованы 13 научных статей. Они посвящены таким темам как равновесные профили плотности и глубина термоклина в озерах в период летней стратификации, сезонной и пространственной изменчивости температуры и мутности воды в глубоком димиктическом озере, особенностям термического и ледового режимов заливов Онежского озера, процессу сульфатредукции в донных отложениях гидрографически связанных таежных озер Верхнее и Нижнее (Архангельская область) и ряду других вопросов.
На заседании Ученого совета КарНЦ РАН 29 октября
30 октября 2026
Заседание Ученого совета КарНЦ РАН: современный подход к изучению природной среды, отчет о работе СМУ, утверждение Положения о выборах

Заседание Ученого совета КарНЦ РАН состоялось 29 октября. В рамках основной повестки прозвучали два доклада. Результаты работы по успешной интеграции возможностей дистанционного зондирования Земли, ГИС-технологий, больших данных и машинного обучения представила старший научный сотрудник Института геологии КарНЦ РАН Наталья Крутских. Председатель Совета молодых ученых КарНЦ РАН Светлана Егорова выступила с отчетом о деятельности СМУ. Также Ученый совет утвердил Положение о выборах генерального директора КарНЦ РАН.