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.
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. 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.
