Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ природных и антропогенных изменений котловинных ландшафтов . 8
1.1. Проблемы изменения аридных ландшафтов 8
1.2. Изменения климата 10
1.3. Изменения гидрологических процессов 18
1.4. Изменения растительного покрова 21
1.5. Эволюция почв и почвенного покрова 22
1.5.1.Типы геохимических ландшафтов 22
1.5.2. Изменение солевого состояния и засоления почв 24
1.5.3. Дефляция и эрозия почв 29
1.5.4. Опустынивание и деградация земель 31
1.6. Антропогенные воздействия на ландшафты и изменение среды обитания 33
1.6.1. Антропогенная деградация земель 35
1.6.2. Антропогенная трансформация почв и земельных ресурсов 37
1.6.3. Вторичное засоление и заболачивание почв при орошаемом
земледелии 38
1.6.4.Проблема отходов и загрязнение окружающей среды 40
ГЛАВА 2. Физико-географическая характеристика районов исследований 42
2.1. Геологические условия и рельеф 42
2.2. Климатические условия 53
2.3. Гидрологические условия 58
2.4. Растительность 61
2.5. Почвообразующие породы и почвенный покров 65
ГЛАВА 3. Материалы и методы исследования 71
3.1. Материалы 71
3.2. Методы исследования 73
ГЛАВА 4. Региональные особенности изменения почвенно- ландшафтных условий котловин 74
4.1. Джунгарская котловина 74
4.1.1. Сокращение площади озера Эби-Нур, активизация дефляции и эоловых процессов 74
4.1.2.Опустынивание и засоление почв под влиянием пыле-солевых бурь 80
4.2. Таримская котловина 92
4.2.1.Эоловая миграция пыли и солей с осушенного дна озера Лобнор 92
4.2.2.Изменение площади и водности озер 95
4.2.3. Изменение минерализации поверхностных вод 97
4.2.4. Засоление почв в результате эолового поступления солей 104
4.3. Турфанская впадина 105
4.3.1. Активизация процессов эолового переноса пыле-солевого материала в результате сокращения площади озера Ай динкель 106
4.3.2. Изменение береговых границ озера и почвенно-растительного покрова 109
ГЛАВА 5. Применение методов климатического моделирования при оценке развития ландшафтов котловин восточного Тянь-Шаня 116
5.1. Принципы палеоклиматического моделирования 116
5.2. Анализ моделей климата для котловин Восточного Тянь-Шаня.. 119
ГЛАВА 6. Прогнозные тенденции развития ландшафтов котловин восточного Тянь-Шаня 129
6.1. Тенденции изменения климата и ландшафтов 129
6.2. Оценка антропогенного вклада 132
Выводы 138
Список литературы. 141
- Изменения гидрологических процессов
- Геологические условия и рельеф
- Сокращение площади озера Эби-Нур, активизация дефляции и эоловых процессов
- Принципы палеоклиматического моделирования
Введение к работе
Структура аридных пустынных ландшафтов относительно проста и в экологическом отношении очень сильно уязвима. Количество поступающей влаги здесь являются наиболее активным компонентом экосистемы и малейшее изменение климата и водного режима приводят, как правило, к многообразным изменениям ландшафтно-экологической обстановки. Эти изменения носят как естественный, так и антропогенный характер. В первом случае природная обстановка изменяется постепенно и не радикальным образом. Влияние человека при разных социально-экономических системах проявляется неодинаково.
Анализ многочисленных археологических, исторических, палеогеографических материалов показывает, что природно-антропогенные преобразования ландшафтов Восточного Тянь-Шаня постоянно эволюционировали: от небольших биогенных изменений в голоцене до сильного, а иногда и полного, техногенного видоизменения в наши дни. Степень воздействия человека на природную среду зависит от различных факторов: климатических, наличия природных ресурсов, социального положения и численности населения, уровня развития человеческого общества, технического оснащения и многих других.
История антропогенного изменения аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня неразрывно связана с возникновением и развитием хозяйственной деятельности за последние 2 тысячи лет. Самые крупные и заметные преобразования аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня происходили в XX веке, особенно в последние 50 лет, когда освоение пустынь, добывающая и обрабатывающая промышленность, строительство автомобильных и железных дорог, механизация сельского и водного хозяйства привели в пустыню современную машинную технику. Это значительно повысило интенсивность техногенного воздействия человека на пустыню и ее преобразование. Производя большую полезную работу, они наносят одновременно значительный и трудно поправимый ущерб: уничтожают растительность, разбивают закрепленные пески. Ветер и сухой горячий воздух
иссушают пески, и они теряют свои водно-физические свойства, уровень грунтовых вод понижается. Разбитые техникой пески теряют роль пастбищ, порождают пыльные ветры, песчаные смерчи, заносят хозяйственные объекты.
Высыхание рек и озер, деградация растительного покрова, увеличение масштаба опустынивания — все это стало характерным для аридных пустынь. В связи с этим анализ динамики природных и антропогенных изменений аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня имеет важное значение при проведении работ по охране природной среды аридных регионов и рациональному природопользованию.
Природа аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня очень давно испытывает разнообразные воздействия антропогенного фактора, которые с каждым годом возрастают. Это уже привело к изменениям в значительной части природных территориальных комплексов и грозит новыми, в том числе неблагоприятными последствиями. Однако достаточно полной оценки изменения уже происшедших в природных территориальных комплексах перемен для аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня до сих сделано не было.
Цель исследования — Анализ естественных и антропогенных процессов изменения природной среды аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня.
Задачи исследования:
1. Описание современной ландшафтной структуры и физико-географическая
характеристика районов исследований.
2. Выявление роли современных и палеогеографических природных и
антропогенных факторов изменения природной среды аридных ландшафтов
котловин Восточного Тянь-Шаня.
3. Анализ естественных процессов аридизации котловинных и предгорных
экосистем: климатических, гидрогеологических, почвенных и фитогенных.
Изучение роли антропогенно-стимулированных процессов опустынивания
ландшафтов: разрушения естественного растительного и почвенного покрова,
дефляции и эрозии почв при богарном земледелии, вторичного засоления и
заболачивания почв при орошаемом земледелии, усыхания и роста минерализации озер, интенсификации такыро- и солончакообразования в межгорных впадинах и котловинах.
Картографирование природных и антропогенных изменений котловинных и предгорных ландшафтов ключевых участков.
На основе применения методов климатического моделирования, изучить изменения климата позднего плейстоцена и голоцена, дать прогноз основных тенденций развития ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня.
Изучить роль антропогенных процессов в опустынивании ландшафтов, а также выявить тенденции антропогенного изменения аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня.
Научная новизна работы. Впервые дайа оценка современного состояния аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня и выявлены основные тенденции дальнейшего развития под влиянием природных и антропогенных факторов.
Впервые сделана геоэкологическая оценка влияния антропогенной нагрузки на ландшафты аридных районов котловин Восточного Тянь-Шаня в разные этапы развития.
. Практическая значимость. В аридных котловинах Восточного Тянь-Шаня как естественные, так и антропогенные изменения ландшафтов проявляются наиболее ярко, что позволяет рассматривать их как модель эволюции ландшафтов всего северо-западного Китая, которая может быть использована при геоэкологических исследованиях Синьцзяня.
Объекты исследования. Объектом исследования являются аридные ландшафты предгорных котловин Восточного Тянь-Шаня. Основные работы были сосредоточены на трех ключевых участках: в северо-западной части Джунгарской котловины (район оз. Эби-Нур), в Турфанской котловине и в северной части Таримской котловины.
Апробация работы и опубликации по теме диссертации. Результаты исследований докладывались и обсуждались на четвертой Российско-китайской
конференции «Сохранение и устойчивое использование биоразнообразия и биоресурсов Евразии» (Москва, 2002г.).
По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе: на русском языке - 3, на китайском языке - 4, на уйгурском языке - 3, на английском языке - 2.
Структура и общий объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 154 страниц машинописного текста, 56 рисунков и 32 таблицы. Список использованной литературы состоит из 169 наименований, в том числе 83 русских и 86 иностранных публикаций.
Работа выполнена на кафедре геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю член-корр. РАН Н.С.Касимову за большую помощь, оказанную при подготовке и написании диссертации. Автор глубокую благодарен директору Синьцзянского Института экологии и географии АН КНР проф. Джан Шавлей, проф. My Гуйджин, к.г.н., доц. И.А.Горбуновой, аспиранту МГУ П.А.Торопову, а также коллегам и сотрудникам кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова и Синьцзянского института экологии и географии АН КНР и всем друзьям за ценные советы, помощь и всестороннюю поддержку во время проведения исследований.
Автор благодарит Отделы кадров и научного образования Академии наук КНР и Синьцзянского института экологии и географии АН КНР за финансовую поддержку и помощь. Автор также считает приятной обязанностью высказать свою благодарность за участие в полевых исследованиях проф. Му Гуйджинь, проф. Янь Шунь, д. г.н. Шу Жунрон, д.г. н. Хе Цинь.
Изменения гидрологических процессов
Анализ динамики природных и антропогенных изменений аридныЖ территорий привлекал внимание многих ученых. Среди них немало известных географов, биологов, почвоведов. Достаточно назвать такие имена как Ан Джишин (1991,1995), Л.С. Берг (1904, 1947), Б.В. Виноградов (1997), By Жень (198l/l987), Вен Чичон (1988), А.Г. Гаель (1988), И.П. Герасимов (1939,1986), B.A. Дубянский (1911,1928), И.С. Зонн (1984), В.А. Ковда (1959,1984), H.T. Кузнецов (1960, 1963), Ли Бавсин (1993), Лю Дунсин (1965, 1985), Э.М. Мурзаев (1953, 1959, 1966), В.А. Обручев (1895, 1911), А.И.Перельман (1959, 1999) МЛ. Петров (1966, 1973), В. М Синицын (1959), Ши Яфен (1986,1996), Шя Шунчен (1978, 1991), Чжу Чжэньда (1960, 1989, 1997), Ян Лифу (1982, 1990) и многие другие. Их вклад в познание изменения природы аридных ландшафтов исключительно велик. Было показано, что песчаные земли степей, пустынь и полупустынь - особый ландшафтный мир. Особенно слабой устойчивостью отличаются песчано-эоловые ландшафты, которые легко поддаются антропогенному разрушению.
В последние десятилетия процесс опустынивания принял глобальные масштабы, охватив практически все аридные, семиаридные и даже семигумидные области мира. Экологической сущностью процесса опустынивания В.С.Залетаев называет быстротекущий процесс дестабилизации среды, в результате чего происходит «нарушение структурно-функциональной целостности биогеоценотических систем, потеря механизма их само восстановления» (1997 б, с.31).
Проблемы опустынивания на общемировом уровне впервые были рассмотрены в 1977 году на конференции ООН в Найроби (Кения), посвященной трагическим событиям засухи 1968-1973 гг. в Сахеле (Толба,1978). Было установлено, что в мире, помимо климатических пустынь, образовалось к настоящему времени около 9 млн. км2 антропогенных пустынь. Опустыниванию подвержены территории 80 стран с населением 600 млн. человек или 16% населения Земли. Ежегодно выпадает из продуктивного использования земель в результате опустынивания 5-7 млн. га (Зонн,1997).
Конференцией было принято определение опустынивания как процесса уменьшения или уничтожения биологического потенциала Земли, который может привести к возникновению условий, аналогичных условиям естественных пустынь. Б.Г.Розанов (1984а) предложил новое определение, одобренное XII Международным конгрессом почвоведов в Нью-Дели в 1982г: «опустынивание — это процесс необратимого изменения почвы и растительности аридных территорий в направлении аридизации и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню». Такая формулировка отделяла процесс собственно опустынивания от таких процессов как аридизация суши и деградация почв, которые не всегда заканчиваются образованием пустынь. Для определения степени потенциальной возможности антропогенного опустынивания было введено понятие риск опустынивания. Указано, что риск опустынивания зависит от природных условий территории и типа хозяйственного использования (Розанов, Зонн, 1981).
Существует не один десяток определений термина «опустынивание», что подчеркивает многообразие явлений, составляющих суть этого процесса. А.Обревилль (1949), первым предложивший термин «опустынивание», считал, что опустынивание - это результат хозяйственной деятельности человека. Антропогенную обусловленность опустынивания на фоне неблагоприятных климатических изменений видят: А. А.Григорьев (1979, 1981), М. Толба (1978), Н.С.Орловский, Н.Г.Харин (1978), М. Кейтс (1982), Х.Е.Дрегне (1986), И.С.Зонн, Н.С.Орловский (1986), By Жень (1987), А.С.Кесь (1987), Чжу Чжэньда (1989), П.Д.Гунин (1990), А.Г.Бабаев (1991), К.Г.Харин (1991), В.Б.Виноградов (1997), Г.С.Куст (1999), Дон Юйцян (2000), А.Н.Золотокрылин (2003) и др. Мнение о чисто климатических причинах процесса опустынивания разделяют И.Оттерман (1974), Дж.Чарни (1975), А.Рапп (1974), Р.Шнелл (1975), хотя они допускают, что толчком к климатическому опустыниванию может послужить антропогенный фактор. Б.В.Виноградов (1996, 1997) характеризует опустынивание как динамический процесс длительновременных климатогенных и кратковременных антропогенных сукцессии экосистем. По мнению Б.Г.Розанова (1984а, б), опустынивание может быть вызвано рядом причин, или спровоцировано одной, а интенсифицировано другой.
Международная конференция по опустыниванию в г. Сакраменто (США, 1977) выделила следующие основные причины (факторы) опустынивания: быстрый рост народонаселения и связанное с этим увеличение антропогенного давления на среду, в частности, уничтожение древесной растительности и перевыпас скота; нерациональное землепользование (неправильное использование вод и земель), социально-политические и культурные условия; климатические изменения, долговременные климатические циклы.
Систематизация накопленных наблюдений за процессами изменения аридных ландшафтов котловин Восточного Тянь-Шаня показала, что воздействие природного фактора, особенно климатического на изменение аридных ландшафтов осуществляется параллельно с антропогенным (рис. 1.1).
В последние 20 лет проблеме опустынивания аридных территорий были посвящены многие научные и практические мероприятия. Определены основные типы опустынивания, их критерии, предложены и апробированы методики оценки и картографирования процесса опустынивания, разработаны национальные программы по борьбе с опустыниванием.
В позднем голоцене наблюдается аридизация природных комплексов Центральной Азии, связанная с глобальными и региональными изменениями климата, а также усилением антропогенной нагрузки на экосистемы во второй половине XX века.
Геологические условия и рельеф
Мониторинг опустынивания является частным примером экологического мониторинга в аридной зоне (Гунин, Неронов, 1981; Гунин и др. 1982). Район исследований включает аридные ландшафты котловин Восточного Тянь-Шаня и в частности три межгорные котловины — Джунгарскую, Таримскую и Турфанскую. С целью выяснения направленности развития экосистем детальному анализу были подвергнуты естественно-антропогенные процессы изменения природной среды аридных ландшафтов и пространиственно-временные черты распределения солей. В основу работы положены маршрутные исследования автора в составе научных экспедиций Синьцзянского института экологии и географии АН КНР (инициативные научные проекты АН КНР и китайского фонда естественных наук) и работа на трех ключевых участках в течение полевых перидов 1990-2003г. Во внутригорных котловинах наиболее ярко проявляются как естественные, так и антропогенные процессы изменения ландшафтов и их можно рассматривать как модель эволюции ландшафтов северо-западного Китая. Основные работы были сосредоточены на трех ключевых участках, располагающихся в северо-западной части Джунгарской котловины (район оз. Эби-Нур), в Турфанской котловине и в северной части Таримской котловины.
В Джунгарской котловине наблюдения проводились на профиле длиной около 600 км ( с северо-запада (Аршан) на юго-восток (Саван). На нем заложено 13 точек с установками для приема пыли на высоте 2 и 7-8м. В течение 2 лет (1998-1999) на точках ежемесячно фиксировался объем пыли, поступившей эоловым путем. На осушенном дне оз. Эби-Нур (северо-западная часть) было заложено три профиля длинной 3 км для изучения процессов дефляции. На каждом профиле через 500м были выбраны точки (всего 18), на которых ежемесячно в течение 2000г. отмечалось количество вынесенного материала и отбирались поверхностные пробы почв (озерные отложения, эоловый материал) на глубине 0-10 см. За полевой период автором были отобраны более ста почвенных образцов, лабораторный анализ которых проводился в Синьцзянском институте экологии и географии Академии наук Китая. Во всех пробах почв, грунтов и эолового материала определялось содержание водорастворимых солей (Na+, К+, Са2+, Mg2+, СГ, НС03\ S042\ С032 ), сумма солей, рН и электропроводность, а также гранулометрический состав. В северной и восточной частях оз. Эби-Нур на участках каменистой пустыни дефляция изучалась в течение 2000г. Для этой цели на трех точках размером 1x1м была отчищена поверхность от каменистого материала, и велись в течение наблюдения за дефляцией суглинистого материала. Кроме того, на метеостанции Алашанку была заложена точка с установками для приема пыли на высоте 0.5 и 1.0м, ежемесячно фиксировался объем пыли, поступившей эоловым путем.
В Таримской котловине проводились полевые работы и рекогносцировочные маршруты в 1996 и в 2000 гг., а также сбор и изучение опубликованных, архивных и фондовых материалов по прошлому и современному состоянию ландшафтов. Многовековые изменения в экосистемах оценивались по полинологическим, геоморфологическим, дендрологическим и археологическим данным. Изучались такие эрозия, засоление, гари, ветровал, усыхание древостоя, массовые повреждения растительного покрова вредителями.
В Турфанской котловине полевые работы, рекогносцировочные маршруты, сбор фондовых материалов и составление карты землепользования проводились в 1993 и в 1996гг. Состояние экосистем и, в первую очередь их почвенно-растительного покрова, уточнялось наземными и аэровизульными маршрутными исследованиями. Наблюдения за показателями, определяющими процессы функционирования экосистем проводились синхронно во всех их частях с учетом неоднородности почвенно-растительного покрова и расчленности рельефа.
В полевых исследованиях принимали участие сотрудники Синьзянского института экологии и географии Академии наук Китая. В работе использованы многочисленные литературные источники, картографические и фондовые материалы различных организаций Китая.
При написании работы использовались современные методы анализа, такие как сравнительно-географический, сравнительно-хронологиический, радиоуглеродное датирование, почвенно-археологический и изотопный анализ палеопочв, полевых наблюдений береговых отложений озер и озерных осадков, что позволило получить информацию о первоначальных процессах и пространственном распространении изменений береговых ландшафтов озёр, динамике палеогеографических условий, почвообразования и осадконакопления в позднем голоцене. Современное состояние и динамика экосистем ключевых участков проводилась на основе анализа разновременных почвенных, ландшафтных карт и космических снимков региона на территорию исследования. С помощью геоинформационных технологий составлялись карты ключевых участков региона.
Аридные ландшафты Западной Джунгарии испытывают все возрастающее антропогенное воздействие. Это уже привело к изменениям природно-территориальных комплексов и грозит новыми, в том числе неблагоприятными, последствиями. Однако до сих пор ещё нет достаточно полной оценки уже происшедших изменений. В последнее время все больше внимания уделяется изучению крупномасштабных изменений ландшафтной структуры, вызываемых увеличением числа пыльных (песчаных) и солевых бурь, загрязнением окружающей среды. Поэтому важнейшей задачей является изучение процессов дефляции, количества и состава выносимых солей, выявление районов их аккумуляции и степени засоления почв.
В исследуемом районе в результате резкого усиления в последние 50 лет количества и интенсивности пыле-солевых бурь значительные площади почв оказались занесенными песком и пыле-солевым материалом. Особенно страдают от этого сельскохозяйственные угодья, которые полностью выходят из севооборотов и забрасываются. Одной из причин усиления пыле-солевых бурь является катастрофическое обмеление озера Эби-Нур, поэтому представляется актуальным анализ динамики его береговых границ в прошлом и возможной тенденции в будущем.
Сокращение площади озера Эби-Нур, активизация дефляции и эоловых процессов
Вынос солей с осушенной части озерной котловины осуществляется в основном в юго-восточном направлении, что соответствует розе ветров, и приводит к засолению почв на юге, юго-востоке и, в меньшей степени, на юго-западе озерной котловины. Засоление прибрежных ландшафтов происходит преимущественно за счет содержания в эоловом материале СГ, SO4 \ К +Na , а по мере удаления от очага дефляции—SO42" и K++Na. Максимальное содержание солей отмечено в пыли городских территорий. В поселках с поливным земледелием, независимо от расстояния от очага дефляции, концентрации солей в пыли существенно снижаются.
Таким образом, содержание солей в эоловом материале очень динамичный показатель и зависит не только от скорости ветра, но меняется как по сезонам, так и по мере удаления от центра дефляции
Деградация и опустыниване. Процесс солепереноса продолжается уже не первый год, поэтому уже проявилась ответная реакция экосистем в районах, подверженных их влиянию. Солевая пыль, переносимая ветром на большие расстояния, осаждаясь, вызывает снижение плодородия почв и падение урожайности культурной и пастбищной растительности. Эти показатели можно использовать в качестве индикаторов воздействия усыхания Эби-Нурского озера на окружающую среду. Однако влияние переноса солей на изменение урожайности культурной и пастбищной растительности в районах Эби-Нур более или менее четко проявляется только после 1980 г. Поэтому, проследить влияние выпадения солей на урожайность культурной и пастбищной растительности и развития процессов деградации и опустынивании не всегда и не везде возможно.
Проведенный анализ показал, что основными деградационными изменениями в Западной Джунгарии являются: увеличение минерализации поверхностных и грунтовых вод, высыхание рек и озер, деградация растительного покрова, ветровая и водная эрозии, повторяющиеся пыле-песчаные бури, вторичное засоление почв, уменьшение содержания гумуса и увеличение концентраций токсичных веществ в почве.
Проявление этих процессов в разных ландшафтах неодинаково. Попытка оценить интенсивность деградационных процессов показала, что изменения происходят во всех компонентах ландшафта, но наиболее существенные перестройки (табл. 4.7) затрагивают прибрежные территории (осушенное дно озера— 45 баллов) и песчаные пустыни (34 балл), наименьшее - пастбища (16 баллов), пашни и населенные пункты занимают промежуточное положение (24-25 баллов). Коренные изменения характерны для прибрежных ландшафтов, где смена гидрологического режима приводит к исчезновению тростниковых зарослей и возникновению солончаковых пустошей.
Основой прогнозных построений является анализ существующих в настоящее время экосистемных связей и выбор факторов, определяющих состояние растительности и направленность почвенных процессов. В гидроморфных и полугидроморфных условиях побережья ведущими экологическими факторами, определяющими смены растительности и изменение почвенных процессов, являются глубина залегания грунтовых вод и степень их минерализации. В автоморфных позициях ведущими факторами становятся процессы эолового поступления солей и песчано-пылевого материала, которые усиливают процессы аридизации и засоления почв и ландшафтов.
Дальнейшее понижение уровня озера увеличение площади осущенной засоленной поверхности повлечет усиление процессов опустынивания, причем масштабы этих явлений могут захватить и территории, в настоящее время еще слабо трансформированные.
Таким образом, среди основных причин природно-антропогенных изменений ландшафтной структуры Западной Джунгарии выделяются повышение повторяемости пыле-песчаных солевых бурь, увеличение масштаба опустынивания и хозяйственная деятельность человека. К видам изменений относятся: увеличение минерализации поверхностных и грунтовых вод, высыхание рек и озер, деградация растительного покрова, ветровая и водная эрозии, повторяющиеся пыле-песчаные бури, вторичное засоление почв.
В целом, Джунгарская котловина характеризуется средней степенью опустынивания, локально опустынивание достигает максимальных величин. К таким районом относится прибрежная зона оз.Эби-Нур, где возник мощный источник пыле-солевого материала на осушенном дне озера. Площадь озера сократилась за последние 100 лет более, чем в два раза и эта тенденция будет сохраняться и в дальнейшем. По интенсивности развития пыльных бурь, скорости дефляции и химизму солей проведено районирование территории.
Анализ многочисленных археологических, исторических и палеогеографических материалов (Мурзаев, 1966, Чин Дахз-,2002, Петров, 1967, Тан Чичен,1989, Фан Зили,1993, Ли Жянь-фен,1991) показывает, что природно-антропогенные преобразования ландшафтов Таримского бассейна постоянно эволюционировали: от небольших биогенных изменений в голоцене до сильного, а иногда и полного, техногенного видоизменения в наши дни.
Самые крупные и заметные преобразования аридных ландшафтов Таримской котловины произошли в XX веке, особенно в последние 50 лет, когда при освоении пустынь, стала использоваться современная машинная техника (Джав Ченьий, Цзилили Абудувайли,1999). Это привело к значительной интенсификации техногенного воздействия человека на природные экосистемы и их трансформации в природно-антропогенные. Учитывая легкий гранулометрический состав мощных четвертичных отложений и высокие скорости ветра, природные ландшафты Таримской котловины особо чувствительны к внешними воздействиями.
Климатические изменения. Проблема климатических изменений Таримского бассейна всегда привлекала внимание ученых (Чин Дахэ,2002; Хе Чин, Джав Цзинфен,1997; Тан Чичен,1989; Ху Руцзи, Ян Чуан де и др., 1994; Ли Жянь-фен,1991), но особенно актуальной она стала в 80-х годах прошлого века.
Именно с этого времени все более отчетливо стали проявляться признаки изменения климата Таримского бассейна. Это участившиеся засухи, катастрофические наводнения и увеличение амплитуды межгодовых и межсезонных колебаний температуры воздуха при общей тенденции увеличения как сезонных, так и среднегодовых температур.
Изменение температуры воздуха и осадков. Естественная аридизация климата, выразившаяся увеличением средней температуры воздуха за последние пятидесятилетие стала одной из наиболее актуальных проблем в этом районе (Ху Руцзи, Ян Чуан де и др., 1994). На протяжении последних сорока лет в Таримской впадине также происходило небольшое увеличение количества атмосферных осадков — на 17мм/год (Ху Руцзи, Ян Чуан де и др., 1994). Все это не могло не сказаться на климатическом режиме, прежде всего температуре и влажности воздуха, показателях радиационного и водного баланса, атмосферных осадков.
Принципы палеоклиматического моделирования
Диагноз причин, вызывающих изменения состояния климатической системы, и прогноз ее эволюции представляют собой многофакторную задачу, решение которой возможно только на основе использования математического моделирования (Кислов, 2001). Существует два основных подхода, позволяющих выполнять реконструкции климатов прошлого. Первый состоит в использовании геоморфологических, палинологических, палеогидрологи-ческих, дендрологи- ческих и пр. данных. Имеющиеся в настоящее время представления о климате голоцена, сформировались благодаря этом методам. Вместе с тем, они имеют существенные недостатки. Первый—неопределенность возраста тех отложений, а также останков растений и животных, по которым ведется реконструкция. Второй—пространственная: неоднородность восстановленного по палеоиндикаторам климата. Иными словами, ним можно приблизительно восстановить условия температурно-влажностного режима в климатическом прошлом непосредственно в точке взятия проб. Соответственно, по таким данным трудно судить даже о региональных изменениях климата в прошлом, не говоря о глобальных. Третий—недостаток методологии палеореконструкций заключается в несогласованности палео-климатических индикаторов между собой. В одном и том же районе они могут восстанавливать различные климатический тренды, отличающиеся порой даже знаком (Кислов, 2001).
По этим причинам в палеоклиматологии активно развивается второй метод реконструкции палеоклиматов, который заключается в численном моделировании общей циркуляции атмосферы, иногда в совокупности с Мировым океаном и криосферой. Один из путей к пониманию современной динамики климата состоит в исследовании изменчивости последнего в прошлом. Этим объясняется повышенный интерес к исследованию генезиса климатов прошлого. В течение последних 10-15 лет многими исследователями предпринимались попытки моделирования климатических событий четвертичного периода (Joussame, Taylor, 1995, Кислов, 2001). Для этой цели использовались как чисто атмосферные, так и совместные модели общей циркуляции океана и атмосферы, поскольку в климатической изменчивости масштабов сотен и тысяч лет важнейшую, а иногда и первостепенную роль играет динамика Мирового океана. Учитывая то, что даже при реконструкции климата последних 20-25 тысяч лет однозначных климатических индикаторов до сих пор не выявлено, численное моделирование климата остается единственным надежным инструментом согласования его палеоиндикаторов. Кроме того, численные модели климата являются весьма совершенным средством подтверждения или опровержения той или иной концепции, объясняющей причину возникновения и развития климатических колебаний, поскольку они основаны на физических законах сохранения энергии массы и импульса земной атмосферы.
Модель общей циркуляции атмосферы представляет собой запрограммированный численный аналог полных дифференциальных уравнений, описывающих движение атмосферы и ее термодинамику, и атмосферное звено влагооборота. К этой системе очень сложных уровнений ставятся начальные и граничные условия, а именно—распределение солнечной энергии на внешней границе атмосферы, температура поверхности океана, распределение морского и континентального льдов, альбедо ландшафтов суши и их термодинамические характеристики (теплоемкость, теплопроводность), атмосферные аэрозоли и малые примеси, влияющие на радиационный баланс (в первую очередь, парниковые газы) (Суркова, 2003). Если вышеперечисленные параметры задаются в соответствие с современным климатом, то модель общей циркуляции атмосферы (МОЦА) генерирует современный климат.
Считается, что наиболее мощными внешними сигналами, определяющими изменчивость климата в голоцене, являются вариации инсоляции на внешней границе атмосферы с периодом примерно в 20 000 лет, описываемые теорией Миланковича (Кислов, 2001). Эти вариации связаны с четкими периодическими колебаниями параметров земной орбиты, определяемых взаимодействием системы Земля-Луна. Изменение эксцентресситета орбиты, а также угла наклона плоскости эклиптики к плоскости экватора определяет сезонное перераспределение инсоляции, которое ведет к крупным климатическим колебаниям периодом в несколько десятков тысяч лет. Этот астрономический механизм является главной причиной возникновения ледниковых периодов и разделяющих их теплых межледниковий.
Основное внимание специалистов по численному моделированию приковано к голоцену, поскольку последние 10-20 тысяч лет наиболее полно обеспечены палеогеографической и палеоклиматической информацией. Тестовыми палеоклимати- ческими срезами голоцена являются холодный позднеплейс-тоценовый криохрон (20000 лет назад) и теплый атлантический оптимум (6000 лет назад). Эти две климатические эпохи характеризовались разными внешними климатообразующими факторами, среди которых—инсоляция на верхней границе атмосферы, распределение континентального оледенения, теплофизические и радиационные характеристики подстилающей поверхности. Моделирование климатов этих эпох позволяет оценить чувствительность климатической системы к разным естественным фактором. Кроме того, и похолодание 21 тыс. лет назад, и потепление 6 тыс. лет назад наиболее полно по сравнению с другими событиями позднего плейстоцена и голоцена проявляются по данным разных палеоклиматических индикаторов.
Существует международная программа сопоставления результатов палеогеографического моделирования, в которой участвуют ведущие мировые МОЦА. Перед палеоклиматическими экспериментами проводится тестирование МОЦА на качество воспроизведения современного климата (Кислов, Суркова, 1995). Одной из самых лучших является английская модель UKMO (United Kingdom Meteorological Office).
Моделью реализуется численное решение описывающих общую циркуляцию и термодинамику земной атмосферы на регулярной сетке 2.5 х 2.5 с шагом по времени, составляющим 1 час (Кислов, 2001). Результатом решения являются, в частности, среднемесячные поля температуры, давления, осадков, испарения, влажности почвы, компонент скорости ветра и т.д.
Анализ основных климатических полей в котловинах Восточного Тянь-Шаня генерировался моделью UKMO. Отметим, что разрешение МОЦА слишком велико для детального описаия региона с таким сложным рельефом. К тому же климатические условия горных территории пока воспроизводятся довольно плохо. Однако анализ результатов показал, что в целом, модель верно воспроизвела современные климатические условия региона.
