Введение к работе
Актуальность исследования. История изучения большинства внутренних и окраинных морей Мирового океана насчитывает десятки, а иногда и более сотни лет. За это время естествознанием и другими науками накоплен большой объем информации о состоянии морских водоемов, характере природных и антропогенных воздействий на их экосистемы. Сроки, районы, регулярность наблюдений, а также способы получения и обобщения этих данных, принадлежащих различным ведомствам, значительно отличаются.
Стремление представить (используя накопленную информацию) морской водоем средствами математики, привело к разработке гидродинамических, динамнко-статистических, имитационных и других моделей, позволяющих исследовать отдельные стороны жизни моря [Беляев, 1987; Марчук, Саркисян, 1988 и др.]. Тем не менее, создание достаточно адекватной математической модели морской экосистемы пока остается делом будущего. Это связано со сложной структурой объекта моделирования [Горшков, 1990; Абакумов, 1991; Дуванин, 1995], недостаточным объемом и качеством используемых данных [Практическая экология..., 1990, Кондратьев, 1990], а также обусловлено значительной ролью в этом процессе субъективного фактора - необходимости понимания природы исследуемых явлений.
Другим способом отображения морского водоема может быть его моделирование с помощью средств географической науки [Айзатулин, Лебедев, Хайлов, 1979]. При этом выделяются и исследуются приоритетные природные и антропогенные процессы, влияющие на состояние моря, а также существующие здесь причинно-следственные экологические связи. Такой подход позволяет рассмотреть объект со всех (физической, химической, биологической) сторон, понять его природу, используя оптимум информации. В географических моделях, как и в физических, "наблюдаемая картина теряет в богатстве оттенков, но зато выигрывает в ясности", именно они могут служить базой для математического моделирования морских водоемов.
Установление причин экологических изменений, наблюдающихся сегодня в морях, прогноз будущего состояния их экосистем, решение вопросов природоохраны и управления антропогенными нагрузками в зоне
взаимодействия морских и береговых процессов составляют комплекс задач практической экологии океана. При их решении потенциал системного географического анализа в настояще время явно недоиспользуется. До сих пор не существует единого принципа обобщения, наглядного представления и увязки многоплановой морской географо-экологической информации. Кроме того, морские водоемы являются гидрологическими системами, неразрывно связанными с водными ресурсами водосбора. Их состояние, таким образом, оказывается индикатором состояния геосистем суши. Тем не менее, при исследовании морей роль процессов, происходящих на водосборе, учитывается сегодня только в исключительных случаях [Зайцев, 1992; Drozdov et al., 1992].
Объектом предлагаемого географо-экологического моделирования выбрано Черное море, так как установление причин наблюдаемых сегодня изменений его экосистемы под влиянием антропогенных нагрузок представляет большой практический интерес.
Цель работы: разработать и реализовать географо-экологическую модель морского водоема, позволяющую в рамках геосистемы "море - водосборный бассейн" оптимизировать поиск причин трансформаций морской экосистемы и прогнозировать негативные для моря последствия природных и антропогенных воздействий.
Основные задачи:
1). Анализ существующих примеров обобщения и представления экологических данных в геосистеме "море - водосборный бассейн".
2). Разработка методологии географо-экологического моделирования морских водоемов для решения задач практической экологии на акватории моря и территории его водосбора.
3). Разработка структуры и логической схемы географо-экологической
модели морского водоема.
4). Разработка методов систематизации географо-экологических результатов научных исследований и мониторинга, а также статистической хозяйственной информации в геосистеме "море - водосборный бассейн".
5). Апробация географо-экологической модели на примере Черного моря.
Использованная информация. Работа разделяется на теоретическую и практическую части. Реализация модели осуществлена на литературных,
справочных и фондовых ведомственных данных по Черному морю и его водосбору, а также на полевых материалах, собранных автором в период его работы в Южном НИИ морского рыбного хозяйства и океанографии (ЮгНИРО, Керчь), включающих данные: 1) многолетних (с 1955 г.) ежесезонных наблюдений за экологическими показателями черноморской экосистемы, осуществлявшихся до 1991 г (с 1977 г - с участием автора) по закрепленной сетке стандартных разрезов в прибрежной 50-мильной зоне моря; 2) более 60 натурных экспериментов на экологических полигонах в Черном море, осуществленных автором в период 1979-1991 гг.; 3) многолетних (1980-1990 гг.) авиационных наблюдений сотрудников ГМС "Опасное" (Керчь) за нефтяным пленочным загрязнением Черного и Азовского морей, обработанных автором по предложенной им методике; 4) полученные автором в 44-м рейсе НИС "Михаил Ломоносов" (июнь-июль 1985 г.) и 34-мрейсе НИС "Академик Вернадский" (осень 1986 г.) Морского гидрофизического института АН Украины, а также в 44-м рейсе НИС "Дмитрий Менделеев" (лето 1989 г.) Института океанологии АН СССР.
Научная новизна. Впервые предложены и реализованы методология, логическая схема и комплект методіпс, позволившие обобщить, увязать, проанализировать и наглядно представить гидрометорологическую, биологическую и статистическую хозяйственную информацию о геосистеме "море-водосборный бассейн" в единой ГЕОГРАФО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ модели морского водоема. В совмещенном виде такой комплекс до сих пор не был реализован ни для одного района Мирового океана.
Впервые предложены алгоритмы расчета интегральных показателей для обобщения экологической информации в форме индексов: концентрации жизни; аномальности состояния основных биотических компонент морской экосистемы; суммарной удельной антропогенной нагрузки рек и районов щелъфа моря загрязняющими веществами; повторяемости пленок нефтепродуктов на акватории моря; антропогенной нагрузки на водные ресурсы водосбора; потенциальной экологической опасности для моря промышленных предприятий, расположенных на территории водосбора.
Отдельные прикладные результаты работы также не имеют аналогов.
Предмет ;іятцитн: - методология, структура, логическая схема и комплект методических приемов географо-экологической модели морского водоема;
- формализованные с помощью разработанной модели причинно-следственные экологические связи в геосистеме "Черное море-водосборный бассейн", возникающие здесь под влиянием загрязняющих веществ.
Практическая значимость. Полученные результаты могут использоваться для: 1) обобщения эколопгческих данных по любому району Мирового океана; 2) оценки возможных причин развития кризисных ситуаций, оптимизации системы их поиска, разработки адекватных природоохранных мероприятий; 3) оценки возможных последствий для моря катастрофических внешних воздействий, управления хозяйственной деятельностью на его акватории и водосборе; 4) перспективных разработок и расчетов интегральных критериев оценки состояния морских экосистем в условиях хозяйственной деятельности; 5) подготовки курса лекций по прикладной морской экологии на кафедрах Географических факультетов университетов и прикладных ВУЗов.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 56 работ. Из них 20 - в журналах АН Украины и России. Остальные - в коллективных монографиях АН России, тематических сборниках Всесоюзного НИИ морского рыбного хозяйства (ВНИРО), материалах Всесоюзных и Международных конференций и симпозиумов.
Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях: Калининград (1979); Владивосток (1982); Ленинград (1984); Астрахань (1987); Керчь (1991). Междунаролных симпозиумах: Ленинград (1984); Черноголовка (1985); Athens, Greece (1992); Москва ( 1995), а также на объединенных семинарах и коллоквиумах лаборатории морской экологии ВНИРО, гидрологии и проблем природопользования ИГ РАН, кафедры океанолопш Географического факультета МГУ, Географического Общества России, Института Геологических наук АН Украины, Одесского отделения Институт биологии Южных морей АН Украины.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы (391 наименование). Основные выводы даются в конце каждой главы и обобщаются в заключении. Объем исследования/^страниц текста, 76 рисунков и 24 таблицы.