4. Геофизические методы в экологических исследованиях

По-видимому, не будет преувеличением утверждать, что экология до сих пор испытывает недостаток в полевых методах, адекватных возможностям машинной обработки массовых полевых материалов. Между тем значительные объемы экологических наблюдений можно произвести, почти не выходя из кабинета и перепоручив самую рутинную часть работы машине.

А. Е. Ферсман и Б. А. Федорович в предисловии к первой советской монографической работе по применению аэрометодов - книге А. В. Гавемана "Аэросъемка и исследование природных ресурсов" (1937) писали: "Аэроснимок отображает Землю в такой проекции, которая недоступна исследователю, передвигающемуся по поверхности Земли и лишенному возможности охватить взглядом сразу большую территорию. В силу этого аэроснимок открывает совершенно неожиданные перспективы в изучении целого ряда проблем. В частности, ничто не может явиться таким прекрасным материалом для изучения всевозможных взаимосвязей и взаимодействий различных элементов ландшафта, как аэроснимок. Этой возможностью единым взглядом охватить территорию, вникнуть в элементы взаимодействия различных сред, возможность получить вполне ясное впечатление о всем природном комплексе данной местности и, наконец, абсолютной объективностью и своей точной документальностью - аэроснимок на наших глазах превращается в новое орудие научного познания территории" (с. 5). За почти полувековой путь последующего развития техники аэрофотосъемки и дешифрирования аэроснимков в этой области достигнуты значительные успехи, но цитируемое высказывание и в настоящий момент раскрывает возможности аэрометодов исчерпывающим образом. Уместно добавить, что благодаря своей строгой документальности материалы старых залетов в совокупности с новыми данными и подходами становятся все более действенным средством познания динамики ландшафтов и биогеографических явлений. Приближенным документальным образом территорий являются и репродукции накидного монтажа аэрофотоснимков.

Материалы как цветной, спектрозональной, инфракрасной, так и обычной черно-белой аэрофотосъемки местности применяются в самых разнообразных экологических исследованиях, но еще совершенно недостаточно. Приходится только изумляться зоологам, вооруженным дрекольем, которые ведут перечет котиков на лежбище... Такое же впечатление производит в большинстве случаев и геоботаник, пользующийся "кольцом Раункиера" (приспособлением для закладки случайным образом круглых площадок размером 1 дм² с целью определения частоты встречаемости видов растений). Для производства фотосъемки для научных целей совсем не обязательно подниматься в стратосферу, иногда вполне достаточно взобраться на пень, стремянку, скалу, дерево или мачту. Большую информацию, доступную для серьезных обобщений, несет обычная панорамная фотография местности. Серия фотографий какой-либо панорамы, сделанных в разное время из одной и той же или из разных точек с известными "координатами", дает четкое представление не только о скоростях, но и о причинах тех или иных процессов, что позволяет выработать и соответствующие рекомендации. Так, С. Г. Шиятов (1981) продемонстрировал возможности сравнительного использования ландшафтных фотографий известного советского геоботаника Л. Н. Тюлиной, сделанных на Южном Урале более 50 лет назад.

Задачи динамического плана можно решать не только по временным сериям аэрофотоснимков, но и по материалам одного и того же залета. В последнем случае необходимо, чтобы на снимках было отражено как можно больше равнозначных и независимых элементов ландшафта, являющихся предметом исследования. Ими могут быть, например, овраги, острова на реке, речные меандры, озера, аллювиальные сегменты, болота, вымочки, снежники, каменистые россыпи, естественные биогруппы деревьев, колки в целинной степи, залежи пахотных земель и т. п. В любом случае необходимо иметь плановые фотоизображения по крайней мере нескольких десятков одноименных элементов генетически однородного ландшафта. Даже самый поверхностный анализ, как правило, позволяет выделить во всей совокупности несколько типов объектов: для островов - по степени развития на них луговых, кустарниковых и лесных биоценозов; для озер - по степени их зарастания; для болот - по степени их облесенности; для оврагов - по степени их разветвленности и т. д. Выделенные типы объектов нетрудно расположить в определенные условно-временные (генетические или динамические) ряды. Далее, манипулируя средними и относительными площадками идентичных контуров и их генетически преемственных элементов (например, озеро и его дериваты) и введя на каком-то этапе исследований во все построения координату времени, можно приближенно рассчитать скорости исследуемых процессов. В сочетании с минимальными натуральными наблюдениями такой подход может быть достаточно результативным.

В последнее десятилетие большое развитие получила техника радарного и лазерного профилирования территорий (Remple, Parker, 1965; Schneider, 1968; Одум, 1975) (стереофотограмметрическое дешифрирование аэрофотоснимков и методы использования неоднородности оптической плотности аэроснимков и аэронегативов рассматриваются также в упомянутой выше сводке А. В. Гавемана). Суть метода состоит в том, что специальные приборы, установленные на самолете, могут регистрировать тончайшие изменения микрорельефа местности по линии полета. Так, с высоты 2 км могут быть зафиксированы особенности профиля на площади менее 1 кв. фута (1 фут равен примерно 30,5 см). Точность измерения расстояний лазерным лучом колеблется от 1:100 000 до 1:1 000 000. Очевидно, что при такой высокой чувствительности приборов на авиапрофиле, например, лесистой местности непременно отражаются особенности древесного полога (протяженность по высоте и сомкнутость полога, строение крон деревьев и т. п.). По характеру авиапрофиля полога леса, по-видимому, можно отдешифрировать даже состав древостоев. Вся эта информация наряду с материалами аэрофотосъемки местности становится мощным средством инвентаризации и исследования растительных ресурсов на громадных и труднодоступных площадях. Перспективы этого метода в экологии, биогеографии, геоботанике и лесоведении поистине безграничны. Уместно заметить, что модификации некоторых геофизических методов геологической съемки, вероятно, могут быть полезными в почвоведении.

Фотосъемка земной поверхности из космоса практически открывает новую эру в землеведении. По расчетам В. В. Иванова и Е. Д. Сулиди-Кондратьева (1977), "с экономической точки зрения пятиминутная съемка территории с "Союза-22" равноценна двухлетней работе самолета со специальной аппаратурой и 80-летней - для наземной геодезической партии" (с. 21). Астрономические масштабы этих сопоставлений весьма впечатляют, однако без наземных и аэросъемочных работ эффективное использование космической информации невозможно. В любом случае дешифровщик должен обладать широкими знаниями о Земле вообще, глубоких знаний в какой-либо узкой области становится явно недостаточно.

В использовании материалов космической фотосъемки можно выделить инвентаризационный (картографический) и динамический аспекты. Документальные выявления расположения, конфигурации и границ каких-либо наземных объектов, структур и систем являются лишь предпосылкой для перехода к динамическим представлениям, основанным на изучении серий разновременных космических снимков одной и той же территории. В этой связи возрастает роль экологических знаний, особенно касающихся индикационных свойств растительного покрова. Так, явлениям новейшей тектоники, например, могут соответствовать какие-либо локальные видоизменения структуры лесных сообществ, тенденций лесообразовательного или болотообразовательного процессов и т. п.

Космические снимки имеют масштаб от 1:500 000 до 1:4 000 000, т. е. на два порядка более мелкий, чем масштаб аэрофотоснимков, поэтому навыки и методы, выработанные при дешифрировании аэрофотоснимков, в космическом дешифрировании непригодны; с серьезными трудностями, например, сопряжена постановка стерео-фотограмметрических наблюдений по космическим снимкам. Надо полагать, что непрерывное совершенствование техники фотографирования из космоса будет еще долго сопровождаться расширением дешифровочных свойств, но экологам следует овладевать всеми этими средствами информации уже сегодня, акцентируя внимание на динамических аспектах явлений. Замечательная особенность космической съемки в том и состоит, что в принципе можно иметь материал через любые сколь угодно короткие интервалы времени и в любое время года. Например, по зимним космическим снимкам для умеренных широт хорошо дешифрируются многие детали развеивания почвогрунтов (на белом фоне подстилающей поверхности особенно отчетливо выделяются шлейфы или ореолы рассеивания частиц грунта в атмосфере, часто на больших расстояниях).

Подводя итог разделу и главе в целом, следует еще раз подчеркнуть, что Земля буквально пестрит "горячими" одновременно с точки зрения геофизики и экологии точками, рубежами и полигонами, особенно в умеренном поясе северного полушария. "Горячими" потому что давление каких-либо геофизических факторов здесь может ощутимо сказываться на состоянии тех или иных экосистем. Самый тонкий физический прибор иногда оказывается не в состоянии уловить те локальные особенности физической среды, которые надежно фиксируются биологическими макросистемами. Принцип биологического накопления в этой связи следует трактовать значительно шире, чем это обычно делается. Можно, в частности, утверждать, что биологические системы накапливают в себе не только вещество и энергию, но и разнообразную информацию.