Тундра и ее экологические проблемы

В частности, оценивалось влияние возможных изменений климата на продукционный процесс экосистем еловых лесов в различных климатических зонах (на разных широтах и меридианах). Было получено распределение изменений годовой продукции и испарения воды в экосистемах при условии, что температура воздуха в течение вегетационного периода выше на 1°С. Оказалось, что продукция еловых лесов увеличивается севернее 60° (с широтой все больше -- у 66° рост достигает 3%) и уменьшается южнее этой широты. С ростом количества осадков продуктивность экосистем повышается, причем к югу -- все сильнее. Так, увеличение количества осадков на 6% на широте 62° влечет за собой рост продуктивности на 0,1%, а на широте 58° - 3,4%.Отмечаемые ныне и прогнозируемые на ближайшие десятилетия повышение содержания СО₂ в атмосфере и потепление ведут к серьезным изменениям в таежных и тундровых экосистемах Арктики и Субарктики: изменению продуктивности, смене видового состава, сдвигу границы между лесом и тундрой. Ученые предприняли попытку с помощью модели оценить, как повлияют изменения климата на продукционный процесс в лесной экосистеме и насколько сдвинутся северная и южная границы лесных экосистем умеренной зоны Северного полушария.

По мере проявлений абиотических факторов в данном биоме установились различные адаптации к этим факторам.

Влияние температуры

У подавляющего числа животных температура тела меняется с изменением температуры окружающей среды. Таких животных, не способных регулировать температуру своего тела, называют пойкилотермными животными. Для каждого вида существуют летальные температуры, а также имеется узкая область оптимальных температур. Она охватывает тот благоприятный диапазон температурной шкалы, температуру комфорта, которые отыскивают себе передвигающиеся животные. Активная жизнь при температуре окружающей среды значительно ниже точки замерзания воды возможна лишь для животных с постоянной температурой тела. Рекордсменом в этом отношении является императорский пингвин, который высиживает птенцов  в условиях антарктической зимы. Температура кладки яиц в среднем от -15С до -20С, а иногда достигает даже -40С. Подобное зимнее высаживание имеет свой смысл: птенцы вылупляются тогда уже в начале весны. Для того чтобы осуществить такой "рекорд" при столь низких температурах, необходимо, чтобы этому предшествовало накопление питательных веществ, благодаря сгоранию которых в организме поддерживается постоянная температура тела.

Для холодных зон довольно широкого климатического ареала, где обитают теплокровные животные, часто характерно появление наиболее крупных форм (правило Бергмана), так как чем животные крупнее, тем меньше отношение поверхность/объем и меньше потери тепла через теплоотдачу, благодаря чему снижается опасность переохлаждения. Животные с переменной температурой тела выдерживают гораздо большее охлаждение. Правда, при этом лишь немногие организмы сохраняют подвижность при температурах тела ниже точки замерзания воды.

Жидкости, находящиеся в теле животных, не являются чистой водой. Это растворы белков и солей. Поэтому они превращаются в лед не при нуле, а при температуре на несколько градусов ниже точки замерзания воды. Кроме того, беспозвоночные животные в большей или меньшей степени могут переносить замерзание, при этом, не погибая, однако в способности противостоять холоду они все же не могут сравниваться с растениями. Замерзание межклеточных тканевых жидкостей у таких организмов наступает раньше, чем образование льда в самих клетках. В целом можно сказать, что животные тем лучше переносят холод, чем меньше в их теле влаги, и в первую очередь чем меньше свободной воды, не связанной с белком. Поэтому с приближением зимы в теле многих насекомых содержание влаги понижается. Сопротивляемость холоду зависит от вида животного, от длительности действия холода и от скорости замерзания и оттаивания, так здесь вряд ли можно вывести общие правила.

Одна из жужелиц Аляски (Pterostichus breviocornis) в условиях эксперимента смогла перенести -87ºС в течение пяти часов. Жуки, собранные зимой, которых нашли уже промерзшими в их зимнем убежище, переносили длительное содержание при температуре -35ºС, а жуки того же самого вида, но собранные летом, погибали уже при -6.6ºС.

Обыкновенная овсянка (Emberiza citrinella), распространенная на большей части территории Евразии, - оседлая птица, зимующая даже в Сибири. Места гнездовий близко родственной ей садовой овсянки заходят не столь далеко на север, но зато на юг несколько дальше. Кроме того, садовая овсянка - типичная перелетная птица. Для обоих видов установлен диапазон температуры комфорта, при которой обмен наиболее сбалансирован и является, поэтому наименее интенсивным. Выше и этого диапазона интенсивность дыхания увеличивается. Но не только близкородственные виды могут иметь разные ареалы, определяемые различными требованиями к температуре.

Разумеется, температура имеет большое значение также и для распределения животных на земной поверхности и по местам их обитания. Однако она является лишь одним из нескольких важных климатических факторов. Рассмотренные выше примеры показывают, что влияние температуры нельзя рассматривать изолировано, само по себе. Задача экологии состоит в том, чтобы взвесить относительное влияние отдельных факторов в их взаимосвязи.

Из-за недостатка тепла здесь уже не могут расти даже самые выносливые северные древесные породы. Растительный покров состоит из мхов, лишайников, мелких вечно зеленых кустарничков и многолетних трав. Большие пространства заняты озерами и болотами, поросшими торфяным мхом сфагнумом, зелеными мхами, осоками и пушицей. Между камнями разбросаны пятна растительности немногих цветковых растений и стелющихся полярных ив. Так летом солнце не заходит, прогреваются и почва, и слой наземных растений. Поэтому климатические условия здесь лучше, чем это обычно представляется.

Влияние сезонных изменений на жизнедеятельность обитателей Тундры

Весной в тундру приходят многотысячные стада северных оленей (американская форма носит название карибу). Зиму они проводят в тайге и лесотундре, а с весны до осени пасутся на открытых местностях. За оленями следуют волки. Некоторые популяции оленей живут постоянно на арктических островах.

Обычно больше всего поражает множество перелетных птиц, весной устремленных на север. Зимой здесь остаются лишь белые и тундряные куропатки, полярные совы, первыми в  тундре появляются пуночки и гуси, в конце мая и в начале июня прилетают многочисленные кулики-песочники, ржанки, различные гуси. В июне в тундре звучат токовые песни, но все же птиц здесь меньше, чем в европейских смешанных лесах (по подсчетам - несколько сотен на 1кв. км). В ледяных пустынях, кроме морских птиц, можно увидеть лишь немногие виды.

Пожалуй, для тундры, прежде всего, характерны резкие сезонные изменения. На восемь - девять зимних месяцев жизнь здесь замирает (исключения составляют грызуны и копытные). К началу лета в растительном войлоке и водоемах развивается неисчислимое множество личинок двукрылых, преимущественно комаров, которыми питаются утки, плавунчики и песочники. К середине лета личинки превращаются во взрослых насекомых; тогда большая часть кормившихся ими птиц покидает тундру. Остаются лишь те, у кого подрастает потомство. В "лемминговые годы", когда численность этих грызунов резко возрастает, они уничтожают большую часть пригодных в пищу растений. Если в последующие годы количество леммингов уменьшится, растительный покров возобновится, хищники тогда будут вынуждены охотиться на уток, белых куропаток и других птиц, в результате чего численность этих видов снизится.

3.2. Антропогенные экологические факторы

Для тундры и лесотундры характерны локальные нарушения природы. Длительное время субарктические ландшафты находились под влиянием традиционных отраслей хозяйства: оленеводства, рыболовства и охотничьих промыслов.

В настоящее время - это район интенсивных поисков нефти и газа, алмазов, бокситов, подземных вод, строительных материалов и др. С геологической разведкой и добычей всех видов полезных ископаемых органически связано воздействие на экологическое равновесие окружающей природной среды, определяемое степенью нарушенности земной поверхности и загрязнения воздушной и водной сред. Степень этого воздействия напрямую зависит от стадии работ, мощности добычных предприятий и применяемой технологии работ.

Разведка и освоение нефтяных и газовых месторождений сопровождается отчуждением земель, загрязнением их сточными буровыми водами. Радиус загрязняющего воздействия одной буровой скважины простирается более чем на 2 км. Вредные вещества накапливаясь во мхах и лишайниках, с талыми водами попадают в реки и озёра, ухудшая их рыбохозяйственное значение. Следует выделить основные виды техногенных воздействий, связанных с добычей нефти, а именно: нефтяные загрязнения, газовые потоки, сточные воды, включая поверхностные и подземные; механические воздействия на элементы ландшафта; вторичные посттехногенные процессы.

Базовым объектом при становлении алмазодобывающей промышленности в Европейской части России является месторождение алмазов им. М. В. Ломоносова. Его разработка сопровождается нарушением литологической основы ландшафта, изменением гидрологических характеристик водотоков, находящихся в районе  месторождения, воздействием на подземные воды. В целом основные факторы воздействия на компоненты окружающей среды сводятся к следующему:

- пылевые выбросы при открытых горных выработках, загрязняющие атмосферный воздух и образующие контрастные и значительные по площади техногенные аномалии в почвах;

- размыв отходов обогатительных фабрик, образующий интенсивные потоки рассеяния в водных системах и сравнительно локальные техногенные ареалы в почвах;

- водоотливы из подземных горных выработок и карьеров, образующие интенсивные и протяженные потоки рассеяния в водных системах;

-  стоки обогатительных фабрик после очистных сооружений, загрязняющие водные системы.

Открытая разработка алмазов, в каком бы виде она ни предполагалась - это огромное влияние на экологию территории. Например, Курская магнитная аномалия. На десятки километров вокруг этого котлована пропали подземные воды. Курские черноземы превратились в камень. Сколько бы ни стояли архангельские алмазы, они все равно окажутся дешевле, чем та живая природа, которая будет уничтожена в результате их добычи. Необходима разработка закрытого варианта добычи.

Принимаемые природоохранные меры в районе развития добычи алмазов (восстановление за счет лесопосадок нарушенных ландшафтов в связи со строительством автомобильной дороги, внедрение максимально экологически чистых технологий добычи) вызывают тревогу своей недостаточностью. Месторождения алмазов расположены на расстоянии всего 1-2 км друг от друга. Поверхность залесена и заболочена. В то же время обработка запасов алмазов предполагается пока до глубины около 1 , а возможно и до 1,5 км. В этих условиях, даже при новых технологиях добычи антропогенная нагрузка на окружающую среду будет очень велика. Ученые всесторонне рассматривают эту проблему. Выявляют  возможность использования алмазозамещающих пород для производства строительных материалов. Шлаковые отходы обогатительной фабрики могут использоваться для производства железорудных окатышей, стеклокристаллических материалов и керамики. Шламовые отходы в сочетании с частью вскрышных пород позволяют при обжиге получать

аглопоритовый гравий и керамический кирпич. В результате, максимально полное и комплексное использование сырья и различных отходов создаст мощную базу производства строительных материалов.

Ландшафтные комплексы тундры малоустойчивы и легкоранимы, они нарушаются главным образом в результате антропогенных воздействий (например, от движения гусеничного транспорта, который повреждает дернину), что приводит к деградации ландшафтов, к образованию просадок и оврагов, к снижению качества оленьих пастбищ. Только один вездеход, пройдя 100 км пути, может стать причиной изменения нескольких гектар оленьих пастбищ.

В тундрах за последние десятилетия  ΧΧ в. накопилось немало «звёздного металла». Засорение и загрязнение земель происходит в результате падения отработанных ступеней ракет-носителей и неиспользуемого топлива при выводе на орбиту искусственных спутников с космодрома Плесецк. В настоящее время ведутся работы по созданию экологически чистой космической техники, стараются уменьшить количество топлива в отработанных ступенях. А пока возрастают патологические повреждения лесов в зоне космодрома и прилежащих к нему территорий. Здесь отмечается деформация хвои на деревьях и даже ее потеря, обнаружены вспышки болезни лесов, причины которых, как считают ученые, в усилении техногенного пресса на окружающую среду. Даже в водах реки Мезень, в бассейне которой нет крупных производств, обнаружены в значительных количествах различные загрязнители, среди которых разнообразные тяжелые металлы.

Стабилизация и сохранение тундровых и лесотундровых ландшафтов требуют четкой

организации геолого-разведочных работ, внедрения замкнутого водоснабжения, новых видов транспорта, восстановления оленьих пастбищ.

Ландшафты тундры и лесотундры во многих природных отношениях близки к арктическим. Для них также характерна слабая теплообеспеченность, длительная суровая зима, безлесье, низкая биологическая продуктивность. Важную стабилизирующую роль в тундрах играет растительность, хотя и сама она быстро разрушается и трудно восстанавливается, не менее чем за 20 - 25 лет.

Заключение

Обширные пространства на севере Евразии и Северной Америки занимает тундра. Эти холодные полярные зоны получают мало тепла даже летом. Здесь резко выражены сезонные колебания климата и биологических процессов, а характерным признаком является малое число родов и низкая численность отдельных видов, а также общая неустойчивость экологических систем.

Экосистемы тундры еще молоды: они сложились в начале плейстоцена во время послетретичного оледенения, охватившего тогда значительную часть северного полушария. Для бесповозвоночных условия среды здесь неблагоприятны, как нигде на Земле. Почти нет форм, ограниченных в своем распространении только этой областью.

Суровые зимы и длительное промерзание почвы и водоемов могут пережить лишь представители выносливых северных родов, способные развиваться при низких температурах, сохраняющихся порой по несколько лет.

Между тем, эти слабо изученные природные комплексы уже давно вовлекаются в хозяйственное использование. Интерес хозяйственников к этим территориям быстро возрастает. Полоса притундровых лесов входит в зону интересов сельского (кочевое оленеводство) и лесного хозяйства (защитное лесоводство) с весьма противоречивыми, временами конфликтными, взаимоотношениями между этими отраслями. В последние десятилетия территории притундровых лесов испытывают "натиск" нефтегазовой отрасли и транспортников. В ряде районов на территории крайне северных лесов ведется активная разработка месторождений цветных металлов, строительного и поделочного камня, апатита, железной руды и др.