Спутниковый мониторинг экологического состояния особо охраняемых территорий Северного Каспия на примере биосферного резервата ЮНЕСКО "Кизлярский залив"

Уникальные природно-территориальные комплексы прибрежной зоны Северного Каспия, сформировавшиеся в опресненных речным стоком морских водах, характеризуются ценным эндемичным биоразнообразием и размерами популяций, и вместе с тем чрезвычайно чувствительны к климатическим изменениям и различного рода загрязнениям.
В работе рассматриваются возможности использования спутниковой информации Landsat -5,8, Sentinel -1A, -1B и других ИСЗ для проведения мониторинга водно-болотных угодий шельфовой зоны Северного Каспия и выявления их экологических проблем. Сохранность и стабильность состояния этих территорий зависит как от естественных природно-климатических факторов, так и от антропогенных воздействий. К числу основных задач спутникового мониторинга отнесены:
- наблюдения за природными факторами влияния, такими, как многолетние колебания уровня моря (по разновременным космическим изображениям, соответствующим максимальному и минимальному уровням моря за исследуемый период) и эпизодическими штормовыми нагонами и сгонами морской воды (с выбором сцен на конкретные даты опасных явлений для выявления зон затопления и осушения территорий);
- наблюдения за антропогенными источниками воздействия (фоновым загрязнением водной поверхности и аварийными ситуациями с привлечением космических изображений в различных спектральных диапазонах, в том числе радиолокационных изображений высокого разрешения).
Исследования проводились на примере заповедника «Кизлярский залив», имеющего с 2017 г. статус биосферного резервата ЮНЕСКО, площадью свыше 300 тыс. га, в которую вошел почти весь мелководный залив, прилегающая к нему полупустынная часть Ногайской степи, а также острова Нордовый и Тюлений. Здесь под охраной находятся до 250 видов пернатых, в том числе более 30 видов, занесенных в Красную книгу России и Дагестана, около 70 видов рыб и сотни видов растений (Джамизоев и др., 2016), а также сосредоточены самые большие в мире гнездовья кудрявого пеликана. Острова являются местом обитания тюленя - знаменитого каспийского эндемика.
Непостоянство уровня Каспийского моря, как сезонное, так и межгодовое, наличие сгонно-нагонных явлений при сильных штормовых ветрах приводят к периодическому затоплению или осушению заповедной территории (Гидрометеорологический…, 2020). Длинный временной ряд архивной спутниковой информации с ИСЗ Landsat -5, -8 позволил оценить изменения площади водно-болотных угодий за период повышения уровня с 1986 по 1995 гг. на 1.4 м и последующего его понижения к 2020 г. (см. ниже). Все изменения при отображении береговой линии Каспия рассчитывались от уреза воды -28.0 м абс., отмеченного на топографических картах разных масштабов. (Эта отметка в расчетах Росгидромета при определении изменения внутригодовых и сезонных колебаний уровня моря была принята за нулевую). Кроме того, в качестве базовых использовались карты “Опасность сгонно-нагонных явлений” (Курбатова, 2007) и “Многолетняя изменчивость береговой линии Северного Каспия” (Верещака и др., 1999). При указанном повышении уровня моря с 1986 по 1995 гг. (до отметки -26,6 м абс.) общая площадь затопленных мелководий и участков суши на территории резервата (выделенная при использовании нормализованного индекса NDWI) составила 870 км2. За счет затопления произошло сокращение площадей мест отдыха, гнездования и зимовок авифауны. К 2015 г. уровень моря вернулся к отметке - 28,0 м, а к 2020 г. понизился еще почти на 0,4 м до отметки -28,4 м абс, что привело к дополнительному обсыханию 20 км2 мелководий и частичному сокращению нерестилищ и кормовой базы для ряда обитателей.
Сгонно-нагонные явления на северо-западном участке Каспия достигают самых больших значений благодаря преобладающему действию ветров восточных (нагонных) и западных (сгонных) направлений. В данном районе отмечается в среднем по 3-4 нагона и 2-4 сгона за месяц, что обусловливает эпизодическую миграцию береговой линии в среднем на 2-3 км, а в экстремальных случаях на 10-35 км при нагонах и 8-10 км при сгонах. Катастрофические многодневные нагоны могут приводить к гибели кладок, птенцов и мелких животных, осушение территории во время сгонов – к гибели мальков, что представляет угрозу биоразнообразию и приводит к снижению запасов промысловых и редких видов рыб.
Фоновое загрязнение каспийских вод обусловлено стоком Волги, интенсивным грузовым судоходством и большим количеством маломерных речных судов. Резкий рост объемов нефтедобычи на шельфе в ближайшие годы может привести к обширному нефтяному загрязнению акватории Каспия. По данным (Ежегодный…, 2019) качество морской среды Северного Каспия в 2019 г.. относится к категории «грязные» воды, а по сравнению с 2018 г. отмечено увеличение концентрации нефтепродуктов в 3 раза, железа в 120 раз, полиароматических углеводородов в 16,7 раз.
К настоящему времени разработана методика выявления аварийных разливов нефти в море по спутниковым изображениям (Митягина, Лаврова, ..2015; Бекмухамедов и др., 2016). На сегодняшний день о крупных разливах нефти в районах буровых платформ российской территории ничего не известно, но в случае выявления такой аварии можно определить время, за которое пятно нефтепродуктов достигнет заповедной территории при нагонных ветрах восточных направлений. По приблизительным оценкам, (Овсиенко, 2000; Альхименко, 1989), нефть движется по поверхности моря со скоростью порядка 3-4 % от значения скорости ветра.
Нами подсчитано, что при скорости ветра 20 и 28 м/с нефтяное пятно за 24 часа может переместиться на расстояние от 50 до100 км, а за 48 часов - от 100 до 200 км и достичь границ заповедной территории, что может нанести непоправимый урон уникальной экосистеме водно-болотных угодий.
Работа выполнена в рамках государственных заданий: Минобрнауки России АААА – А19 – 119040990079 – 3 № 0147 – 2019 – 0004 (ИВП РАН) и № 0708 – 2020 – 0001 (МИИГАиК).