Lūdzu, ņemiet vērā, ka raksts ir vairāk nekā piecus gadus vecs un ir pārvietots uz mūsu arhīvu. Mēs neatjauninām arhīvu saturu, tāpēc var būt nepieciešams meklēt jaunākus avotus.
20. gadsimta beigās jūras ekoloģija "nobrieda" līdz tādam līmenim, ka jūras ekosistēmu stāvokļa matemātiskā modelēšana kļuva par pastāvīgu zinātnisko novirzienu dabaszinātnēs.
Pasaulē ir izstrādāti simtiem matemātiskās modelēšanas veidu un tipu, ar kuriem zinātnieki mēģina prognozēt jūras vides apstākļu izmaiņas un mācās vadīt to stāvokli. Bet, neraugoties uz modelēšanas panākumiem, okeāns nez kāpēc nesteidzas atklāt savus noslēpumus matemātiķiem, fiziķiem, ķīmiķiem, biologiem. Daudzi modeļi praksē izrādās vien matemātisko vingrinājumu "aparāti". Lai atšķetinātu sarežģītās, piņķerīgās cēlonisko un seku principu dabas saiknes, iedvestu dzīvību vienādojumos un formulās, vajag paraudzīties uz apkārtni ar ģeogrāfa acīm.
Teiciens, ka jebkurš matemātiskais modelis ir tikai ierīce pētnieka rokās, ar oriģinalitāti neizceļas. Citiem vārdiem sakot – no kvalitātes, kas ietverta jebkurā informācijas modelī, kurš balstīts uz dabas izpratni, ir atkarīga arī prognozes kvalitāte. Taču vēl senos laikos antīkās filozofijas klasiķis Aristotelis, brīnišķīgi saprotot daudzu savu teoriju nepilnību, norādīja, ka meklēt patiesību ir gan grūti, gan viegli, jo acīmredzot neviens nevar to pilnībā sasniegt, ne aptvert, bet katrs var pievienot kaut nelielu niansi pie mūsu dabas izziņas procesa, un no visu šo faktu kopsummas tiek salikta lieliska ainava.
Nespēja savietot visu esošo zināšanu kopbildi noved pie tā, ka nekāda krāšņā ainava neveidojas. Šobrīd jūras izmantošanas praksē stingri iegājusi hidroekoloģiskā monitoringa sistēma. Tās lietošana ļāvusi savākt milzīgu ekoloģisko datu apjomu. Speciālisti lieliski spēj izmantot formāli matemātiskās un datoranalīzes, tāpat arī fizikālās, ķīmiskās un bioloģisko mērījumu metodes. Taču bez sistēmiskas analīzes šādi savākti materiāli, kā likums, paliek vien miris balasts.
Dzīvības iedvešana šajā faktu apjomā un adekvāta savāktās informācijas, kas nepieciešama spējai prognozēt, izanalizēšana – tas būtu darbs speciālistiem – ģeogrāfiem. Tieši ģeogrāfija šobrīd ir saistošais posms starp cilvēku un dabu.
Šāds pieņēmums neradās tukšā vietā. Tieši ģeogrāfiem savulaik bijusi svarīga loma datu vākšanā, ietverot ne tikai apceļoto vietu aprakstus, bet arī nopietnu kompleksu analītisku apskatu. Tāpat viņiem ir bijusi nozīmīga loma kara un tautsaimniecības ģeogrāfijas uzdevumu risināšanā. Un tas pats attiecas arī uz ekoloģisko ģeogrāfiju.
Pareģojumi piepildās
70. gados jūras pētnieku grupa pareģoja, ka Klusajā okeānā, Galapagu salu rajonā, aptuveni 3000 metru dziļumā eksistē dzīvības oāzes, kas pamatojas uz hemosintēzes procesiem. Amerikāņu ekspedīcija pēc dažiem gadiem apstiprināja šo hipotēzi. Šādi panākumi varēja notikt, pateicoties Vernadska idejai par "robežkārtu" lomu jūras organismu krātuvēs un sistēmiskajai pieejai, kas ļāva apskatīt objektu no visām pusēm, izmantojot materiāla daudzveidību.
Sekojot šim piemēram, var apkopot milzīgus jūras ekoloģijas datus, "izlasot" no tiem pašus vērtīgākos un veidojot jūras sistēmisko portretu. Tas ietver ekoloģisku "rozīņu" kompleksu: dzīvības izplatības īpatnības un to formu bioloģiju, ārējo faktoru iedarbību uz vides apstākļiem un to cēloņu un seku saistību attiecībā uz jūras iemītnieku uzvedību. Netiek apieta arī ūdensbaseina teritorija, jo vairākums "jūras slimību" visbiežāk ir ieraugāmas tieši krastā. Šāda pieeja gan atņem kopainai krāsu nianses, taču skaidrība top lielāka.
Loģiska jebkura okeāna rajona portreta izveides shēma ietver sevī virkni darbību: informācijas atlasi, tās "sarullēšanu", analīzi un uzskatāmu iztēlošanos, procesu sakārtošanu pēc to ekoloģiskās nozīmes, nelabvēlīgo faktoru izskaitļošanu un kartografēšanu. Šim nolūkam ir izstrādāti algoritmi un jūras ekoloģiskās kartogrāfijas metodes, ūdenskrātuves situācijas novērtējums.
Pirmais portrets
Izmantojot šos principus, 1997. gadā tika izveidots pirmais jūras ūdens baseina "portrets" – Melnajai jūrai. Tas sevī ietver aptuveni 80 ekoloģiskās kartes un integrālās kartes–shēmas, kā arī 30 analītiskas tabulas un diagrammas, kas atspoguļo galvenos jūras dabas un dzīves aspektus, tendences un ekosistēmas pamatelementu attīstības perspektīvu.
Integrālais ūdens tilpnes "veselības" rādītājs ir to apdzīvojošo organismu stāvoklis. Tāpēc ģeogrāfiski ekoloģiskās modelēšanas process sākas ar bioloģiskās informācijas analīzi. Lai atbildētu uz jautājumu, kāpēc notiek jūras populācijas degradācija, pirmām kārtām nepieciešams noteikt zonas, kur notiek organismu masveidīga koncentrācija dažādās bioloģiskās attīstības stadijās. Šīs vietas tiek atzīmētas akvatorija kartē kā paaugstinātas "rūpniecisko organismu" jutīguma vietas attiecībā uz ārējiem faktoriem.
Portrets ietver arī "rūpniecisko organismu" tipiskā izvietojuma un migrācijas ceļu kartes, ziņas par vides apstākļiem, kas ir optimāli visiem zivju veidiem, to izturību pret toksīniem un saindēšanās pazīmes.
Šādas bioloģisko datu sistematizācijas procesā top skaidrāka dabas un cilvēka loma jūras dzīvības koncentrācijas vietās, kas tiek atzīmētas atbilstošās kartēs un aprakstos.
Pagājušā gadsimta 80. gados Melnajā jūrā Odesas piekrastē tika fiksēta milzīga fenola koncentrācija. Ekoloģiskās katastrofas iemeslus noskaidroja tikai vairāku gadu garumā. Bet to varēja izdarīt viegli un operatīvi, ja tolaik ekologiem būtu rūpniecisko notekūdeņu potenciālo apdraudējumu karte (norādot piekrastes rūpnīcas un tās, kas atrodas galveno ietekošo upju krastos). Šī karte skaidri parāda, ka vienīgais potenciālais fenolu avots šajā rajonā ir laku un krāsu fabrikas Odesas piekrastē. Paaugstināta fenola klātbūtne norāda uz neattīrītiem šo ražotņu notekūdeņiem.
Ģeogrāfiski ekoloģiskā jūras ūdenstilpnes informācijas modeļa analīze ļauj pētnieciski operatīvi noskaidrot iespējamo krīžu situāciju iemeslus, sašaurināt meklējumu zonu, novērtēt radītās katastrofas paredzamās sekas uz jūras ekosistēmu, izstrādāt pamatotus dabas aizsardzības pasākumus, orientēt speciālistus pieņemt drošus risinājumus attiecībā uz jūras bagātību apgūšanu. Portreta dati tiek izmantoti arī, lai matemātiski modelētu un prognozētu iespējamos rezultātus "dabas saimnieka" iedarbībai uz jūras akvatoriju.
Pēc šīs metodes arī izveidots Kaspijas jūras portrets – vēl viens nākotnes ģeogrāfiski ekoloģiskās galerijas "ekoeksponāts".
Avāriju modelēšana palīdz
5.–4. gadsimtā pirms mūsu ēras Bosfora karalistes laikā Kerčas līcis kļuva par svarīgāko jūras tirdzniecības ceļu, pa kuru ieveda un izveda dažādas preces. Tagad pa Kerčas kanālu, ko izraka 1874. gadā, ik gadu ienāk 10 000 tirdzniecības kuģu ar kopējo kravas apjomu – 250 miljoni tonnu. Ievērojama daļa šīs kravas ir naftas produkti. Kanāla dziļums ir deviņi metri, kas apgrūtina lieltonnāžas kuģu iekļūšanu, līdz ar to naftas transportēšana notiek ar mazākiem kuģiem, kas pārvadā "melno zeltu" uz lielajiem tankkuģiem. Šo operāciju laikā neizbēgami rodas naftas noplūde. Acīmredzot šā iemesla dēļ šo produktu piesārņojums 2,5–6 reizes pārsniedz zivsaimniecībā pieļaujamo normu. Turklāt šā rajona akvatorijā kopš Otrā pasaules kara ir palikuši nesprāguši lādiņi, kas kāda tankkuģa avārijas gadījumā varētu radīt pamatīgu katastrofu piekrastes iedzīvotājiem.
Tankkuģu avārijas parasti notiek sarežģītos hidrometeoroloģiskos apstākļos, un laiks, lai pieņemtu lēmumus, ir ierobežots. Jau iepriekš izstrādāti scenāriji var dot reālu labumu. Naftas izplatīšanās modelēšana ļauj noteikt iespējamos jūras vides apdraudējumus vēl līdz avārijas notikšanai. Ņemot palīgā datorimitācijā radītos rezultātus, var aprēķināt spēkus un līdzekļus, kas nepieciešami naftas avārijas likvidēšanai, un negatīvās sekas samazināt.
Lai modelētu iespējamās avārijas situācijas, tiek izmantoti hidrodinamiskie naftas izplūžu modeļi (oil spill models). Tagad atbilstoša matemātiskā iekārta ir izveidota daudzās valstīs. Ar to var noteikt naftas izplūduma pārvietošanos, un, apvienojot šīs ziņas ar datiem, ko dod jūras zivju un citu organismu izvietojums dažādos gadalaikos, viegli ir prognozēt iespējamās avārijas ekoloģiskās sekas. Turklāt, zinot hidrometeoroloģisko prognozi (vēja virzienu, ūdens temperatūra), var noteikt, kad un kurā piekrastes vietā vajadzēs veikt dabas aizsardzības pasākumus.
Naftas izplūdes modelis ir efektīvs operatīvu risinājumu pieņemšanai, tomēr tās izplūduma izplatīšanās notiek ne tikai hidrodinamisko procesu ietekmē. Naftas bioķīmiskā pārstrāde noris daudz lēnāk (nedēļām, mēnešiem, nevis stundām, diennaktīm) un ne visos gadalaikos. Tāpēc ilglaicīgas naftas izplūdes gadījumā vajadzīga cita pieeja.
Cēloņi un sekas
Daudzas desmitgades jau iepriekšminētā Melnā jūra bija ievērojams zivju bagātību avots. Galvenais zivju "bērnudārzs" – nārsta un barošanās vieta – ir ziemeļrietumu šelfs, kas to padara ekoloģiskā ziņā par visvārīgāko jūras daļu. Te atrodas vienīgais Melnās jūras storveidīgo zivju, mīdiju un butu "rezervāts". Vienlaikus šī akvatorija ir kļuvusi par aktīvu zivsaimniecības daļu.
Dona, Dņestra, Dņepra un arī citi piekrastes uzņēmumi dāsni piegādā jūrai savas "bagātības" – fenolu, naftas produktus, pesticīdus, smago metālu – tonnām. Tāpat šos ūdeņus iemīļojuši "gāzinieki". Kopš 1989. gada šeit notiek intensīva izpēte un rūpnieciska jūras gāzes atradņu izstrāde, ko pavada milzīgs jūras vides piesārņojums.
Tāpēc nav brīnums, ka par Melnās jūras austerēm šobrīd var tikai sapņot. Storveidīgo zivju, salīdzinot ar 50. gadiem, kļuvis 40 reižu mazāk, tāpat gandrīz izzuduši daudzi citi zivju veidi. Turklāt jūras radību organismos arvien vairāk konstatē hlororganisko pesticīdu un toksisko smago metālu daudzumu tādā apjomā, kas vairākkārt pārsniedz pieļaujamo līmeni.
Novērtēt jūras pašattīrīšanos no naftas produktiem jūras izpētes un gāzes ieguves rajonos ļauj hidroekoloģiskā metode. Tā ņem vērā naftas izplūdes transformācijas bioķīmiskos mehānismus un spēj tādā veidā novērtēt perspektīvās izmaiņas naftas produktu koncentrācijā.
12 modeļveida eksperimentos tika pētīta jūras reakcija 200, 500 un 1000 tonnu izplūdes gadījumos dažādos gadalaikos. Jāteic, vislabvēlīgākais laiks, lai veiktu šādus darbus, izrādījās rudens. Šajā laikā jūras pašattīrīšanās notiek 212–222 dienas, bet vasarā daudz ātrāk – 9–24 dienu laikā.
Gluži negaidīti šie aprēķini ļāva atminēt 15 gadu vecu mīklu. Modelēšana apstiprināja hipotēzi, ka anomālā šelfa piesārņojuma iemesls, kad naftas produktu koncentrācija 188 reizes pārsniedza normu, bija izpētes urbums, kura laikā tika izmantots visā pasaulē neieteikts līdzeklis.
***
Okeāns nav pieradis pie mākslīgiem dūrieniem, medikamentiem un reanimācijas. Miljoniem evolūcijas gadu laikā tas paļāvies tikai uz sevi. Iejaukšanās zilā kontinenta dzīvē pat ar labiem nodomiem, bet bez vajadzīgajām zināšanām, mīlestības un labvēlības vienmēr ir risks rupji aizskart kādu pirms tam neizmantotu stīgu, un, kā šādā gadījumā izskanēs tās akords, nav zināms. Iespējams, ka ģeogrāfija nodrošinās tās mažoro skaņu. Matemātiķu un ģeogrāfu sadarbība ir atkarīga ne tikai no materiālās bāzes, bet arī no patiesas vēlmes saprast dabu, un tātad – no prasmes uzmanīgi klausīt vienam otru.
Raksts sagatavots pēc ārzemju preses materiāliem