Арал дағдарысы әлдеқашан бір елдің шекарасынан шықты. Кеуіп қалған теңіздің орнында Аралқұм шөлі пайда болды — трансшекаралық тұзды-шаңды дауылдардың негізгі көздерінің бірі. Орталық Азия мен Қытай ғалымдары далалық зерттеулерді, Жерді қашықтан зондтау технологияларын және жасанды интеллектті біріктіріп, экологиялық апатты жай ғана зерттеп қана қоймай, оның салдарын басқаруды үйренуге тырысуда.
Арал теңізі туралы сөз болғанда, көбіне жоғалған су еске түседі. Алайда XXI ғасырдағы негізгі экологиялық қауіп енді су айдынында емес, оның орнында пайда болып отыр. Кеуіп қалған теңіз табаны жаңа шөлге — Аралқұмға айналды. Оның беткі қабаты тұрақты түрде тұзды-шаңды дауылдардың көзіне айналады. Ұсақ дисперсті бөлшектер тұздармен бірге атмосфераға көтеріліп, ауа ағындары арқылы Қазақстан шекарасынан алыс аймақтарға таралып, бүкіл Орталық Азияға әсер етеді.
Бұл процестерді зерттеуге әл-Фараби атындағы ҚазҰУ География, жерге орналастыру және кадастр кафедрасының PhD, профессор міндетін атқарушы Гүлнұр Исанова көп жылдан бері зерттеу жүргізіп келеді. Ол Қытай Ғылым академиясының Шыңжаң экология және география институтының ғалымдарымен бірлесіп, Шығыс Арал маңындағы жердің деградациясын, жел эрозиясын және экожүйелерді қалпына келтіру механизмдерін зерттеуде.
Аралқұм — табиғи емес, қолдан жасалған шөл
Арал теңізінің едәуір бөлігінің тартылуы нәтижесінде 5 миллион гектардан астам ашық теңіз түбі шөгінділері пайда болды. Табиғи құмды шөлдерден айырмашылығы, Аралқұм бұрынғы теңіз табанында қалыптасты және топырақ құрылымы мүлде өзгеше.
Сырдария мен Әмудария бассейндеріндегі ондаған жылдарға созылған қарқынды суармалы егіншілік салдарынан бұл аумақта суда оңай еритін тұздар, сульфаттар мен хлоридтер жинақталды. Жер беті құрғаған кезде жел бұл бөлшектерді оңай көтеріп, жергілікті экологиялық мәселені трансшекаралық проблемаға айналдырады.
«Арал өңірі — Қазақстанның ұлттық экологиялық мәселесі ғана емес, Орталық Азияның кеңірек экологиялық кеңістігінің бір бөлігі. Мен үшін Аралдың маңызы ерекше, өйткені мұнда мен зерттейтін негізгі процестердің барлығы дерлік қатар көрінеді: топырақтың деградациясы, шөлейттену, жел эрозиясы, өсімдік жамылғысының өзгеруі және ГАЖ мен қашықтан зондтауды пайдалана отырып экологиялық мониторинг жүргізу», — дейді Гүлнұр Исанова.
Ғалымның айтуынша, Арал маңын тек бір елдің шекарасы аясында қарастыру енді мүмкін емес.
«Ауа массалары әкімшілік шекараларды ескермейді. Тұзды-шаңды аэрозольдердің таралуы — бүкіл Орталық Азия ауқымында талдауды қажет ететін айқын трансшекаралық процесс».
Мұндай тәсіл экологиялық зерттеулердің логикасын түбегейлі өзгертеді: ғалымдардың міндеті — дауылдардың салдарын тіркеу ғана емес, сонымен қатар дефляцияның жаңа ошақтары қай жерде пайда болатынын, олардың қалай дамитынын және оларды қандай жолмен тұрақтандыруға болатынын түсіну.
Неліктен негізгі серіктес Шыңжаң болды?
Қазақстан мен Қытайдың ғылыми ынтымақтастығы кездейсоқ пайда болған жоқ. Шыңжаңның шөлді аймақтары Орталық Азияның қуаң аумақтарымен көп жағынан ұқсас: мұнда ылғал тапшылығы, буланудың жоғары деңгейі, топырақтың тұздану процестері және қарқынды жел эрозиясы байқалады.
Қытай Ғылым академиясының Шыңжаң экология және география институты ондаған жылдар бойы Такла-Макан және Гурбантюнггют шөлдерін зерттеп, Азиядағы шөлейттену бойынша ең ірі деректер қорларының бірін жинақтады. Ал Қазақстан ғалымдары антропогендік қызмет нәтижесінде пайда болған ең ірі жас шөл — Аралқұмның бірегей аумағын зерттеуге мүмкіндік алды.
«Қытайлық әріптестер, әсіресе Шыңжаң экология және география институтының мамандары, шөлді аумақтарды, шөлейттену процестері мен шаңды дауылдарды зерттеуде мол тәжірибеге ие. Сондықтан бұл ынтымақтастық табиғи түрде қалыптасты: Қазақстанда бірегей Аралқұм полигоны болса, қытайлық зерттеушілердің ұқсас қуаң жағдайларда жұмыс істеу тәжірибесі мол», — деп атап өтті әл-Фараби атындағы ҚазҰУ География, жерге орналастыру және кадастр кафедрасының профессоры.
Алайда Гүлнұр Исанова маңызды жайтқа назар аударады: қытайлық технологияларды Қазақстанға сол күйінде көшіру туралы айту дұрыс емес.
«Шыңжаңның табиғи-климаттық жағдайлары Орталық Азия жағдайларымен көп жағынан салыстыруға келеді. Қытайдың ғылыми мектебі “топырақ — өсімдік — жел — климат” арасындағы өзара байланысты зерттеу бойынша орасан зор деректер қорын жинақтады. Алайда қытайлық технологияларды Арал маңына тікелей көшіру мүмкін емес. Аралқұмның бұрынғы теңіз табаны ретіндегі өзіндік биогеохимиялық ерекшелігі бар. Сондықтан біздің ынтымақтастығымыздың негізгі қағидаты — көшіру емес, жергілікті топырақ-экологиялық жағдайларға бейімдеу».
Дәл осы бейімдеу, дайын шешімдерді жай ғана қабылдау емес, екі ғылыми мектептің бірлескен жұмысының негізіне айналды.
1,4 миллион гектар аумақта жүргізілген нақты зерттеулер
Кез келген модель спутниктен емес, жерден басталады. Экспедициялар жылдарында зерттеу тобы Шығыс Арал маңының шамамен 1,4 миллион гектар аумағын зерттеді.
Ғалымдар топырақ профилінің морфологиялық құрылымын, теңіз түбі шөгінділерінің химиялық құрамын, тұздану деңгейін, топырақтың гранулометриялық құрамын және оның жел эрозиясына төзімділігін зерттеді. Бұл деректер қай учаскелердің табиғи жолмен қалпына келе алатынын, ал қай аумақтарға белсенді рекультивация шаралары қажет екенін анықтауға мүмкіндік береді.
Гүлнұр Исанованың айтуынша, далалық зерттеулер кейінгі цифрлық талдаудың негізі болып қала береді.
«Шығыс Арал маңындағы зерттеулерім шамамен 1,4 миллион гектар аумақта далалық жұмыстар жүргізуді және кеуіп қалған теңіз табаны топырағының морфологиялық, химиялық және физикалық қасиеттерін бағалауды қамтыды».
Бұл зерттеулер қытайлық әріптестермен бірлескен ғылыми жарияланымдарға негіз болды. Солардың ішіндегі белгілі еңбектердің бірі — профессор Цзилили Абдуваилимен бірлесіп дайындалған және Springer Nature баспасынан жарық көрген «Aeolian Processes as Dust Storms in the Deserts of Central Asia and Kazakhstan» монографиясы. Кітапта шаңды дауылдардың кеңістіктік және уақыттық динамикасы, тұзды-шаңды тасымал көздері және бұл процестердің жер деградациясымен байланысы жөніндегі көпжылдық бақылаулар жүйеленген.
Бір ғана технология емес, тұтас жүйе
Соңғы жылдары Аралқұмды қалпына келтіру тақырыбы көбіне сексеуіл отырғызумен ғана байланыстырылып келеді. Алайда Гүлнұр Исанованың айтуынша, мұндай тәсіл мәселені тым қарапайым түсіндіреді.
«Аралқұм үшін әмбебап бір ғана әдіс жоқ. Ең тиімді шешім — өсімдіктердің табиғи қалпына келуін, тұздану мен құрғақшылыққа бейімделген өсімдіктерді таңдауды және аумақтың жағдайын тұрақты бақылауды үйлестіру».
Мұндағы өсімдік жамылғысы сәндік емес, инженерлік қызмет атқарады. Галофиттер мен басқа да тұзға төзімді түрлер топырақ бетін бекітіп, жерге жақын қабаттағы желдің жылдамдығын төмендетеді және тұзды-шаңды бөлшектердің қайтадан ауаға көтерілуіне кедергі болады.
Сонымен қатар зерттеушілер табиғи өзін-өзі қалпына келтіру әлеуетін бағалауда. Кейбір учаскелерде тұқым қоры жеткілікті әрі гидрологиялық жағдай қолайлы болғандықтан, биоценоз адамның ауқымды араласуынсыз да қалпына келе алады.
Заманауи рекультивация бірден бірнеше бағытты қамтиды: топырақты диагностикалау, геоботаникалық зерттеулер, биологиялық фитомелиорация және ландшафттың өзгеруін цифрлық бақылау.
Ғарыш экологтардың басты құралына айналуда
Аралқұмның аумағы соншалықты үлкен, оны бірнеше маусым бойы жүргізілетін жерүсті экспедицияларымен толық зерттеу мүмкін емес. Сондықтан бүгінде Жерді қашықтан зондтау экологиялық мониторингтің негізгі құралдарының біріне айналды.
«Бүгінде спутниктік деректер экологиялық мониторингтің негізгі құралдарының біріне айналды. Бұл әсіресе аумағы өте үлкен Арал үшін маңызды, өйткені бүкіл территорияда тұрақты жерүсті зерттеулерін жүргізу мүмкін емес».
Спутниктердің көмегімен ғалымдар су бетінің аумағындағы өзгерістерді, тұздану динамикасын, өсімдік жамылғысының жағдайын, дефляцияның жаңа аймақтарының пайда болуын және шаң ағындарының таралуын бақылайды.
Мультиспектрлі түсірілімдер спектрдің әртүрлі диапазондарын талдауға мүмкіндік береді. Соның арқасында жер бетінің ылғалдылығы, топырақ жағдайы және өсімдік жамылғысының тығыздығы анықталады. Геоақпараттық жүйелермен үйлескен кезде бұл деректер жердің деградация карталарын қалыптастырады. Олар ландшафт өзгерген сайын тұрақты түрде жаңартылып отырады.
Қашықтан зондтау қосымша технология болудан қалып, экологиялық шешімдер қабылдаудың негізіне айналып келеді.
Жасанды интеллект адам байқамайтын өзгерістерді көруге көмектеседі
Зерттеулердің келесі кезеңі машиналық оқыту алгоритмдерін қолданумен байланысты. Бұл жерде әңгіме ғалымдарды жасанды интеллектпен алмастыру туралы емес, қолмен талдау мүмкін емес орасан зор кеңістіктік деректер көлемін өңдеу туралы болып отыр.
«Келесі кезең — жасанды интеллект пен машиналық оқытуды пайдалану. Олар спутниктік деректердің үлкен көлемін автоматты түрде өңдеуге, жер жамылғысының түрлерін жіктеуге және жеке суреттерді талдау кезінде адамға анықтау қиын болатын өзгерістерді анықтауға мүмкіндік береді».
Мұндай зерттеулер әл-Фараби атындағы ҚазҰУ базасында құрылған Қазақстан-Қытай қашықтан зондтау және оны қолдану зертханасында жүргізіліп жатыр. Мұнда ғарыштық түсірілімдер, далалық бақылау нәтижелері және геоақпараттық модельдеу деректері біріктіріліп, аумақтардың экологиялық жағдайы мен антропогендік әсері бағаланады.
Профессордың айтуынша, спутниктік деректерді, ГАЖ және жасанды интеллектті біріктіру Арал маңын жекелеген зерттеулерден үздіксіз мониторинг жүйесіне көшіруге мүмкіндік береді.
Бақылаудан болжам жасауға дейін
Қазақстан мен Қытайдың бүгінгі ғылыми ынтымақтастығының басты мақсаты енді экологиялық апатты сипаттау ғана емес, болашақтағы тәуекелдердің алдын алу жүйесін қалыптастыруға бағытталған.
Гүлнұр Исанова алдағы жылдары Арал өңірін қалпына келтіру тәсілдерін өзгерте алатын бірнеше бағытты атап өтті. Олардың қатарында спутниктік деректерді, топырақ зерттеулері мен метеорологиялық бақылауларды біріктіретін бірыңғай мониторинг жүйесі; қашықтан зондтау деректері негізінде тұрақты жаңартылып отыратын жер деградациясының цифрлық картасы; тұз бен құрғақшылыққа төзімді өсімдіктерді сынауға арналған тәжірибелік полигондар желісі; сондай-ақ Орталық Азия елдерінің қатысуымен шаңның трансшекаралық тасымалын зерттеу бар.
Сондай-ақ жасанды интеллект спутниктік суреттерді метеорологиялық болжамдармен қатар талдап, шаңның аса қауіпті тасымалдану эпизодтарының пайда болу ықтималдығын есептей алатын тұзды-шаңды дауылдар туралы ерте ескерту жүйесін құруға ерекше мән беріліп отыр.
«Біздің міндетіміз Аралдың қалай өзгеріп жатқанын бақылаумен ғана шектелмеуі керек. Экологиялық тәуекелдерді басқару жүйесіне көшу қажет. Ол жүйе арқылы біз қай аумақтардың осал екенін, деградацияның жаңа ошақтары қай жерде пайда болып жатқанын және қандай шаралар ең жоғары экологиялық нәтиже беретінін алдын ала түсінуіміз керек», — деп есептейді Гүлнұр Исанова.
Ғалымның пікірінше, ұзақ мерзімді нәтижеге Қазақстан мен Қытайдың ғылыми мектептерін, көпжылдық далалық бақылауларды және ортақ кеңістіктік деректер базаларын біріктірмей қол жеткізу мүмкін емес.
Салдармен күрес емес, ғылым
Арал теңізінің тарихы ұзақ уақыт бойы жоғалту тарихы болды. Бүгінде ол біртіндеп ғылыми қалпына келтіру тарихына айналып келеді. Бірлескен зерттеулер ең ірі экологиялық апаттың өзі бір ғана символдық шешімді емес, топырақ профилін талдаудан бастап спутниктік мониторинг пен жасанды интеллект алгоритмдеріне дейінгі өзара байланысты ондаған құралды қажет ететінін көрсетеді.
Аралқұм енді тек экологиялық қауіп аймағы ретінде ғана емес, Қазақстан мен Қытай Орталық Азиядан тыс жерлердегі деградацияланған аумақтарды қалпына келтіру тәсілдерін өзгерте алатын технологияларды бірлесіп әзірлеп жатқан Орталық Азиядағы ең ірі ғылыми зертхана ретінде қарастырылады.
Сауле Тугельбаева
Келесі материал: Қазақстан шетелдік студенттер үшін білім беру бағытын кеңейтіп жатыр