Исследование особенностей развития дигрессивных процессов в структурных элементах природных экосистем при подземной разработке месторождений

УДК 622.502 Ю.П. Галченко

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗВИТИЯ ДИГРЕССИВНЫХ ПРОЦЕССОВ В СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ПРИРОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Рассмотрены и систематизированы процессы техногенного изменения состояния основных геосфер при подземной добыче твёрдых полезных ископаемых. Ключевые слова: освоение недр, литосфера, экосистема, абиота, биота, дигрессия.

"^^арактерной особенностью технической составляющей природно-технических систем освоения рудных месторождений является закономерное изменение во времени структуры и интенсивности действия типовых техногенных факторов, вследствие известной стадийности освоения этих месторождений [1].

Наиболее масштабным изменениям в количественном и качественном смысле подвергается литосфера, часть которой извлекается на поверхность и включается в оборот вещества и энергии вне внутренне равновесной системы самой литосферы, порождая все виды экологических воздействий.

Интенсивность и размер зон техногенного поражения в каждом случае зависит от характера техногенных факторов, условий их распространения (транзита) и свойств среды, принимающей эти воздействия (депонирующей среды).

Для геомеханических техногенных факторов, изменяющих состояние литосферы и являющихся следствием целенаправленного разрушения определённых её участков, транзитной средой является поле тяготения Земли, а депонирующей средой - прилежащие к зоне горных работ участки литосферы.

Трансформируя в геофизику представления академика В.И. Вернадского о живой и косной материи, можно представить себе технологически доступную сегодня часть литосферы, как оболочку из геодинамически "косной" материи, покрывающую "живое" тело нашей планеты [2]. Безусловно, в литосфере происходят динамические явления различного масштаба и мощности, но, в рамках при-

нимаемого нами допущения, эти явления не инициированы веществом литосферы, а представляют собой отражение динамических процессов, происходящих в более глубоких зонах планеты. Такое допущение тем более необходимо потому, что решение задачи взаимодействия двух динамических систем (техногенно измененных недр и первичной литосферы) приобрело бы сложность, излишнюю по отношению к технологически обусловленной точности определении конечных результатов.

По аналогии со структурой зон техногенного поражения биоты, в состав зоны геоэкологических изменений (техногенно измененных недр) входят участки полного нарушения первоначального состояния участка (объема) литосферы, вплоть до его изъятия из ее состава. Это - объём техногенного поражения литосферы. Вокруг этого объема формируется пространство, в пределах которого материал литосферы сохраняет свое агрегатное состояние, но меняет механические свойства (плотность, трещиноватость, напряженно-деформированное состояние и т.д.). Трансформируя для этих условий классическую триаду экологии (загрязнение - транзитная среда

- депонирующая среда), можно сформулировать следующее построение: разрушение некоторого объема первично равновесной литосферы приводит к искажению геофизических полей (загрязнение); через транзитную среду - поле тяготения Земли - это «загрязнение» передается в нетронутые участки литосферы и приводит их в новое напряженно-деформированное состояние (депонируется в них) [3]. Принятие такой схемы взаимодействия, по аналогии с теоретической экологией, означает наличие внешней границы у зоны загрязнения, на которой все загрязнение депонировано элементами первичной системы. Таким образом, техногенно изменённые недра можно представить, как некий объём, окруженный не изменённой литосферой, внутри которого находится зона техногенного разрушения литосферы и зона спровоцированного этим разрушением изменения напряженно-деформированного состояния её пород, которая, если продолжить экологическую смысловую аналогию, является зоной перехода свойств между двумя системами, т о есть экотоном. Так как в рассматриваемом нами случае в этой зоне изменяется напряжённо-деформированное состояние массива горных пород, то эту составляющую техногенно изменённые недр можно назвать «геофизическим экотоном» [2].

Зона техногенного разрушения литосферы (участок, в котором ведутся добычные рабоы) при освоении минеральных ресурсов недр формируется как некий объём (обычно геометрически правильной формы) с горизонтальным размером m0, из которого полностью извлечено вещество литосферы и который может либо остаться пустым, либо быть заполненным искусственным материалом со свойствами, существенно отличающимися от свойств материала природного. Положение этого объёма в пространстве предопределяет характер транзита изменения состояния окружающего массива в сторону обнаженных поверхностей и, прежде всего, в сторону земной поверхности. В этом случае можно выделить два вида геоэкологических последствий выемки балансовых запасов:

• воздействие на земную поверхность;

• воздействие на элементы внутренней структуры техногенно измененных недр.

В первом случае нарушается абиота экосистемы и создается потенциальная опасность её деградации, а во втором - возникает опасность для работающего человека и возможность экономических потерь при добыче сырья.

В рамках поставленных задач рассмотрим первую составляющую геоэкологических последствий изменения напряженно-деформированного состояния литосферы. По мере накопления пустот при очистной выемке рудных тел в слое пород, отделяющем эти пустоты от земной поверхности, начинают развиваться геоме-ханические процессы, изменяющие состояние и устойчивость этих пород. Темпы и величина этих изменений зависят от угла падения вынимаемых рудных тел, глубины ведения горных работ, выемочной мощности, физико-механических свойств руд и пород, а также от исходного поля напряжений [4].

По причинам своего возникновения все техногенные факторы геотехнологий можно разделить на 2 класса:

- являющиеся прямым следствием антропогенного разрушения литосферы и формирования в ней нового литосферного объекта - техногенно измененных недр (геомеханические факторы);

- зависящие от характера применяемых при техногенном изменении недр геотехнологий (геотехнологические факторы).

Вполне очевидно, что при подземной разработке месторождений наиболее масштабным изменениям в количественном и

качественном смысле подвергается литосфера, часть которой извлекается на поверхность и включается в оборот вещества и энергии вне внутренне равновесной системы самой литосферы, порождая все виды экологических воздействий.

При этом главной спецификой данного процесса является ограниченность отрабатываемых запасов и, соответственно, времени их отработки. Поэтому по времени существования техногенные факторы можно разделить на три группы:

- существующие только в период эксплуатации месторождения;

- существующие при эксплуатации месторождения и после её завершения;

- появляющиеся после завершения эксплуатации месторождения.

По характеру воздействия на биоту экосистем можно выделить три типа техногенных факторов:

- изменение условий жизнеобеспечения элементов биоты;

- изменение среды обитания элементов биоты за счет загрязнения биотопа агентами, ранее в нем не присутствовавшими;

- прямое и полное уничтожение биоты.

По возможностям снижения экологической опасности реального добывающего предприятия техногенные факторы (и их воздействия) делятся на:

- устранимые за счет введения в технологию дополнительных мероприятий;

- устранимые за счет замены применяемой технологии;

- неустранимые для данного вида производства.

В общем виде классификация техногенных факторов горного производства приведена на рис. 1.

Интенсивная разработка известных рудных месторождений, вызванная всё нарастающим спросом на основные виды цветных, чёрных и драгоценных металлов, приводит к тому, что основная экологическая нагрузка постепенно смещается в регионы Сибири и Дальнего Востока.

Рис. 1. Классификация техногенных факторов горного производства

Это означает, что объектом техногенного воздействия и, соответственно, инженерной защиты становятся участки низкопродуктивных и малоустойчивых биомов, большая часть которых располагается в криолитозоне. Главной особенностью создаваемых при-родно-техничес-ких систем освоения недр в этих условиях является то, что интенсивность техногенной дигрессии в нарушаемых биологических сообществах на несколько порядков выше интенсивности процессов естественной демутации после снятия техногенных нагрузок [5].

С достоверностью, достаточной для решения геоэкологических задач, вокруг горного предприятия можно выделить несколько зон, отличающихся по глубине разрушения биоты природных экосистем и её способности к самовосстановлению:

• зона полного поражения включает в себя участки поверхности, целиком и на весь период существования предприятия, изъятые из естественного кругооборота вещества и энергии. Сюда относят площади под строениями и другими искусственными сооружениями, дороги с искусственным покрытием, склады и т.д.;

• зона первичной сукцессии, в которой разрушаются все составляющие биоценоз популяции. Обычно это территория пром-площадок рудников и обогатительных фабрик, хранилища твёрдых отходов;

• зона деградации, в которой затрагиваются все виды растительного сообщества, включая виды-эдификаторы. Дигрессивные процессы становятся необратимыми;

• зона самовосстановления, где в той или иной степени затрагиваются только доминантные виды (но не виды-эдификаторы), и, несмотря на растущую деградацию доминантных видов, сохраняются условия для воссоздания основы биоценоза после окончания техногенного воздействия;

• зона угнетения экосистемы, где техногенное влияние затрагивает те виды популяций, которые не составляют основы данного биоценоза.

Очевидно, что границы между зонами размыты и носят весьма условный характер, но выделение этих зон и оценка этих размеров позволяет перейти от поиска путей охраны природы вообще к созданию конкретных технологий, вытекающих из характера и ин-

тенсивности реальных воздействия горного предприятия на реальную экосистему в районе расположения этого предприятия.

Учитывая различную устойчивость разных экосистем к одному и тому же виду техногенного воздействия, можно на основании ранжирования этих видов по степени опасности для конкретной экосистемы, сформулировать требования к технологическим решениям с учетом особенностей биотопа, в пределах которого расположено добывающее предприятие.

Методология экологической оценки технологических решений должна учитывать не только прямой ущерб, наносимый горным предприятием окружающей его природе, но и ущерб, привнесенный из других регионов вместе с потребляемыми на руднике материалами и полуфабрикатами. Точно также и экологическая эффективность совершенствования технологии добычи руды должна включать в себя оценку положительных экологических изменений, произошедших в результате этого совершенствования в других регионах.

Если взглянуть на проблему сохранения природы не со стороны производства, а со стороны природы, то при поиске экологически безопасных горных технологий целесообразно отталкиваться не от величины техногенного воздействия (что само по себе тоже необходимо изучать), а от характера и глубины изменений в экосистеме, происходящих под влиянием этих воздействий.

Согласно современным представлениям растительный покров является главным средо- и ресурсообразующим фактором биомов. Зеленые растения - это, по словам В. И. Вернадского живое вещество «первого порядка», исходное звено всех цепей питания в экосистеме. Они усваивают и накапливают солнечную энергию в форме химических связей, поддерживают запас кислорода в атмосфере, поглощают углекислый газ. Растительность формирует почву с ее плодородием, выполняет водорегулирующую и противоэрози-онную функции, влияет на характер климата, придает ландшафтам их неповторимый облик. Растительности принадлежит ведущая роль в оценке состояния окружающей среды. Выдающийся русский геоботаник Л.Г. Раменский писал: "Говорить об экологии в отрыве от растительного покрова - бессмыслица" [6].

Без сохранения растительного покрова и разнообразного видового состава растений все усилия по поддержанию на Земле условий, необходимых для жизни, не могут быть эффективными. Рас-

тительные сообщества способны к самовосстановлению и выполняют свои многочисленные полезные функции в биосфере «бесплатно».

Антропогенному опустошению земель, снижению их биологической продуктивности, подвержены почвенный и растительный покров любой природной зоны. Вследствие интенсивной хозяйственной деятельности коренной растительности на территории многих регионов России почти не сохранилось. Она представлена разнообразными фитосистемами, находящимися в состоянии ди-грессионных или восстановительных сукцессий. На землях, подверженных техногенному опустошению, если процессы антропогенного воздействия прекращаются, начинается восстановительная сукцессия растительности (демутация) [6].

Интенсивная хозяйственная деятельность при освоении месторождений полезных ископаемых приводит к образованию природно-хозяйственных систем различного назначения. На топологическом уровне обычно выделяют три категории природнохозяйственных территориальных единиц:

• природно-хозяйственный контур;

• природно-хозяйственный массив;

• природно-хозяйственная местность.

При строительстве и эксплуатации горных предприятий каждая из этих территориальных единиц формируется вокруг создаваемой в процессе освоения месторождения природно-технической системы.

Границы всех этих антропогенных новообразований накладываются на природные границы биологических систем, которые рассекают хозяйственные контуры на участки с разными свойствами. При переходе через естественную границу меняется весь комплекс природных условий, что необходимо учитывать при управлении природно-техническими системами освоения недр.

Под воздействием человека природные ландшафты преобразуются в антропогенные, которые Ф.Н. Мильков предложил выделять в особую категорию - естественно-антропогенные ландшафты. Их особенность состоит в том, что в результате уничтожения коренных растительных сообществ активизируются такие природные процессы, которые в ненарушенных ландшафтах выражены слабо или не проявляются вовсе. Отмечаются зональные законо-

мерности в распределении естественно-антропогенных ландшафтов.

Растительный покров, как основа биосистем, - явление разновозрастное. Он прошел длительный путь развития вместе с географической оболочкой. Эволюционный путь развития необратим и характеризуется увеличением числа составляющих растительные сообщества элементов и усложнением их структуры. В отличие от этих эволюционных изменений растительности свойственны динамические превращения, обусловленные экологическими факторами или антропогенным воздействием. Выделяются коренные и производные динамические категории, составляющие основу геоботани-ческого строения экосистемы.

Коренные сообщества. Им соответствует понятие зонального типа растительности. Они разделяются на абсолютно, практически и условно коренные.

Абсолютно коренные сообщества - это те, что сохранились еще от доагрикультурного и допромышленного развития. По-видимому, они очень редки на земном шаре. Практически коренные сообщества - это такие, в которых под влиянием антропогенных факторов незначительно изменились состав и структура, или такие, которые прошли полный ряд трансформаций до восстановления коренного растительного покрова. Условно коренные сообщества представляют собой более или менее устойчивые стадии в процессе развития нарушенного растительного покрова. Это, например, таёжные леса, которые подвергались в прошлом пожарам и рубкам, а в настоящее время испытывают их, но в ослабленной форме, при этом они во флористическом и экологическом отношениях сохраняют близость к исходным коренным лесам.

Производные сообщества. В ландшафтах, подверженных антропогенному воздействию, на месте коренной растительности формируются элементы техногенной инфраструктуры, сельскохозяйственные угодья и производные сообщества.

Длительнопроизводные растительные группировки возникают при систематическом антропогенном воздействии. При этом наряду с изменениями в растительном покрове существенно изменяются почвообразование, ход геоморфологических процессов, гидрологический режим. Такие группировки зачастую относятся к иному типу растительности, чем коренные сообщества. В частности, в та-

ежной зоне на месте коренных лесов возникают вторичные луга, болота, пустоши.

Кратковременнопроизводные сообщества возникают при разовом техногенном воздействии. При этом особую категорию образуют динамические серии и ряды трансформации синантропных растительных сообществ, которые представляют собой последовательный ряд сообществ в условиях относительно быстрого течения географических процессов. В естественных условиях это, например, серия сообществ, сменяющих друг друга в процессе формирования поймы; в условиях антропогенного воздействия - смены сообществ, сопровождающие процесс зарастания отвалов горных пород, стадии дернового процесса на заброшенном поле.

С прекращением антропогенного воздействия производные растительные сообщества путём ряда смен структуры растительных сообществ идут к восстановлению коренной растительности. Важно знать, что последовательность смен зависит от характера коренной растительности и всего комплекса природных факторов. Каждой коренной группировке, сформировавшейся на месте определенного природно-территориального комплекса, присущи свои ряды производных сообществ [6].

Устойчивость всего живого есть непрерывная борьба за существование, протекающая на уровне особей, популяций и сообществ. Законы развития косной и живой материи описываются двумя противоположными теориями - это классическая термодинамика и эволюционное учение Ч. Дарвина. Обе теории отражают единую физическую реальность, но соответствуют различным ее проявлениям.

Теория эволюции органического мира рассматривает биосферу как открытую систему, находящуюся в неравновесном состоянии и обменивающуюся веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Временной ход развития биосферы отнюдь не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм организмов и образуемых ими сообществ; развитие живой материи идет от низших форм к высшим.

Обоснование совместимости второго начала термодинамики со способностью открытых систем к самоорганизации - одно из крупнейших достижений современной физики. Теория термодинамики открытых систем переживает бурное развитие. Эту область

исследований назвали синергетикой (от греч. "smergos" - совместный, согласованно действующий).

Выдающаяся роль в развитии синергетики принадлежит И. Р. Пригожину, который противопоставляет закономерности развития замкнутых детерминированных систем открытым неустойчивым неравновесным, в которых малый сигнал на входе может вызвать сколь угодно сильный отклик на выходе.

Открытые системы непрерывно флуктуируют. Флуктуация -случайное отклонение величины, характеризующей систему, от ее среднего значения. Иногда отдельная флуктуация или их комбинация может стать (в результате положительной обратной связи) настолько сильной, что существовавшая прежде организация не выдерживает и разрушается. В этот переломный момент, в точке бифуркации, принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие.

В свете этих представлений антропогенный фактор, вызывающий деструкцию биосферы, следует рассматривать как флуктуацию, вызванную популяционным взрывом, который по законам регулирования неизбежно будет элиминирован. Система объект -природа, достигнув точки бифуркации, должна будет перестроиться. Однако распад старой системы отнюдь не будет означать её хаотического состояния. Бифуркация - это импульс к развитию биосферы по какому-то новому пути [7]. Антропогенные преобразования ведут к трансформации растительного покрова, снижению экологического потенциала ландшафтов в целом. Уничтожение естественной растительности, замена ее на производные сообщества или техногенный покров являются одним из главных показателей экологической дестабилизации. Однако, если антропогенное воздействие прекращается, вступают в действие механизмы естественного восстановления экологического потенциала. Начинаются восстановительные сукцессии (демутация) растительного покрова. В зависимости от глубины преобразования ландшафта и зонально-клима-тических условий скорость демутации будет различной.

Восстановительные сукцессии представляют собой закономерную смену сообществ на территории, экосистемы которой были нарушены стихийными явлениями или в результате антропогенной деятельности. Демутация, как правило, протекает значительно быстрее, чем первичный процесс формирования экосистемы на обнаженном субстрате. Это связано с тем, что она начинается в усло-

виях уже сформировавшейся почвы, содержащей микроорганизмы, споры, семена растений и их подземные органы, почвенную мезо-фауну.

Однако степень дигрессии биома может быть различной, вплоть до полного исчезновения растительного покрова и животного населения. Это ведет к усилению денудационных процессов (эрозии, дефляции, термокарста и т. п.) и коренному нарушению почвенного покрова. В этих условиях демутация задерживается на ранних стадиях формирования субклимаксных экосистем, которые могут существовать десятки и сотни лет. Характер и скорость де-мутационных процессов имеют зональную, провинциальную и региональную специфику.

Под влиянием неприродных факторов изменяется как структурная организация экосистем, так и их функциональные свойства. В зависимости от характера воздействия происходит либо усложнение, либо упрощение структуры, а иногда и полная ее трансформация и формирование новых, не свойственных природным образованиям, техногеосистем (рис. 2).

Рис. 2. Схема воздействия антропогенного фактора на экосистему

Действие каждого техногенного фактора горного производства может проявляться в различных формах. Так, например, минеральная пыль, выброшенная из шахт и штолен и осевшая на листовые пластинки растений, снижает интенсивность светового потока. То есть меняет условия их жизнеобеспечения, за счёт уменьшения продуктивности фотосинтеза. Пыль же, попадающая в почву или подстилку, является, по сути, агентом, ранее в ней не присутствовавшим. Вследствие наличия в пыли горных предприятий аномальных количеств сульфидов тяжелых металлов, действие её связано с элиминацией сапрофагов, резким уменьшением численности остальных групп населения почвенной мезофауны и перераспределением педобионтов из почвы в подстилку. Точно также любой из существующих техногенных факторов неоднозначен в своем воздействии на различные элементы биоты. Поэтому, при решении вопроса о биологической регламентации уровня воздействия тех или иных факторов, необходим предварительный анализ структуры воздействия этого фактора на элементы биоты, которая, в свою очередь, зависит от типа нарушаемой экосистемы.

Не менее сложную, чем рассмотренная техническая составляющая природно-технических систем освоения месторождений, имеет составляющая природная. В её состав входят:

• участок литосферы, подлежащий разработке (геологическая часть);

• участок гидросферы, нарушаемый в результате освоения месторождения (гидрогеологическая и гидрографическая части);

• участок природного биома, подвергающийся техногенному воздействию (биотическая часть);

• участок атмосферы, постоянно загрязняемый техногенными газами и аэрозолями (атмосферная часть).

Каждая из этих частей играет свою роль в формировании экологических последствий освоения месторождений, но только геологическая часть определяет величину и характер техногенных факторов, так как определяет выбор типа и параметров геотехнологии.

На стадии вскрытия месторождения обычно формируется и основная инфраструктура поверхностного комплекса предприятия. Согласно действующему законодательству, получение горного отвода не дает права на использование поверхности земли. Поэтому

на каждый промышленный объект выделяется земельный отвод, величина которого представляет собой часть площади экосистемы, на которой биота подлежит полному уничтожению. Функциональная структура этих площадей вполне однотипна для всех горных предприятий, а размер - возрастает, не прямо, но пропорционально годовой добыче горной массы.

На стадии отработки основных запасов месторождения литосфера подвергается максимальным изменениям экологические последствия, которых, хотя и разнообразны, но, тем не менее, имеют достаточно хорошо выраженную внутреннюю структуру. В результате использования наиболее распространенных способов антропогенного вторжения в литосферу, с целью извлечения минеральных ресурсов, её огромные участки переходят в новое качественное состояние. Возникают обширные зоны деформации, затрагивающие подрабатываемые массивы горных пород вплоть до земной поверхности. Развитие этих процессов активно нарушает равновесие всех элементов гидросферы Земли за счет изменения режима обращения подземных и поверхностных вод, а также их загрязнения и засорения.

В качестве промежуточного вывода можно констатировать, что техногенное воздействие горного производства на биоту природных экосистем имеет достаточно сложную внутреннюю структуру и включает в себя все виды поражения живых организмов, вплоть до полного уничтожения биоты. Причем время этого воздействия по некоторым видам техногенных вредностей намного превышает сроки освоения месторождений. Вместе с тем, структура и интенсивность техногенных факторов горного производства целиком зависят от применяемых геотехнологий, целенаправленное изменение которых, по условиям самовосстановления биоты экосистем, является если не единственным, то основным методом обеспечения бесконфликтного развития (коэволюции по Н.Н. Моисееву [8]) минерально-сырьевого комплекса и естественной биоты Земли.

Как было отмечено выше, определяющее значение для характера развития дигрессивных процессов в зонах техногенного влияния при освоении перспективных месторождений имеет их преобладающее расположение в криолитозоне нашей страны. Повышенная градиентность сред, характерная для геосистем в этой зоне, обуславливает различия в локальной интенсивности потоков веще-

ства и энергии. В сочетании с повышенной напряжённостью горизонтальных связей в биосистеме, это приводит к усилению реакции биоты на антропогенные изменения её компонентов по сравнению с другими биотопами. Характерная для зоны вечной мерзлоты сильная сближенность границ различных биотопов, то есть минимальная ширина биологический экотонов, приводит к тому, что даже незначительное локальное изменение конфигурации этих границ в результате действия техногенных факторов, всегда сопровождается существенным изменением состояния биологических систем в масштабах всей зоны, то есть приобретает уже региональное значение.

Другой характерной особенностью естественной биоты в криолитозоне является метахронность изменения компонентных геосистем, в том числе и природно-технических систем освоения недр, когда расширение импактного очага поражения биоты происходит с большими скоростями и на больших расстояниях, чем развитие зон непосредственных техногенных воздействий.

В экосистемах, не входящих в криолитозону, развитие дигрессивных процессов происходит значительно медленнее и определяется влиянием не столько техногенных факторов горного производства, сколько факторов антропогенных, связанных с рекреационными и хозяйственными нагрузками при создании селитебных зон в районе горного предприятия. В лесных биосистемах это выражается в преобладающем снижении абсолютных и относительных показателей плотности популяций видов-эдификаторов, а в степных и лесостепных экосистемах - в постепенном изменении ценотической значимости различных видов растений [1].

Общее направление техногенных смен в экосистемах противоположно ходу естественной сукцессии. По мере увеличения непериодических нагрузок, экосистема как бы продвигается от кли-максного (фонового) состояния к состоянию техногенной пустыни, которое, по сути, своей аналогично стадии пионерного сообщества при демутационных сукцессиях. Это движение сопровождается снижением общего биологического разнообразия, падением продуктивности и упрощением структуры биоценозов, замедлением и разрывом кругооборота биогенов. Тормозятся как продукционные, так и деструкционные процессы, нарушается баланс между ними. Используя принцип пространственно-временных аналогий, последовательную смену стадий в процессе такой трансформации экоси-

стем, можно интерпретировать, как фазы техногенной сукцессии её фитоценоза:

• фаза выпадения чувствительных видов;

• фаза структурных перестроек;

• фаза частичного разрушения;

• фаза полного разрушения.

При воздействии точечного, по сравнению с размерами биома, источника загрязнений, каковыми можно считать добывающие предприятия, независимо от типа и интенсивности воздействующих факторов, качественная картина изменения биоты и, прежде всего, её фитоценоза, достаточно однотипна. На территории, занятой собственно предприятием, биота полностью разрушается уже в период его строительства. Площадь этого поражения соответствует размеру промплощадки и площади подъездных путей к предприятию. При строительстве селитебной инфраструктуры, её площадь также следует отнести к фазе полного разрушения фитоценоза при развитии техногенной сукцессии.

На стадии эксплуатации предприятия в результате потока пол-лютантов, пропорционального объёму добычи, вокруг зоны полного разрушения формируется территория, в пределах которой существуют в различных соотношениях первые три из обозначенных выше фаз техногенной сукцессии. Внешняя граница этой зоны в каждом конкретном случае устанавливается более или менее постоянной и определяется законами переноса различных видов загрязнений в транзитной среде.

В постэксплуатационный период техногенная сукцессия протекает в виде нарастающего развития демутационных процессов на площадях с частичным поражением фитоценоза и в виде первичного процесса формирования экосистемы на обнажённом субстрате

[7].

Для геомеханических техногенных факторов, дигрессивные процессы, вызванные горными работами в литосфере, выражаются в интенсивном развитии полей искажения первичного напряженно-деформированного состояния массива. Депонирование этого экологического фактора связано с процессами релаксации напряжений на контурах плотностных неоднородностей. При выходе этих процессов на земную поверхность начинается разрушение отдельных её участков.

На территориях, отведённых для размещения промышленных объектов и дорог различного назначения, первичная биота уничтожается полностью, а строительство селитебных объектов создаёт дополнительные рекреационные нагрузки на окружающую среду.

Выбросы в окружающую среду больших количеств минеральной пыли различного гранулометрического и химического состава сопровождают работу любого горнодобывающего предприятия. Основными источниками этой пыли являются стволы шахт и рудников, штольни и другие вентиляционные выработки подземных горных предприятий.

Поведение техногенной пыли в транзитной среде (атмосфера) зависит от её химического и гранулометрического состава, а так же от состояния атмосферы и протекающих в ней динамических процессов. Одновременное действие всех этих факторов определяет, в конечном итоге, закономерности выпадения пыли на земную поверхность, то есть - начальные условия её депонирования в экосистемах и характер развития дигрессивных процессов в биоте этих систем.

Ведение горных работ существенно изменяет водный баланс территории за счёт нарушения и загрязнения подземных и поверхностных водотоков.

Степень экологической опасности этих факторов (а значит и уровень экологической безопасности данного производства) для конкретной экосистемы должна определяться через количественную оценку изменений в биоте экосистем, которая, в свою очередь, может быть получена путем натурных наблюдений за элементами биоты в зоне влияния добывающего предприятия с известными технологическими параметрами, масштабом производства и характером техногенного воздействия.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Бурцев Л.И. Экологические проблемы освоения недр при устойчивом развитии природы и общества. - М.: Научтехлит-издат, 2003. - 261 с.

2. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. - М.: Наука. 1969. - 365 с.

3. Галченко Ю.П., Иофис М.А. Геомеханическая модель техногенного изменения недр и экологические последствия их освоения // Экологические системы и приборы. - 2002. - № 1. - С.19-22.

4. Галченко Ю.П., Сабянин Г.В. Исследование условий транзита и депонирования геомеханических возмущений при освоении жильных месторождений // Экологические системы и приборы. - 2007. - № 3. - С. 36-42.

5. Трубецкой К.Н., Каплунов Д.Р., Чаплыгин Н.Н. Современные горные науки: предмет, содержание и новые задачи // Горный журнал. - 1994. - № 6. - С.

6. Чаплыгин Н.Н., Галченко Ю.П., Папичев В.И., Жулковский В.Г., Сабянин Г.В., Прошляков А.П. Экологические проблемы геотехнологий: новые идеи, методы и решения. - М.: Научтехлитиздат, 2009. - 320 с.

7. Зональные типы биомов России: Антропогенные нарушения и естественные процессы восстановления экологического потенциала ландшафтов. Коллектив авторов. Под редакцией докт. географ. наук, проф. К.М. Петрова. СПб, 2003. - 246 с.

8. Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. - М.: Молодая гвардия, 1990. - 351 с.

I ^ ^ г=1

— Коротко об авторе --------------------------------

Галченко Ю.П. - доктор технических наук, чл.-корр. РЭА