Регулирующее воздействие биоты на окружающую природную среду и проблема организации биологических исследований в пределах природно-горнотехнических систем

© Ю.А. Мамаев, Л. Т. Крупская, Б.Г. Саксин 2005

УДК 622.8

Ю.А. Мамаев, Л. Т. Крупская, Б.Г. Саксин

РЕГУЛИРУЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ БИОТЫ НА ОКРУЖАЮЩУЮ ПРИРОДНУЮ СРЕДУ И ПРОБЛЕМА ОРГАНИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРЕДЕЛАХ ПРИРОДНО-ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Семинар № 7

Горное производство, в отличие от большинства других отраслей народного хозяйства, носит объемный характер, существенно видоизменяя литосферу, гидросферу, атмосферу, а также поверхность Земли, включая ее естественную биоту (Галченко, 2000 и др.). В результате возникают новые пути миграции вещества, которые прежде не были свойственны биосфере.

Эволюция глобальной экосистемы планеты убедительно свидетельствует о том, что при любом воздействии (природном или техногенном), ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. Отсюда очевидно, что экологические условия являются продуктом взаимодействия биоты и окружающей среды. Лишь правильная его оценка позволяет разработать достоверные методологические подходы к сохранению экологической обстановки на всех экосистемных уровнях в случае ее нарушения, например, при освоении минерального сырья.

Впервые в докладе Всемирной комиссии ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1987 (Коптюг и др., 1997), предложена, как основная перспектива развития нашей цивилизации, концепция «устойчивого развития природы и общества», или как стратегия перехода к коэволюции двух антагонистических систем техно- и биосферы (Моисеев, 1990; Трубецкой, Галченко, 1998 и др.). Согласно этим представлениям, главная угроза существованию человечества заключается в разрушении естественной биоты Земли.

Однако в настоящее время существует традиционная концепция, согласно которой - ок-

ружающая среда всегда пригодна для жизни в силу уникальных условий на поверхности Земли, а естественная биота приспосабливается к любой природной среде благодаря главному свойству жизни - способности к эволюции и непрерывной адаптации в изменяющихся условиях среды. Сторонники этой точки зрения утверждают, что изменение окружающей среды под воздействием человека - это лишь определенный этап естественного эволюционного процесса, состоящий в превращении биосферы в новую глобальную биосистему. Согласно их мнению, природное биоразнообразие, - генетический ресурс, - следует сохранять в заповедниках, зоопарках и генных банках. При этом безостановочный экономический рост возможен за счет непрерывного расширения использования ресурсов биосферы. К сожалению, в этой традиционной концепции фактически игнорируются экологические ограничения численности популяции биологических видов (в т. ч. человека), а также причины образования естественных сообществ, их устойчивости и среды обитания (Горшков и др., 1992).

В другой, упомянутой выше, концепции основная роль отводится биотической регуляции окружающей среды. Биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах. Главным свойством жизни в этой системе взглядов считается способность видов к поддержанию тех факторов окружающей среды, которые пригодны для существования биоты на любом экосистемном уровне, а не способность к непрерывной адаптации в изменяющихся условиях этой среды.

Известно, что за 4 млрд. лет жизни на Земле активно изменялась окружающая среда в благоприятном для себя направлении, т.е. биотическая регуляция среды имела место с самого момента возникновения жизни. При ее переходе в новое состояние обязательно происходит существенная перестройка биоты. Но она осуществляется без потерь живыми организмами способности предотвращать переход среды в состояние, непригодное для ее существования. Это связано с тем, что существует несколько различных условий окружающей среды, пригодных для жизни, а эволюционирующая биота способна перебирать все приемлемые для жизни факторы.

Таким образом, биотическая регуляция окружающей среды является важным механизмом управления окружающей средой, основанным на видах, отобранных в процессе эволюции, содержащих, необходимую для управления средой, генетическую информацию. Возможность выживания человечества состоит в восстановлении естественной биоты на территориях, достаточных для сохранения ее способности к регуляции окружающей среды в глобальных масштабах.

Итак, главной экологической задачей общества должно быть сохранение естественной биоты на Земле, а также ее восстановление на значительной освоенной части суши, в т.ч. нарушенной горнодобывающим комплексом.

Применительно к проблемам освоения сырья, технологическое обеспечение реализации основополагающих положений учения академика В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере и принципов концепции устойчивого развития достигается за счет трансформации глобального антагонистического противоречия между биосферой и техносферой в цепь локальных противоречий между добывающими предприятиями и реальными экосистемами (Галченко, 2000, Крупская и др., 2001). Их преодоление возможно путем целенаправленного выбора таких технологических решений, уровень внешнего воздействия которых не превышает биологически обоснованного порога, т.е. не выходит за рамки диапазона толерантности структур определяющих элементов биоты этих биосистем.

Генеральная идея создания подобных технологий была определена В. И. Вернадским, как «ноосферная» задача встраивания производственных процессов в естественные циклы

биогеохимического круговорота веществ (Трубецкой и др., 1998).

Необходимо отметить, что естественная биота Земли, как сложная система, развивается по объективным законам и принципам, действие которых не может быть произвольно изменено человеком. Принципы функционирования экосистем, обеспечивающие их экологичность и эволюционное развитие, сформулированы Дж. М. Андерсеном (1988). Эти чисто биологические принципы можно трансформировать в общие, «биогенные» принципы построения горной технологии, освоения земных недр:

1. использование только тех технологий, которые предполагают замкнутый цикл обращения отходов;

2. добыча и выдача «на гора» полезного компонента с оставлением на месте всего остального;

3. методология экологической оценки технологических решений должна учитывать не только прямой ущерб, наносимый горным производством природе, но и количественную оценку трудозатрат, материалоемкости и энергоемкости восстановительных работ, включая устранение отдаленных последствий и приведение допущенных изменений в соответствие с биологически допустимыми их значениями;

4. уровень техногенного воздействия должен находится в пределах диапазона толерантности автохтонных видов - эдификаторов фитоценоза той экосистемы, в границах которой расположено данное горное предприятие. Необходима обязательная предварительная оценка в проектах работ допустимых изменений абиоты природных систем.

Следует сказать, что сформулированные биогенные принципы создания экотехнологии горного производства определяют такие направления ее развития, реализация которых позволит значительно снизить техногенное воздействие на природную среду до уровня неизбежного воздействия, порождаемого самим фактом искусственного изъятия части литосферы в хозяйственных целях.

К сожалению, долгое время считалось, что горная экология, относясь к инженерным (техническим) наукам, не должна заниматься изучением биоты, поэтому биологический аспект проблемы оказался никак не акцентирован в имеющихся определениях объекта исследования горной экологии (Мирзаев и др., 1991). В основу существующей системы количественного ограничения различных видов техноген-

ного воздействия положена степень его опасности для здоровья человека, а не биосистем в целом (Галченко и др., 2000). Теперь уже большинству ученых понятно, что этого совершенно недостаточно, если говорить об устойчивом развитии территорий.

Согласно традиционным представлениям (Мирзаев и др., 1991; Певзнер и др., 1990, 1997), объект исследования горной экологии включает в себя следующие компоненты природной среды: почвы и постилающие их горные породы, почвенно-грунтовые и поверхностные воды, а также атмосферный воздух в той части, где состав, свойства и режим их определяются природными процессами и деятельностью горнодобывающего предприятия. Вынуждены констатировать, что биологический аспект здесь отсутствует, хотя в совокупности указанные компоненты (особенно почвы) служат базой для развития биоценоза. Однако биологические исследования (исключая разве вопросы здоровья населения в горняцких поселках) горной экологией не проводились, т.к. считалось, что это направление исследуется экологией, медициной, географией, биологией, почвоведением. К настоящему времени такое положение дел все чаще вызывает возражение со стороны специалистов равного профиля, поскольку тесная связь и взаимообусловленность того и другого на системном уровне несомненна.

В свое время М.А. Глазовской (1974) было сформулировано следующее фундаментальное положение: «Не загрязненными следует считать такие биокосные системы, в которых колебания концентраций и баланс форм нахождения техногенных веществ не нарушают газовые, концентрационные и окислительновосстановительные функции биоты, не вызывают нарушения биохимических пищевых цепей, количества и качества биологической продукции и не снижают генетическое разнообразие». Из данного положения следует, что главным критерием оценки экологического благополучия антропогенных (в т. ч. природногорнотехнических) систем является состояние биоты на их территориях. К близким выводам пришел Ю.П. Галченко (1998, 2000). Основной задачей при исследовании взаимодействия горного предприятия с природноравновесными системами этот автор считает поиск и технологическое обеспечение меры неизбежного техногенного возмущения биотической составляющей системы, при которой

биота сохраняет способность к самовосстановлению, после снятия техногенной нагрузки. Как показывает многолетний опыт изучения экологических проблем в горнодобывающих районах, даже самое скрупулезное соблюдение действующих нормативов не гарантирует сохранения природной среды во всей сложности ее видового состава и направленной эволюции развития. В этой связи совершенно необходимо серьезно усилить биологические исследования в горной экологии.

Современное положение дел в этой сфере характеризуется тем, что специалистов-

биологов, как правило, нет на действующих предприятиях. В научно-исследова-тельских институтах горного профиля работают единицы специалистов-биологов. Соответственно отсутствует и лабораторная база для проведения исследовательских работ в данном направлении. Специалисты-биологи, даже если и участвуют в исследованиях экосистем зоны влияния горнодобывающих предприятий, сосредоточены в других областях науки: экология, география, биология, почвоведение и т. д. и в лучшем случае лишь фиксируют изменения состояния тех или иных компонентов биоты по сравнению с фоновыми территориями региона. Однако до конца не осознана нерациональная хозяйственная деятельность, игнорирующая системную организацию видов и структуру внутривидовой наследственной изменчивости. Только природоохранная генетика даст ответ на ключевые вопросы: «Что охранять?» и «Как охранять?». Предотвратить деградацию биосферы можно, если не будет разрушаться системная организация популяций, а соотношение внутри межпопуляционной наследственной изменчивости - удерживаться на оптимальном уровне. Генетическая основа жизни на Земле не должна подвергаться опасности. Для сохранения генетического разнообразия следует опираться на популяционно-генетические принципы. Однако глубинные механизмы функционирования биологических систем в процессе техногенеза, обусловленного горным производством, не изучены и практически исследования техногенных экосистем не генетическом уровне не проводятся.

В широком смысле стратегия устойчивого развития предполагает поддержание целостности природных систем и их жизнеобеспечивающих функций, т. е. такое развитие, при котором глобальное антропогенное воздействие на окружающую среду соответствует регуля-

торным возможностям биосферы и не превышает ее хозяйственную емкость. Решение этих вопросов возможно лишь при условии, когда не будет происходить разрушение естественного биотического механизма регуляции окружающей природной среды.

Для изменения сложившейся ситуации с точки зрения научного обоснования меры негативного воздействия в процессе освоения минерального сырья, на первом этапе необходимо хотя бы скоординировать уси-

1. Андерсен Дж.М. Экология и наука об окружающей среде. - Л.: Гидрометеоиздат., 1988. 165 с.

2. Вернадский В.И. Биосфера. - М.: Мысль, 1967.

287.С.

3. Вернадский В.И. Очерки биогеохимии. - М.:

Наука, 1983. 279 с.

4. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. -

М.:, 1977. Кн. 2.

5. Галченко Ю.П. Обеспечение экологической

безопасности горного производства на основе коэволюции природных и техногенных геосистем // Горные науки на рубеже XXI века. Екатеринбург: ИГД УРО РАН, 1998. С. 418-427.

6. Галченко Ю.П. Основные положения концеп-

ции экологической безопасности горного производства, в условиях устойчивого развития природы и общества // Научные и практические аспекты добычи цветных и благородных металлов. Доклад международного совещания. Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 2000. Т. 2. С. 393400. 7. Глазовская М.А. Теория и практика геохимии

ландшафтов // Вестник МГУ Сер. Геогр. 1974. № 2. С. 3-

15.

8. Горшков С.П. Эколого-географические осно-

вы охраны природы. - М.: МГУ, 1992. 123 с.

лия специалистов разных направлений, изучающих экологическое состояние природных систем в зоне влияния горнодобывающих районов под эгидой специалистов, занимающихся горной экологией. Это станет возможным, если специальное финансирование на решении названной проблемы будет выделено горным институтам, которые и выступят в роли заказчиков комплексных исследований, отвечающих за общую реализацию программы.

----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

9. Коптюг ВА., Матросов В.М., Левашев В.К., Демянко Ю.Г. Устойчивое развитие цивилизации и место в ней России. Владивосток: Дальнаука, 1997.83 с.

10. Крупская Л.Т., Саксин Б.Г., Ивлев А.М. и др. Оценка трансформации экосистем под воздействием горного производства на юге Дальнего Востока. Хабаровск: ХГТУ, 2001. - 192 с.

11. Мирзаев Г.Г., Иванов Б.А., Щербаков В.М., Проскуряков Н.М. Экология горного производства. - М.: Недра, 1991. 320 с.

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

13. Певзнер М.Е., Малышев А.А., Мельков А.Д. и др. Горное дело и охрана окружающей среды. - М.: МГГУ, 1997. 298 с.

14. Певзнер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. - М.: Недра, 1990. 235 с.

15. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Бурцев Л.И. Стратегия совместного развития природы и общества // Вестник РАН, 1998. Т. 68. № 11. С. 995-948.

16. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П. Устойчивость биологических сообществ и экологическая безопасность технологий освоения земных недр // Горный вестник. -1998. - № 5. С. 3-9.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------

Мамаев Юрий Алексеевич - доктор технических наук, профессор, директор института горного дела, Крупская Л.Т. - доктор биологических наук,

Саксин Б.Г. - доктор геолого-минералогических наук,

Институт горного дела Дальневосточного отделения РАН, Хабаровск.