Размышления об эколого-геологических системах

УДК 502.5

РАЗМЫШЛЕНИЯ ОБ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

© Р.В. Шарапов

Ключевые слова: эколого-геологическая система; экология; природно-техническая система.

Рассматриваются вопросы использования понятия «эколого-геологическая система», как расширенного взгляда на проблемы создания и эксплуатации технических систем за счет учета их взаимодействия с геологической средой. Дается понятие эколого-геологической системы. Проводится сравнение природно-технической, литотехнической и эколого-геологической систем. Рассматриваются виды и границы эколого-геологических систем. Обсуждаются вопросы исследования эколого-геологических систем, их воздействия на литосферу и биоту.

ВВЕДЕНИЕ

С давних пор человечество строит конструкции, здания, сооружения, предприятия и т. д., представляющие собой сложные технические системы. Все они

тщательно проектируются, проводится изучение места строительства (чаще всего верхних слоев литосферы и климатических условий). Сооружаемые технические системы с каждым годом становятся все более и более крупными и сложными [1]. Появились такие гигант-

ские сооружения, как гидроэлектростанции, атомные электростанции, небоскребы, и т. д. Несмотря на всю техническую проработку проектов технических систем, вопросам их взаимодействия с окружающей средой после ввода в эксплуатацию уделяется не так много внимания. Чаще всего рассматриваются вопросы влияния объектов на биоценоз, загрязнения окружающей среды за счет выбросов веществ в атмосферу, сбросов загрязненных вод и захоронения твердых отходов, возникающих при функционировании и т. д. Изменение геологической среды, взаимодействующей с техническими системами, влияние этих изменений на биоту чаще всего остается за рамками внимания исследователей.

Цель работы - рассмотреть вопросы применения понятия эколого-геологической системы как расширения понятия технической системы за счет учета ее взаимодействия с геологической средой.

ПОНЯТИЕ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Любая техническая система не может существовать в отрыве от той среды, где она сооружена. Здания строятся на земле, порты, плотины и другие гидрологические объекты взаимодействуют с водной средой и т. д. При этом техническая система функционирует по техническим законам, а окружающая ее среда живет по своим природным законам. Вместе они образуют единую систему. Для ее обозначения было введено понятие природно-технической системы, представляющей собой целостную, упорядоченную в пространственно-временном отношении совокупность природных и техногенных элементов, функционирующих как единая система [2]. Она включает в себя орудия, продукты и средства труда, естественные и искусственно измененные природные тела, а также естественные и искусственные поля [3]. Надо заметить, что в состав природно-технической системы входит достаточно конкретная часть окружающей природной среды, находящаяся в зоне влияния технической системы. Влияние во многом зависит от вида технического объекта. Оно может проявляться в разнообразных геологических, гидрологических, атмосферных и биологических процессах [4-5].

В связи с тем, что понятие природно-технической системы многогранно и охватывает различные стороны взаимодействия технической системы с природной средой, ее изучением занимаются различные научные направления. Например, вопросами загрязнения окружающей среды выбросами и сбросами предприятий занимается промышленная экология [6]; вопросами взаимодействия технических систем с литосферой -экологическая геология [7]; вопросами изменения плодородия почвы, подвергающейся воздействию технической системы - почвоведение и т. д.

Так как подавляющее большинство технических систем строятся на поверхности или в верхних слоях литосферы, рассмотрение взаимодействия объектов с геологической средой становится весьма актуальным. Для этих целей было введено понятие геотехнической или литотехнической [2, 8] системы. Литотехническая система - это часть природно-технической системы, включающая объекты техносферы и взаимодействующую с ними часть литосферы. В связи с тем, что изменение геологической среды оказывает влияние на кон-

тактирующую с ней биологическую среду, возникает необходимость расширения понятия литотехнической системы.

ПОНЯТИЕ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Термин эколого-геологическая система был предложен М.Б. Куриновым и Г.А. Голодковой [8]: экологогеологическая система - открытая динамическая система, в которой в качестве подсистем выступают источник воздействия (природный или техногенный), геологический компонент природной среды и экономическая мишень, связанные прямыми и обратными причинно-следственными связями, обусловливающими ее структурно-функциональное единство.

В [9] под эколого-геологической системой понимается часть экосистемы, обусловленная взаимодействием и взаимным влиянием некоторой области верхних горизонтов литосферы и биоты.

Активно вопросы, связанные с эколого-геологи-ческими системами, обсуждаются доктором геологоминералогических наук профессором В.Т. Трофимовым [7, 10-11].

С точки зрения структуры эколого-геологические системы представляют собой сложные, многофакторные динамические образования, изменяющиеся под влиянием природных и техногенных процессов. Эти изменения могут проходить достаточно быстро [10].

В зависимости от источников воздействия экологогеологические системы можно разделить на природные и техногенные. Первые включают в себя природные объекты, взаимодействующие с литосферой. Вторые включают в свой состав природные и техногенные объекты (отдельные строения, комплексы зданий и т. д., образующие единые технические системы) и с точки зрения интенсивности воздействия на окружающую природную среду представляют особый интерес. По этой причине далее мы будем рассматривать именно техногенные эколого-геологические системы. Надо заметить, что воздействие таких систем на окружающую среду учитывается через техногенное изменение литосферы.

ГРАНИЦЫ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

В зону внимания литотехнической системы входит область взаимодействия технической системы с верхними слоями литосферы. Зона влияния экологогеологической системы несколько шире: она включает в себя кроме вышеописанной области еще и область влияния на биоту.

Нижней границей эколого-геологических систем является зона проникновения в литосферу техногенных воздействий, которая может варьироваться в широких пределах, достигая глубины в 12 км (Кольская сверхглубокая скважина [12]). Верхней границей системы можно считать приповерхностную часть литосферы [10], исключая из нее поверхностные воды, атмосферу и т. д. Последние рассматриваются как смежные среды и изучаются отдельно (рис. 1).

Надо заметить, что в границах эколого-геологи-ческой системы могут оказываться техногенные воздействия на литосферу разной природы. Отдельные

Рис. 1. Схема воздействий в эколого-геологической системе

границы образуются в результате механического уплотнения грунтов, нарушения термо-влажностного режима грунтов, химических загрязнений и т. д. (рис. 2).

Эколого-геологические системы по-разному взаимодействуют с геологической средой. Условно можно выделить три зоны:

1) зона максимального воздействия, включающая техногенные объекты, почву, подпочвенные четвертичные отложения, поверхностные, подземные и грунтовые воды. Зона простирается на несколько десятков метров вглубь;

2) средняя зона воздействия, включающая коренные породы, подземные воды и газы. Может простираться до глубины в несколько километров. Зона охватывает области воздействия шахт, крупных наземных и подземных объектов;

3) нижняя зона, связанная с проявлением глубинных тектонических процессов.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

При исследовании эколого-геологических систем можно выделить два подхода [13]:

1) биоцентрический рассматривает влияние на всю биоту (растения, животных и человека);

2) антропоцентрический рассматривает человека и условия комфортности его обитания.

Биоцентрический подход является универсальным, в то время как антропоцентрический представляет собой его частный случай, исключающий из рассмотрения растения и живые организмы.

Таблица 1

Изменение экологических свойств литосферы в рамках техногенных эколого-геологических систем

Класс Виды изменения экологических свойств литосферы

Агротехниче- ский - деградированные и загрязненные почвы; - геодинамические процессы, влияющие на состояние почв: эрозия, суффозия, смыв и т. д.; - механическое перераспределение почв в пределах территорий; - улучшение качества почвенного покрова за счет применения агротехнических методов их оптимизации

Водохозяйст- венный - формирование депрессионных воронок; - сработка водоносных горизонтов; - загрязнение поверхностной и подземной гидросферы; - подтопление территорий

Г орнодобываю-щий - глубинно механически, химически и физически преобразованная литосфера; - перемещение значительных объемов вещества, образование полостей и пустот; - формирование специфического технорельефа; - перераспределение глубинного минерального вещества между лито-, гидро- и атмосферами; - перестроенные гидродинамические условия, площадные депрессионные воронки; - исчезнувшие малые водотоки и вновь образованные техногенные реки, площади водосбора; - отчужденные территории плодородных почв, их преобразование в зоне влияния

Лесотехниче- ский - уменьшение развития экзогенных и инженерно-геологических процессов и явлений; - формирование лесных типов почв; - преобразование водных и газовых компонентов литосферы

Промышленный - индустриальный микрорельеф; - тепловые аномалии в компонентах литосферы; - зарегулированные и уничтоженные поверхностные водотоки; - загрязненные и истощенные водоносные горизонты; - деградированные почвы; - формирование приповерхностных геохимических и геофизических аномалий

Селитебный - снивелированный рельеф, измененные площади водосбора; - механически преобразованные элементы земной коры; - сработанные и загрязненные водоносные горизонты; - техногенные электромагнитные, вибрационные и шумовые поля; - складирование отходов жизнедеятельности человека; - замусоривание, захламление речных долин; - селективное видовое культивирование биосферы

Эколого-геологическая система - это динамическая система, непрерывно изменяющаяся и развивающаяся в результате развития и взаимодействия ее компонентов. На ее формирование и трансформацию оказывают влияние протекающие геологические процессы, климатические условия и техногенные воздействия.

В связи с большим разнообразием эколого-геологи-ческих систем существует широкий спектр видов их воздействий на литосферу. Можно выделить шесть классов эколого-геологических систем в зависимости от видов техногенной нагрузки: агротехнический, горнодобывающий, водохозяйственный, лесотехнический, промышленный и селитебный. Виды изменений экологических свойств литосферы для каждого класса приведены в табл. 1 [13].

В связи с тем, что эколого-геологические системы достаточно сложны, их невозможно изучать, используя только геологические критерии и показатели. Для получения более полной картины необходимо использование биотических, медико-санитарных и социальноэкономических показателей. При этом важное значение приобретает учет функциональных зависимостей между эколого-геологическими условиями и состояниями биоты.

Можно выделить следующие компоненты экологогеологических условий [10]:

1) геологическое строение и характер слагающих

пород;

2) рельеф;

3) гидрогеологические условия;

4) мерзлотные условия;

5) геохимические условия;

6) геофизические условия;

7) ландшафтные особенности;

8) современные геологические процессы.

Сочетание перечисленных компонентов формирует эколого-геологический облик различных регионов и особенности функционирования эколого-геологиче-ских систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование понятия эколого-геологической системы при разработке проектов и последующей эксплуатации сложных технических систем позволяет более широко взглянуть на проблему взаимодействия и влияния на окружающую, прежде всего геологическую, среду. Расширяются как пространственные границы

сферы взаимодействия сооружений с природной средой, так и временной интервал воздействия. Это позволяет более детально подойти к проблемам создания новых сложных технических систем [7], снижения неблагоприятного воздействия на окружающую среду, повышения надежности их работы и безопасной эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Соловьев Л.П., Булкин В.В., Шарапов Р.В. Существование человека в рамках техносферы // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2012. № 1 (11). С. 31-39.

2. Бондарик Г.К. Теория геологического поля. М.: РИЦ ВИМС, 2002.

3. Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Инженерно-геологические изыскания. М.: КДУ, 2011. 420 с.

4. Бондарик Г.К. Эколого-геологическая проблема и природнотехнические системы. М.: Икар, 2004.

5. Шарапов Р.В. Переход от технических к природно-техническим системам // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности, 2012. № 2. С.43-46.

6. Семенов И.В. Промышленная экология. М.: Издат. центр «Академия», 2009. 528 с.

7. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология. М.: Геоин-форммарк, 2002. 415 с.

8. Трофимов В.Т., Аверкина Т.И., Королев В.А. [и др.] Теория и методология экологической геологии / под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 1997. 368 с.

9. Королев В.А. Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем / под ред. В.Т. Трофимова. М.: КДУ, 2007. 416 с.

10. Трофимов В.Т. Эколого-геологические системы и новая структура экосистемы // Геология, география и глобальная энергия. 2010. № 1. С. 6-26.

11. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Инженерная геология и экологическая геология: теоретико-методологические основы и взаимоотношение. М.: Изд-во МГУ, 1999. 120 с.

12. Кольская сверхглубокая. Исследование глубинного строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины. М.: Недра, 1984. 490 с.

13. Косинова И.И., Богословский В.А., Бударина В.А. Методы экологогеохимических, эколого-геофизических исследований и рациональное недропользование: учеб. пособие. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2004. 284 с.

Поступила в редакцию 20 сентября 2012 г.

Sharapov R.V. REFLECTIONS ON ECO-GEOLOGICAL SYSTEMS

The use of the concept of “eco-geological system” as an extended look at the problem of building and operating the technical systems by taking into account their interaction with the geological environment are considered. The concept of eco-geological system is given. The natural- technological, litotechnical and eco-geological systems are given. The types and limits of eco-geological systems are considered. The study of eco-geological systems, their impact on the lithosphere and biota is discussed.

Key words: eco-geological system; ecology; natural-technical system.