авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

КУРС ЛЕКЦИЙ

ДЛЯ ПОДГОТОВКИ

К ГОСУДАРСТВЕННОМУ ЭКЗАМЕНУ

ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ

Учебное пособие

Издательско-полиграфический центр

Воронежского государственного университета

2010

Утверждено ученым советом геологического факультета Воронежского го сударственного университета 19 ноября 2009 г., протокол № 3 Составители: А.А. Валяльщиков, В.В. Ильяш, И.И. Косинова, К.Ю. Силкин, В.С. Стародубцев Рецензент кандидат геолого-минералогических наук, доцент Ю.Н. Стрик Учебное пособие подготовлено на кафедре экологической геологии геоло гического факультета Воронежского государственного университета.

Рекомендуется студентам-экогеологам при подготовке к сдаче госэкзамена, а также аспирантам и всем читателям, изучающим экологическую геологию.

Для специальности 020306 – Экологическая геология Учебное издание КУРС ЛЕКЦИЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ГОСУДАРСТВЕННОМУ ЭКЗАМЕНУ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ Учебное пособие Составители:

Валяльщиков Алексей Александрович, Ильяш Валерий Владимирович, Косинова Ирина Ивановна, Силкин Константин Юрьевич, Стародубцев Виктор Сергеевич Подписано в печать 09.03.2010. Формат 6084/16. Усл. печ. л. 8,2.

Тираж 150 экз. Заказ 255.

Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета.

394000, г. Воронеж, пл. им. Ленина, 10. Тел. (факс) +7 (4732) 598- http://www.ppc.vsu.ru;

e-mail: pp_center@ppc.vsu.ru Отпечатано в типографии Издательско-полиграфического центра Воронежского государственного университета.

394000, г. Воронеж, ул. Пушкинская, СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ.................................................................................................... ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ. А.А. Валяльщиков..................................... Лекция 1. Геоэкология и экологическая геология: иерархическое соподчинение.................................................................................................... Лекция 2. Эколого-геологические условия............................................. Лекция 3. Системы эколого-геологических оценок территорий.......... Лекция 4. Суммарный показатель загрязнения как критерий эколого геологических оценок........................................................................................... Лекция 5. Понятие экологических функций литосферы...................... Лекция 6. Ресурсная экологическая функция литосферы.................... Лекция 7. Подземные воды как экологический ресурс литосферы.... Лекция 8. Ресурсы геологического пространства и размещение отходов жизнедеятельности человеческого общества.................................... Лекция 9. Геодинамическая экологическая функция литосферы....... Лекция 10. Геохимическая экологическая функция литосферы......... Лекция 11. Геофизическая экологическая функция литосферы.......... Лекция 12. Эколого-геологические системы, их свойства и пути развития.................................................................................................. Лекция 13. Типы эколого-геологических систем по глубине воздействия.................................................................................................. Лекция 14. Эколого-геологические системы селитебного класса....... Лекция 15. Эколого-геологические системы промышленного класса. Лекция 16. Эколого-геологические системы сельскохозяйственного и лесотехнического типа.................................................................................... Лекция 17. Эколого-геологические системы водохозяйственного типа Лекция 18. Эколого-геологические системы горнодобывающего класса.................................................................................................. Лекция 19. Основные типы эколого-геологических карт..................... Лекция 20. Особенности построения эколого-геологических карт..... Список литературы................................................................................... МЕТОДЫ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

И.И. Косинова.................................................................................................. Лекция 1. Прединвестиционная экспертиза и маршрутные обследования при ЭГИ....................................................................................... Лекция 2. Общая структура эколого-геологических исследований... Лекция 3. Иерархическая классификация ЭГИ..................................... Лекция 4. Методика отбора снеговых отложений при ЭГИ................ Лекция 5. Методика отбора почвенных отложений при ЭГИ............. Лекция 6. Методические подходы при химическом анализе почвенных отложений........................................................................................ Лекция 7. Методика отбора поверхностных вод и донных отложений при ЭГИ............................................................................................ Лекция 8. Биотические методы при эколого-геологических оценках Лекция 9. Методы полевых тератологических наблюдений............... Лекция 10. Тематические критерии при оценке эколого-геологических обстановок................................................................... Лекция 11. Методы расчета фоновых значений при ЭГИ.................... Лекция 12. Методика построения оценочных эколого-геологических карт............................................................................... Лекция 13. Методы эколого-геологического районирования территорий.................................................................................................. Лекция 14. Методика дистанционных эколого-геологических исследований.................................................................................................. Лекция 15. Методы стационарного ЭГМ............................................... Лекция 16. Эколого-геофизический мониторинг.................................. Лекция 17. Комплексирование эколого-геофизических и эколого геохимических исследований............................................................................ Лекция 18. Методы расчета ЗСО водозаборов...................................... Лекция 19. Эколого-геологический мониторинг полигонов ТБО....... Лекция 20. Эмиссионный спектральный анализ................................... Лекция 21. Атомно-абсорбционный анализ........................................... Лекция 22. Рентгенорадиометрический анализ..................................... Лекция 23. Химические методы при эколого-геологических исследованиях.................................................................................................. Лекция 24. Статистические методы обработки эколого-геологической информации................................................................. Список литературы................................................................................... ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОХИМИЯ. В.В. Ильяш.............................................. Лекция 1. Предмет экологической геохимии, основные задачи и проблемы, разделы.............................................................................................. Лекция 2. Экологическое значение химических элементов и оценка их воздействия на биосферу.............................................................................. Лекция 3. Общие закономерности поведения и распространения химических элементов в природе...................................................................... Лекция 4. Физико-химическое отличие химических биогенных структур от абиогенных.................................................................................... Лекция 5. Значение жизни в геохимических циклах Земли................ Лекция 6. Эколого-геохимическая характеристика S-элементов....... Лекция 7. Эколого-геохимическая характеристика D-элементов....... Лекция 8. Эколого-геохимическая характеристика P-элементов....... Лекция 9. Физико-химические барьеры, их экологическая сущность Лекция 10. Механические барьеры, их экологическая сущность....... Лекция 11. Биогеохимические барьеры, их экологическая сущность. Лекция 12. Преобладающие особенности поведения химических элементов в зоне гипергенеза............................................................................ Лекция 13. Техногенное рассеивание и концентрирование элементов.................................................................................................. Лекция 14. Геохимия природных вод, их классификации и антропогенные изменения.................................................................................. Лекция 15. Геохимия атмосферы и антропогенные изменения........... Лекция 16. Геохимические ландшафты и их классификация............ Лекция 17. Параметры геохимического поля...................................... Лекция 18. Эколого-геохимические аспекты токсичности элементов................................................................................................ Лекция 19. Эколого-геохимическое нормирование............................ Лекция 20. Принципы и методология оценок химического загрязнения компонентов окружающей среды.............................................. Список литературы................................................................................. ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА. К.Ю. Силкин.............................

........................... Лекция 1. Повреждающие факторы антропогенной среды, оказывающие влияние на здоровье человека................................................. Лекция 2. Понятие адаптации человека к окружающей среде.......... Лекция 3. Понятие о ксенобиотиках.................................................... Лекция 4. Определение антропоэкологического утомления............. Лекция 5. Микроэлементы, их значение для организма человека в современных экологических условиях........................................................... Лекция 6. Микроэлементозы................................................................. Список литературы................................................................................. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОДИНАМИКА. В.С. Стародубцев......................... Лекция 1. Экологическая геодинамика: объект и предмет исследований................................................................................................ Лекция 2. Задачи экологической геодинамики................................... Лекция 3. Основные законы экологической геодинамики................ Лекция 4. Оценка эколого-геологических условий............................ Список литературы................................................................................. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ Лекция 1. Геоэкология и экологическая геология:

иерархическое соподчинение Концентрированное техногенное воздействие, обрушившееся на ком поненты природной среды в XX веке, привело к явно выраженному дефор мированию ее структуры и свойств. Как результат данного процесса, в 90-х годах 20-го столетия начали формироваться экологические направления в функциональных областях знания. Сформировалось новое направление в геологии – экологическая геология, изучающая верхние горизонты лито сферы как один из основных абиотических компонентов экосистем высоко го уровня организации. В Московском университете на рубеже веков создан ряд фундаментальных монографий, посвященных концептуальным положе ниям экологической геологии.

Впервые термин «экологическая геология» прозвучал в 1984 г. в из ложении Е.А. Козловского, А.И. Жамойды, В.Б. Кушева. Авторы определя ли новое направление в геологии, имеющее природоохранный характер, ос нованное на комплексных исследованиях геологических процессов, имею щих биогенную и техногенную природу. Собственное видение «экологиче ской геологии» в 1992 г. было предложено Н.И. Плотниковым, А.А. Карце вым и И.И. Рогинцем как «комплексное и очень сложное содержание науки, которая охватывает геологические аспекты существования биосферы и че ловека в частности». Развитие и совершенствование основных терминов и понятий экологической геологии, начиная с 1994 г., осуществлялось В.Т. Трофимовым и Д.Г. Зилингом.

Согласно Н.Ф. Реймерсу, экология, в целом, представляет собой на правление, включающее в качестве составных частей биоэкологию, геоэко логию, социоэкологию, прикладную экологию. В данной иерархии экологи ческая геология является частью геоэкологии и представляет собой науку, изучающую экологические функции литосферы.

В трактовке В.Т. Трофимова и Д.Г. Зилинга геоэкология изучает со став, структуру, закономерности функционирования и эволюцию естест венных и антропогенно измененных экосистем высокого уровня организа ции. Экологическая геология занимает более низкую иерархическую сту пень по сравнению с геоэкологией, является составной частью, разделом геоэкологии. На ее долю приходится изучение экологических функций только одной абиотической геосферной оболочки Земли литосферы. Этим и определяется ее соотношение с геоэкологией, претендующей на изучение всех абиотических геосферных оболочек Земли и экосистем высокого уров ня организации.

Лекция 2. Эколого-геологические условия Под эколого-геологическими условиями (обстановкой) следует пони мать совокупность конкретных экологических свойств (функций) литосфе ры, отражающих современное или палеосостояние условий жизнедеятель ности живых организмов в данном объеме литосферы, либо на определен ном ее участке, как среде их обитания. Эколого-геологические условия тер ритории изменяются во времени и пространстве. Причем они определяют условия жизнедеятельности как организмов-геобионтов (обитающих в грун тах и горных породах), так и поверхностных экосистем.

Эколого-геологические условия территории могут определяться как всеми экологическими функциями, так и какой-либо одной, доминирующей по интенсивности или масштабу, например геодинамической. В таком слу чае говорят об эколого-геологических условиях, особенности которых обу словлены геодинамическими характеристиками литосферы, или использу ют более короткое словосочетание – эколого-геодинамические условия. При доминировании геохимической функции говорят об эколого-геологических условиях, которые обусловлены геохимическими особенностями литосфе ры, или об эколого-геохимических условиях.

Изменяясь во времени эколого-геологические условия проходят ряд этапов, которые называют состоянием эколого-геологической обстановки (условий).

В.Т.Трофимов предложил следующее определение – состояние эколо го-геологической обстановки (условий) – временное ее состояние, оцени ваемое спецификой проявления одного, нескольких или совокупностью экологических свойств (функций) литосферы в данный момент времени, определяющих степень (уровень) благоприятности и возможности прожи вания живых организмов.

Лекция 3. Системы эколого-геологических оценок территорий Для количественной оценки эколого-геологического состояния лито сферы и ее отдельных компонентов используются прямые критерии. Все многообразие этих критериев целесообразно объединены в группы, отве чающие основным экологическим функциям литосферы: ресурсную, геоди намическую, геохимическую и геофизическую. Все они базируются на оп ределенных критериях оценки (ПДК, ПДУ, ПДН, запасах тех или иных элементов и т.п.). В случаях, когда таковые отсутствуют, определение сте пени изменения проводится от кларков или фоновых значений, фиксируе мых на участках с техногенно ненарушенным, природным состоянием ана лизируемых компонентов литосферы.

Ресурсная группа включает в себя критерии оценки, позволяющие ус тановить уровень сработки экологически значимых минеральных, органо минеральных, органических и водных ресурсов литосферы либо временную обеспеченность ими человеческого сообщества.

Проблема формирования критериев оценки минеральных ресурсов открыта, требует разработки. Показателей, оценивающих содержание био фильных макро- и микроэлементов в приповерхностной части литосферы, практически не существует.

Рассматривая ресурсную экологическую функцию литосферы с пози ции минеральных ресурсов, необходимых для развития человеческого об щества, широко используют показатель истощения минерального ресурса (МР). Он рассчитывается по соотношению минерального ресурса (разве данные и готовые к эксплуатации полезные ископаемые) к общему числу населения на конкретный момент времени. Может также рассчитываться для различных геологических и административных объектов.

Критерием оценки ресурсов подземных вод является сработка уровня Согласно государственным методикам, в районах работ водозаборов и дре нажных сооружений допустимыми являются изменения уровней до 20 % мощности водоносного горизонта.

Проблема определения критериев эколого-ресурсной оценки какой либо территории находится в начальной стадии разработки, опирается поч ти исключительно на знания о разведанных ресурсах того или иного вида минерального сырья и требует своего решения.

Геодинамическая группа критериев. Критерии этой группы представ ляют собой комплекс показателей, оценивающих эколого-геологическое со стояние рельефа территории, преобразующегося под воздействием природ ных и техногенных процессов. Выделяют: площадные критерии (по расчету коэффициента нарушенности площадей, в %);

энергетические (по объемам и скоростям перемещения горных пород);

динамические (скорость нараста ния негативных нарушений).

Широко используется оценка состояния литосферы по степени прояв ленности геологических и инженерно-геологических процессов и явлений, изложенная во многих методических рекомендациях и инструкциях.

Геохимическая группа критериев. Эта группа критериев используется для оценки химического, бактериологического, механического загрязнения компонентов литосферы и позволяет определять уровень их техногенного загрязнения и интенсивность природных геохимических аномалий Для химического загрязнения оценка уровня загрязнения осуществля ется через ПДК или коэффициент суммарной загрязненности;

для бакте риологического — через колититр;

для механического – через ПДК для взвесей. В тех случаях, когда на загрязнитель отсутствует ПДК, определе ние степени загрязнения проводится от фоновых значений или кларков, фиксируемых на незагрязненных территориях. При этом необходим диффе ренцированный подход к токсикантам с учетом класса их опасности.

Геофизическая группа критериев. Практически для всех геофизиче ских полей можно говорить только о пороговых значениях прямых крите риев оценки, выраженных через ПДУ (предельно допустимые уровни). Они отражают гигиеническое нормирование биологического воздействия элек трических и электромагнитных полей, неблагоприятно влияющих на чело веческий организм.

Выделяются следующие предельные значения напряженности элек тромагнитного поля для населения (в кВ/м): в пределах жилой застройки – 0,5;

на пересечении ЛЭП с автодорогами – 1,0. ПДУ напряженности элек тромагнитного поля для населенных мест с учетом диапазона радиоволн со ставляют (в В/м): длинных (частота – 0,3–300,0 кГц, длина – 10–1 км) – 20;

средних (частота – 0,3–3,0 мГц, длина – 1,0–0,1 км) – 10;

коротких (часто та – 3–30 мГц, длина – 100–10 м) 4;

ультракоротких (частота – 30–300 мГц, длина 10,0–1,0 м) – 2. Для магнитных полей – по данным зарубежных ис следователей – допустимая напряженность магнитного поля, в котором мо жет находиться человек, не должна превышать 50 000 нТл, т. е. напряжен ности геомагнитного поля Земли.

Оценка действия ионизирующей радиации на живые организмы оце нивается поглощенной дозой либо эффективной эквивалентной дозой. За конодательством РФ установлено пороговое значение среднегодовой эф фективной эквивалентной дозы облучения в 1 мЗв (0,1 бэр), которому соот ветствует плотность радиоактивного загрязнения почв и пород Cs-137 в 1 Ки/км2.

Для вибрационных полей положение с критериями оценки их воздей ствия на биоту еще более сложное, так как резонансные частоты отдельных частей тела человека отличаются между собой на 10–20 Гц и, кроме того, зависят от виброперемещения (мм), частоты (Гц) и виброускорения (см/с2).

Все эти характеристики должны входить в состав критериев оценки. По мнению Г.С. Вахромеева, неблагоприятное воздействие на человека оказы вает вибрация с частотами 1–30 Гц.

Лекция 4. Суммарный показатель загрязнения как критерий эколого-геологических оценок Наиболее разработанными являются показатели, характеризующие геохимическую функцию литосферы. К ним относятся суммарный показа тель концентрации (СПК) и суммарный показатель загрязнения (ZC). Пер вый характеризует имеющуюся аномалию через отнесение ее к фоновым значениям показателей, второй – к предельно-допустимым. Как правило, СПК рассчитывается для почв и горных пород, ZC – для поверхностных и подземных вод.

I. Суммарный показатель концентраций определяется по следующей формуле СПК = K K (n 1), где КК – коэффициент концентрации по каждому элементу, превышающему фоновые значения, рассчитываемый по формуле:

Ci KK =, CФ где Сi – концентрация элемента в анализируемой пробе (мг/кг);

СФ – фоно вые концентрации данного элемента для анализируемой территории (мг/кг);

n – число анализируемых элементов.

II. Суммарный показатель загрязнения (ZС) рассчитывается путем нормирования соединения элементов в пробе относительно предельно допустимых концентраций.

Z C = K K (n 1), где КК – коэффициент концентрации по каждому элементу, превышающему ПДК, рассчитывается по формуле:

Ci KK =, C ПДК где Сi – концентрации элемента в анализируемой пробе (мг/дм3, мг/кг);

СПДК – нормируемая предельно допустимая концентрация данного элемента (мг/дм3, мг/кг);

n – количество анализируемых элементов.

Лекция 5. Понятие экологических функций литосферы Под экологическими функциями литосферы понимается все многооб разие функций, определяющих и отражающих роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней геологические процессы, в жизнеобеспечении биоты и, главным обра зом, человеческого сообщества.

Согласно учению об экологических функциях литосферы (ЭФЛ), раз работанному В.Т. Трофимовым и Д.Г. Зилингом, выделяется ресурсная, геодинамическая, геофизическая и геохимическая экологическая функция.

Ресурсная ЭФЛ: реализуется в виде «минеральных, органических, ор ганоминеральных ресурсов литосферы, а также ее геологического про странства для жизни и деятельности биоты как в качестве биоценоза, так и человеческого сообщества как социальной структуры». Влияние ресурсов литосферы на экосистемы проявляется по следующим направлениям:

1. Ресурсы, необходимые для жизни биоты. Они включают биофиль ные элементы, необходимые для жизни живой клетки;

кудюриты – мине ральные вещества, непосредственно используемые в трофических цепях;

поваренную соль и минеральную составляющую подземных вод.

2. Минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности че ловеческого общества, обеспечивают:

• развитие технического прогресса. В настоящее время объем еже годной добычи полезных ископаемых составляет около 18 млрд т. Они включают элементы практически всей системы Менделеева. Наличие по лезных ископаемых является залогом материального благополучия общест ва, формирует геополитику основных государственных блоков, является причиной военных конфликтов;

• ресурс геологического пространства представляет собой «простран ство, необходимое для расселения и существования биоты, в том числе для жизни и деятельности человека».

Геодинамическая ЭФЛ: «представляет способность литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и техногенные геологические процессы и явления». Воз никновение данных процессов связано с внешними относительно планеты космическими воздействиями, напряжениями в геофизических полях Земли, тектоническими процессами и деятельностью человека. Согласно В.Т. Тро фимову изучение геодинамической ЭФЛ возможно двумя путями:

1. Выявление экологических последствий проявленности отдельных геодинамических процессов. Как правило, подобный анализ проводится от носительно человека. Здесь наличие оползневых, эрозионных, карстовых и др. процессов рассматривается не с позиции их влияния на инженерные со оружения, а с точки зрения комфортности среды обитания человека.

2. Изучение воздействия современных геодинамических аномальных зон литосферы на состояние биоты. Наличие таких зон характеризуется ак тивной динамикой энергетических показателей, перемещением вещества в различных фазовых состояниях. Как правило, подобные условия обуслав ливают деградационные процессы в биосфере.

Геохимическая ЭФЛ определяет способность природных и искусст венных геохимических обстановок влиять на состояние экосистем различ ных уровней организации.

В зависимости от вмещающей среды природные и искусственные геохимические неоднородности подразделяются на лито-, гидро-, атмо-, сноу-, биогеохимические. Данные неоднородности представляют собой по ле химических элементов, закономерно распределяющихся в почвах, гор ных породах, подземных водах, газовой составляющей приповерхностной части литосферы, снеге, биоте.

Положительным отличием геохимической ЭФЛ является наличие от лаженной системы санитарно-гигиенических оценок состояния живых ор ганизмов относительно концентраций различных веществ и соединений. В качестве количественных показателей оценок используются предельно допустимые значения концентраций элементов (ПДК), фоновые значения, суммарные показатели загрязнения (ZС), суммарные показатели концентра ций (СПК).

Геофизическая ЭФЛ представляет собой способность геофизических полей естественной и искусственной природы оказывать влияние на со стояние биоты, человека и комфортность среды его обитания. В процессе эволюции Земли интенсивность геофизических полей периодически изме нялись. Подобное энергетическое воздействие определяло наполнение цик лов обмена вещества и энергии на планете. Каждому циклу соответствовал собственный этап развития жизни на Земле. Историческое время жизни че ловечества также характеризуется определенным «рисунком» энергетиче ских полей космической, геофизической и биологической природы. Фоно вые значения естественных геофизических полей не оказывают негативных воздействий на экосистемы. Аномальные же энергетические проявления ес тественных и, в особенности, техногенных полей нередко носят катастро фический характер. В этой связи объектом изучения геофизической эколо гической функции литосферы являются аномальные геофизические поля естественной и искусственной природы, способные воздействовать на со стояние биоты и человека. Основным отличием этих аномалий является от сутствие их визуального наблюдения, что усиливает степень опасности их проявления. Трудностью эколого-геофизических исследований является от сутствие разработанных количественных критериев оценки такого влияния.

Практически только радиационное загрязнение имеет четкую шкалу оце нок, причем только относительно здоровья человека.

Следует отметить нередкое взаимное наложение геофизических, гео химических и геодинамических аномалий, что усиливает их негативное воздействие на биоту и человека.

Лекция 6. Ресурсная экологическая функция литосферы Ресурсная функция верхних горизонтов литосферы заключается в ее потенциальной способности обеспечения потребностей экосистем абиоти ческими ресурсами, в том числе и потребностей человека (Королев, 1996;

Трофимов, Зилинг, 2000, 2002). Ресурсная функция является базовой в сис теме «литосфера–биота», так как с ней связаны не только условия жизни и эволюции биоты, но и сама возможность ее существования. Данная функ ция определяет роль ресурсов (минеральных, органических и органо-мине ральных) для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры. По мнению В.Т. Трофимова и др. (2000), она включает следующие аспекты: ресурсы, необходимые для жизни и деятель ности биоты, ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человече ского общества, ресурсы, как геологическое пространство, необходимое для расселения и существования биоты, в том числе и человеческого общества.

Первые два аспекта связаны с минерально-сырьевыми ресурсами, а послед ний – с экологической емкостью геологического пространства, в пределах которого происходит жизнедеятельность организма.

Ресурсная экологическая функция литосферы занимает лидирующее положение по отношению к геодинамической, геохимической и геофизиче ской функциям, т. к. определяет возможность существования экосистемы в пределах данной территории. Что касается человеческого сообщества, то ресурсная функция литосферы наиболее тесно связана с его социально экономическими проблемами.

Одной из основных проблем, рассматриваемых в рамках ресурсной экологической функции, являются представления об истощаемости мине рально-сырьевых ресурсов и экологической емкости геологического про странства. Наличие на территории России больших запасов данных ресур сов провоцирует их нерациональное использование – при добычи нефти сжигается попутный газ;

чистейшие подземные воды используются в про мышленности и для полива сельхозугодий;

огромные территории, вследст вие захламления бытовыми отходами и строительными мусором, выводятся из разряда пригодных под строительство и т. д. В последнее время намети лась тенденция изменения данной ситуации, однако идеология проводимых решений носит, главным образом, экономическую или социально-экономи ческую направленность.

Как уже отмечалось, ресурсы литосферы, необходимые для жизни био ты, включая человека как биологический вид, представлены четырьмя со ставляющими: горными породами, включающими в себя элементы биофиль ного ряда;

кудюритами;

поваренной солью (NaCl);

подземными водами.

Биофильные элементы литосферы – растворимые элементы, жизнен но необходимые организмам и называемые биогенными элементами, среди которых выделяют:

• макробиогенные (элементы и их соединения, требующиеся биоте в больших количествах) – такие, как углерод, кислород, азот, водород, каль ций, фосфор, сера;

• микробиогенные (требующиеся в малых количествах) – это Fe, I, F, Cu, Se и ряд других, которые обеспечивают функционирование организма на клеточном уровне.

Минеральные биогенные комплексы-кудюриты – источники минераль ного сырья, являющиеся стимуляторами роста растений и животных, отли чающиеся высокими сорбционными и ионообменными способностями. Они широко используются животными, а в некоторых районах земли и людьми.

Так, в лечебных целях и в виде минеральных добавок используются уголь, глины, выветрелые сланцы, туфы и т. п. Наукой данное явление достаточно не изучено.

Поваренная соль является минералом жизненно необходимым для жизни и деятельности людей и животных. Ее присутствие в организме кон тролирует целый ряд физиологических процессов, она обладает бактери цидным и консервирующими свойствами. С ресурсных позиций это мине ральное образование является исключением из общего правила, так как в определенном объеме относится к категории возобновляемого ресурса. По варенную соль получают либо из рассолов в зоне соляных залежей, либо собирают в местах естественного выпаривания соленой морской воды. За пасы поваренной достаточно велики.

Согласно представлениям В.Т. Трофимова, вторым аспектом прояв ления ресурсной функции являются минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества, представленные совокуп ностью выявленных в недрах скоплений различных полезных ископаемых, в которых химические элементы находятся в резко повышенной концентра ции, обеспечивающей возможность их промышленного использования. Вы делено пять основных категорий минеральных ресурсов: топливно энергетические, черные и легирующие металлы, цветные металлы, неме таллические полезные ископаемые, подземные воды. Особо выделяют кате горию подземных вод, особенности которых будут рассмотрены далее.

Лекция 7. Подземные воды как экологический ресурс литосферы Подземные воды являются ценнейшим ресурсом, они значительно превосходят по качеству поверхностные воды, лучше защищены от загряз нения, содержат микро- и макроэлементы, необходимые для организма че ловека, не требуют дорогостоящей очистки, чем и определяется их значи мость как важнейшего источника обеспечения водой человека как биологи ческого вида.

Подземные воды являются основным источником питьевого водо снабжения населения большинства европейских стран. В целом же на пла нете большинство регионов испытывают острый дефицит в пресной воде, не говоря уже о качественных подземных водах.

В России обеспеченность ресурсами подземных вод по регионам не одинакова. Дефицит подземных вод ощущается на юге европейской терри тории, южном Поволжье, в районах близкого залегания кристаллического фундамента.

Если рассматривать Черноземье, то и здесь картина неодинакова. На пример, Липецкая и Тамбовская области обладают прогнозными и разве данными ресурсами, троекратно превышающими современное водопотреб ление. Воронежская, Курская, Белгородская области отличаются в худшую сторону – в ряде крупных городов, в том числе и в Воронеже, в некоторых сельских районах отмечается нехватка качественной питьевой воды.

Дефицит в питьевой воде обусловлен следующими факторами: отсут ствием достаточных ресурсов подземных вод в связи с природными причи нами;

интенсивной эксплуатацией и сработкой основных водоносных гори зонтов;

техногенным загрязнением водоносных горизонтов, используемых для питьевого водоснабжения.

Природными причинами являются широкое развитее безводных толщ, наличие многолетнемерзлых пород, высокая минерализация, незна чительная мощность осадочного чехла и т. д.

В Воронежской области подземные воды не соответствуют требова ниям СанПиН из-за повышенных концентраций соединений азота, железа, марганца, высоко общей жесткости.

Источниками загрязнения на территории области являются животно водческие и птицеводческие комплексы, поля фильтрации сахарных заво дов, молокозаводы, отстойники сточных вод, полигоны ТБО, места склади рования промышленных отходов, нефтебазы, шламо-золонакопители. С ка ждым из потенциальных источников связан специфический перечень за грязняющих компонентов.

На большей части территории области первые от поверхности водонос ные горизонты относятся к категории незащищенных. Подтверждением тому являются факты миграции загрязняющих веществ на расстояние 10–20 км от источника загрязнения по определенным линейным направлениям.

Санитарно-техническое состояние водозаборных сооружений являет ся одним из факторов загрязнения подземных вод. Обследованием сельских водозаборов и скважин установлено, что большинство из них не оборудо ваны приборами учёта, не имеют обустроенной в соответствии с санитар ными нормами зоны строгой санитарной охраны.

Все вышеуказанные факторы являются причиной повсеместного за грязнения подземных вод, наиболее распространенной формой которого яв ляется нитратное загрязнение.

В крупных промрайонах, наряду с источниками нитратного загрязне ния, связанными, в основном, с сельхозпредприятиями, существуют про мышленные предприятия, воздействие которых на геологическую среду, и в частности на подземные воды, не менее интенсивно, чем сельскохозяйствен ная деятельность. Например, в Липецке в районе ОАО «НЛМК» подземные воды неоген-четвертичного водоносного комплекса загрязнены железом, марганцем, фенолами, азотом аммонийным, цианидами и роданидами.

Разработка месторождений полезных ископаемых открытым спосо бом сопровождается откачкой дренажных вод, что приводит к истощению эксплуатационных запасов подземных вод. Наиболее крупные воронки депрессии формируются в тех случаях, когда в обводнении горных вырабо ток участвуют водоносные горизонты, имеющие региональное распростра нение (например, вокруг месторождения КМА).

Таким образом, ситуация с питьевыми подземными водами достаточ но серьезная, а в ряде регионов критическая.

Поэтому для улучшения обеспечения населения питьевой водой и по вышения качества потребляемых подземных вод необходимо проведение обязательной экологической оценки при планировании тех или иных меро приятий и проектных решений.

Лекция 8. Ресурсы геологического пространства и размещение отходов жизнедеятельности человеческого общества Человечество ежегодно производит миллионы тонн бытовых и про мышленных отходов, проблема выбора территории под их складирование и захоронение является очень актуальной.

Различная степень токсичности и состав отходов предопределяют большое разнообразие способов захоронения: от простого складирования бытовых до глубинного захоронения высокотоксичных и радиоактивных отходов. Соответственно, предъявляются разные требования к территории планируемого полигона отходов.

При выборе места под их строительство учитываются следующие факторы: экономический, социальный, геологический и экологический. Все эти факторы по-своему влияют на сокращение площадей, пригодных под размещение тех или иных отходов. Экономический – учитывает материаль ные затраты на строительство полигона, его дальнейшую эксплуатацию, стоимость транспортировки отходов. Социальный фактор определяет зна чимость территории, например, с точки зрения историко-культурного на следия, ценности как рекреационной зоны или плодородных сельхозугодий.

С течением времени значимость социальных факторов может существенно меняться. Геологический – учитывает особенности строения приповерхно стной части литосферы в связи с видом захораниваемых отходов;

значи мость данного фактора возрастает с увеличением глубины полигона и ток сичности захораниваемых отходов. К сожалению, в настоящее время эколо гические факторы играют подчиненную роль при выборе участка строи тельства полигона, уступая техническим аспектам. По мнению Трофимова В.Т., «идеальным является использование всех возможностей по изоляции отходов, что зачастую оказывается экономически невыполнимым, поэтому в реальном случае должно приниматься компромиссное решение между “наиболее экономичным” и “наиболее экологичным” вариантами размеще ния отходов, на основе комплексного анализа всех вышеперечисленных факторов».

Отходы, складируемые на полигонах, существенно отличаются по со ставу и объемам. Как известно, самые крупные производители отходов – города, причем чем экономиически развитие город, тем больше образуется отходов в пересчете на душу населения, в ряде стран этот показатель близок к 1 тонне на человека в год. Бытовые отходы малоопасные в исходном со стоянии, под воздействием давления, высокой температуры в ходе не пред сказуемых физико-химических и биохимических процессов способны пре образовываться в токсичные для биоты химические соединения.

Промышленные отходы, как и ТБО, разнообразны по химическому составу. Среди промышленных отходов значительную часть составляют токсичные, в частности, отходы химического, радиохимического и атомно энергетического производства, требующие особо тщательной изоляции от биосферы;

ресурсы геологического пространства под размещение таких объектов особенно ограничены.

Добыча твердых полезных ископаемых вызывает как нарушение сло жившихся гидродинамических, геохимических условий, так и перемещение, складирование огромных масс горных пород, содержащих многие токсич ные химические элементы и соединения. Примерами могут служить терри коны угольных шахт, отвалы вблизи карьеров и т. д.

При оценке качества ресурса геологического пространства следует учитывать, что в толще бытовых отходов образуется высокоминерализо ванный фильтрат. Эколого-геологические исследования, проводившиеся в районе полигона ТБО, вблизи г. Воронежа, показали, что концентрации ря да компонентов в фильтрате достигает 50–80 ПДК от местных фоновых зна чений. Растекание фильтрата приводит к загрязнению верховодки, далее неоком-аптского водоносного горизонта.

Требования к местам размещения полигонов твердых бытовых отхо дов с оценкой ресурса геологического пространства территорий регламен тированы рядом нормативных и директивных документов. В качестве за прещающих факторов регламентированы особые гидрогеологические усло вия, уклоны местности, склонные к пучению грунты, наличие провалов и закарстованных массивов, качество земельного ресурса.

Рекомендуется под территории полигонов выбирать участки с глини стыми или тяжело суглинистыми грунтами и грунтовыми водами, располо женными на глубине более 2 м. Запрещается использовать участки с выхо дом грунтовых вод в виде ключей и затопляемые паводковыми водами тер ритории, а также располагать полигоны ТБО в районах геологических раз ломов.

Еще более жесткие требования предъявляются к геологическому про странству при захоронении радиоактивных отходов.

Более подробно требования к размещению полигонов рассмотрены в учебнике «Экологическая геология».

Лекция 9. Геодинамическая экологическая функция литосферы Геодинамическая ЭФЛ: «представляет способность литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и техногенные геологические процессы и явления». Воз никновение данных процессов связано с внешними относительно планеты космическими воздействиями, напряжениями в геофизических полях Зем ли, тектоническими процессами и деятельностью человека.

Отличием природных геодинамических процессов является их пуль сационный характер, что значительно влияет на биосферу планеты. Так ак тивизация тектонической и вулканической деятельности приводит к повсе местному нарушению ареалов распространения многих экосистем, а неред ко и их полному уничтожению. Пики солнечной активности приводят к ак тивизации всех процессов в геосферах планеты. причем всплеск биологиче ской жизни сопровождается увеличением количества катастрофических геодинамических проявлений. С подобными этапами жизни Земли связаны основные эволюционные изменения в ее биосфере.

Таким образом, объектом изучения геодинамической ЭФЛ являются, как и в геологии, геодинамические процессы, зоны и аномалии. Однако в качестве предмета выступает комплекс знаний о их влиянии на биоту, чело века, среду его обитания.

Согласно В.Т. Трофимову изучение геодинамической ЭФЛ возможно двумя путями:

1. Выявление экологических последствий проявленности отдельных геодинамических процессов. Как правило, подобный анализ проводится от носительно человека. Здесь наличие оползневых, эрозионных, карстовых и др. процессов рассматривается не с позиции их влияния на инженерные со оружения, а с точки зрения комфортности среды обитания человека.

2. Изучение воздействия современных геодинамических аномальных зон литосферы на состояние биоты. Наличие таких зон характеризуется ак тивной динамикой энергетических показателей, перемещением вещества в различных фазовых состояниях. Как правило, подобные условия обуслав ливают деградационные процессы в биосфере.

В отличие от других экологических функций, геодинамическая может воздействовать на биоту как напрямую, так и косвенно через геохимиче скую, геофизическую, ресурсную функции.

С экологических позиций пока нет общепринятой классификации геодинамических процессов. В.Т. Трофимовым предложено выделение трех типов геодинамических процессов, отличающихся по характеру воздейст вия на экосистему:

• катастрофические – оказывающие преимущественно разрушитель ное воздействие (наводнения, землетрясения, цунами, потоки вулканиче ских лав и пепла, обвалы, оползни, сели, лавины, подвижки ледников);

опасные – оказывающие парализующее или истощающее воздей • ствие (дефляция почвы, овражная эрозия, заиление водохранилищ и др.);

• неблагоприятные – способные вызвать природно-технические ка тастрофы (карст, термокарст, термоэрозия, солифлюкция и др.).

По площади проявления геодинамические процессы предлагается подразделять на планетарные, региональные и локальные. Соответственно, элементами неоднородности на выделенных уровнях являются:

• материки и океаны;

• складчатые области, щиты и платформы, сейсмодислокации, вул канические пояса;

• особенности геологического строения и свойства пород.

Лекция 10. Геохимическая экологическая функция литосферы Геохимическая ЭФЛ определяет способность природных и искусст венных геохимических полей влиять на состояние экосистем различных уровней организации. Объектом исследований являются химический состав компонентов литосферы и формируемые ими поля природного, природно техногенного или техногенного происхождения.

Функциональными территориальными единицами эколого-геохими ческих исследований являются геохимические зоны, геохимические про винции и геохимические аномалии, которые могут быть объединены под общим названием «геохимические неоднородности литосферы».

Положительным отличием геохимической ЭФЛ является наличие от лаженной системы санитарно-гигиенических оценок состояния живых ор ганизмов относительно концентраций различных веществ и соединений.

Нормативными документами на государственном уровне утверждены пре дельно (или ориентировочно) допустимые концентрации элементов в ком понентах природной среды. Следует отметить, что для ряда элементов и свойств регламентируется как верхний, так и нижний предел концентрации.

Следовательно, геохимические неоднородности литосферы могут быть обу словлены как повышенным, так и пониженным содержанием элементов.

При проведении эколого-геохимических исследований в качестве ко личественных показателей оценок используются предельно-допустимые значения концентраций элементов (ПДК), фоновые значения, суммарные показатели загрязнения (ZC), суммарные показатели концентраций (СПК).

В зависимости от вмещающей среды природные и искусственные геохимические неоднородности подразделяются на лито-, гидро-, атмо-, сноу-, биогеохимические. Данные неоднородности представляют собой по ле химических элементов, закономерно распределяющихся в почвах, гор ных породах, подземных водах, газовой составляющей приповерхностной части литосферы, снеге, биоте. Естественная геохимическая неоднород ность отличается определенной стабильностью, в то время как искусствен ные характеризуются значительной динамикой в пространстве, времени, количественных показателях. Отличием последних является их ксенобио тическая природа, чуждая современным экосистемам. Отсутствие анализа торных и адаптационных систем в биоте и у человека приводит к развитию патологий и общей деградации.

Природные геохимические неоднородности обусловлены геолого структурными особенностями района, литолого-минералогическими особен ностями, физико-химическими условиями миграции элементов и их ком плексных соединений. Что касается Воронежской области, то достаточно крупную по площади геохимическую аномалию можно выделить в цен тральной её части в пределах сводовой части ВКМ. Близость к поверхности пород кристаллического фундамента (40–100 м) обуславливает наличие вы соких концентраций Ti, Zr, Y, Li, V, Sr, Mo, Cr, Ni, Co, Cu, Pb, Zn в подзем ных водах, в осадочном чехле, в том числе и в его приповерхностной части.

Кроме того, вследствие буро-взрывных работ при разработке гранитов на Шкурлатовском карьере тоны пыли, содержащие широкий спектр элемен тов и соединений, разносятся ветром по округе, усугубляя достаточно на пряженную экологическую обстановку в районе.

Для территории города Воронежа характерна гидрогеохимическая аномалия, связанная с присутствием в подземных водах значимых концен траций железа и марганца. По сей день ведутся дискуссии по поводу источ ников данных элементов.

Атмогеохимические аномалии обусловлены геолого-структурными особенностями литосферы, обусловливающими ее проницаемость, связаны с выходом на поверхность Земли растворенных во внешнем ядре газов.

Представлены они, как правило, многокомпонентной смесью из углекисло го газа, водорода, метана, алканов, летучих соединений тяжелых металлов и других соединений, подчас в весьма заметных концентрациях.

Атмогеохимические аномалии на территории области могут быть вы делены в зоне Богатовского разлома (Лосевско-Мамонская шовная зона), где отмечаются концентрации радона в подземных водах до 8454,5 Бк/дм3.

Изучение биогеохимических аномалий базируется на положении, что поглощение химических элементов растениями и факторы формирования химического состава растений при нормальном и аномальном их содержа нии в питающей минеральной среде существенно различны. Как известно, дисбаланс химических элементов в компонентах литосферы приводит к за болеваниям животных, растений, человека, именуемым в биогеохимиии «биогеохимическими эндемиями», которые по существу являются индика тором негативного воздействия геохимической составляющей литосферы на развитие биоты. Районы их распространения именуются биогеохимиче скими провинциями.

Лекция 11. Геофизическая экологическая функция литосферы Геофизическая ЭФЛ представляет собой способность геофизических полей естественной и искусственной природы оказывать влияние на со стояние биоты, человека и комфортность среды его обитания.

Перечень геофизических полей включает поля следующих видов: гра витационное, магнитное, электрического тока, температурное, сейсмиче ское, радиационное. К числу наиболее действенных с экологических пози ций следует относить гравитационное, температурное, геомагнитное, элек трическое и радиационное поля.

В процессе эволюции Земли направление и интенсивность геофизиче ских полей периодически изменялись. Подобное энергетическое воздейст вие определяло наполнение циклов обмена вещества и энергии на планете.

Каждому циклу соответствовал собственный этап развития жизни на Земле.

Историческое время жизни человечества также характеризуется определен ным «рисунком» энергетических полей космической, геофизической и био логической природы.


Фоновые значения естественных геофизических полей не оказывают негативных воздействий на экосистемы. Аномальные же энергетические проявления естественных и, в особенности, техногенных полей нередко но сят катастрофический характер. В этой связи объектом изучения геофизи ческой экологической функции литосферы являются аномальные геофизи ческие поля естественной и искусственной природы, способные воздейст вовать на состояние биоты и человека. Основным отличием этих аномалий является отсутствие их визуального наблюдения, что усиливает степень опасности их проявления. Предметом исследований геофизической ЭФЛ является комплекс знаний об особенностях проявленности геофизических аномалий в литосфере и их влиянии на биоту и человека.

В связи с тем, что любой живой организм является биофизическим объектом, он имеет собственную энергетическую структуру. Она хорошо сбалансирована относительно внешних энергетических потоков. Поэтому человек, живые организмы и растения максимально адаптированы к своим региональным условиям. При резком изменении этих условий необходим адаптационный период перестройки. Несомненно, он касается веществен ной части существования: пищи, воды. Но нередко ощущение дискомфорта возникает в результате изменения внешней энергетической составляющей, что ведет к перестройке внутренней биофизической структуры. В этой свя зи наличие геофизических аномалий в ряде случаев представляет собой «энергетический молот», сокрушающий живые организмы. Так, магнитные поля являются сильными раздражителями (R.O. Becker, A.A. Marino, 1982), электрические и вибрационные формируют дисбаланс в нервной и опорно двигательной системах, обладают психофизическим эффектом. Действие ионизирующей радиации, в зависимости от степени ее проявления, разру шает клетку, ведет к летальным исходам. Следует отметить нередкое вза имное наложение геофизических, геохимических и геодинамических ано малий, что усиливает их негативное воздействие на биоту и человека.

Изучение геофизической ЭФЛ характеризуется медико-биологиче ской ориентированностью исследований, что дифференцирует их от чисто геофизических методов изучения участков литосферы различных уровней организации.

Трудностью эколого-геофизических исследований является отсутст вие разработанных количественных критериев оценки такого влияния.

Практически только радиационное загрязнение имеет четкую шкалу оце нок, причем только относительно здоровья человека. Магнитные, электри ческие, вибрационные и другие аномалии требуют развития методики их эколого-геологического изучения и оценки.

Лекция 12. Эколого-геологические системы, их свойства и пути развития Под эколого-геологической системой понимается «система, в которой подсистемные элементы (источники воздействия, геологический компонент природной среды, экологическая мишень) тесно связаны причинно следственными прямыми и обратными связями».

В зависимости от решаемых задач выделяется четыре типа таких систем:

• природная эколого-геологическая система реальная: изучается в пределах естественных, не нарушенных техногенной деятельностью, терри торий;

• природная эколого-геологическая система идеальная: плод вирту альных построений, осуществляемых в виде прогнозов состояния природ ной системы в процессе возможных путей ее развития;

• природно-техническая эколого-геологическая система идеальная:

представляет собой вариант развития реальной природной ЭГС под воздей ствием практически-хозяйственной деятельности человека;

• природно-техническая эколого-геологическая система реальная есть тип техногенно-трансформированных ЭГС.

Основное внимание экологов-геологов направлено на изучение имен но данных систем, так как необходима разработка оперативных методов управления их состоянием.

Эколого-геологические системы (ЭГС) обладают рядом общих и спе цифических свойств:

1. Они открыты и обмениваются веществом-энергией с окружающей средой.

2. Обладают определенным динамическим, химическим и физиче ским уровнями устойчивости против внешних воздействий.

3. Природные и техногенные элементы ЭГС взаимно коррелируются в структурном, генетическом, функциональном и экологическом планах.

4. Эколого-геологические системы способны к развитию. Они явля ются элементом давления жизни, т. е. соотношения между потенциалом размножения и средой, препятствующей реализации потенций беспрепятст венного размножения.

5. Обладают эмерджентными свойствами.

При исследовании эколого-геологических систем используются био и антропоцентрический подходы. Первый демонстрирует универсальный подход, который выводит в качестве основного объекта целеполагания ис следований всю биоту. При антропоцентрическом изучении эколого геологических систем имеем дело с частным случаем, когда в центр внима ния выводится человек и условия комфортности его обитания как экологи ческой системы. В подобных случаях ЭГС представляют собой структуры, включающие в качестве взаимодействующих элементов приповерхностную часть литосферы, техносферу и человека.

Развитие эколого-геологических систем может осуществляться тремя путями:

• при снижении техногенной нагрузки может происходить обратный пере ход в естественное состояние;

• управляемое преобразование эколого-геологических систем, которое подразумевает разумное вмешательство человека, исключающее «жест кое» управление природными процессами;

• разрушение системы, возникающее при преодолении пороговых критиче ских состояний, приводящее в некоторых случаях к возникновению но вой системы.

Лекция 13. Типы эколого-геологических систем по глубине воздействия Под эколого-геологической системой понимается «система, в которой подсистемные элементы тесно связаны причинно-следственными прямыми и обратными связями».

Выделяют три зоны распространения эколого-геологических систем по степени взаимодействия человека с приповерхностной частью литосферы:

1. Зона максимального воздействия. Пространственно она располага ется в пределах активной зоны (до 20–30 м). Включает техногенные объек ты и сооружения, почвы, подпочвенные четвертичные отложения, поверх ностные, грунтовые и подземные воды. Причем следует отметить, что поч вы в пределах зоны максимального взаимодействия рассматриваются как специфическая органо-минеральная порода, представляющая собой первый от поверхности геохимический барьер. Качественные и количественные ха рактеристики данного барьера определяют условия миграции загрязняющих элементов в компонентах приповерхностной части литосферы. Экогеоси стемы данного уровня взаимодействий характеризуются максимальной де струкцией экологических свойств, повсеместно распространены в пределах заселенных территорий.

В горнодобывающих районах глубина распространения зоны макси мального взаимодействия увеличивается до сотен метров. Карьеры и шахты формируют обширные как в плане, так и по глубине зоны максимальной трансформации литосферы.

Данная зона является основным объектом исследований экологиче ской геологии.

2. Средняя зона взаимодействий располагается до глубины 2–3 км, в горнодобывающих районах – до 7–8 км;

представляет собой коренные по роды, заключенные в них подземные воды, газы и органику, находящиеся в пределах зоны реального воздействия крупных наземных и подземных со оружений. К данной зоне приурочены районы шахт по добыче полезных ископаемых, захоронений токсичных отходов. Экогеосистемы среднего уровня взаимодействия локальны в разрезе, результаты их проявления на поверхности имеют в основном геодинамический характер.

3. Нижняя зона пространственно сопряжена с глубинными породами.

Ее воздействие на биоту проявляется путем проявления глубинных геотек тонических процессов, таких как разломная тектоника, сейсмичность, вул канизм. Она приурочена к покровно-складчатым областям. Степень прояв ления нижней зоны на поверхности нередко имеет катастрофический харак тер. Экологическое влияние активных разломов проявляется в насыщении приповерхностных отложений глубинными газами. Токсические эманации оксидов и диоксидов серы, азота, аммиака, радона и др. не только влияют на экосистемы планеты, но и оказывают неблагоприятное воздействие на ее основной слой. В настоящее время возбужденная сейсмичность возможна и в областях платформ.

Лекция 14. Эколого-геологические системы селитебного класса Селитебный класс является исторически первичным. В истории чело вечества его распространение определялось жизненным пространством, т. е.

территорией, необходимой для удовлетворения всех нужд одного человека.

В США при оценке жизненного пространства для общего поддержания ка чества жизни и отдыха отведено 1 га/чел. Обеспечение необходимого коли чества промышленного продукта возможно при дополнительной площади га/чел. В настоящее время на 1 человека на Земле приходится 1,5 га жиз ненного пространства. В пределах крупных поселений людей техногенные преобразования литосферы проявляются в виде снивелированного рельефа, деградированных почв, сработанных и загрязненных водоносных горизон тов, замусоривания речных долин. Естественное напряженное состояние грунтов активной зоны деформировано в значительной степени статистиче скими и динамическими нагрузками. Транспорт и энергетические коммуни кации продуцируют техногенные электромагнитные, вибрационные и шу мовые ноля. Специфическим высокотоксичным системообразующим фак тором является складирование отходов жизнедеятельности человека. Теп ловые и геофизические аномалии в приповерхностной части литосферы проявлены значительно. Наличие комплекса измененных экологических свойств литосферы определяет состояние городских экосистем. Их видовой состав значительно ограничен, относительно природных. Селитебному классу соответствует селективное видовое культивирование биосферы. Так, в городах широко высаживаются тополя, каштаны, иные деревья, имеющие декоративное подчиненное значение. Роль энергии, которая фиксируется растениями селитебных ЭГС, незначительна.


Для населения городов общее состояние компонентов природной сре ды, включая литосферу, формирует условия экологического риска и кризи са. Это проявляется в значительных уровнях заболеваемости органов дыха ния, желудочно-кишечного тракта, онкологическими заболеваниями.

Лекция 15. Эколого-геологические системы промышленного класса Промышленный класс природно-техногенных экогеосистем нередко пространственно совпадает с селитебным. Системы данного класса отлича ются высокой долей техногенно преобразованных экологических свойств литосферы. Им соответствует значительное механическое, химическое и физическое преобразование всех компонентов: минеральной, водной, газо вой и органической. Для данных ЭГС характерно формирование индустри ального микрорельефа и микроклимата. Здесь проявляется интенсивное за грязнение атмосферы в виде смогов, инверсий загрязнений, образования те пловых подушек в атмосфере над предприятиями. Наиболее широко отно сительно всех классов представлен спектр загрязняющих элементов с пре обладанием ингредиентов ведущих классов опасности. Регулирование по верхностного стока путем строительства водохранилищ приводит к дегра дации и отмиранию рек, интенсивному их загрязнению, подтоплению тер риторий. Экогеологические системы данного класса характеризуются мак симальной количественной и качественной деградацией почв. Хроническое ухудшение свойств почв, разрушение их структуры происходит как в ре зультате прямого загрязнения, так и при их консервировании при повсеме стном асфальтировании. Значительное негативное воздействие на экологи ческие свойства литосферы оказывают отстойники и накопители вредных отходов. Технологические циклы последних, как правило, открыты, интен сивно взаимодействуют с грунтами, поверхностными и подземными вода ми. Подземные захоронения радиоактивных и иных высокотоксичных от ходов, связанных с промышленной деятельностью человека, образуют объ екты повышенной экологической опасности до глубины 2–3 км.

Высокий уровень техногенного преобразования всех компонентов приповерхностной части литосферы формирует в целом негативную эколо го-геологическую обстановку ЭГС промышленного класса. В результате отмечается снижение продуктивности экосистем, возникают мутационные процессы в биосфере. Формируется стойкое ухудшение условий среды оби тания высших экосистем.

Лекция 16. Эколого-геологические системы сельскохозяйственного и лесотехнического типа Агротехнический класс ЭГС характеризуется собственным набором преобразования литосферы. Среди них образовавшиеся в результате сель хозработ деградированные почвы. Отмечается процесс повсеместного сни жения гумусности и общего плодородия почв. В результате применения от сталых технологий происходит загрязнение почв, развитие неблагоприят ных геодинамических процессов: эрозии, суффозии, смыва и т. п. Иногда происходит значимое перераспределение почв в пределах территорий.

Помимо деградированных почв, агротехнические ЭГС в виде систе мообразующего фактора содержат рекультивированные почвы. Это почвы с восстановленным плодородием.

Экологическая функция рассматриваемого класса ЭГС реализуется в преобладании агроценозов и агробиогеоценозов. Первые представляют со бой искусственные экосистемы. Их существование поддерживается ком плексом агрохимических мероприятий, таких как вспашка, внесение удоб рений и т. д. Агроценозы представляют собой продукты деятельности крупных хозяйств. Aгробиогеоценозы являются неустойчивыми экосисте мами с искусственно обедненными видами естественных биотических со обществ. И те и другие не могут длительно существовать без постоянной поддержки человека.

Лесотехнический класс экогеосистем играет одну из ведущих ролей в существовании биосферы. В процессе фотосинтеза в клетках зеленых рас тений вырабатываются органические вещества и происходит сопутствую щее выделение кислорода в атмосферу. Системообразующими факторами, несущими негативную экологическую нагрузку, являются выведение и уничтожение лесов в результате естественных и техногенных причин. Про цесс лесовоспроизводства представляет собой смену отмирающей лесной растительности, а также появление и развитие леса в местах предваритель ного его уничтожения. Проявляется лесовозобновление как в виде создания новых массивов, так и в высадке полос лесных насаждений. Научно обоснованная и грамотно внедренная схема лесовозобновления нивелирует эрозионные, оползневые, осыпные и многие другие процессы. Фитосфера способствует формированию благоприятного состояния экогеологических систем.

Лекция 17. Эколого-геологические системы водохозяйственного типа Водохозяйственный класс эколого-геологических систем формирует ся в результате двух противоположно направленных техногенных воздейст вий. С одной стороны – строительство и эксплуатация водозаборных и дре нажных сооружений. В зависимости от их масштаба формируются депрес сионные воронки радиусом от метров до десятков километров. Происходит сработка, а в некоторых случаях уничтожение водоносных горизонтов.

Эксплуатация водозаборных скважин также способствует увеличению ско рости миграции растворенных компонентов. Нередко это приводит к значи тельному росту гидрохимических и гидрогеохимических аномалий. В гра ницах самой депрессионной воронки образуется зона осушенных почв и грунтов, что неблагоприятно воздействует на корневую систему раститель ности, особенно древесной.

Эколого-геологические системы водохозяйственного класса форми руются также при строительстве искусственных водоемов, создании ороси тельных систем и техногенных водотоков. Классическим примером являет ся Воронежское водохранилище. Оно уникально, так как полностью нахо дится в пределах крупной городской агломерации г. Воронежа. Образовав шаяся эколого-геологическая система характеризуется целым комплексом измененных экологических свойств приповерхностной части литосферы. Ее мощность соответствует зоне максимального воздействия и для города Во ронежа составляет около 50 м. Здесь отмечается загрязнение поверхностной и подземной гидросферы марганцем, железом, нефтепродуктами, ионами аммония;

формируются патогенные аномалии в донных отложениях;

актив но проходят процессы абразии берегов, их подтопление, развитие оползне вых процессов;

широко представлена патогенная микрофлора. В качестве положительных свойств образовавшейся ЭГС следует отметить, что водо хранилище стало источником питьевого водоснабжения.

Лекция 18. Эколого-геологические системы горнодобывающего класса Горнодобывающий класс природно-технических экогеосистем харак теризуется максимально проявленными негативными эколого-геологиче скими условиями. Характерным системообразующим фактором является глубинное (до 8 км) механическое, химическое и физическое преобразова ние литосферы. При добыче полезных ископаемых происходит перемеще ние объемов вещества, сопоставимое с крупнейшими геологическими про цессами. Важным системообразующим фактором является перераспределе ние глубинного минерального вещества между лито-, гидро- и атмосфера ми. При открытой добыче полезных ископаемых глубинные породы в виде буровзрывной пыли покрывают пространства в радиусе до 50 км и более.

Вскрышные породы складируются на поверхности, формируя качественно новый техногенный рельеф. Последний образует новые площади водосбора, значительно отличающиеся от первоначальных. Системообразующим фак тором ЭГС также являются измененные гидродинамические условия, со провождающиеся образованием крупных депрессионных воронок. В ре зультате происходит отмирание малых рек, загрязнение и обмеление более крупных. Отличительным признаком данных ЭГС является образование техногенных поверхностных водотоков, формирующихся из дренажных вод карьеров и осветленных вод хвостохранилищ. Системообразующим факто ром ЭГС горнодобывающего класса есть отчуждение крупных территорий почв как под карьеры, так и под отвалы. В некоторых случаях производится снятие плодородного слоя и его селективное складирование. Однако почвы в отвалах быстро выветриваются и теряют свои уникальные свойства. Не редко производится бессистемное отвалообразование почв совместно с вскрышными породами, что приводит к полной потере данного природного ресурса.

Таким образом, экогеосистемы горнодобывающего класса являются примером коренной переработки естественных природных условий. Транс формированная литосфера определяет угнетение жизнедеятельности экоси стем всех уровней.

Лекция 19. Основные типы эколого-геологических карт В сравнении с геологическими картами, эколого-геологические обла дают своими специфическими особенностями. В учебном пособии В.Т. Трофимова «Эколого-геологические карты» проведен анализ имею щихся геологических карт экологической направленности, выделены их общие признаки, по которым проведена классификация карт.

Предлагается по содержанию делить карты на четыре типа: 1) карты эколого-геологических условий (обстановок);

2) карты эколого-геологиче ского районирования;

3) карты эколого-геологические прогнозные;

4) карты эколого-геологические рекомендательные.

Первый тип карт карты эколого-геологических условий отражает комплекс параметров или отдельные характеристики литосферы, которые характеризуют возможность воздействия компонентов литосферы на биоту (человека, фауну, флору, экосистему в целом). Это может быть, например, загрязненность подземных вод нитратами, развитие экзогенных геодинами ческих процессов, изменчивость радиационного поля. Эта качественная информация дополняется сведениями об эндемичных заболеваниях населе ния, параметрах деградации экосистем и ее биотических компонентов. На этих картах все необходимые данные отображаются послойно;

суммарная их оценка по степени благоприятности проживания населения или экологи ческого состояния экосистемы не дается.

На картах эколого-геологических условий, синтетических по содер жанию, отображают всю совокупность необходимых параметров современ ной эколого-геологической ситуации. Такие карты являются основной раз новидностью карт, комплексно характеризующих эколого-геологическую обстановку любой территории.

Второй тип карт карты эколого-геологического районирования. Это оценочные карты, на которых в тех или иных категориях дается оценка со временного состояния эколого-геологических условий, как правило, спосо бом ранжирования их на классы состояний. Карты эколого-геологического районирования по содержанию могут быть синтетическими и аналитиче скими.

Карты третьего типа карты эколого-геологические прогнозные – отображают пространственно-временной прогноз изменения эколого-геоло гических условий как в ходе естественной динамики природной среды, так и в ходе хозяйственного освоения территории. На картах этого типа отра жается как комплексный прогноз, так и изменение одного фактора под воз действием определенного вида. Первому случаю отвечает синтетическая, второму аналитическая эколого-геологическая прогнозная карта.

Карты эколого-геологические рекомендательные базируются на эко лого-геологической и социально-экономической информации. На этих кар тах в графической форме могут быть отображены рекомендации по широ кому кругу вопросов от рекомендаций по рациональному с экологических и геологических позиций, использованию территорий до регламентации хо зяйственной деятельности и защиты объектов био- и социосферы.

По характеру передаваемой информации на два вида: аналитиче ские – оценивающие ограниченное число показателей эколого-геологиче ских условий, и синтетические – отображающие весь их комплекс, в сово купности определяющий эколого-геологическую обстановку.

По масштабу эколого-геологические карты подразделены В.Т. Тро фимовым и Д.Г. Зилингом на обзорные (масштаб мельче 1: 1:500000), среднемасштабные (1:2000001:50000) и крупномасштабные (1:25000 и крупнее).

Обзорные и мелкомасштабные эколого-геологические карты имеют главным образом научное и учебное значение. Среднемасштабные карты являются основными по масштабу картами, используются непосредственно при проектировании объектов. Крупномасштабные карты в большинстве случаев составляются как карты специальные, используются непосредст венно при проектировании объектов и экологически ориентированных ме роприятиях.

По характеру обновления передаваемого материала авторы выделяют два типа эколого-геологических карт: карты с фиксированным содержанием информации и карты с перманентно дополняемой (пополняемой) информа цией.

Подавляющая часть эколого-геологических карт, уже составленных и которые будут составляться и издаваться, относится к первой категории.

Наличие и анализ дежурных эколого-геологических карт позволят по лучать оперативные и достоверные данные о динамике изменений и уже сформировавшейся измененности эколого-геологической обстановки. На этой основе можно будет более обоснованно осуществлять мероприятия по рациональному, экологически ориентированному использованию террито рии, а в случае необходимости управление ею с помощью ограничитель ных или защитных мероприятий.

Лекция 20. Особенности построения эколого-геологических карт В.Т. Трофимовым, Д.Г. Зилингом и Н.С. Красиловой были разработа ны и предложены концептуальные основы эколого-геологического карто графирования, которые можно рассматривать в качестве методической ба зы. Цитируя авторов, они включают следующие позиции:

• ранжирование состояния эколого-геологических условий литосфе ры в целом или ее компонентов должно производиться на согласованное число классов;

• критериями выделения классов состояния эколого-геологических условий литосферы и связанных с ними зон экологического состояния эко систем на картах служат ряд показателей, которые разделяются на темати ческие, пространственные и динамические;

• выделение классов состояния эколого-геологических условий ли тосферы и зон состояния экосистемы может и должно осуществляться на основе небольшого числа наиболее представительных показателей, но обя зательно с использованием и взаимным учетом тематических, пространст венных и динамических критериев оценки;

основные требования к геологической основе эколого-геологиче • ской карты отображение на ней показателей, на базе которых возможна площадная оценка экологического состояния картируемого объема лито сферы и разработка прогнозных оценок;

• классификация эколого-геологических карт по содержанию и мас штабу должна учитывать все их многообразие и обеспечивать возможность учета эколого-геологической обстановки при реальном проектировании экологически ориентированных мероприятий;

• характеристика состояния эколого-геологических условий лито сферы или их оценка в тех или иных категориях должны отображаться на эколого-геологических картах всех типов фоновой цветовой закраской;

• выбор способов отображения на карте интегральной оценки со стояния эколого-геологических условий литосферы может проводиться на основе «суммирования» оценок различных экологических свойств отдель ных компонентов литосферы разными способами.

Большинство исследователей придерживаются мнения, что на совре менном этапе оптимальна четырехранговая структура, предусматривающая выделение следующих классов: удовлетворительного (благоприятного) со стояния, условно удовлетворительного (относительно неблагоприятного) состояния, неудовлетворительного (весьма неблагоприятного) состояния и класса катастрофического состояния эколого-геологических условий лито сферы. Их характеристика представляется следующей:

а) класс удовлетворительного (благоприятного) состояния эколого геологических условий коррелируется с зоной экологической нормы эко системы, по Б.В. Виноградову. Значения прямых критериев оценки эколого геологического состояния литосферы ниже ПДК или фоновых (за исклю чением природных аномалий);

б) класс условно удовлетворительного (относительно неблагоприят ного) состояния эколого-геологических условий коррелируется с зоной экологического риска. Территории требуют разумного хозяйственного ис пользования, планирования и проведения мероприятий по их улучшению.

Значения прямых критериев оценки эколого-геологического состояния ли тосферы незначительно (до 5 раз) превышают ПДК или фон (кроме природ ных аномалий);

в) класс неудовлетворительного (весьма неблагоприятного) состоя ния эколого-геологических условий коррелируется с зоной экологического кризиса. Необходимо выборочное хозяйственное использование террито рий, планирование и оперативное проведение их глубокого улучшения.

Значения прямых критериев оценки эколого-геологического состояния ли тосферы в 5–10 раз превышают ПДК и фон;

г) класс катастрофического состояния эколого-геологических усло вий коррелируется с зоной экологического бедствия. Значения прямых кри териев оценки эколого-геологического состояния литосферы в десятки раз превышают ПДК и фон.

При использовании предложенного подхода самым важным и прин ципиальным является даже не столько число выделенных классов состоя ний эколого-геологических условий, а обязательное сопоставление состоя ния экосистемы и ее абиотической составляющей (в данном случае лито сферы) с ее компонентами. Только тогда обеспечивается эколого геологическая оценка состояния объекта исследований.

Список литературы Основная литература 1. Косинова И.И. Методы эколого-геохимических, эколого-геофизи ческих исследований и рационального недропользования : учеб. пособие / И.И. Косинова, В.А. Богословский, В.А. Бударина. – Воронеж : Воронеж.

ун-т, 2004. – 281 с.

2. Косинова И.И. Практикум по экологической геологии / И.И. Коси нова. – Воронеж, 1998. – 255 с.

3. Косинова И.И. Теоретические основы крупномасштабных экогео логических исследований / И.И. Косинова. – Воронеж : б. и., 1998. – 255 с.

4. Методические указания по проведению лабораторных работ по кур су «Введение в геоинформационные системы». – Запорожье : ЗГУ, 2000. – 24 с.

5. Трофимов В.Т. Экологическая геология / В.Т. Трофимов, Д.Г. Зи линг. – М. : Геоинформ-марк, 2002. – 415 с.

Дополнительная литература 1. ArcView GIS. Руководство пользователя.

2. Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды / В.И. Арта монов. – М. : Наука, 1980. – 173 с.

3. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / под. ред. Р. Шу берта, – М. : Мир, 1988. – 348 с.

4. Бойченко Е.А. Содержание и роль элементов в жизни растений / Е.А. Бойченко, А.П. Виноградова. – М. : Наука, 1990. – 97 с.

5. Вахромеев Г.С. Экологическая геофизика : учеб. пособие для вузов / Г.С. Вахромеев. – Иркутск : Изд-во ИрГГУ, 1995. – 216 с.

6. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера / В.И. Вернадский. – М. :

Наука, 1988. – 520 с.

7. Гальперин А.М. Техногенные массивы и охрана окружающей сре ды / А.М. Гальперин, В. Ферстер, Х.-Ю. Шеф. – М. : Изд-во МГУ, 1997. – 534 с.

8. Ковальский В.В. Геохимическая экология / В.В. Ковальский. – М. :

Наука, 1994. – 280 с.

9. Косинова И.И. Практикум к учебно-полевой практике по экологи ческой геологии / И.И. Косинова, Т.А. Барабошкина;

[под. ред. В.Т. Тро фимова]. – Воронеж, 2006. – 64 с.

10. Питьева К.Е. Гидрогеоэкологические исследования в районах нефтяных и газовых месторождений / К.Е. Питьева. – М. : Недра, 1999. – 225 с.

11. Толок А.В. Введение в геоинформационные системы : учебное пособие / А.В. Толок, В.Н. Щепилов. – Запорожье, ЗГУ, 2000.

12. Требования к эколого-геологическим исследованиям и картогра фированию: Масштаба 1:50000, 1:25000. – М. : ВСЕГИНГЕО, 1990. – 127 с.

13. Трофимов В.Т. Инженерная геология и экологическая геология:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.