В.Ф.Попов, О.Н.Толстихин
Анализируяпричины каких-то изменений, произошедших в природе, или прогнозируя их, всегдаприходится рассматривать не менее двух взаимосвязанных компонентов, образующихединую систему взаимодействия: природную основу системы и ее техногенное ядро,т.е. технологические, технические и инженерные средства, сооружения икомплексы, эксплуатация которых приводит или может привести к изменениямландшафта. Такие образования получили названия природно-технические геосистемы(ПТГС). Соответственно, под ПТГС понимается: совокупность взаимодействующихприродных и искусственных объектов, образующихся в результате строительства иэксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств,взаимодействующих с природной средой.
Классическимпримером техногенной, искусственной экосистемы является космический корабль,взаимосвязь которого с внешней средой близкого космоса лимитируется многимифакторами, обеспечивающими возможность космонавтам жить и работать внутризамкнутого пространства корабля.
СтруктураПТГС включает подсистему природных объектов: геологические тела, почва,растительный покров, водные источники, воздух, животные, составляющую природнуюоснову ПТГС и подсистему искусственных объектов: наземные и подземныесооружения, плотины, водохранилища, технические средства, например бульдозеры ит.п.
Очевидно,что ПТГС являются сложными иерархическими образованиями, содержащими в себевзаимосвязанные компоненты различного уровня воздействия на природные объекты ипо-разному воспринимающие эти воздействия. Очевидно также, что совокупностьвоздействий всех компонентов системы будет определяться ее назначением, еефункцией. Поясним сказанное примерами.
Встроительной практике постоянно анализируется система, образованная грунтамиоснования и зданием, которое на нем возводится. В зависимости от нагрузки наэти грунты, определяющиеся массой и конструкцией здания, составом и свойствамигрунтов, рассчитывается и проектируется фундамент. В результате строительствавозникает ПТГС здание — грунты основания. Однако в городских условияхвзаимодействие этим не ограничивается, поскольку возводится не одно, а многиездания, образующие кварталы, расчлененные проспектами и улицами ивзаимосвязанные инженерными коммуникациями. Возникает второй уровеньвзаимодействия: квартал — геологические тела основания квартала. И третий уровень:город — геологические тела основания города. Совокупный уровень воздействияинженерных сооружений города определяется не только их массой и динамикойэксплуатации, но также температурным воздействием, измененным режимом питания иразгрузки подземных вод, наведенными электромагнитными колебаниями. Одним изрезультатов такого взаимодействия является понижение поверхности всейтерритории города (Таллин, Лондон, Осака, Токио, Мехико), иногда сизостатическим подъемом поверхности по периферии города (Москва). Кореннымобразом меняются под воздействием города мерзлотные условия. Воздействие наприродную среду горно-обогатительного комбината будет определятьсягорно-геологическими условиями и масштабом горных разработок (шахты илиразрезы, шахтное хозяйство) — технологией и объемом передела полученного сырья(обогащение, металлургический передел), энергетическими и транспортнымикоммуникациями, водоканализационным хозяйством, включая очистные сооружения,социально-культурными комплексами, вплоть до каждого здания в отдельности. Вподсистеме природной среды это воздействие может распространяться на отдельныегеологические тела (например рудные), урочища, бассейны рек, охватывая разныеприродно-территориальные комплексы, а то и ландшафтные зоны или регионы.
Направленностьвоздействия техногенного ядра на природную основу интегрально определяетсяназначением ПТГС. Иначе говоря, в сходных по назначению системах и близких попараметрам природных условиях можно достаточно обосновано ожидать и сходныхвоздействий ядра на природную среду. И, соответственно, сопоставимой реакцииприродных объектов на это воздействие или совокупность воздействий,предопределенную назначением техногенного ядра. Сказанное позволяет припрогнозировании развития ПТГС и разработке проектов природоохранных мероприятийшироко использовать принцип актуализма или подобия, конечно, с учетом природныхособенностей и темпов (динамики) воздействия на природные комплексы. С этихпозиций представляется возможным наметить следующие категории ПТГС, обладающиерядом аналогичных свойств:
1)добывающие природные ресурсы;
2)перерабатывающие добытые ресурсы и выпускающие промежуточную или окончательнуюпродукцию;
3)обеспечивающие функционирование двух первых типов ПТГС.
Всвою очередь, в ПТГС, добывающих природные ресурсы, должны быть вычлененысистемы, предназначенные для добычи минерально-сырьевых ресурсов, в т.ч.твердых полезных ископаемых, подземных вод, нефти, и газа. Если следоватьдалее, то ПТГС, функционирующие для добычи твердых полезных ископаемых, должныбыть подразделены на подземные и открытые разработки, а далее по видам исвойствам добываемых руд, углей и т.п. Очевидно, что воздействия на природнуюсреду горных комбинатов, обеспечивающих добычу калийных солей, каменного угля,железных или сульфидных руд цветных металлов будут существенно различны. Истоль же различны должны должны быть направления наших усилий при решенииприродоохранных вопросов.
Нередкодобывающие и перерабатывающие комплексы объединяются в единые системы высокогоранга. Например системы Газпрома охватывают комплексы добывающих скважин,трубопроводов и тепловых электростанций, перерабатывающих значительную частьдобываемого топлива в электрическую энергию, являющуюся конечной продукциейпредприятий.
Взависимости от характера и режима воздействия техногенного ядра на природнуюоснову, стадии формирования ПТГС, последние могут быть неравновесными(динамичными) или квазистационарными.
Обоснование границ ПТГС, направленность иинтенсивность техногенного воздействия
Оцениваяпричины и следствия взаимодействия техногенного ядра и природной основы ПТГС,разрабатывая прогноз преобразования природной среды и содержаниеприродоохранных проектов и мероприятий, приходится сталкиваться снеобходимостью определения границ ПТГС, направленности и интенсивноститехногенных воздействий на природную их основу. В частности, нередки cлучаи,когда производственные комплексы, граничащие друг с другом, взаимосвязанысырьевыми, энергетическими и даже людскими потоками и образуют функциональноеили пространственное (территориальное) сообщество, отвечающее границам крупныхгородов или их агломерациям (мегаполисам). Следовательно, характернейшая чертаПТГС — открытость границ, а их установление всегда условно и определяетсяцелями исследования. Поясним это простейшим примером.
Известно,что по обе стороны автомобильной дороги возникает полоса загрязнения почвысоединениями свинца и бенз-а-пиреном. Очевидно, что ширина этой полосы будетконтролироваться границей соответствующей геохимической аномалии, которая иопределит контур целесообразных геохимических исследований. Он может бытьпередвинут дальше от дороги в случае повышения чувствительности анализа. Илинаоборот, полоса изучения будет сокращена, если исследованию будут подлежатьтолько загрязнения, содержание которых превышает предельно допустимыеконцентрации для почв. И совсем другой будет граница гидрогеологическихисследований, направленных, например, к изучению полосы дренирования местностиводопонижающими придорожними кюветами.
ГраницыПТГ и особенно — определяющиеся загрязнением природных объектов могут бытьвесьма различны в различных средах, например в почве, поверхностных водах,атмосферном воздухе. Известно, что загрязнение воздушного бассейна современногокрупного промышленного города может распространяться до 1000 километров от егоадминистративной границы. В речном потоке факел загрязнения водынефтепродуктами может быть «оторван» и отнесен течением от источниказагрязнения на расстояния более 300 километров. На сотни квадратных километровпростираются депрессионные воронки уровня подземных вод по периферии крупнейшихкарьеров Курской магнитной аномалии и более 100 км ощущается подпор грунтовыхвод по периферии Каракумского канала. В подобных условиях, в освоенныхпромышленностью и сельским хозяйством регионах, правомерно выявление не границв контурном их понимании, а граничных зон взаимовлияния смежных ПТГС.
Помимограниц в плане, при исследовании ПТГС всегда возникает необходимость выявленияглубины распространения зоны воздействия инженерных объектов на природные, вчастности — геологические тела и заключенные в них подземные воды.Необходимость глубинного изучения ПТГС определяется далеко не толькотеоретическим интересом, но, главным образом, практическими реалиями и, вчастности, устойчивостью зданий и сооружений, качеством подземных ивзаимосвязанных с ними поверхностных вод.
Вобщем случае, в условиях артезианских гидрогеологических структур эта глубинаможет определяться положением в разрезе регионального водоупора, залегающего нижесамых глубоких подземных выработок или буровых скважин, в условиях развитиякристаллических пород — мощностью зоны открытой трещиноватости. В особо сложныхгеоструктурных условиях, в частности при строительстве и эксплуатации зданий исооружений, в т.ч. водохранилищ, в зонах активного тектогенеза, прогноз реакциигеологической среды может потребовать достаточно глубоких исследований,измеряемых многими сотнями, а иногда и тысячами метров.
Оцениваявоздействие техногенного ядра на природную основу ПТГС практически всегдаприходится учитывать многообразные последствия таких воздействий. Да и самивоздействия бывают неоднозначны. Хотя в принципе направленность воздействияядра ПТГС на природную основу можно свести к четырем группам:
изъятиевещества из системы (добывающие ПТГС),
привнесениевещества в систему (строительство, водохранилища, золошлакоотвалы, всякого родасвалки),
рассеиваниевещества (например аэрозолей, гербицидов или минеральных удобрений)
перемещение(перераспределение) вещества.
Классификацияэта несколько условна и требует кратких пояснений.
Вчастности — рассеивание вещества в системе можно рассматривать как частныйслучай привнесения вещества. Разница состоит в том, что в последнем случаепривносится масса вещества, сопоставимая с массой системы, тогда какрассеивается масса вещества бесконечно малая в сравнении с массой системы, нообладающая высокой химической активностью и воздействующая на природные объектысистемы не массой, а именно химически. Перемещение массы вещества реализуется внекоторых добывающих системах, в которых масса полезного компонента бесконечномала в сопоставлении с массой перемещенного вещества. Это можно показать напримере добычи алмазов или золота, когда масса полезного продукта измеряетсякаратами или килограммами, а переработанной породы — тысячами и миллионамитонн. Частным случаем перемещены массы вещества можно рассматривать течениегрунтов под влиянием нагрузки, оползневые, селевые и иные процессы,спровоцированные техногенным воздействием.
Изменениясвойств природной среды многообразны и проявляются в нарушении геохимическогобаланса веществ, снижении прозрачности атмосферы, возникновении наведенныхрадиомагнитных и электрических полей, изменении величены альбедо подстилающейповерхности. В частности, загрязнение поверхности снежного покрова вугледобывающих районах и по периферии промышленных комплексов приводит всеверных мерзлотных условиях к раннему снеготаянию, деградациивысокотемпературной «вялой» мерзлоты, интенсификации термокарстовыхпроцессов.
Нарядус направленностью, характером воздействий на природную основу, реакцияпоследней во многом определяется интенсивностью воздействий, темпами развитиятехногенеза, вкладываемыми в технические средства мощностями, количествомзагрязняющих веществ, сбрасываемых за единицу времени. Темпы воздействиятехногенеза на природную среду пожалуй наиболее сложная для изучения категорияв силу нередко высокой их динамичности и изменчивости.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.sitc.ru/