Лаборатория геологии техногенных процессов
Максимович Н.Г., Казакевич С.В. Использование историко-геологического подхода для оценки современной экологической ситуации // Экология Северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения: Материалы междунар.конф. / Ин-т эколог. пробл.Севера,УрО РАН. - Архангельск, 2002.- Т.1.- С.340-345.
Использование историко-геологического подхода для оценки современной экологической ситуации
Н.Г. Максимович, С.В. Казакевич
Тенденции к увеличению техногенной нагрузки на литосферу и создание производств и объектов с потенциально высоким уровнем опасности требует более обоснованной оценки экологической ситуации и повышения достоверности прогноза ее изменения.
Экологическая ситуация определяется как территориальное сочетание экологических проблем, выражающееся в пространственно-временном образовании [4]. В ее формировании участвует комплекс факторов природной среды и техногенного воздействия [9, 12, 14, 16]. Значительную роль при этом играют геологические факторы (рисунок).
Рисунок - Факторы формирования экологической обстановки
Имеющиеся подходы к оценке сложившейся экологической ситуации направлены в основном на изучение ее современного состояния, не рассматривая первопричины с которыми связаны те или иные экологические проблемы. При этом практически не производится анализ истории формирования геологического строения территории до начала техногенного воздействия. В ходе геологического развития территории происходит формирование и преобразование состава и свойств пород, подземных вод, развиваются геологические процессы [6]. В процессе эволюции литосферы формируются специфические для каждой территории условия, определяющие потенциальные экологические проблемы. Знание закономерностей формирования геологических условий территории в значительной степени позволяет выявлять и прогнозировать, а в ряде случаев предотвращать развитие процессов и явлений неблагоприятных с экологической точки зрения.
Геологические особенности территории принимают существенное участие в формировании современной экологической ситуации [9, 14, 16]. При анализе геологических условий территории особое внимание следует уделить: тектоническим и неотектоническим условиям территории; сейсмичности; трещиноватости пород; литологическому составу пород с учетом минералогического и химического состава; условиям залегания; водно-физическим свойствам водовмещающих отложений (пористость, фильтрационные свойства и др.); сорбционным свойствам пород; мощности и строению водоносных комплексов и характеру их взаимосвязи с разделяющими водоупорами; наличию или отсутствию «окон» в перекрывающих и подстилающих отложениях; характеру и размещению источников питания этих водоносных комплексов; характеру и расположению участков разгрузки, скорости и направленности движения подземных вод, взаимосвязи подземных вод с поверхностными; гидрохимическим условиям водоносных комплексов (источники вещественного состава подземных вод, факторы и процессы формирования состава подземных вод, пути его преобразования, региональные геохимические закономерности); современным экзогенным процессам и явлениям; развитию карстовых процессов в верхней части разреза в области распространения пресных подземных вод [8]. Эти особенности во многом формируются в ходе историко-геологического развития территории.
В настоящее время наиболее полно изучена история геологического развития для районов распространения осадочных горных пород, на долю которых приходится до 75 % суши. Литология, изучающая эти породы, характеризуется генетической направленностью и историчностью подхода к объектам исследования, что позволяет использовать ее методологический подход для анализа современного состояния и тенденций развития литосферы.
Формирование состава и свойств пород, подземных вод тесно связано со стадиями литогенеза [7]. В связи с этим необходим анализ истории геологического развития территории с выделением для каждой стадии тех особенностей, которые влияют или способны влиять на экологическую обстановку при конкретном техногенном воздействии. На основе этого и анализа существующих сведений о породах, подземных водах, геологических процессах, физических полях и т.д. и данных полученных в ходе специально проведенных исследований оценивается современная экологическая ситуация и дается прогноз ее изменения.
Согласно современным представлениям Н.М. Страхова [13], Н.В. Логвиненко[5], В.Т. Фролова [15], О.В. Япаскурта [17] и других литологов геологическая история каждого осадочного образования состоит из ряда последовательных стадий: седиментогенеза, диагенеза, катагенеза и гипергенеза. Каждую осадочную породу следует рассматривать как геологическое образование, которое имеет собственную историю возникновения и эволюционирования. Процессы, протекающие при литогенезе, ведут к образованию, а затем и существенному преобразованию осадочных толщ, определяя особенности геологической среды.
На стадии седиментогенеза в процессе мобилизации вещества в коре выветривания из разных источников и в разнообразных формах, его переноса и осадкообразования происходит первичная концентрация элементов, образуются исходные растворы и формируется общий геохимический фон.
Условия диагенеза характеризуются высокой влажностью, обилием бактериального мира, общей физико-химической неравновесностью, изменчивыми Eh и рН, высокой концентрацией большинства веществ в иловых водах и проницаемостью осадка, обеспечивающей почти беспрепятственный диффузионный обмен ионами и газами. В результате окислительного и восстановительного минералообразования в группе малоустойчивых компонентов осадка, а также перераспределения аутигенных минералов и возникновения стяжений в отложениях концентрируются микроэлементы, формируются минералы с различной степенью устойчивости [15]. Локальное уплотнение осадков приводит к формированию физико-механических свойств пород различного характера и выделению поровых растворов с повышенным содержанием макро- и микроэлементов.
При катагенезе происходит региональная литификация пород, которая ведет к преобразованию терригенных и аутигенных компонентов осадочных пород, а также формированию фильтрационных и физико-механических свойств пород, к преобразованию химического состава подземных вод и растворов, увеличению их минерализации и содержания микроэлементов.
Гипергенные преобразования пород, происходящее в приповерхностных частях земной коры приводит к изменению физического и химического состояния пород и минералов, образованию гипергенных минералов и увеличению пористости и проницаемости пород, к трансформации состава подземных вод, интенсификации экзогенных геологических процессов [7].
Современные физико-географические условия накладывают свой отпечаток на формирование экологической ситуации. Среди них можно выделить составные части: климатические (годовые суммы атмосферных осадков и их распределение по сезонам; интенсивность осадков; направление и сила преобладающих ветров; условия атмосферной дисперсии, состояние атмосферы; устойчивость, стратификация, температуры воздуха; экстремальные атмосферные явления); гидрологические (площадь водосбора; расход воды в водотоке; химическая структура соединений; температура воды, величина рН; содержание растворенного кислорода, углекислого газа; механический и минералогический состав взвешенных веществ и донных отложений); геоморфологические (тип и формы рельефа; экспозиция склонов; густота эрозионного расчленения; тип ландшафта) [8].
Областью деятельности человека является геологическая среда. Техногенные воздействия человека на геологическую среду связаны с инженерно-строительной, сельскохозяйственной, гидротехнической, горнотехнической и другими видами деятельности. Техногенное воздействие всегда направлено на определенный участок земной коры и вызывает последствия, взаимообусловленные свойствами и процессами данной части геологической среды, с одной стороны, а также характером и интенсивностью воздействий, с другой.
Таким образом, для понимания современной экологической ситуации конкретной территории и тенденций ее развития необходимо изучение эволюции литосферы современных физико-географических условий и техногенного воздействия определяет существующие экологические проблемы.
Решение экологических проблем может также базироваться на историко-геологическом подходе. Наиболее эффективными являются методы непротиворечащие естественной эволюции литосферы.
Анализ современных экологических проблем показывает, что формирование неблагоприятной экологической обстановки в значительной степени обусловлено загрязнением окружающей среды. Загрязнение в свою очередь вызвано усилением миграции и преобразованием форм нахождения химических элементов под воздействием техногенных факторов.
В общем виде литосферу можно представить, как совокупность геологических тел с различной концентрацией элементов. Тела с концентрацией выше определенного уровня рассматриваются человеком как месторождения полезных ископаемых. Эти участки, как правило, являются объектами интенсивного техногенного воздействия. Месторождения являются основным источником загрязняющих веществ, образующихся при добыче и многократной переработке полезных ископаемых [7].
Из огромного количества вещества, изымаемого из природной среды, в конечный продукт превращается 1,5-2 %. Негативным следствием этого процесса, является неконтролируемая миграция элементов или загрязнение окружающей среды.
При техногенном воздействии на участок литосферы с определенной концентрацией вещества может начаться его миграция в окружающей среде. В ряде случаев происходит превышение пороговых концентраций в определенных средах - подземных и поверхностных водах, почвах и т.д. то есть происходит их загрязнение. С формальной точки зрения пороговые концентрации определяются рядом нормативных документов. При техногенном воздействии кроме рассеивания, вещество трансформируется в другие соединения с различными пороговыми концентрациями. Эти концентрации могут в сотни-тысячи раз превышать таковые для исходного вещества.
С точки зрения геологического течения времени, после прекращения техногенного воздействия, за какой-то период произойдет рассеивание веществ ниже пороговых концентраций, их трансформация в неопасные или малоопасные формы и концентрация на определенных участках литосферы, называемых геохимическими барьерами.
Основываясь на теории геохимических барьеров, разработанной А.И. Перельманом [10] и развиваемой В.А. Алексеенко [1], Е.М. Емельяновым [3], Н.С. Касимовым [11] и др. можно сформулировать принцип стратегического подхода к защите окружающей среды от загрязнения. Для защиты окружающей среды от загрязнения наиболее оптимальными являются методы, основанные на ускорении естественной трансформации загрязняющих веществ в неопасные формы или их целенаправленной концентрации на определенных ограниченных в пространстве участках литосферы, т.е. создание искусственных геохимических барьеров [18]. Частным случаем этого принципа может являться разработка методов, основанных на поиске естественных участков литосферы с подобными свойствами в отношении загрязняющих веществ [2, 7, 19].
Как показал опыт работ на объекте по уничтожению химического оружия в Щучанском районе Курганской области предлагаемый историко-геологический подход к исследованию современной экологической ситуации важен при анализе, прогнозе и контроле экологических последствий техногенного воздействия и разработке мероприятий по снижению нежелательных процессов. Применение этого подхода может быть использовано при разработке программы и проведении комплексных экологических исследований. При освоении новых территорий использование данного подхода к оценке экологической ситуации может применяться для выделения участков потенциально неблагоприятных в экологическом отношении, т.е. для оптимизации размещения объектов.
Список литературы
- Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000. - 627 с.
- Быков В.Н., Максимович Н.Г., Казакевич С.В., Блинов С.М. Природные ресурсы и охрана окружающей среды: Учеб. Пособие / Перм. Ун-т, - Пермь, 2001 - 108 с.
- Емельянов Е.М. Барьерные зоны в океане. Калининград: 1998.- 416 с.
- Кочуров Б.И., Розанов Л.Л. Разработка критериев и показателей оценки экологической обстановки территории. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов: обзорная информация / ВИНИТИ. - М, 1994. - Вып.5. - 92 с.
- Логвиненко Н.В., Орлова Л.В. Образование и изменение осадочных пород. Л., Недра, 1987.- 237 с.
- Лукашев В.К. Геологические аспекты охраны окружающей среды. Минск: Наука и техника, 1987. - 336 с.
- Максимович Н.Г. Некоторые подходы к решению экологических проблем // Проблемы геологии континентов и океанов: Докл. рос. учен. участников 31-го МГК (школа - семинар на НИС "Академия Иоффе", июль - авг. 2000 г.) / ОГГГГ РАН - Магадан: Кордис, 2001. - С.262 - 267.
- Методика разработки поисковых прогнозов изменения геологической среды. - М.: МГУ. 1988. - 673 с.
- Осипов В.И. Геоэкология: понятие, задачи, авторитеты // Геоэкология. - 1997. - № 1. - 3-11 с.
- Перельман А.И. Геохимия элементов в зоне гипергенеза. М.: Недра, 1972.- 288 с.
- Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея - 2000.- 768 с.
- Селиверстов Ю.П. Причины и роль изменчивости глобально-региональных геосистем // География и окружающая среда. - М.: ГЕОС, 2000. - С.10 - 22.
- Страхов Н.М. Избранные труды. Общие проблемы геологии, литологии и геохимии. - М.: Наука, 1983. - 640 с.
- Теория и методология экологической геологии / Трофимов В.Т. и др. Под ред. В.Т. Трофимова. - М.: Изд-во МГУ, 1997. - 368 с.
- Фролов В.Т. Литология. М., МГУ, 1992. Кн. 1: 336 с.; 1993. Кн. 2: 430 с.; 1995. Кн. 3: 535 с.
- Экологические функции литосферы/ В.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг, Т.А. Барабошкина и др.; Под. ред. В.Т. Трофимова. - М.: Изд-во МГУ, 2000. - 432 с.
- Япаскурт О.В. Предметаморфические изменения осадочных пород в стратисфере: Процессы и факторы - М.: ГЕОС, 1999. - 260 с.
- Sergeev V.I., Shimko T.G., Kuleshova M.L., Maximovich N.G. Ground water protection against pollution by heavy metals at waste disposal sites// Wat. Sci. Tech, 1996 - Vol. 34,-N 7-8.-P.383-387.
- Langer M. The role of geological barrier in waste disposal projects // Proceedings International Symposium on Engineering Geology and the Environment, Athens, Greece, 23-27 June 1997. - A.A.Balkema, 2001. - V.4, P. 3617-3635.
|
|
|
