Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология

Подождите немного. Документ загружается.

те коренной растительности сукцессионных рядов вторичной растительности, со-

ответствующих изменению режима влагообеспеченности (иссушению, обводне-

нию, вторичному засолению почв и т.п.); преобладание вторичной растительно-

сти; уменьшение биоразнообразия до 25% от нормы; проективное покрытие рас-

тительности может уменьшиться до 10% от нормы. Снижение плодородия почв

(25-65% от потенциального) приводит к сильному снижению продуктивности и

устойчивости экосистем, ведущих к труднообратимым нарушениям. Уровень ак-

тивной микробной биомассы снижается в

10-50

раз. Изменения естественной рас-

тительности экосистемы носят необратимый характер. Они могут выразиться

в сведении лесов; развитии злаковых разнотравных лугов на месте экосистем ши-

роколиственных лесов; нагорно-ксерофитной фриганоидного типа растительно-

сти (низкорослые кустарники, полукустарники и многолетние травы) на месте

сведенных древесно-кустарниковых формаций; в смене растительности луговых

сообществ полупустынными (полынь, солянки) и т.п. На грани уничтожения мно-

гие виды растений.

К зоне экологического бедствия, с которой, как правило, связан класс катаст-

рофического состояния литосферы, относятся территории, на которых наблюда-

ются практически необратимые нарушения экосистем: уменьшение проективного

покрытия растительности более 50% от нормы; уменьшение обилия вторичных

видов, практически полное отсутствие полезных растений; сильное снижение

плодородия почв из-за весьма сильной их смытости, значительного снижения со-

держания гумуса. Для природных растительных экосистем катастрофические по-

следствия имеет замещение их агроэкосистемами, производственными комплек-

сами, поселками.

Социально-экономические критерии оценки воздействия

геологических процессов

Воздействие геологических и других природных и техногенных процессов

на экосистему и человека может быть оценено в денежной форме. В этом случае

используют экономические критерии оценки воздействия опасных и неблагопри-

ятных процессов, основным параметром которых является причиненный матери-

альный ущерб. Другой экономический параметр, определяющий суммарный риск

как вероятный экономический ущерб (в миллионах рублей на гектар в год), пред-

ложен А.Л.Рагозиным.

Экономический ущерб может быть прямым и косвенным. Прямой экономиче-

ский ущерб рассчитывается через "цену жизни", стоимость содержания инвали-

дов и восстановительных работ. Н.А.Алексеев для среднего жителя СССР на сере-

дину 80-х годов определил "цену жизни" в 350 тыс. руб., а среднюю по миру -

120

тыс. дол. США.

Косвенный экономический ущерб определяется стоимостью недополученной

продукции разрушенных предприятий, снижением качества продукции смежни-

ков, вынужденных использовать иные варианты снабжения и транспорта и т.д.

201

Предлагаемые классификации по оценке материального ущерба от воздей-

ствия опасных и неблагоприятных процессов часто являются несопоставимыми.

Они оценивают степень опасности либо в рублях без указания курса конвертации

валюты, либо в долларах США без учета развития уровня экономики России. С на-

шей точки зрения, наиболее обоснованным является подсчет ущерба, измеряемый

размером минимальной оплаты труда. Основываясь на рекомендациях Министер-

ства по делам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций Российской Феде-

рации и учитывая разработанные классы состояния экосистем, нормой предлага-

ется считать такое проявление опасных и неблагоприятных процессов, когда мате-

риальный ущерб не превышает 1 тыс. минимальных размеров оплаты труда, рис-

ком - от 1 до 500 тыс., кризисом - от 0,5 до 5 млн, бедствием - свыше 5 млн мини-

мальных размеров оплаты труда (см. табл. 43).

Рассмотренные подходы отражают экономические приоритеты в определении

ущерба. С экологических позиций они представляются недостаточно корректны-

ми. Вероятно надо определять не "цену жизни", а затраты на природоохранные

и инженерные мероприятия, обеспечивающие сохранение этих "жизней" и доста-

точно

комфортные условия проживания населения. Сказанное в первую очередь

относится к территориям городских агломераций и промышленных районов,

т.е. к территориям с высокой концентрацией населения. Наряду с ними экономи-

ческий критерий оценки может быть использован и для оценки затрат на поддер-

жание нормального функционирования экосистемы территорий сельскохозяй-

ственного использования. В настоящее время стройной и унифицированной схемы

таких оценок не существует. Экономический анализ сводится к оценке затрат

на конкретные мероприятия и то на базе реальных финансовых возможностей, зача-

стую не обеспечивающих желаемого природоохранного эффекта. Это и является не-

гативной стороной экономического критерия оценки с экологических позиций.

Социальные критерии оценки воздействия геологических процессов (страхо-

вания) прежде всего на человека также вошли в практику. Страхование от опасных

природных процессов базируется на статистике о человеческих жертвах и методах

расчета прямого и косвенного ущерба. В нашей стране только сейчас разрабатыва-

ется информационная система страхования от опасных природных процессов

и социальные критерии оценки состояния экосистем от воздействия опасных гео-

логических процессов.

При использовании экономических и, особенно, социальных критериев оценки

роль геологов определяется необходимостью разработки геологического обоснова-

ния и прогноза тех или иных геологических процессов на изучаемой территории.

Предложенные критерии, характеристики и оценки классов состояния эколо-

го-геологических условий литосферы по особенностям проявления геодинамиче-

ской функции из-за отсутствия нормативных документов могут рассматриваться

как рекомендательные, требующие, однако, доработки и уточнения. Биотические

же критерии могут служить сигналом начала негативных изменений определен-

ных компонентов литосферы, требующих от человека незамедлительной оценки

и прогноза экологических последствий этих изменений и принятия управляющих

202

решений по регламентации хозяйственного использования территории или управ-

лению динамикой геологических процессов.

Литература

Гальперин A.M., Ферстер В., Шеф Х.-Ю. Техогенные массивы и охрана окружающей

среды. -

М.:

Изд-во Моск. горного ин-та, 1997. - 534 с.

Голубев Г.Н. Геоэкология. -

М:

ГЕОС, 1999. - 338 с.

Горшков СП. Концептуальные основы геоэкологии. - Смоленск: Изд-во Смоленского

ун-та, 1998.-448 с.

Мягков СМ. География природного риска. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. - 224 с.

Опасные экзогенные процессы / Под ред. В.И.Осипова. - М.: ГЕОС, 1999. - 289 с.

Оценка последствий чрезвычайных ситуаций / Г.Л.Кофф, А.А.Гусев, Ю.Л.Воробьев

и др. - М.: РЭФИА, 1997. - 364 с.

Природные опасности России / Под общей ред. В.И.Осипова, С.К.Шойгу. Том "Гео-

криологические опасности". - М.: КРУК, 2000. -

315

с.

Теория и методология экологической геологии / Под ред. В.Т.Трофимова. - М.: Изд-во

Моск. ун-та, 1997. - 368 с.

Экология, охрана природы и экологическая безопасность / Под ред.

В.И.Данилова-Да-

нильяна. Том 1 и 2. - М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. - 727 с.

Экологические функции литосферы / Под ред. В.Т.Трофимова. - М.: Изд-во Моск.

ун-та, 2000. - 432.С.

ГЛАВА 7

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ЛИТОСФЕРЫ

7.1. Определение, значение и структура

геохимической экологической функции литосферы*

Под геохимической экологической функцией литосферы понимается функция,

отражающая свойство геохимических полей (неоднородностей) литосферы

природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты в целом

и человеческое сообщество в частности. Объектом исследований при таком под-

ходе являются вещественный, химический состав компонентов литосферы (гор-

ные породы, минералы, донные осадки, почвы, подземные воды, нефть, газы)

и формируемые ими поля природного, природно-техногенного или техногенного

происхождения. В качестве предмета исследований рассматривается система зна-

ний о геохимических полях различного генезиса и их воздействие на живые орга-

низмы, а в общем виде - знания о геохимической экологической функции и геохи-

мических свойствах литосферы.

Основной отличительной особенностью геохимической экологической функ-

ции литосферы является ее медико-санитарная ориентированность. В силу этого

в сферу ее изучения попадают преимущественно те геохимические неоднородно-

сти, которые представляют потенциальную опасность или, наоборот, обеспечива-

ют наибольшую комфортабельность состояния и жизнедеятельности биоты, в том

числе и человека как биологического вида. По сути именно этим определяется и

круг решаемых в рамках изучения этой функции литосферы задач (см. табл. 5).

Функциональными территориальными (точнее объемными) единицами эко-

лого-геохимических исследований являются геохимические зоны *, геохимиче-

ские провинции и геохимические аномалии , которые могут быть объедине-

ны под общим названием "геохимические неоднородности литосферы". Такая их

* Глава составлена при участии Т.А.Барабошкиной.

** Под геохимическим полем мы понимаем геохимически однородную область, связанную

большим пространственным накоплением какой-либо группы или ассоциации элементов.

*** Зона геохимическая (по А.Е.Ферсману) - широтная климатическая (ландшафтная) зона со

всей совокупностью вызванных ею специфических особенностей в миграции элементов почвенного

покрова и биосферы.

**** Провинция геохимическая (по А.Е.Ферсману) - геохимически однородная область, характе-

ризующаяся определенными ассоциациями элементов.

***** Геохимические аномалии - участки территории, в пределах которых хотя бы в одном из слага-

ющих его природных тел статистические параметры распределения химических элементов отлича-

ются от геохимического фона. Геохимический фон - средняя величина природной вариации содер-

жаний химических элементов.

204

иерархия позволяет проводить исследование и описание геохимических свойств

литосферы на планетарном (зоны), региональном (провинции) и локальном (ано-

малии) уровнях. Сказанное в полной мере относится и к биогеохимическим зонам,

провинциям и аномалиям, которые приходится изучать при исследовании геохи-

мической экологической функции литосферы.

Геохимические неоднородности литосферы могут быть обусловлены как по-

вышенным, так и пониженнвш содержанием элементов по сравнению с фоновым.

В зависимости от депонирующей среды выделяются следующие геохимические

неоднородности: литохимические, обусловленные составом горных пород, почв,

донных осадков, техногенных грунтов; гидрохимические - подземных вод; атмо-

химические -газовым составом почв, горных пород, подземных вод; сноухимиче-

ские - снегового покрова; биохимические - биоты.

По генезису среди геохимических неоднородностей литосферы следует выде-

лять: природные (естественно-исторические), сформировавшиеся в ходе геологи-

ческой жизни планеты; природно-техногенные (новообразованные), формирова-

ние которых произошло в эпоху техногенеза вследствие использования высокоот-

ходных технологий при низком уровне внедрения средозащитных мероприятий.

Если рассматривать их во временном аспекте, то к наиболее стабильным мож-

но отнести природные литогеохимические аномалии, провинции и зоны. Прочие

типы геохимических неоднородностей имеют значительные вариации состава

во времени, зависящие от комплекса физико-химических, биогеохимических, гео-

динамических, техногенных условий.

Структура геохимической экологической функции литосферы, вытекающая

из этих позиций, показана на рис. 3. Включение в нее биогеохимической составля-

ющей может вызвать возражения. В связи с этим следует напомнить, что биогео-

химические функциональные единицы обусловлены геохимическими свойствами

литосферы, но носителями элементов являются растения. Поэтому с рассматрива-

емых нами позиций, включение биогеохимических неоднородностей в структуру

эколого-геохимических исследований представляется не только оправданным,

но и необходимым.

Выделение в структуре рассматриваемой функции природных и техногенных

геохимических неоднородностей связано с различной дифференциацией элемен-

тов по профилю в природных и природно-техногенных системах. Это проиллюст-

рируем примером распределения олова по разрезу (рис. 24) в районе разведки и эк-

сплуатации дальневосточных оловянных месторождений. Как видно из приводи-

мых эпюр, природная геохимическая аномалия в почвах, сформированная над руд-

ным телом, менее интенсивна, чем природно-техногенная. В природной аномалии

концентрация олова минимальна в приповерхностном горизонте и достигает мак-

симальных величин в нижней части профиля, приуроченного к коренным поро-

дам. Анализ распределения олова вниз по профилю в районе автодороги и вблизи

хвостохранилища (природно-техногенная аномалия) показывает более высокое

содержание олова в верхней части разреза по сравнению с природной аномалией,

что обусловлено интенсивным поступлением элемента аэральным и аквальным

205

путем с техногенных объектов. Это

общая картина для всех природных

и природно-техногенных аномалий.

Отмеченные особенности диф-

ференциации элементов в различ-

ных генетических типах геохимиче-

ских неоднородностей следует учи-

тывать для правильной выработки

экологической политики в регионах.

Так, литогеохимические аномалии

техногенного генезиса в отличие от

природных имеют приповерхност-

ный характер распределения эле-

ментов по профилю и могут быть

в значительной степени нивелиро-

ваны за счет использования различ-

ных методов очистки геологической

среды от загрязнения.

Подчеркнем, что при эколого-

геохимических исследованиях чрез-

вычайно важным являются выявле-

ние и вычленение путей воздействия химических элементов литосферы на биоту

и человека, в первую очередь на состояние его здоровья. Обзор публикаций позво-

ляет выделить три основных пути такого воздействия:

воздушный - через попадание токсикантов в виде газа или аэрозолей в орга-

низм человека;

водный - через подземные воды, употребляемые для питьевого водоснабжения;

пищевой - через трофическую цепь от загрязненных растений к животным

и человеку (рис. 25).

В реальной жизни они чаще всего проявляются совместно или в парных ком-

бинациях, усугубляя негативное воздействие на население, проживающее в зоне

воздействия геохимических факторов. При этом следует учитывать, что принятие

радикальных природоохранных мер не может основываться только на интеграль-

ной оценке загрязнения местности через медико-статистические показатели (забо-

леваемость, смертность населения и т.д.), а потребует установления среды и источ-

ников загрязнения и путей попадания токсикантов в организм человека. Решение

этой проблемы - задача довольно сложная и требует разработки определенных ме-

тодических подходов и очередности анализа всех компонентов литосферы. В осно-

ву такого анализа может быть положена схема, изображенная на рис. 25. Она по-

зволяет оценить очередность и последовательность исследования разных путей

попадания токсикантов в организм человека и определить связанные с ними ком-

поненты литосферы (депонирующие токсиканты среды). Нетрудно заметить, что

на этом рисунке четко обособились изучаемые системы, отличающиеся набором

206

подсистемных элементов, коррели-

рующих с определенными типами

геохимических неоднородностей -

литохимическим, гидрохимиче-

ским, атмохимическим и биохими-

ческим.

Сноухимические аномалии по

существу отражают эколого-геохи-

мическое состояние атмосферы,

суммируя воздействие природных

атмогеохимических (дыхание Зем-

ли), природно-техногенных атмогео-

химических (газовые новообразова-

ния в горных выработках и пр.) и

техногенных факторов (выбросы

предприятий и др.) и характеризуют

динамику геохимической экологи-

ческой функции литосферы во вре-

мени. Снеговой покров отражает

контуры аэрогенного загрязнения на

период его образования и позволяет

судить о динамике происходящих

процессов. В период снеготаяния,

находящиеся в нем водораствори-

мые токсиканты мигрируют в повер-

хностные воды, донные осадки и почвы. Ареал их распространения значительно

превышает контуры сноухимической аномалии. Ориентировочная шкала оценки

аэрогенных очагов загрязнения приведена в табл. 44.

Системы литосфера (газы)-биота (человек) и литосфера (подземные

воды)-

биота (человек) достаточно просты для изучения. Их абиотическая составляющая

представлена одним из компонентов литосферы, хорошо изученным и оценива-

емым по нормированным количественным показателям (ПДК, ПДС, фон, кларк).

Здесь все проблемы в ранжировании этих показателей (критериев оценки) на клас-

сы состояний, увязанных с состоянием экосистемы в целом и здоровьем человека.

Система, анализируемая при "пищевом варианте" попадания поллютантов че-

ловеку, достаточно сложная и нуждается в ряде пояснений по выделяемым в ее со-

ставе элементам. По своей сути она наиболее полно отражает единство геохимиче-

ской среды и жизни, которое сформировалось в процессе естественно-историче-

ской эволюции экосферы Земли, и через подвижные формы элементов проявляет-

ся во всех звеньях цепочки "горные породы-подземные воды-газы-почвы-расте-

ния-животные-человек". Здесь минеральное вещество литосферы (горные поро-

ды, минералы) выступает в качестве минерального ресурса, депо накопления

определенных минералов, необходимых для развития биоты (микроорганизмов,

207

лишайников, растений). Оно включает в себя и элементы, токсичные по отноше-

нию к живым организмам. Подземные воды - жизненно важная составляющая

компонента литосферы, способствующая вовлечению водорастворимых элемен-

тов литосферы в биогеохимические взаимодействия, формированию обменных

комплексных соединений, доступных для усвоения растениями.

Особое место на пути поступления вещества литосферы к растениям занима-

ет почва, которую по генезису можно рассматривать как континентальную биоген-

но-минеральную породу. Благодаря комплексу биогеохимических, физико-хими-

ческих процессов, в почвенном слое, согласно Б.Б.Полынову

(1994),

вещество ли-

тосферы переходит в более активное состояние в результате резкого увеличения

(в десятки тысяч раз) общей активной поверхности тонкодисперсной части почв

по сравнению с субстратом, особенно монолитной горной породы. Биогеохимиче-

скими агентами преобразования вещества литосферы являются высокомолекуляр-

208

ные органические кислоты (гуминовые и фульвокислоты), биогенная сода, био-

генные щелочи, биогенные газы, продукты жизнедеятельности микроорганиз-

мов, низкомолекулярные органические кислоты - муравьиная, уксусная, масля-

ная, молочная, щавелевая, винная и др. Органические кислоты способны к обра-

зованию комплексных соединений - хелатов, что повышает возможность орга-

низмов усваивать элементы минерального питания, законсервированные в крис-

таллической решетке.

Благодаря биогеохимическому преобразованию, вещество литосферы в поч-

венном слое становится доступным для растений и включается в трофическую

цепь. Уникальность почвы, как пишет Г.В.Добровольский (1990), состоит в том,

что она является:

продуктом биогеохимического развития литосферы (в силу геохимической

открытости системы);

средой минерального питания растений, литобионтов и областью преобразо-

вания физико-химических форм миграции вещества литосферы в биогенную;

средой, выполняющей роль буфера в системе "литосфера-биота" и "литотех-

ническая система-биота".

Таким образом, почва - это зеркальное отображение комплексного воздействия

на литосферу биогеохимических, физико-химических, климатических факторов.

Миграционная способность элементов в породах и почвах рассмотрена в тру-

дах М.А.Глазовской (1992), А.И.Перельмана (1978), H.J.M.Bowena (1989) и др.

Остановимся на некоторых моментах, наиболее объективно отражающих

связь в системе "литосфера-растения". Согласно статистической обработке экспе-

риментальных данных, подвижность металлов в почвах и их количество в расти-

тельной массе находится в тесной связи с содержанием органического углерода,

значениями рН и гранулометрическим составом. Менее резко проявляется влия-

ние карбонатов кальция и емкости поглощения, хотя тенденция связи содержания

подвижных форм металлов в почве с накоплением их в фитомассе сохраняется.

Почва и растительный покров - это тесно взаимосвязанные блоки единой биогео-

ценотической системы; перераспределение элементов в этой системе наглядно от-

ражают геохимические показатели.

Учитывая тот факт, что приповерхностная часть литосферы является непо-

средственной областью минерального питания растений, их наиболее целесооб-

разно использовать в качестве биологических датчиков, отражающих эколо-

го-геохимическое благополучие территории. Растительный блок изучается с це-

лью определения количественного состава химических элементов, для контроля

интенсивности поступления микроэлементов в трофическую цепь. Микроорга-

низмы являются биосубстратом, наиболее чутко реагирующим на малейшие из-

менения геохимической среды, что жизненно важно контролировать в техноген-

ных районах.

7.2. Природные геохимические поля и аномалии

Литогеохимические

поля и аномалии

Природные литогеохимические аномалии обусловлены геолого-структурны-

ми особенностями района, его металлогенией, литогеохимической специализа-

цией горных пород, литолого-минералогическими особенностями, а также физи-

ко-химическими условиями миграции элементов и их комплексных соединений.

Выполненное эколого-геохимическое районирование территории России с точки

зрения потенциальной угрозы всему живому, исходящему от природных геологи-

ческих тел, позволило оценить только 30% ее территории как потенциально эколо-

гически безопасную. Согласно

В.С.Певзнеру

с соавторами (1997), наибольшую

угрозу несут образования пермского, мелового и палеогенового возраста, районы

автономной активизации и молодые

депрессионные

структуры, прозрачные гео-

химические зоны , где наряду с ведущими элементами геохимических ассоциаций

постоянно наблюдаются элементы и группы элементов, не соответствующие лито-

логическому и формационному составам изученных геологических тел. Они были

названы "нехарактерными элементами". К нетипичным элементам обычно при-

надлежат Bi, As, Sb, Hg,

Sn,

иногда W, Be, Li, F. Их можно рассматривать в качестве

прямых свидетелей открытости геологической системы. Существует определен-

ная связь состава "нехарактерных" элементов с типом геохимического поля. Так,

литофильный тип сопровождают группы таких "нехарактерных" элементов, как

Be,

или Li, F, Hg, U (или F, U, Li, Th), халькофильный тип - чаще As, Se, Bi, xa-

льколитофильный

тип

- Se, W, Hg, Pb,

халькосидерофильный

тип

или Ga, Ge,

As, Bi (Hg) и т.п.

В пределах Восточно-Европейской платформы прозрачные геохимические зо-

ны преимущественно совпадают с авлакогенами. На Сибирской платформе такие

зоны не имеют четкой приуроченности к древним структурам, но совпадают с глу-

бинными сейсмоактивными зонами и пересекают узел глубинного тепломассопе-

реноса. Для геохимического поля разновозрастных образований Северо-Востока

России характерно наличие потенциально-подвижных As, Bi, Pb, Hg, Cd. Сходная

картина наблюдается в Забайкалье.

Данные, накопленные в геологической (А.П.Виноградов, В.В.Ковальский,

Ю.Н.Ермаков, В.В.Иванов и др), медицинской (А.П.Авцын, М.А.Риш и др.), био-

логической (G.Griffith, Е.В.Ротшилд) литературе, говорят о том, что состояние

биоса в целом определяет геохимический тип разреза. Так, в пределах развития

красноцветных терригенных отложений среднего-верхнего девона, как и подсти-

* Прозрачные геохимические зоны - зоны и районы, внутри которых весь разрез, независимо

от литологического состава и возраста пород, характеризует тенденция к концентрированию одной

и той же группы химических элементов. Например, Бельско-Нахимовская зона с тенденцией к кон-

центрации экологически опасных ассоциаций, представленных Bi,W,Be, U; Кажемская зона - Hg, В,

Li; Ладожско-Ботническая зона - Pb, W, Си,

Мо;

Среднерусская зона - Hg, Bi, В и др.

(В.С.Певзнер

др.,

1997).

210