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

Подождите немного. Документ загружается.

в пограничном с литосферой слое и опосредованно через него с изменением со-

стояния растительного и животного мира. Приводимые им примеры показывают,

как хромосферные вспышки на Солнце влекут за собой изменения геомагнитного

и магнитотеллурического полей, поля атмосферного электричества, которые,

в свою очередь, сопровождаются вспышками эпидемий и

эпизоотии,

набегами са-

ранчи, грызунов, других сельскохозяйственных вредителей, обострением целого

ряда болезней у людей, повышением смертности и т.д. Приводимый А.Л.Чижев-

ским перечень явлений в органическом мире Земли, поставленных в зависимость

от периодической деятельности Солнца и сопутствующих ей изменений геоэлект-

рики и геомагнетизма, весьма широкий - от величины урожая кормовых культур,

количества и качества получаемого вина до количества кальция в крови человека,

частоты психопатических эпидемий, колебания веса младенцев при рождении

и частоты преступлений.

Если внимательно проанализировать приводимые А.Л.Чижевским графиче-

ски отображенные связи заболеваемости населения с процессом пятнообразова-

ния на поверхности Солнца, можно увидеть, что выявленные максимумы проявле-

ния болезней пространственно, как правило, не совпадают с максимумами кри-

вых, характеризующих процесс пятнообразования, но соответствуют периоду спа-

да активности этого процесса, переходу к минимуму его интенсивности (рис. 36

и 37). Такой характер временного соотношения процесса солнечной активности

и аномальных проявлений в биосфере Земли конечно же не является случайным.

Он свидетельствует о том, что скорее всего не абсолютное увеличение или умень-

шение солнечной активности служит причиной наблюдаемых в биосфере ано-

мальных явлений, а именно процесс увеличения или уменьшения этой активно-

сти, т.е. фактором, аномально изменяющим жизнедеятельность биоты, является

не изменение модуля функции (в данном случае солнечной активности), а ско-

рость этого изменения, временной градиент функции.

Лабораторные эксперименты и натурные наблюдения показывают, что жи-

вые организмы и в том числе организм человека остро реагируют, как правило,

именно на "быстрое" (т.е. превышающее скорость адаптации данного организ-

ма) изменение геофизического поля вне зависимости от его природы, а не на

установившийся его уровень. Благодаря значительным адаптационным резервам

живых организмов, они способны стойко переносить существенные изменения

таких полей. Если геофизическое поле изменяется "медленно", у живых организ-

мов есть достаточный запас времени, чтобы приспособиться к этим изменениям

без наступления заметных негативных последствий. Другое дело - "быстрые"

изменения техногенных геофизических полей, не оставляющие биологическим

объектам времени для реализации приспособительных реакций. В этом случае

вполне вероятны неблагоприятные эффекты, могущие серьезным образом рас-

строить функциональный аппарат живых организмов. Примером этого может

служить реакция "метеозависимых" больных на прохождение магнитных бурь,

резкую смену атмосферного давления и многие другие известные теперь меди-

ко-биологические данные.

281

Мобильность современного образа жизни человека заставляет говорить о воз-

можных экологических последствиях не только временных, но и пространствен-

ных изменений геофизических аномалий. Прохождение магнитной бури вызывает

скоротечные (в течение нескольких часов) изменения геомагнитного поля, кото-

рые могут достигать

мЭ при фоновой величине напряженности магнитного по-

ля Земли

500-618

мЭ. В период прохождения магнитной бури величина временно-

го градиента возмущения геомагнитного поля может достигать 1-2 мЭ/ч.

Для сравнения, наибольшая величина пространственного градиента избыточ-

ного магнитного поля в районе Курской магнитной аномалии со-

ставляет 50-60 мЭ/км. При общей ширине магнитной аномальной области, при-

282

близительно равной 40 км, даже при пересечении ее на велосипеде возможно

"обеспечить" временной градиент избыточного магнитного поля около 300 мЭ/ч,

что на целых два порядка выше по значению аналогичного параметра, регистриру-

емого при прохождении магнитной бури. Аналогичные выводы можно сделать от-

носительно аномалий гравитационного поля, электрического поля в приземном

слое атмосферы и т.д.

Таким образом, при выборе количественных критериев оценки экологическо-

го проявления геофизических полей целесообразно ориентироваться на величины

изменения параметров геофизических полей во времени или в пространстве, соот-

нося с ними те фиксируемые изменения в функционировании живых организмов,

которые могут рассматриваться в качестве их реакции на вариации и аномальные

проявления геофизических полей.

8.6. Критерии оценки состояния

эколого-геологических условий,

обусловленных проявлением геофизической

экологической функции литосферы

Нормативные критерии, оценивающие медико-санитарную обстановку

по величинам воздействующих физических полей

Вопрос о критериях оценки влияния геофизических полей, за исключением

радиационного, разработан пока слабо. Для оценки их влияния обычно использу-

ют данные о воздействиях на биоту физических полей. Эти данные в принципе от-

283

ражают санитарно-гигиеническое нормирование биологического воздействия

электрических, акустических и других полей, неблагоприятно влияющих на орга-

низм человека.

Выделяются следующие предельные значения напряженности электромаг-

нитного поля в кВ/м для населения: 0,5 - в жилых зданиях; 1,0 - в пределах жилой

застройки; 10 - на пресечении

ЛЭП

с автодорогами; 15 - в пределах сельхозуго-

дий; 20 - в труднодоступной местности. С учетом частотного диапазона радио-

волн предельно допустимые уровни электромагнитного поля для населенных мест

составляют: длинные радиоволны (частота до 300 кГц, длина 10-1 км) - 20 В/м;

средние радиоволны (частота 0,3-3,0 МГц, длина

1,0-0,1

м)

-10

В/м; короткие вол-

ны (частота 3-30 МГц, длина 100-10 м) - 4 В/м; ультракороткие (частота 30-

300 МГц, длина

10-1

м) - 2 В/м. Для магнитных полей, по данным зарубежных ис-

следователей, допустимая напряженность магнитного поля, в котором может нахо-

диться человек, не должна превышать 50 000 нТл, т.е. напряженности магнитного

поля Земли.

Для вибрационных полей положение с критериями оценки их воздействия

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 вибропе-

ремещения (мм), частоты (Гц) и виброускорения (м/с

). Все эти характеристики

должны входить в состав критериев оценки. Неблагоприятное воздействие на че-

ловека оказывает вибрация с частотами 1-30 Гц

(Г.С.Вахромеев,

1995).

Как уже отмечалось, оценка действия ионизирующей радиации на живые ор-

ганизмы оценивается в греях (Гр), т.е. поглощенной дозой, либо в зивертах (Зв),

т.е. эффективной эквивалентной дозой . Однако для компонентов литосферы наи-

более часто используются внесистемные единицы - кюри (Ки), рентген (Р).

В соответствии с основными положениями законодательства Российской Фе-

дерации о статусе загрязненных территорий установлено пороговое значение

среднегодовой эффективной эквивалентной дозы облучения в 1 мЗв

(0,1

бэр - био-

логический эквивалент рентгена), которому соответствует плотность радиоактив-

ного загрязнения почвы

цезием-137

в 1 Ки/км

(разработки АН СССР для районов,

пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС, утвержденные Правительством

Российской Федерации

мая

1991

г.). Ниже этих значений уровня радиации усло-

вия проживания и трудовая деятельность населения не требуют каких-либо огра-

ничений. В пределах территорий, где плотность радиоактивного загрязнения поч-

вы

цезием-137

превышает указанный норматив, выделяются зоны отчуждения, от-

селения, проживания с правом отселения, проживания с льготным социально-эко-

номическим статусом (см. табл. 24). Как видно из этой таблицы, классы состояния

по радионуклидному загрязнению почв и пород зоны аэрации имеют достаточно

четкую количественную характеристику по ряду конкретных показателей.

* Грей (Гр) - единица поглощенной дозы ионизирующего излучения в Международной системе

единиц СИ.

1Гр

= 1 Зв = 100 Р.

284

Комплексный подход к оценке воздействия

геофизических полей на биоту

В соответствии с изложенными в главе 3 общими принципами выбора крите-

риев оценки, слабым геофизическим воздействием (первый уровень) можно счи-

тать такое воздействие, при котором изменения полей разного вида и генезиса

не выходят за рамки естественных вариаций и не приводят к заметным нарушени-

ям привычных условий существования живых организмов и человека. Такое воз-

действие не выводит состояние окружающей среды (внешней по отношению к эко-

системе) за пределы экологической нормы, а живые организмы

за пределы состо-

яния "здоровья". Массивы горных пород, которым свойственны данные особенно-

сти, находятся в удовлетворительном эколого-геологическом состоянии.

Умеренное геофизическое воздействие (второй уровень) - представляет собой

воздействие, при котором могут возникать заметные, выходящие за рамки фоно-

вых, изменения окружающей среды и условий существования живых организмов,

не требующие, однако, специальных мероприятий для устранения последствий та-

ких изменений. С санитарно-гигиенических позиций такое состояние окружа-

ющей среды оценивается как условно удовлетворительное, с экологической точки

зрения - как состояние экологического риска, где реакцию живых организмов

можно определить как "напряжение".

Сильное геофизическое воздействие (третий уровень) предполагает такое воз-

действие, при котором возникающие в окружающей среде и условиях существова-

ния живых организмов изменения требуют специальных мероприятий, направлен-

ных на предотвращение возможных негативных последствий воздействия. Состо-

яние окружающей среды в условиях сильного воздействия следует оценивать как

неудовлетворительное, или как состояние экологического кризиса, а реакцию жи-

вых организмов как "утомление".

Опасное геофизическое воздействие (четвертый уровень) - представляет со-

бой такое воздействие, при котором возможны разрушительные и катастрофиче-

ские изменения в окружающей среде, деградация и гибель представителей живот-

ного и растительного мира, появление патологических изменений в организме че-

ловека с самыми серьезными негативными последствиями вплоть до увеличения

смертности в рамках человеческой популяции. Такой уровень воздействия оцени-

вается как чрезвычайно опасный с гигиенических позиций и как экологическое

бедствие, если проводить оценку состояния окружающей среды в приложении

к широкому спектру природных и природно-технических систем.

В качестве граничных значений при разделении уровня геофизического воз-

действия или эколого-геофизического состояния окружающей среды, в том числе

и литосферы, по указанным четырем уровням выбираются количественные пока-

затели, определяемые на основе данных экспериментальных медико-биологиче-

ских исследований, действующих в настоящий момент времени санитарно-гигие-

нических и технических нормативных документов и т.п. Эти показатели должны

отвечать определенному состоянию среды, совокупности условий существования

живых организмов и, в первую очередь, условий жизнедеятельности людей.

285

Примером алгоритма выбора такого рода показателей может служить разделе-

ние по уровню шумового загрязнения, вызываемого воздействием техногенного

акустического (звукового) поля. Так, интервал изменения уровня шума (звука) от О

до 35 дБ* соответствует слабому воздействию (экологической норме, малоопасно-

му состоянию окружающей среды), интервал от 35 до 80 дБ - умеренному воздей-

ствию (состояние экологического риска или умеренной опасности), интервал от 80

до 120 дБ - сильному воздействию (состояние экологического кризиса или опас-

ное) и, наконец, интервал за пределами 120 дБ отвечает опасному воздействию,

при котором состояние окружающей среды и условия существования живых орга-

низмов и человека расцениваются как чрезвычайно опасное, или как ситуация эко-

логического бедствия.

Указанные граничные количественные величины выбраны не случайно. Так,

уровень звука 30-35 дБ соответствует, с одной стороны, максимальной величине

регистрируемого шумового фона, а с другой, - наиболее жесткой санитарной нор-

ме, предусмотренной для дошкольных, лечебных и санаторных учреждений. Ин-

тервал изменения уровня звука от 35 до 80 дБ перекрывает весь диапазон санитар-

ных норм - от норм для жилых помещений до норм для производственных поме-

щений, включая помещения "шумных" предприятий. Продолжительное шумовое

воздействие при уровне звука от 80 до 120 дБ приводит к появлению негативных

изменений в слуховом аппарате человека, а за пределами

120

дБ - к частичной или

полной потере слуха. Подобным же образом могут быть выбраны граничные зна-

чения и для других видов физического воздействия.

Как показывает приведенный пример, выбор оценочных показателей не пред-

ставляет особо сложную задачу, поскольку существует большое число общегосу-

дарственных и ведомственных нормативных документов, регламентирующих

энергетическое "общение" с окружающей природной средой, опирающихся на ре-

зультаты многочисленных медико-биологических экспериментальных исследова-

ний. Легко, например, подобрать граничные количественные оценки для поля

ионизирующего излучения (радиоактивности), если поставить во главу угла симп-

томатику лучевой болезни. Так, при поглощенных дозах, меньших 0,25 Гр, или

0,25 Зв (25 Р), никакие современные методы обследования не дают возможности

обнаружить изменения в состоянии здоровья человека, причинно обусловленные

воздействием ионизирующего облучения. Симптомы лучевой болезни начинают

проявляться при облучении дозами свыше 1 Гр (100 Р), а тяжелая форма лучевой

болезни - при дозах свыше 4 Гр (400 Р). В силу этого величины поглощенной до-

зы в 0,25; 1,0 и 4,0 Гр могут рассматриваться как границы интервалов слабого

(до 0,25 Гр), умеренного (от 0,25 до 1,0 Гр), сильного (от 1,0 до 4,0 Гр) и опасного

(свыше 4,0 Гр) воздействия ионизирующего излучения. По всей вероятности,

именно такой путь был выбран составителями "Карты радиоактивного загрязне-

* Относительная единица измерения уровня хвука дБ (децибел) показывает, насколько измерен-

ная сила звука превышает звуковое давление на пороге слышимости человеческого уха (2 •

10"

Па).

Возрастание уровня звука на 20 дБ соответствует увеличению силы звука на порядок (в

раз).

286

ния местности

(цезием-137)"

масштаба 1 200 000, изданной по заказу Госкомчер-

нобыля РФ в

1991

г. Составители выделили четыре уровня (см. табл. 24) радиоак-

тивного загрязнения (воздействия), которые могут быть сопоставлены с предлага-

емыми нами уровнями физического воздействия. Так, выделенная составителями

карты "зона отчуждения" может соответствовать опасному уровню воздействия,

"зона отселения" - сильному воздействию, "зона проживания с правом на отселе-

ние" - умеренному и "зона проживания с льготным социально-экономическим

статусом" - слабому физическому (в данном случае - радиационному) воздей-

ствию. В основу зонирования территории составителями была положена, с одной

стороны, величина возможной среднегодовой эффективности эквивалентной дозы

облучения, а, с другой стороны, - плотность радиоактивного загрязнения местнос-

ти тем или иным "чернобыльским" радионуклидом

(цезий-137,

стронций-90, плу-

тоний-239 и т.д.).

Выбранные оценочные критерии базируются исключительно на реакции ор-

ганизма на воздействие ионизирующего излучения. Вместе с тем каждому из вы-

деленных интервалов соответствует вполне определенный радиационный фон, ко-

торый также может быть количественно оценен, но уже в соответствующих едини-

цах и для соответствующего источника ионизирующего излучения.

Подчеркнем, что четырехуровневая система комплексной оценки эколого-гео-

физического состояния литосферы может служить хорошей основой для эколого-

геофизического картографирования как способа графического отображения гео-

физических факторов, влияющих на формирование экологической обстановки.

В таком контексте эколого-геофизическая карта представляет собой модель реаль-

ной эколого-геологической обстановки, несущей информацию о воздействии гео-

физических полей различного генезиса на живые организмы и, в первую очередь,

на организм человека. Конечной целью эколого-геофизического картографирова-

ния является представление графического документа, содержащего информацию

о характере и уровне воздействия естественных и техногенных физических полей

на биоту и в том числе на организм человека с определением возможных послед-

ствий этого воздействия.

Литература

Биологическое действие электромагнитных полей. -

М.:

Наука, 1984. — 326 с.

Вахромеев

Г.С. Экологическая геофизика. Иркутск: ИрГТУ, 1995. - 216 с.

Геопатогенные зоны - миф или реальность? / Е.К.Мельников, Ю.И.Мусийчук,

А.И.Потифоров и др. - СПб: Недра, 1993. - 52 с.

Дубров А.П. Земное излучение и здоровье человека

(геопатия

и здоровье человека). -

М.: АиФ,

1993.-64

с.

Летников Ф.А. Синергетика среды обитания человека // Земля и Вселенная, 1998. -

№5.-С.17-25.

Мизун Ю.Г. Биопатогенные зоны - угроза заболевания. М.: НПЦ... Экология и здоро-

вье...,

1993.-192

с.

287

Теоретические основы инженерной геологии. Физико-химические основы. — М.: Нед-

ра, 1985.-288 с.

Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере: миграция и биологическое дей-

ствие на популяции и биогеоценозы / Р.М Алексахин, Н.П.Архипов, Р.М.Бархударов и др. -

М.:

Наука,

1990.-368

с.

Экологическая геофизика и геохимия. - М. - Дубна: ВНИИГеосистем, 1998. - 252 с.

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

ун-та, 2000. - 432 с.

Электромагнитное поле в биосфере. Т.1 Электромагнитные поля в атмосфере Земли

и их биологическое значение. - М.: Наука, 1984. - 375 с; Т. И. Биологическое действие элек-

тромагнитных полей. - М.: Наука, 1984. -

316

с.

ГЛАВА 9

ЛИТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ИХ РОЛЬ

В ПРЕОБРАЗОВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

ЛИТОСФЕРЫ*

9.1. Литотехнические системы

как результат взаимодействия

природных геологических и технических объектов

Современные особенности экологических функций и свойств литосферы -

продукт ее эволюционного природного геологического развития и техногенеза.

Именно последний фактор - техногенез - обусловил преобразование многих со-

ставляющих экологических функций литосферы, главным образом, в негативном

направлении. Хорошо известно, что любой технический объект может выполнять

свои функции только в сочетании с природным геологическим телом, на котором

или в котором он размещен. Совместное рассмотрение природных и технических

объектов - единственный путь к оценке последствий техногенного воздействия на

экосистему и человека. В наиболее емком и концентрированном виде такое взаи-

модействие отражают литотехнические либо природно-технические системы, ес-

ли природный компонент системы включает в себя все абиотические геосферные

оболочки Земли, а не только литосферу.

Под

литотехнической системой в общем

виде следует понимать

любую

комбинацию из технического устройства и лито-

сферного блока любой размерности, элементы которой взаимодействуют друг

с другом и объединяются единством выполняемой социально-экономической

функции.

Это - новые искусственно-естественные образования. В инженерной

геологии они изучаются с целью обеспечения устойчивого функционирования ин-

женерных сооружений, инженерно-хозяйственной деятельности человека, а в эко-

логической геологии - как компонент эколого-геологической системы, определя-

ющий характер и интенсивность

воздействия

на

биоту.

Решение таких задач требует специального подхода к рассмотрению литотехни-

ческой системы как системного единства технических объектов и геологических тел.

Главное с

эколого-геологичесшх

позиций - создание литотехнической систе-

мы приводит к изменению типа эколого-геологической системы: начинает функ-

ционировать природно-техническая

эколого-геологическая

система реальная. За-

кономерности ее развития и, естественно, трансформации экологических функ-

ций принципиально иные по сравнению с природной эколого-геологической сис-

темой реальной.

* Глава составлена при участии Т.И.Аверкиной.

289

Литотехнические системы характеризуются определенными пространствен-

ными и временными границами, структурой, свойствами и состоянием. Каждый

из этих параметров рассматривается с точки зрения эколого-геологических осо-

бенностей

литотехнических

систем и в конечном итоге служит для оценки эколо-

гических последствий их функционирования.

Пространственный контур литотехнической системы с экологических пози-

ций должен проводиться по внешней границе зоны ее экологического влияния.

Эта зона охватывает всю территорию, в пределах которой под влиянием прямых

и косвенных техногенных воздействий происходят существенные изменения всех

или некоторых ее элементов, имеющих экологическое значение. Ореол такого вли-

яния обычно характеризуется показателями, отражающими размеры и форму пло-

щадей техногенных изменений: деформированных, заболоченных, засоленных

или подтопленных земель, химического загрязнения, влияния теплового воздей-

ствия сооружений, химического или радиоактивного воздействия при миграции

компонентов от источника диффузионным или фильтрационным путем и т.д. Если

объект оказывает комплексное воздействие на среду, граница должна проводиться

по совокупному ореолу техногенных изменений экологически существенных

свойств литосферы.

Граница литотехнических систем, проводимая с эколого-геологических пози-

ций, в некоторых случаях совпадает с границей "сферы взаимодействия" в инже-

нерно-геологическом понимании, но в большинстве ситуаций не совпадает и окон-

туривает существенно большую площадь.

Используются понятия о границах зон актуального и потенциального влияния

литотехнических

систем. Для установления первой из них рационально ориенти-

роваться на биологические индикаторы: угнетение растительности, исчезновение

каких-либо видов животных и т.д.

При рассмотрении временных границ литотехнической системы началом ее

формирования обычно принимают начало строительства или какой-либо иной хо-

зяйственной деятельности. Конечной временной границей можно считать момент

ликвидации технического объекта, например, здания. Окончание эксплуатации

карьера означает прекращение деятельности системы "карьер - массив горных по-

род", но является началом функционирования новой системы "рекультивирован-

ный карьер - массив горных пород". Некоторые технические объекты (например,

полигоны бытовых и промышленных отходов) подлежат не ликвидации, а консер-

вации. Время их "закрытия" нельзя считать конечным рубежом деятельности ли-

тотехнической системы, так как с ним не исчезают химический, биологический и

тепловой эффекты. В этой ситуации за конечную временную границу литотехни-

ческой системы следует принимать время прекращения этих техногенных (точнее

- посттехногенных) воздействий. Определить это время не всегда просто даже для

локальных систем. Задача тем более усложняется, когда речь идет о региональных

литотехнических системах, которые, по выражению Г.К.Бондарика, в масштабах

времени человеческого общества существуют "вечно".

290