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

Подождите немного. Документ загружается.

динамических критериев оценки. Здесь важно подчеркнуть, что единого инте-

грального показателя состояния экосистемы в настоящее время нет, однако число

наиболее представительных показателей может быть сведено к оптимальному ми-

нимуму. Оценка экологического состояния территории должна включать интегра-

льную морфологическую оценку состояния экосистемы с расшифровкой ее через

характеристику состояния геосфер (среды обитания). Только такая комплексная

оценка даст представление не только о современном состоянии экосистемы, но и

его причинах с учетом влияния природных аномалий и техногенеза.

3.2. Категориальные основы оценки состояния

эколого-геологических

условий

Вопрос о критериях оценки экологических функций литосферы, выделении

различных категорий ее состояния относится к важнейшим теоретическим и мето-

дическим положениям экологической геологии. Не останавливаясь здесь на об-

щих вопросах, связанных с выбором критериев оценки экологического состояния

компонентов литосферы и взаимодействующей с ней биоты (они приведены ниже

применительно к каждой экологической функции литосферы), отметим главное

с рассматриваемых нами позиций: все критерии оценки должны быть органиче-

ски связаны с экологическими особенностями литосферы и учитывать соответ-

ствующие функциональные зависимости между ее компонентами и

биотой.

Состояние живых организмов и влияние на них факторов внешней среды оце-

нивается, как известно, исключительно по реакции организмов непосредственно

на воздействие, а также в период последействия. Практически всякое отклонение

от нормы в окружающих условиях, в которых существует живой организм, может

повлечь за собой опасность возникновения вредных последствий. И чем значи-

тельнее отклонение, тем выше вероятность наступления этих последствий и тем

они серьезнее. В полной мере это относится и к человеческому организму.

В свою очередь, реакция экосистем любого ранга зависит от того, в какой мере

экологическое состояние литосферы адекватно условиям гомеостаза* (или гомео-

стазиса) рассматриваемой системы. Последний предполагает сохранение устой-

чивости экосистемы в условиях воздействия ряда факторов. При этом воздействие

каждого фактора или их совокупности может быть оценено как минимальное, ко-

гда оно не вызывает реакции (возмущения) экосистемы, и максимальное, послед-

ствиями которого может быть деградация экосистемы в целом или отдельных ее

компонентов или даже гибель экосистемы и переход ее в новое качество, по сути

дела в новую экосистему. Диапазон между минимальным и максимальным уров-

нем воздействия факторов представляет собой "предел толерантности" экосисте-

* Гомеостаз - относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней

структуры экосистемы (организма) и ее устойчивость по отношению к внешним воздействиям.

мы, т.е. тот диапазон изменения уровня воздействия, в пределах которого система

способна за счет своих адаптационных возможностей противостоять изменяюще-

му ее внутреннее состояние воздействию.

Биолого-медицинская оценка реакции организма человека на изменение внеш-

них условий постулирует, что при минимальных, не выходящих за фоновый уро-

вень, изменениях (минимальное воздействие факторов) можно характеризовать

состояние организма как здоровое, при максимальном воздействии факторов, из-

меняющих условия существования, это состояние оценивается как болезненное

(или патология). Весь промежуток между указанными двумя пределами делится

на два интервала, определяемые как "напряжение" и "утомление".

Напряжение характеризует стадию мобилизации регуляторных и гомеостати-

ческих механизмов живого организма (экосистемы), обеспечивающих его суще-

ствование. Когда мобилизованные, в том числе и энергетические, ресурсы оказы-

ваются уже не в состоянии обеспечить существование живого организма или эко-

системы на "заданном" природой уровне, наступает утомление - обратимое состо-

яние живого организма или экосистемы с истощением ресурсов и регуляторных и

гомеостатических систем. Исходя из этого, оценку реакции живых организмов

(экосистем и человека) предлагается проводить по четырехуровневой схеме -

"здоровье-напряжение-утомление-болезнь".

По аналогичной четырехуровневой схеме построена оценка состояния окру-

жающей среды, предложенная отечественными гигиенистами В.М.Прусаковым и

К.А.Буштуевым. Они предлагают оценивать состояние среды как малоопасное,

если на общем благополучном фоне обнаруживается тенденция к изменению по-

казателей здоровья; умеренно опасное - в случае возникновения неустойчивых

эпизодических изменений факторов здоровья; опасное, когда наблюдается повы-

шение неспецифической заболеваемости, ухудшение показателей физического

и нервно-психического развития детей, физиолого-клинического состояния детей

и взрослых; чрезвычайно опасное - в случае увеличения смертности, количества

онкологической, специфической и (или) профессиональной патологий.

Если оценивать реакцию человеческого организма не на биолого-медицин-

ском и гигиеническом, а на "бытовом" уровне, ориентируясь на самочувствие и

эмоциональный настрой отдельных индивидуумов и целых социальных групп,

можно предложить несколько иное деление уровневой шкалы, основанное, тем не

менее, на той же тетраидной схеме - "комфорт-дискомфорт-сильный диском-

форт-опасность". Экстраполяция предложенной схемы на весь широкий спектр

природных и природно-технических экосистем с сохранением общего принципа

ее построения позволила Б.В.Виноградову предложить в качестве уровневых оце-

нок следующий ряд: "экологическая норма-экологический риск-экологический

кризис-экологическое бедствие".

Как уже указывалось выше, каждому интервалу, характеризующему реакцию

живых организмов, человека или экосистемы, должен соответствовать некоторый

интервал, определяющий в заданных пределах изменение уровня внешнего воз-

действия. В той же четырехзвенной схеме его целесообразно градуировать в виде

ряда воздействий - "слабое-умеренное-сильное-опасное".

В общем виде изложенный подход отражен в табл. 6, в которой приведена

принципиальная схема оценки состояния эколого-геологических условий (эколо-

гического состояния литосферы), биоты и экосистемы. Нетрудно заметить, что ее

теоретическая и методическая основа базируется на представлениях об экологиче-

ских функциях литосферы и корреляции экологического состояния компонентов

литосферы с состоянием биоты и экосистемы в целом.

По мнению авторов, оптимальной на современном этапе является четырех-

ранговая оценочная структура, разработанная для экосистем Б.В.Виноградовым.

С ней должна коррелироваться оценочная структура классов состояния эколо-

го-геологических условий литосферы или ее компонентов. Предложено выделять

следующие классы состояний эколого-геологической обстановки литосферы:

класс удовлетворительного (благоприятного) состояния, который коррелиру-

ется с зоной экологической нормы экосистемы, по Б.В.Виноградову. Значения пря-

мых критериев оценки эколого-геологического состояния литосферы ниже ПДК

или фоновых (за исключением природных аномалий);

класс условно удовлетворительного (относительно неблагоприятного) состо-

яния, который коррелируется с зоной экологического риска. Территории требуют

разумного хозяйственного использования, планирования и проведения мероприя-

тий по их улучшению. Значения прямых критериев оценки эколого-геологическо-

го состояния литосферы незначительно (до 5 раз) превышают ПДК или фон (кро-

ме природных аномалий);

класс неудовлетворительного (весьма неблагоприятного) состояния, который

коррелируется с зоной экологического кризиса. Необходимо выборочное хозяй-

ственное использование территорий, планирование и оперативное проведение

глубокого улучшения. Значения прямых критериев оценки эколого-геологическо-

го состояния литосферы в

5-10

раз превышают ПДК и фон;

класс катастрофического состояния, который коррелируется с зоной экологи-

ческого бедствия. Значения прямых критериев оценки эколого-геологического со-

стояния литосферы в десятки раз превышают ПДК и фон.

Сказанное справедливо, если состояние биоты обусловлено только эколо-

го-геологическими условиями. Если же состояние биоты или всей экосистемы

определяется интегральным состоянием всех абиотических сред, а иногда и соци-

ально-экономическими факторами, вопрос сложнее. Желательно вычленить толь-

ко литосферное влияние на биоту через биогеохимические критерии (например,

содержание элементов в золе растений), характер заболеваемости населения. Так,

развитие молибденозиса (горной подагры) связано с ареалами загрязнения почв

молибденом, откуда он попадает в

растительность

и через овечье молоко - к чело-

веку. Трофическая цепочка начинается от почвенного горизонта литосферы как

первого геохимического барьера, накапливающего токсикант. В случае превалиро-

вания таких заболеваний, как пневмокониозы, хронические пылевые бронхиты,

источник загрязнения связан с атмосферным переносом пыли (атмогеохимически-

ми аномалиями); прямой корреляции между состоянием литосферы и состоянием

биоты нет. Здесь необходимо уточнить источник попадания пыли (аэрозолей, взве-

си) в атмосферу, чтобы достаточно обоснованно принять решение о роли литосфе-

ры в образовании очагов загрязнения. Вопрос этот сложный, и его решение во мно-

гом определяется квалификацией исследователя. В любом случае предложенная

корреляция классов состояния эколого-геологических условий приповерхностной

части литосферы с зонами экологического состояния территории (на основе состо-

яния биоты или экосистемы) требует продуманного решения, учитывающего от-

меченные

сложности.

При оценке состояния эколого-геологических условий используются показа-

тели разных типов. Они могут быть

тематическими,

площадными (пространствен-

ными) и динамическими (рис. 6). Первые - тематические - представляют содер-

жательные показатели, характеризующие состояние эколого-геологической систе-

мы, биоты или их отдельных компонент. Пространственные критерии оценивают

площадь или объем нарушений по перечисленным выше тематическим показате-

лям. Динамические критерии характеризуют скорость нарастания неблагоприят-

ных изменений, выявленных по тематическим показателям.

С содержательной точки зрения все эти критерии достаточно многообразны:

биотические, геологические, медико-санитарные, социально-экономические, при-

чем все они включают по несколько показателей. Среди них могут быть как пря-

мые, так и индикаторные показатели. Первые регламентируются нормативно-ди-

рективными документами и выражаются по отношению к

ПДК,

ПДВ, ПДС, ПДН

либо фону и

кларку.

Они общеприняты и используются как при эколого-геологи-

ческих, так и инженерно-экологических исследованиях.

Индикаторные (индикационные) критерии более специфичны. В ресурсной

группе они включают в себя остаточные запасы с учетом достигнутого уровня по-

требления (количество лет); для ресурсов, необходимых для жизни биоты, и ре-

сурсов геологического пространства критерии оценки пока вообще не разработа-

ны. В геодинамической группе они включают в себя помимо площадных, объем-

ных (энергетических) и динамических еще и медико-санитарные (для оценки воз-

действия катастрофических процессов), ботанические и зоологические. В геохи-

мической группе критериев - это оценка степени загрязнения литосферы через

геохимические и биохимические показатели

- суммарный показатель химиче-

ского загрязнения;

- отношение содержания элемента в золе растений к его со-

держанию в горной породе), коэффициент техногенной нагрузки, избыток, недо-

статок или дисбаланс элементов в породах, почвах и растительности. В геофизиче-

ской группе критерии оценки разработаны крайне слабо, за исключением оценки

уровня радиационного излучения, который гостирован.

Различия оценки одних и тех же особенностей литосферы с эколого-геологи-

ческих и инженерно-геологических позиций показаны в табл. 7. На основе ее дан-

ных видно, что оценка воздействия землетрясений одной и той же интенсивности

принципиально неодинакова при различных, хотя и в обоих случаях геологиче-

ских, подходах.

3.3. Критерии оценки современного состояния экосистем

Биотические тематические критерии

Эти критерии включают в себя специфические индикационные показатели

(индикаторы), характеризующие свойства и состояние экосистем: ботанические,

биохимические, зоологические и микробиологические.

Ботанические критерии имеют наибольшее значение, поскольку они не толь-

ко чувствительны к нарушениям окружающей среды, но и наиболее физиономич-

ны и наилучшим образом прослеживают зоны экологического состояния по разме-

рам в пространстве и по стадиям нарушения во времени. Ботанические показатели

весьма специфичны, так как разные виды растений и разные растительные ассоци-

ации в разных географических условиях имеют неодинаковую чувствительность

и устойчивость к нарушающим воздействиям, и, следовательно, одни и те же пока-

затели для квалификации зон экологического состояния могут существенно варьи-

ровать. При этом учитываются признаки негативных изменений на разных уров-

нях: организменном (фитопатологические изменения), популяционном (ухудше-

ние видового состава и фитоценометрических признаков) и экосистемном (соот-

ношение площади в ландшафте). В табл. 8 даются усредненные основные показа-

тели, районированные для определенных зональных условий.

Биохимические критерии экологического нарушения основаны на измерениях

содержания химических веществ в растениях. Для квалификации критического

экологического нарушения территории используются показатели изменения соот-

ношения содержания токсичных и биологически активных микроэлементов в уко-

сах растений с пробных площадок и в растительных кормах. В лесах распростра-

ненным токсикантом, воздействие которого на растения приводит к необратимым

физиологическим и метаболистическим нарушениям, является диоксид серы. Не-

гативное действие тяжелых металлов на растения в основном связано с их проник-

новением в клеточные структуры с почвенным раствором. В целом же аэротехно-

генный путь поступления полютантов в растения через их ассимиляционные орга-

ны является определяющим деградацию лесных биогеоценозов в условиях воз-

действия выбросов горно-металлургических предприятий. Накопление металлов

в ассимилирующих органах растений увеличивается с увеличением уровней за-

грязнения среды их произрастания. Такая закономерность характерна только для

тех металлов, которые являются приоритетными для состава выбросов металлур-

гических предприятий. Другие металлы (не промышленного происхождения) рас-

пределяются по территории равномерно, и зависимостей их аккумуляции от зоны

поражения растительности не найдено. Наиболее информативные биохимические

показатели поражения лесных экосистем приведены в табл. 9.

Зоологические критерии и показатели нарушения животного мира могут рас-

сматриваться как на ценотических уровнях (видовое разнообразие, простран-

ственная и трофическая структуры, биомасса и продуктивность, энергетика), так и

на популяционных (пространственная структура, численность и плотность, пове-

дение, демографическая и генетическая структуры).

По зоологическим критериям может быть выделен ряд стадий нарушения эко-

систем. Зона риска выделяется, главным образом, по начальной стадии нарушения -

синатропизации, потере стадного поведения, изменении путей миграции, реакции

толерантности. Последующие стадии нарушения выделяются также и по про-

странственным, демографическим и генетическим критериям. Зона кризиса ха-