Лекция 2. 1. Принципы и критерии оценки экологических функций литосферы и

Лекция 2.
1. Принципы и критерии оценки экологических функций литосферы и
состояния эколого-геологических условий
Проблема выбора, обоснования и ранжирования критериев оценки
экологических функций литосферы и состояния эколого-геологических
условий приповерхностной части литосферы, взаимодействующей с биотой,
включая человеческое сообщество, достаточно сложная и по ряду позиций
не имеющая пока общепринятых решений даже на концептуальном уровне.
Анализ
публикаций
по
проблеме
позволяет
вычленить
несколько
концептуальных подходов, используемых для решения поставленной задачи
(Трофимов, Зилинг, 2002; Экологические функции литосферы, 2000).
Первый предусматривает использование прямых количественных оценок
состояния формирующих литосферу компонентов (горные породы, осадки,
подземные воды, геологические явления, развивающиеся в литосфере и др.).
Он базируется на концепции предельно допустимых концентраций (ПДК),
предельно допустимых содержаний (ПДС), предельно допустимых норм
(ПДН) отдельных загрязнителей (токсикантов) или оценка площадной
пораженности
массивов
процессами
и
загрязнителями.
Основным
недостатком такого подхода является: невозможность оценки общего,
композиционного, влияния всех рассматриваемых факторов на объекты
(экосистему),
весьма
установленных
ПДК,
корректировка
и
относительная
корректность
ПДС,
свидетельствует
заметные
о
чем
отличия
в
разных
и
объективность
их
постоянная
странах,
отсутствие
нормативной базы для оценки ресурсного потенциала литосферы и других ее
компонент.
Второй подход можно определить как оценку измененности или
благоприятности приповерхностной части литосферы для ее хозяйственного
освоения. Он декларирует ее рассмотрение как литотехнической системы. В
мировой практике широко используется шестибальная шкала оценки
1
измененности верхних горизонтов литосферы: 1 - неизмененная, 2 слабоизмененная, 3 среднеизмененная, 4 - сильноизмененная, 5 - очень
сильно измененная, 6 - катастрофически измененная. При этом первая
категория характеризуется значениями прямых критериев оценки ниже ПДК
(фона), вторая - близкими значениями критериев
Исходным положением третьего подхода является отказ от раздельной
оценки
состояний
природных
сред,
в
том
числе
и
литосферы.
Определяющим положением такого подхода стало отношение к природной и
природно-техногенной
системам
как
системам
высокого
уровня
организации, характеризующимся полным единством всех входящих в нее
компонентов (геосфер). Исходя из этого, акцент и делается на оценку
состояния экосистемы с последующим раскрытием его через оценку
состояний формирующих ее биотических и абиотических компонентов. Это
позволяет обоснованно
оценивать влияние экологических свойств и
функций литосферы на биоту, увязать классы (зоны) состояния экосистем и
классы эколого-геологических условий. Третий подход принят в качестве
ведущего (Теория и методология экологической геологии 1997; Трофимов,
Зилинг, (1999, 2000, 2002) и др.). Исходя из этого, главный принцип оценки
экологических
функций
литосферы
и
эколого-геологических
условий
формулируется в следующей редакции: все критерии оценки должны быть
органически связаны с экологическими свойствами и функциями литосферы
и должны учитывать соответствующие функциональные зависимости
между ее компонентами и биотой.
Естественно возникает вопрос - можно ли это сделать? И если можно - то
каким образом? Хорошо известно, что состояние живых организмов и
влияние воздействия на них факторов внешней среды оценивается по их
реакции 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 значительнее отклонение, тем
2
выше вероятность наступления этих последствий, и тем они серьезнее. В
полной мере это относится и к человеческому организму. В свою очередь,
реакция биоты экосистем любого ранга зависит от того, в какой мере
экологическое состояние литосферы адекватно условиям гомеостаза (или
гомеостазиса)
рассматриваемой
системы.
Последний
предполагает
сохранение устойчивости экосистемы в условиях воздействия ряда
факторов. При этом воздействие каждого фактора или их совокупности
может быть оценено как минимальное, когда оно не вызывает реакции
(возмущения) экосистемы, и максимальное, последствиями 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 уровнем
воздействия
факторов
представляет
собой
«предел
толерантности»
экосистемы, т.е. тот диапазон изменения уровня воздействия, в пределах
которого система способна за счет своих адаптационных возможностей противостоять изменяющему ее внутреннее состояние воздействию.
Биолого-медицинская оценка реакции организма человека на изменение
внешних условий постулирует, что при минимальных, не выходящих за
фоновый уровень изменениях (минимальное воздействие факторов) можно
характеризовать состояние организма как здоровое, при максимальном
воздействии факторов, изменяющих условия существования, это состояние
оценивается как болезненное (или патология). Весь промежуток между
указанными двумя пределами делится на два интервала, определяемые как
«напряжение» и «утомление». Первое - напряжение характеризует стадию
мобилизации
регуляторных
и
гомеостатических
механизмов
живого
организма (экосистемы), обеспечивающих его существование. Когда
мобилизованные, в том числе и энергетические, ресурсы оказываются уже
не в состоянии обеспечить существование живого организма или
экосистемы на «заданном» природном уровне, наступает утомление обратимое состояние живого организма или экосистемы с истощением
3
ресурсов, регуляторных и гомеостатических систем. Исходя из этого, оценку
реакции живых организмов (экосистем и человека) биологами и медиками
предлагается
проводить
по
четырехуровневой
схеме:
«здоровье
-
напряжение - утомление - болезнь» (Вельтищев, Фокеева, 1999; Протасов,
1999).
По аналогичной четырехуровневой схеме построена оценка состояния
окружающей среды, предложенная отечественными гигиенистами В.М.
Прусаковым и КА .Буштуевым. Они предлагают оценивать состояние среды
как малоопасное, если на общем благополучном фоне обнаруживается
тенденция к изменению показателей здоровья; умеренно опасное - в случае
возникновения неустойчивых эпизодических изменений факторов здоровья;
опасное, когда наблюдается повышение 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.
Для оценки реакции человеческого организма не на биолого-медицинском
и гигиеническом, а на «бытовом» уровне, ориентируясь на самочувствие и
эмоциональный настрой отдельных индивидуумов и целых социальных
групп, предложено несколько иное деление уровневой шкалы, основанное,
тем не менее, на той же тетраидной схеме: «комфорт - дискомфорт - сильный
дискомфорт - опасность».
Экстраполяция предложенной схемы на весь весьма широкий спектр
природных и природно-технических экосистем с сохранением общего
принципа ее построения, позволила Б.В.Виноградову (1998) предложить в
качестве уровневых оценок следующий ряд: «экологическая норма экологический риск - экологический кризис - экологическое бедствие».
Критерии их выделения четко определены в литературе.
Как уже указывалось выше, каждому интервалу, характеризующему
реакцию живых организмов, человека или экосистемы в целом, должен
4
соответствовать некоторый интервал, определяющий в заданных пределах
изменение уровня внешнего воздействия. В той же четырехзвенной схеме
его целесообразно градуировать в виде ряда воздействий: «слабое умеренное - сильное - опасное». В общем виде такой подход отражен в табл.
3, в которой приведена одна из возможных схем оценки состояния экологогеологических
условий,
биоты
и
экосистемы.
Ее
теоретическая
и
методическая основы базируются на представлениях об экологических
функциях литосферы и корреляции особенностей воздействия компонентов
литосферы с состоянием биоты и экосистемы в целом
5
В
соответствии
(Экологические
с
таким
функции
принципом,
литосферы,
Трофимовым
2000)
предложено
и.Зилингом
выделять
следующие четыре класса состояний эколого-геологических условий:
а) класс удовлетворительного (благоприятного) состояния, который
коррелируется с зоной экологической нормы экосистемы, по Б.В.
Виноградову;
б) класс условно удовлетворительного (относительно неблагоприятного)
состояния,
Территории
который
коррелируется
требуют
разумного
с
зоной
экологического
хозяйственного
риска.
использования,
планирования и проведения мероприятий по их улучшению;
в) класс неудовлетворительного (весьма неблагоприятного) состояния,
который коррелируется с зоной экологического кризиса. Необходимо
выборочное хозяйственное использование территорий, планирование и
оперативное проведение глубокого улучшения;
г) класс катастрофического состояния, который коррелируется с зоной
экологического бедствия.
Сказанное справедливо, если состояние биоты обусловлено только
состоянием эколого-геологических условий. Если же состояние биоты или
всей экосистемы определяется интегральным состоянием всех абиотических
сред, а иногда и социально-экономическими факторами, вопрос сложнее.
Необходимо вычленить только 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 горных пород и почв
молибденом, откуда он попадает в растительность и через овечье молоко к
человеку. Трофическая цепочка начинается от почвенного горизонта
литосферы как первого геохимического барьера, накапливающего токсикант.
В
случае
хронические
превалирования
пылевые
таких
бронхиты,
заболеваний,
источник
как
пневмокониозы,
загрязнения
связан
с
атмосферным переносом пыли (атмогеохимическими аномалиями), прямой
6
корреляции между состоянием литосферы и состоянием биоты нет. Здесь
необходимо уточнить источник попадания пыли (аэрозолей, взвеси) в
атмосферу, чтобы достаточно обоснованно принять решение о роли
литосферы в образовании очагов загрязнения. Вопрос этот сложный и его
решение во многом определяется квалификацией исследователя. В любом
случае предложенная корреляция классов состояния эколого-геологических
условий приповерхностной части литосферы с зонами экологического
состояния территории (на основе состояния биоты или экосистемы) требует
продуманного решения, учитывающего отмеченные сложности.
При оценке состояния эколого-геологических условий используются
показатели разных типов. Они могут быть тематическими, площадными и
динамическими
содержательные
геологической
(рис.
3).
Первые
показатели,
системы,
-
тематические
характеризyющиe
биоты
или
их
-
представляют
состояние
отдельных
экологокомпонент.
Пространственные показатели оценивают площадь или объем нарушений по
перечисленным выше тематическим показателям. Динамические показатели
характеризуют
скорость
нарастания
неблагоприятных
изменений,
выявленных по тематическим показателям.
Среди этих типов показателей есть и прямые, и косвенные, индикаторные.
Первые непосредственно, морфологически характеризуют особенности
состояния эколого-геологических условий или их компонент. Они
7
регламентируются нормативно-директивными документами и выражаются
по отношению к ПДК, ПДВ, ПДС, ПДН, либо фону и кларку или степенью
пораженности
процессами.
и
Они
геологических,
так
Индикаторные
(индикационные)
используются
как
инженерно-экологических
позволяют
по
при
эколого-
исследованиях.
существующим
функциональным или корреляционным связям судить о состоянии экологогеологических условий.
Критерии, используемые при оценке эколого-геологических условий, по
своему содержанию также многообразны. Среди них выделяются 4 группы
критериев: геологические, биотические, биолого-медицинские и социальноэкономические. Только их совместное использование позволяет оценить
влияние экологических свойств и функций литосферы на биоту.
Каждая из названных групп включает различные по природе критерии
(рис.3),
для
характеристики
которых
используют
различные
типы
показателей. Число их достаточно велико. Многие из них, характеризующие
биотические и биолого-медицинские критерии, широко освещены в
литературе (Вельтищев, Фокеева,1999; Виноградов, 1998; Протасов, 1999), и
с привязкой к зонам экологических нормы, риска, кризиса и бедствия
систематизированы (Богословский и др., 2002; Теория и методология
экологической геологии, 1997; Трофимов, Зилинг, 2002; Трофимов и др.,
2002; Экологические функции литосферы, 2000). Их взаимоувязка с
классами состояния эколого-геологических условий, названными ранее,
осуществлена в этих же работах.
Приведенные данные свидетельствуют, что оценка состояния экологогеологических условий, основанная на учете функциональных зависимостей
между литосферой и биотой, возможна и во многих позициях находится в
достаточно продвинутом состоянии. Наиболее разработанными следует
считать геодинамические и геохимические критерии оценки экологогеологических условий. Ресурсные и геофизические критерии только
8
начинают разрабатываться Решение этого вопроса видится в разработке и
последующем использовании прямых количественных показателей этих
групп критериев. Но главная научная проблема этого вопроса - поиск путей
«выведения»
интегрального
показателя
оценки
состояния
эколого-
геологических условий.
2. О дальнейшем развитии представлений об экологических
функциях литосферы
Дальнейшее
развитие
представлений
об
экологических
функциях
литосферы сейчас трансформируется в развитие одноименного учения учения об экологических функциях литосферы.. Под этим учением
предложено
понимать
представлений
об
совокупность
экологических
теоретических
функциях
положений
литосферы,
и
эколого-
геологических условиях их состоянии и экологических свойствах литосферы
как ее специфических атрибутивных компонентах и определенную экологически ориентированную систему воззрений на взаимодействие литосферы и
биоты. Это понятие достаточно широкое и охватывает не только идеологию
исследования и его функциональную направленность, но и материальные
атрибуты объекта изучения, такие, как «экологические свойства литосферы»,
«эколого-геологические условия» И их состояние и др., т.е. параметры,
которые можно измерять, оценивать, классифицировать и моделировать.
Учение об экологических функциях литосферы должно быть направлено
на естественно-научное осмысление этих проблем и, конечно, с учетом
проявления
социальной
функции
человеческого
общества
и
его
техногенного воздействия на естественно сформировавшиеся экологические
функции литосферы. Такое устремление геологической научной мысли в
настоящее
время
предназначение,
имеет,
чем
по
поиски
Л.Л.Прозорову
и
разведка
(2002),
не
меньшее
месторождений
полезных
ископаемых, что в недавнем прошлом было для геологов задачей «номер
один».
9
В качестве составляющих в структуре учения об экологических функциях
литосферы следует, по Трофимову (2003), выделять следующие блоки: а)
экологические
функции
литосферы
-
фундаментальное
понятие
экологической геологии; б) закономерности природного этапа формирования
экологических функций литосферы; в) закономерности трансформации
экологических функций литосферы в эпоху техногенеза; г) современные
особенности проявления экологических функций литосферы; д) прогноз
трансформации экологических функций литосферы под воздействием
природных и техногенных факторов.
10