Гидрогеоэкологические условия Рыбинского артезианского Бассейна и его устойчивость к техногенному воздействию

Краткое описание

ВВЕДЕНИЕ...4

1. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ ПРОБЛЕМЫ, ИЗУЧЕННОСТЬ ТЕРРИТОРИИ...8

1.1. Постановка задачи...8

1.2. Состояние разработки проблемы... 12

1.3. Изученность территории...24

2. ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ БАССЕЙНА...30

2.1. Рельеф...30

2.2. Климат...31

2.3. Гидрография...36

2.4. Тектоника...39

2.5. Стратиграфия...43

2.6. Интрузивные образования...47

2.7. Гидрогеологические условия...47

2.8. Геоэкологическая обстановка...62

2.9. Выводы...73

3. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЫБИНСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА...74

3.1. Схематизация гидрогеологических условий...74

3.2. Схематизация области фильтрации...75

3.3. Схематизация источников питания и разгрузки...76

3.4. Подготовка исходных данных...77

3.5. Калибровка модели...83

3.5.1. Калибровка модели по уровням...83

3.5.2. Калибровка модели по расходам...85

3.5.3. Калибровка модели по водоотбору...90

3.6.Результаты моделирования...90

3.7. Гидрохимическая модель...109

4. ВОДНЫЙ БАЛАНС РЫБИНСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА...115

4.1. Разгрузка подземных вод в гидросеть...116

4.2. Темпы водообмена подземных вод...126

4.3. Выводы...132

5. УСТОЙЧИВОСТЬ СОСТОЯНИЯ РЫБИНСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА...133

5.1.Гидродинамическая устойчивость Рыбинского артезианского бассейна... 133

5.2. Гидрохимическая характеристика поверхностных вод...137

5.2.1. Макрокомпонентный состав...138

3

5.2.2. Микрокомпонентный состав...139

5.2.3. Распределение компонентов химсостава по площади...142

5.2.4. Распределение компонентов химсостава по профилям...148

5.3. Устойчивость качества подземных вод...157

5.3.1. Соответствие химсостава подземных вод нормам...157

5.3.2. Выбор методики прогнозирования...163

5.3.3. Коэффициент устойчивости и допустимые нормы поступления загрязнений...168

5.4. Выводы...178

6. МОНИТОРИНГ ПОДЗЕМНЫХ ВОД...179

6.1. Требования к проведению мониторинга подземных вод...179

6.2. Современное состояние и основные результаты мониторинга...181

6.3. Программа мониторинга подземных вод...193

6.4. Выводы...198

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...199

Список использованной литературы...200
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Подземные воды Рыбинского артезианского бассейна, особенно на протяжении последних двух десятилетий, испытывают всё возрастающую нагрузку вследствие как их интенсивной эксплуатации, так и загрязнения природной окружающей среды. Выделение от техногенных объектов в окружающую среду массы химических соединений, зачастую токсичных для живых организмов, приводит к расширению площадей с неблагополучной экологической обстановкой и сокращает возможности природопользования. Суммарный водоотбор на отдельных площадях приблизился к величине естественных ресурсов подземных вод. Знание особенностей геоэкологических условий, изучение влияния антропогенной деятельности на состояние окружающей среды, определение критериев, оценок устойчивости и предельных нагрузок на геосистемы позволит обосновать масштабы негативных последствий экологически неоправданного хозяйственного использования территории. Прогнозирование развития экологической ситуации при дальнейшем освоении региона, контроль за состоянием водных объектов создают основу для принятия решений по поддержанию ресурсов и качества подземных вод на приемлемом уровне, обеспечивающем их использование в течение неограниченного времени, т.е. делает проблему оценки степени гидрогеоэкологической устойчивости Рыбинского артезианского бассейна особенно актуальной.

Цель работы. Изучить гидрогеоэкологические условия Рыбинского артезианского бассейна и оценить его устойчивость к техногенному воздействию в связи с рациональным использованием и охраной подземных вод в условиях интенсивных антропогенных нагрузок. Основные задачи:

провести анализ и обобщение имеющихся материалов по гидрогеоэкологическим условиям Рыбинского артезианского бассейна, методам оценки степени устойчивости геологической среды к техногенному воздействию и обосновать методику такой оценки для изучаемого объекта;

оценить современный уровень нагрузки на водоносные горизонты;

изучить закономерности питания и разгрузки подземных вод;

обосновать допустимые техногенные нагрузки на водоносные горизонты;

обосновать особенности задач системы мониторинга подземных вод и методы их решения.

Методика исследований включает анализ собственных, а также фондовых и опубликованных материалов по гидрогеодинамическим и гидрогеохимическим составляющим водоносных горизонтов и по влиянию техногенного воздействия на окружающую среду, проведение гидрометрических и гидрохимических работ, применение методов численного моделирования.

Фактический материал, положенный в основу работы, основан на проводимых с участием автора исследованиях воздействия на геоэкологическую обстановку разработки угольных месторождений (1996 - 2004 гг.) и месторождений подземных вод (1983 - 2003 гг.) Красноярского края и Республики Хакасия, при изучении геоэкологических условий Рыбинской впадины (1999 — 2001 гг.). Привлечены также материалы проведённых с участием автора обследований Бородинского и Переясловского угольных разрезов (2003 г). В ходе полевых исследований в Рыбинской впадине самостоятельно проведены гидрометрические работы на 134 гидростворах с отбором 270 проб на полный химический и спектральный анализы. При камеральных исследованиях обработаны результаты бурения и опробования более 900 скважин и около 1,5 тыс. химических и спектральных анализов воды. Научная новизна:

Определены темпы водообмена и пространственные закономерности разгрузки подземных вод Рыбинского артезианского бассейна, при этом установлено, что время водообмена, определяющее длительность нахождения потенциального загрязнения в водоносных горизонтах, изменяется в широких пределах, составляя в среднем 111 лет.

Обоснованы критерии и показатели гидрогеоэкологической устойчивости, на их основе экологическое состояние Бородинской площади оценено как критическое; в качестве инструмента оценки разработана гидрогеодинамическая модель.

Разработан метод оценки степени устойчивости химического состава подземных вод и расчёта допустимых норм поступления загрязнителей для водоносных горизонтов артезианских бассейнов, связанных с терригенными отложениями юрского возраста в наложенных впадинах Центральной Сибири.

Установлено, что при современном уровне хозяйственной деятельности в пределах природно-технического комплекса Рыбинской впадины существенная опасность связана с нитратным загрязнением, интенсивность поступления хлоридов и сульфатов в водоносные горизонты далека от критических значений. Основные защищаемые положения

1. Геолого-тектонические особенности территории обуславливают гидродинамическую обособленность Рыбинского артезианского бассейна от окружающих структур; боковой приток из доюрских горизонтов не играет существенной роли, ресурсы подземных вод формируются, главным образом, за счёт инфильтрации атмосферных осадков на площади бассейна.

2. Основная часть территории Рыбинского артезианского бассейна характеризуется устойчивым состоянием геологической среды, однако интенсивность современного техногенного воздействия близка к предельно допустимой. Дальнейшее повышение нагрузки на подземные воды способно привести к необратимым изменениям.

6

3. Гидрогеоэкологические особенности Рыбинского артезианского бассейна, реализованные на модели, позволяют принимать обоснованные природоохранные управленческие решения, что во взаимосвязи с системой мониторинга обеспечивает условия устойчивого использования подземных вод в регионе.

Практическое значение работы. Неблагоприятные прогнозы снижения уровней подземных вод и их загрязнения при существенном возрастании техногенной нагрузки предопределяют необходимость тщательного анализа перед принятием решений, в том числе и с использованием результатов данной работы. При проектировании новых и расширении действующих объектов допустимые нормы поступления загрязнений в водоносные горизонты являются критериями экологически обоснованного природопользования. Детальные карты разгрузки подземных вод обеспечивают основу планирования постановки поисково-оценочных работ на пресные подземные воды. Посредством использования разработанной модели решаются задачи охраны подземных вод от истощения и загрязнения, такие, как влияние водоотбора на подземные и поверхностные воды, взаимовлияние водозаборных сооружений, возможность увеличения производительности существующих и размещения новых водозаборов подземных вод, определение зон санитарной охраны, установление путей распространения загрязнения. Реализация основных предложений по усовершенствованию мониторинга подземных вод обеспечивает как оперативный контроль за протеканием гидрогеоэкологических процессов в областях наибольшего техногенного воздействия, так и по структуре в целом.

Реализация работы. Основные положения диссертации использованы при прогнозировании изменений в гидрогеоэкологической обстановке в связи с расширением угольных разрезов (Березовский, Сереульский, Канский, Восточно-Бейский, Черногорский, Изыхский) Красноярского края и Республики Хакасия (ООО «Управление проектных работ АО Красноярску голь»). Выводы учтены при доработке рабочего проекта полигона захоронения ТБО в г. Бородино (ООО «Геоэкология») и разработке ТЭО научно-исследовательской работы: «Оценка запасов подземных дренажных вод Бородинского буроугольного месторождения и возможности их комплексного использования. Оценка воздействия осушения разреза на существующие водозаборы подземных вод хозяйственно-питьевого водоснабжения расположенные в расчетной зоне влияния разреза» (ОАО «Бородинский угольный разрез»). Территориальным центром «Красноярскгеомониторинг» приняты к сведению и используются при составлении программы дальнейших работ предложения по усовершенствованию мониторинга подземных вод Рыбинского артезианского бассейна.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на XVII Всероссийском совещании по подземным водам Востока России (г. Красноярск,2003), на научно-практической конференции, посвященной 60-летию Красноярской геологии (г. Красноярск,2003), на совещании «Предварительные итоги геологоразве-

7

дочных работ в 2003 году и задачи на 2004 год» 22-23 января 2004 г. в г. Красноярске на ТПИ и подземные воды (от Государственной геологической службы МПР России), на научно-техническом совещании ФГУП «Красноярск-гидрогеология» в 2001 г. Материалы работы опубликованы в научной печати в виде статей и тезисов — 7 работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объём 211 страниц, включая 87 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 167 наименований.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю работы -доценту ТГАСУ Покровскому Д.С. за внимание и поддержку в работе. Автор искренне благодарен руководителю геологической службы ФГУП «Красноярскгид-рогеология» Горюнову А.А. за ценные советы и многолетнее сотрудничество. Автор осознаёт, что базой для научных обобщений послужили материалы, созданные многолетним трудом красноярских геологов и гидрогеологов, и выражает им свою глубокую признательность.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Запольский А.Н. Загрязнение поверхностных вод Рыбинской впадины. //Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. Вып.4. Красноярск: КНИИГиМС. - 2003. - С.188-190.

2. Горюнов А.А., Запольский А.Н. Ресурсы подземных вод Рыбинского артезианского бассейна. //Минеральные ресурсы Красноярского края. Красноярск, КНИИГиМС, кн. 1,2. - 2002. - С.538-549.

3. Запольский А.Н. Устойчивость качества подземных вод Рыбинского артезианского бассейна. //Состояние и проблемы геологического изучения недр и развития минерально-сырьевой базы Красноярского края. Материалы докладов научно-практической конференции, посвященной 60-летию Красноярской геологии, 7-10 октября 2003 г. Красноярск, КНИИГиМС. - 2003. - С.318-321.

4. Запольский А.Н. Воздействие разработки Бородинского углеразреза на подземные воды. //Состояние и проблемы геологического изучения недр и развития минерально-сырьевой базы Красноярского края. Материалы докладов научно-практической конференции, посвященной 60-летию Красноярской геологии, 7-10 октября 2003 г. Красноярск, КНИИГиМС. - 2003. - С.310-317.

5. Запольский А.Н. Темпы водообмена подземных вод в Рыбинском артезианском бассейне. //Материалы Всероссийского совещания по подземным водам Востока России. Иркутск: Издательство ИрГТУ.-2003. - С.198-199.

6. Запольский А.Н. Гидродинамическая структура Рыбинского артезианского бассейна. //Разведка и охрана недр. - 2004. №6. - С.36-40.

7. Запольский А.Н. Подземные воды хозяйственно-питьевого использованиям/Справочник региональных эколого-геохимических данных Красноярского края. Красноярск (в печати).

1. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ ПРОБЛЕМЫ, ИЗУЧЕННОСТЬ ТЕРРИТОРИИ

1.1. Постановка задачи.

Ещё в начале прошлого века В.Н. Вернадский говорил о том, что человек превращается в основную геологообразующую силу планеты. Особенно заметно развитие человечества шло по пути противопоставления природы и общества в последнем столетии. В настоящее время есть много оснований думать, что мы подошли к некоторому пределу, т.е. близки к исчерпанию возможностей избранного пути развития, основанного на безграничной неисчерпаемости природных ресурсов. В условиях глобализации общественных отношений новый экологический кризис неизбежно разрастётся до общепланетарного масштаба и, вполне возможно, при стихийном его развитии борьба за жизненно необходимые людям ресурсы при наличии современного оружия массового уничтожения может закончиться для человечества весьма печально. Альтернативой этому должно стать разумное целенаправленное — общее для всего человечества — развитие. На сегодняшний момент ещё не вполне понятны принципы и пути достижения этой цели, но, очевидно, они должны опираться на установление таких взаимоотношений природы и общества, при которых будет обеспечено их взаимное приспособление и продолжение развития.

Ряд исследователей обозначают условия, необходимые для выживания человека, т.е. сохранения его в составе биосферы, термином «коэволюция человека и биосферы». При этом в основе такого сосуществования лежит необходимость включения жизнедеятельности человека в стабильные биогеохимические циклы биосферы.

С учётом этого академиком Н.Н. Моисеевым предложил термин «sustainable development», которому в русском соответствует перевод «устойчивое развитие», интерпретировать как стратегию переходного периода к такому состоянию природы и общества, которое можно характеризовать термином «коэволюция» или «эпоха ноосферы». Абсолютно необходимым, хотя и не достаточным, условием является природоохранная деятельность, имеющая своей целью сохранение биосферы. Достаточные же условия в рамках «нынешних технологий и цивилизационных норм мы сформулировать не можем» [57].

Предостерегая от утилитарного понимания «устойчивого развития», которое сейчас широко распространено, Н.Н. Моисеев, ставя на первое место проблемы экологического образования и просвещения, одновременно призывал к рассмотрению широкого круга вопросов. Среди них не последнее место занимает изучение

9

ситуации, которая при современном уровне техники способна обеспечить режим совместного развития природы и человека.

Предвестниками экологического кризиса, их локальными1 проявлениями, можно считать напряжённую экологическую обстановку в ряде регионов и расширение этих регионов. Поэтому столь важна повсеместная оценка состояния экологических условий, изучение влияния антропогенной деятельности на состояние окружающей среды и определение предельных нагрузок на неё.

В Нидерландах, разрабатывая план устойчивого развития [1], обратились к концепции «энвайроментального пространства». Под этим термином понимаются «предельные нормы глобального загрязнения, расходования мировых запасов не-возобновляемых ресурсов, площадей сельскохозяйственных земель и лесов, при соблюдении которых не будет нанесён ущерб последующим поколениям». По определению, эта величина ограничена и частично может быть выражена количественно. Количественная оценка её во многом условна, т.к. в основу её расчётов должны быть положены мало изученные параметры антропогенной деятельности, способные обеспечить стабильность биогеохимических циклов.

Чрезвычайно трудно или невозможно своевременно учесть многообразие техногенных воздействий на природную среду, но, судя по многолетнему опыту, эффективная природоохранная деятельность возможна на основе мониторинга геологической среды. Основываясь на наблюдениях, изучении и оперативной оценке состояния обстановки, на реакции отдельных компонентов природной среды на сложившиеся техногенные нагрузки, можно добиться стабилизации экологического состояния территории путём разработки и осуществления необходимых природоохранных мероприятий. Оперативная оценка состояния геологической среды может быть выполнена посредством изучения её гидрогеологической составляющей. Такая возможность обосновывается следующими положениями [50]:

подземная гидросфера как наиболее динамичный компонент геологической среды достаточно быстро реагирует на изменение природно-техногенных условий;

реакция подземной гидросферы чётко фиксируется применяемыми в настоящее время средствами измерений;

изменение гидрогеологических условий может оказывать влияние на развитие многих экзогенных процессов, на поверхностные воды, почвы, растительность, многолетнюю мерзлоту.

Таким образом, изменения в подземных водах, оцененные по их гидрогеоди-намическим, гидрогеохимическим и гидрогеотермическим характеристикам, содержат обширную информацию об экологическом состоянии окружающей среды и могут служить её интегральным показателем. Важно также подчеркнуть, что актуальность изучения подземной гидросферы вызвана тем, что развитие гидрогеологических процессов начинается на самой ранней стадии техногенного воздействия. Появляется возможность предупредить или ослабить негативные процессы в дру-

10

гих компонентах окружающей среды, которые выражаются, например, в загрязнении и нанесении ущерба стоку поверхностных вод, в развитии экзогенных геологических процессов, в деградации почв и растительности. Коль скоро гидрогеологическую (особенно гидрогеодинамическую) обстановку возможно искусственно регулировать, то открывается возможность посредством направленного её изменения добиваться минимизации ущерба.

Многофакторность воздействия и реакции на него среды определяет необходимость поиска решений в области сложных оптимизационных процедур так, чтобы совокупный эффект обеспечил наиболее благополучные экологические условия не только для подземной гидросферы, но и для связанных с ней компонентов природной среды, а также определил допустимый уровень воздействия, т.е. допустимые при имеющихся технологиях объёмы производства.

Прогнозные результирующие оценки оптимизации весьма эффективно решаются при использовании методов моделирования. Учитывая значительные (в масштабах Красноярского края) размеры территории и достигнутую степень их изученности, оценку техногенного воздействия следует проводить поэтапно [50,2]. Перед проведением детальной оценки на локальных территориях плотного промышленного и селитебного освоения необходима общая оценка существующих крупных агломераций, где объективно возможно ухудшение экологической обстановки на значительных площадях.

Одним из таких напряжённых регионов в Красноярском крае является, как показано во «Введении», Рыбинская впадина и приуроченная к ней гидрогеологическая структура - Рыбинский артезианский бассейн.

Исходя из высокой степени важности подземных вод для благополучного и устойчивого развития этого региона, а также из перспективы получения оценки общего экологического состояния территории по гидрогеологической составляющей, в качестве основного объекта изучения определены подземные воды, т.е. собственно Рыбинский артезианский бассейн.

Соответственно и оценка устойчивости будет изучена применительно к этому объекту. Несомненно, при этом в значительной степени рассматривается утилитарная сторона термина «устойчивое развитие», но, как следует из вышеизложенного развёрнутого определения этого термина, устойчивое развитие является не только природоохранной категорией, суть его представлена как стратегия переходного периода, в который должно быть сформировано общество (человечество), способное обеспечить своё выживание на планете.

Несомненно, такие процессы невозможны не только в отдельном регионе, но и в масштабе государств, это всеобщая, глобальная задача. Вместе с тем, учитывая длительность, или даже асимптотичность [57] этого периода, параллельно с формированием такого мировоззрения, должна быть активизирована природоохранная деятельность, являющаяся необходимым условием устойчивого развития. Это не

только даст «отсрочку» экологическому (в широком смысле) кризису, оздоровит условия жизни нынешних поколений, но и будет способствовать формированию нового мировоззрения, проверке действенности предлагаемых решений, т.е. поиску путей дальнейшего развития общества.

Поэтому, наряду с разработкой глобальных и государственных программ устойчивого развития, важно обеспечить устойчивость (пусть в утилитарном смысле) отдельных территорий и даже основных компонентов природной среды, что может рассматриваться в качестве формирования предпосылок для создания очагов ноосферы.

Применительно к объекту исследований — Рыбинскому артезианскому бассейну - под устойчивостью будем понимать способность противостоять внешнему (техногенному) воздействию, т.е. способность поддерживать гидрогеодинамиче-ские (уровни) и гидрогеохимические (химсостав) показатели в пределах, приемлемых для целевого использования подземных вод. С этой точки зрения устойчивость определяется сочетанием совокупности природных особенностей объекта (геологических, гидрогеологических) и внешнего воздействия на него со стороны как естественных (климатических, гидрологических), так и техногенных факторов. Под степенью воздействия понимается его результирующий эффект, проявляющийся в изменении параметров, характеризующих гидрогеологическую устойчивость объекта.

Пути воздействия внешних факторов можно представить в виде цепочки: (воздух)-» (почва)-» (растительность)—» (поверхностные воды)—» (зона аэрации)—» (грунтовые воды)—» (напорные воды).

Эта цепочка относится как к изменению химсостава, так и к изменению ресурсов подземных вод (атмосферные осадки, испарение, сток, транспирация, внут-ригрунтовое испарение, водоотбор).

В настоящее время построить функциональную связь, например от выпавших с атмосферными осадками загрязнений до изменения в связи с этим состава подземных вод в артезианских горизонтах представляется весьма и весьма затруднительным, особенно если речь идёт о региональных структурах. То же самое можно сказать и о более коротком звене на пути загрязнения — даже от грунтовых к напорным водам. Практически не изучаемые (тем более в натурных условиях и в региональном плане) факторы миграции вещества в подземных водах (такие как конвекция, плотностная конвекция, молекулярная диффузия, гидродисперсия, сорбция, ионообмен, комплексообразование, деструкция) и изменения его в системе «вода-порода» не позволяют в настоящей работе ориентироваться на этот — функциональный — вид изучения степени воздействия техногенных объектов на гидрогеологические условия Рыбинского артезианского бассейна и прогнозирования их изменений.

Иной путь решения поставленной задачи заключается:

12

в анализе изменений (уровень, температура, водоотбор, химсостав), фиксируемых наблюдательными скважинами или полями соответствующих параметров в различные моменты времени;

в нахождении причинно-следственных связей между этими изменениями (отклик) и собственно техногенной нагрузкой (действие);

в подборе так называемых «эффективных» параметров объекта (артезианского бассейна), при которых наблюдаемые изменения могут быть адекватно воссозданы на модели объекта;

в дальнейшем модель может использоваться не только для эпигноз-ных, но и для прогнозных гидрогеологических расчётов.

Таким образом, со стороны оценки степени воздействия промышленных объектов на гидрогеологическую и экологическую устойчивость артезианского бассейна, мы подошли к необходимости построения гидрогеологической модели. Гидрогеологическая модель должна содержать гидродинамическую часть (ресурсы и запасы подземных вод, их охрана от истощения) и гидрохимическую (химсостав подземных вод, их охрана от загрязнения) и отражать нестационарность среды. Решению этой задачи - созданию гидрогеологической модели Рыбинского артезианского бассейна, как инструмента для прогнозирования устойчивости к техногенному воздействию - в настоящей работе уделено существенное внимание.

1.2. Состояние разработки проблемы.

Путь устойчивого развития общества закреплён на Всемирном форуме по окружающей среде в Рио-де-Жанейро в 1992 г в Декларации по окружающей среде и устойчивому развитию. Приверженность России этой концепции видна из Указов Президента РФ от 04.02.94 г №236 «О Государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития» и от 01.04.96 г №440 «О концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию».

Концепция предусматривает достижение социальной стабильности, стабилизацию экономики и возобновление экономического роста, и — восстановление и сохранение качества окружающей природной среды. «Достижение устойчивости развития страны и сохранения на этой основе природно-ресурсной базы для настоящего и будущих поколений требует введения социально-экономического развития в экологически безопасные рамки, определённые возможностями природно-ресурсного потенциала регионов, ёмкостью их природных комплексов» [43].

Существует несколько воззрений на роль окружающей среды: технократическое, экотопическое, природоохранное, гармоничное [62]. Технократическая концепция рассматривает природу в качестве источника ресурсов для развития общества и как место захоронения образующихся при этом отходов. Основной упор де-

13

лается на развитие «чистых» технологий при постоянно возрастающем потреблении природных ресурсов. Противопоставляется этой концепции - экотопическая, сторонники которой (движение «зелёных») выдвигают часто неоправданные требования к закрытию предприятий и отраслей промышленности, отказе от существующего уклада жизни и возврату к простым технологиям.

На современном этапе многие страны переходят от технократической к природоохранной концепции, основывающейся на экономических принципах экологизации производства и потребления. Это предусматривает плату за эксплуатацию ресурсов и загрязнение природной среды, что способно замедлить, но не предотвратить негативные экологические процессы. Предполагается, что посредством включения в производство всё увеличивающейся доли затрат на охрану и реабилитацию природной среды удастся сделать неэффективным экологически несовершенное производство, перейдя тем самым к гармоничному развитию человека и общества.

Устойчивость природных систем является одним из условий устойчивого развития общества. Для обеспечения устойчивого развития необходимо нормальное функционирование экологических систем и процессов, формирующих климат, очищающих воздух и воду, регулирующих круговорот важнейших элементов, восстанавливающих почву, т.е. обеспечивающих жизнь на нашей планете. «Использование является устойчивым только в том случае, если оно не превышает способность данного природного ресурса к восстановлению» [23]. Для оценки экологической устойчивости необходимо иметь систему индикаторов. Их разработка, по существу, находится в начальной стадии и осложнена многогранностью проблемы и выдвинутыми к ним требованиями: они должны быть количественными и переводиться в денежные эквиваленты для подсчёта затрат, методики их измерения не должны быть сложными и дорогостоящими, индикаторы могут измерять лишь отдельные компоненты [23, 6].

Устойчивость природных систем является важнейшим понятием на современном этапе их изучения. Оценка устойчивости территорий требует комплексного подхода и использует теорию и методы таких наук, как экология, география, геология, биология. Даже в относительно узких рамках, определяемых эколого-геологическим направлением исследований, применение наук геологического цикла, несомненно, обусловливаясь характером рассматриваемой задачи, наиболее часто заключается в использовании методов геохимии, инженерной геологии, гидрогеологии, геофизики и геокриологии.

Пресные подземные воды во многих регионах являются единственным источником водоснабжения, что необходимо учитывать при оценках устойчивого развития этих территорий. В качестве одного из возможных индикаторов предлагается использовать известные подходы к оценке защищённости и уязвимости под-

14

земных вод к загрязнению, связанные с определением времени поступления загрязнителя с поверхности земли до уровня грунтовых вод [6].

Понятие «качество геологической среды» включает оценку геодинамической устойчивости территории, загрязнения грунтов и подземных вод, истощения запасов подземных вод и полезных ископаемых, развития опасных геологических процессов и устойчивости территории к техногенной нагрузке [51].

Разработка методов оценки устойчивости геологической среды к техногенным воздействиям с точки зрения изменения её экологических функций является одной из задач экологической геологии. Объектом исследования экологической геологии является приповерхностная часть литосферы в зоне возможного техногенного воздействия с целью получения знания о её экологических функциях с акцентом на человеческое общество [90]. К таким функциям относятся ресурсная, геодинамическая, геофизическая и геохимическая [91, 90, 76], как носители свойств, обеспечивающих жизнедеятельность всей совокупности живых организмов, включая человека.

Ресурсы литосферы, необходимые для жизнедеятельности живых существ, включают минерально-сырьевые ресурсы, включая подземные воды, растворимые элементы биогенного ряда, геологическое пространство, необходимое для существования биоты [90]. Существенно отличный подход к определению этой функции предложен в [76], где под ресурсной функцией понимается обеспечение минеральными веществами-органогенами и водой цепи питания всей совокупности живых организмов биосферы от растений и простейших организмов до человека.

Геодинамическая функция связана с воздействием на условия существования живых организмов природных и антропогенных геологических процессов. Имеются в виду как проявления эндогенных (землетрясения, вулканы), так и экзогенных (эрозия, выветривание, денудация) процессов.

Геохимическая и геофизическая функции проявляются во влиянии на биоту геохимических аномалий, аномалий физических полей и ореолов техногенного загрязнения [90]. По другим представлениям, геохимическая функция проявляет себя, прежде всего, в круговороте веществ на Земле [76] между её геосферами: литосферой, гидросферой, атмосферой и биосферой, который осуществляется в осадочном цикле путём эрозии, седиментации и горообразования.

Эти положения прослеживаются и в концепции коэволюции человечества и биосферы, базирующейся на целенаправленном регулировании биогеохимического круговорота атомов [11] и предлагающей решение проблемы экологического благополучия на принципиально иной основе. Согласно этой концепции, под воздействием биогеохимического круговорота осуществляется непрерывный обмен вещества между биосферой и литосферой и все элементы земной коры уже неоднократно входили в состав живого вещества или участвовали в его перераспределении.

15

Сложившееся за миллионы лет равновесие оказалось нарушенным под техногенной нагрузкой и возникший дисбаланс элементов должен быть исправлен. Поскольку на данном этапе развития общества ещё нельзя предотвратить связанное с избирательной добычей и переработкой ресурсов рассеяние избыточных элементов и загрязнение среды обитания, то можно попытаться осуществить целенаправленное включение в круговорот дополнительных объёмов необходимых элементов. Корректировку круговорота предлагается вести добавлением извне в ландшафт дефицитных элементов (О, N, Р, К, Са, Mg, Mo) и повышением подвижности их соединений. При этом предполагается, что скорость естественного круговорота элементов удастся согласовать со скоростью техногенного поступления вещества в биосферу.

Из всего многообразия направлений, охватываемых геоэкологией, для нас практический интерес представляют вопросы реакции геологической среды на воздействие объектов техносферы с точки зрения сохранения экологически безопасного состояния. Особую значимость при этом приобретают вопросы выявления ведущих факторов, влияющих на устойчивость территории и установления критериев устойчивости к ним, а также методические разработки по оценки устойчивости территории под воздействием природных и техногенных факторов.

Термин «устойчивость» тесно связан с таким свойством как саморегулирование, т.е. способность системы к восстановлению внутренних свойств и структур под влиянием внешнего воздействия [65]. В основе этого лежит принцип Ле-Шателье, отрицательной обратной связи, согласно которому при воздействии на систему равновесие смещается в сторону ослабления эффекта воздействия. Система считается устойчивой, пока она сохраняет возможность сопротивляться внешнему воздействию, т.е. существует предельно допустимая нагрузка, превышение которой приводит к необратимым нарушениям.

Понятие «устойчивость» широко применяется не только в различных научных дисциплинах - физике, экономике, социологии, географии - но и в бытовом употреблении. По-видимому, с этим во многом связывается различная трактовка этого термина даже применительно к одному объекту — геологической среде. Существующие понятия устойчивости имеют два основных определения. Одно представляет устойчивость в качестве внутреннего свойства, присущего геосистеме, определяемого её структурой, состоянием и не зависящем от внешнего воздействия. Всё же более широко развито понятие об устойчивости, как комплексе свойств геологической среды, определяющем характер и интенсивность её реакции на техногенные воздействия.

Развёрнутое определение этого термина предложено в [51]: «устойчивость геосистемы (геологической среды, территории) — это её свойство при воздействии различных природных и техногенных факторов сохранять (или восстанавливать) равновесие связей и параметров состава, структуры, состояния и свойств своих от-

16

дельных компонентов, а также обеспечивать стабильное функционирование технических систем, которые она вмещает. Для количественной оценки устойчивости любой геосистемы должны быть количественно охарактеризованы сами воздействия и обоснованы критические (пороговые) значения компонентов или параметров геосистемы, определяющих её устойчивость. Поэтому, говоря об устойчивости геосистемы в целом, мы подразумеваем лишь её относительную устойчивость к рассматриваемым типам воздействий».

Попытка уже сейчас, на достигнутом уровне изучения явления устойчивости экосистем, предложить универсальный алгоритм расчёта сводится к формальному коэффициенту устойчивости из теории сопротивления материалов [44], т.е. Ku=SNi/ITi, где N; - удерживающие равновесие силы и Т; - деструктивные силы. Формальный подход к определению коэффициента устойчивости приводит к формальному, трудно применимому на практике способу определения предельно допустимой нагрузки: предлагается без подробного знания механизмов функционирования системы и учёта влияния всего многообразия факторов «сопоставить в каждом случае уровень воздействия с изменением параметров системы, отображающих компенсирующие процессы [44]». В качестве индикаторов таких