 |
Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2 http://variable-stars.ru/db/msg/1173324/page31.html |
6.1.3. Геологическая экология и геофизическая экология.
Наряду с понятием экогеология, в географии, геологии и других науках, связанных с природоохранной деятельностью, используется термин геоэкология, в который разные авторы вкладывают свой смысл. Так, В.Т.Трофимов и др. (1997) считают геологическую экологию (геоэкологию) " междисциплинарной наукой, изучающей состав, структуру, закономерности функционирования и эволюции естественных и антропогенных экосистем высокого уровня организации с целью сохранения жизнеобеспечения человека и жизни на Земле " . В таком понимании геоэкология должна объединять исследования экологических проблем Земли, проводимые в биологии, геологии, географии, почвоведении, т.е. стать " биологией окружающей среды " . В.И.Осипов и др. (1997) считают, что геоэкология - это междисциплинарное направление, объединяющее только науки о Земле, занимающиеся экологией геосфер. В этом случае она подразделяется на экологию атмосферы (метеоэкологию), гидросферы (гидроэкологию), почв (педоэкологию), литосферы (экогеологию). Согласно этим определениям геоэкология - это фундаментальная междисциплинарная наука, находящаяся на стыке ряда наук, занимающихся экологическими проблемами. Поэтому геоэкология должна базироваться на комплексировании биологической, геологической, гидрогеологической, почвенной, геохимической, геофизической информации о состоянии природных систем, а главное - использовать эту информацию для организации мониторинга. Под мониторингом понимается система повторных измерений с прогнозом, анализом, слежением за изменением в пространстве и во времени параметров природной среды с оценкой состояния биосферы и принятием рекомендаций для управленческих решений по защите биоты и человека от антропогенно-техногенного воздействия, а также контроля за их осуществлением. Главные задачи экологического мониторинга - получение объективной, по возможности, количественной информации об изменении биологических, геологических, гидрогеологических, почвенных, геохимических, геофизических параметров природной среды в глобальном, региональном и локальном масштабах. Геофизической информации, получаемой в большом количестве с помощью экспресс-методов и позволяющей создавать простые системы мониторинга, должна принадлежать большая роль, поскольку ее можно использовать во всех перечисленных научных дисциплинах. В результате комплексного геосистемного мониторинга даются оценки территорий с точки зрения их медико-санитарного состояния и возможности нормального функционирования экосистем.
Геоэкологии в геофизике должно соответствовать фундаментальное научное теоретическое направление, которое можно назвать геофизической экологией или геофизикой биотехносферы. Это направление геофизики имеет тот же ранг, что и геофизика атмосферы, гидросферы и литосферы, которые вместе с физикой Земли и составляют геофизику (общую или фундаментальную геофизику).
Предметом исследования геофизической экологии являются физическое состояние и свойства, изменение в пространстве и во времени естественных (космических и земных), искусственных (антропогенно-техногенных) физических полей окружающей человека и биоту среды. В нее с учетом сказанного выше входят:
- природная среда (части атмосферы, литосферы, гидросферы);
- геологическая среда (почвы, грунты, горные породы и подземные воды);
- географическая среда (географические системы или природно-территориальные комплексы разного уровня организации (фации, урочища, наборы урочищ, ландшафты), взаимосвязанные в пространственно-временной организации материи на уровне ландшафтной среды Земли) [Дьяконов К.Н., 1988];
- поверхностная гидросфера (акватории рек, озер, шельфы морей и океанов);
- биосфера и техносфера (биотехносфера);
- социосфера.
Геофизическая экология как фундаментальный раздел геофизики, связанный с изучением экологических проблем физическими методами, находится в стадии формирования. Глобальный характер космических и земных физических полей (гравитационных, магнитных, электромагнитных и др.), их пространственно-временная дифференциация, косморитмичность и космокатастрофичность позволяют нам считать, что они играют главную роль в развитии Земли, литосферы, биосферы [Разработка концепции мониторинга природно-техногенных систем, 1993]. Поэтому правомерность геофизической экологии (геофизики биотехносферы) не вызывает сомнения. Научно-прикладной же раздел геофизической экологии - экологическая геофизика (экогеофизика) активно развивается. В этом разделе настоящей работы рассмотрены три основных направления экогеофизики, связанных со структурными (геодинамическими) нарушениями, вещественными (геохимическими) и энергетическими (полевыми и физическими) видами загрязнения окружающей среды.
6.1.4. Особенности физико-геологических моделей в экогеофизике.
Во всех рассмотренных выше прикладных методах геофизики (глубинной, региональной, разведочной и инженерной) в той или иной мере решаются экологические задачи. Их выделение в экологическую геофизику следует начать с построения физико-геологической модели источника экоаномалий (ФГМЭ) (Вахромеев Г.С., 1995). Это необходимо для осмысленной постановки задач, выбора геофизических методов для их решения, а также рациональной методики работ и интерпретации получаемых данных.
Под ФГМЭ можно понимать абстрактное тело простой геометрической формы, которым можно аппроксимировать источник экоаномалий. Например, захороненный радиоактивный источник - это точечный источник, зона тектонического нарушения - вертикальный пласт, пленка нефтепродуктов в грунтовом потоке - горизонтальная тонкая плоскость и т.п. Источник экоаномалии выделяется из вмещающей среды одним или несколькими петрофизическими свойствами и излучением (созданием) физических полей. В приведенном выше примере это повышенная радиоактивность источника и аномальное гамма-поле; повышенные электропроводность, альфа-активность, магнитность, теплопроводность зоны тектонического нарушения и аномальные электрическое, радоновое, магнитное, тепловые поля; пониженные значения удельного электрического сопротивления, диэлектрической проницаемости пленки нефтепродуктов. ФГМЭ, по Г.С.Вахромееву (1995), могут быть:
- статическими (постоянными во времени, например, создаваемыми радиоактивным источником или зоной нарушения) и динамическими (переменными во времени, например, наблюдаемыми над пленкой нефтепродуктов);
- двуальтернативными, когда геопространство делится на аномалосоздающий объект и вмещающую среду (например, в случае радиоактивного источника) и многоальтернативными, состоящими из нескольких возмущающих источников (например, в случае зон нарушений и пленки нефтепродуктов);
- детерминированными (закономерно обусловленными и рассчитываемыми), например, радиоактивное тело, зона нарушений, и вероятностно-статистическими, например, пленка нефтепродуктов;
- априорными, используемыми при проектировании работ и решении прямых задач, и апостериорными, которые получаются при интерпретации и решении обратных задач.
Кроме того, ФГМЭ могут быть локальными, региональными, планетарными, близповерхностными и глубинными, постоянными, низкочастотными, высокочастотными, импульсными и др. Разумеется, каждый экологический объект, исследуемый с помощью геофизики, может быть представлен несколькими ФГМЭ, постепенно меняющимися по мере получения дополнительной информации в ходе комплексных геолого-геофизических исследований.
Экогеофизическая информация отличается высокой точностью, воспроизводимостью и экспрессностью съемок, получением большого числа параметров, возможностью проведения дистанционных и повторных измерений, разработанностью компьютерных технологий получения " пометодных " и комплексных физических параметров. Конечной целью интерпретации является использование геофизических параметров для получения тех или иных экологических, экогеохимических, экогеодинамических, экогидрогеологических и других экопараметров путем установления корреляционных связей.
Ниже рассмотрены сущность, задачи и методы геодинамического, геохимического и физического (энергетического) направлений экогеофизики.
6.2. Эколого-геофизические исследования и мониторинг геодинамических природных и техногенных процессов
6.2.1. Геодинамические природно-техногенные процессы и устойчивость геологической среды.
Геодинамическими природно-техногенными процессами называют:
- извержения вулканов;
- изменения напряженного состояния горных пород, приводящие к уплотнению, разрушениям, обвалам, осыпям и другим гравитационным процессам;
- сейсмичность, обусловленную удаленными, местными естественными и техногенными землетрясениями;
- оползневые процессы и абразию берегов, вызываемые природными процессами и инженерно-технической деятельностью;
- карстовые явления, связанные с суффозией (вымыванием) рыхлых пород и растворением карбонатных пород подземными водами, возрастающими при изменении их режима под воздействием природно-техногенных факторов;
- криогенные процессы, сопровождающиеся переходом температуры пород от отрицательной к положительной и приводящие к деструкции мерзлоты, а значит, к изменению физико-механических и прочностных свойств горных пород.
Природные геодинамические процессы развиваются или в виде плавных ритмичных изменений с периодами от секунд до миллионов лет, что является признаком " порядка " в литосфере и на Земле, или в виде катастрофических проявлений - " хаоса " [Атлас временных вариаций природных процессов, 1994]. " Порядок " и " хаос " определяются как земными, так и космическими причинами и передаются через физический вакуум. Он характеризуется безмассовой энергией высокой плотности и наличием колебаний. Сложение ритмов разной природы, например влияния Солнца, планет, Луны, может привести к резонансам, вызывающим катастрофы. Поскольку геологическая среда является неоднородной, состоящей из твердых частиц, пустот, флюидов, слоев, блоков и т.п. с разным напряженным состоянием, то ритмы и катастрофы передаются по-разному и фиксируются в породах неодинаково. А.Синяковым высказана гипотеза локальных геофизических резонансов (ЛГР), согласно которой сложение взаимодействий разных объектов Солнечной системы и космоса может быть направлено в некоторую локальную часть Земли, в " заданное " время (прошедшее и будущее). Возникший здесь ЛГР оказывает мощное воздействие на природу, технику, человека, что и приводит к природно-техногенным катастрофам, а также к нарушениям функциональной деятельности людей (оцепенение), сопутствующим техногенным катастрофам. Разработанные им алгоритмы, программы и результаты математического моделирования позволили объяснить некоторые антропогенно-техногенные катастрофы локальным геофизическим резонансом.
Современное состояние инженерно-геологических условий и прогноз их изменений под действием геодинамических природных и техногенных процессов и факторов можно охарактеризовать введенным В.Т.Трофимовым понятием устойчивости геологической среды (УГС). Под УГС следует понимать зависимость геологической среды (ГС) от состояния и скорости развития эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) природных, а также техногенных процессов. Они, в свою очередь, изменяют геолого-геофизические свойства: физико-механические и деформационно-прочностные, характеризующие тензо- и виброчувствительность; водно-физические свойства, меняющие ее флюидочувствительность, и геофизические (плотность, намагниченность, электропроводность, упругие параметры, теплопроводность и др.), которыми и определяются аномалии физических полей.
Наблюдается непрерывное усиление естественных и техногенных геодинамических процессов. Плавные, эволюционные процессы приводят к отклонению состояния литосферы от оптимального, а катастрофические - к разрушению среды обитания и гибели людей.
Основными разделами геодинамической экогеофизики являются: экосейсмология, экогравитация, экогидрогеофизика, экокриология.