Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и обоснование предметной области 10
1.1. Методологический аспект исследования 14
Глава 2. Покомпонентный анализ естественного состояния ОС (на примере Бодайбинского района) 26
2.1. Рельеф 27
2.1.1. Годичный цикл формирования рельефа 28
2.2. Климат 31
2.3. Растительный покров 37
2.4. Животный мир 45
2.5. Внешний управляющий параметр ОС 51
2.6. Функционирование природной системы в естественных условиях 54
Глава 3. Внешние воздействия на ОС и их временные характеристики 61
3.1. Фрактальный анализ области воздействия 64
3.2. Системно-структурный анализ области воздействия по компонентам в границах локального объекта 73
3.2.1. Рельеф 73
3.2.2. Климат 76
3.2.3. Растительный покров 77
3.2.4. Животный мир 79
3.3. Воздействие на ОС в целом в границах локального объекта 80
Глава 4. Модель оценки ущерба от воздействия на ОС с учетом физических свойств времени 85
4.1. Эколого-геологическая обстановка исследуемого района 85
4.2. Теоретическое обоснование модели 86
4.3. Построение теоретической модели 93
4.4. Модельный расчет ущерба 96
Глава 5. Тестирование модели оценки ущерба, наносимого ОС при разработке золотоносной россыпи (модельный пример) 99
5.1. Апробация методики при отработке золотоносной россыпи 99
5.2. Апробация методики при комплексном воздействии на ОС 108
Заключение 116
Библиографический список 118
- Годичный цикл формирования рельефа
- Функционирование природной системы в естественных условиях
- Фрактальный анализ области воздействия
- Теоретическое обоснование модели
Введение к работе
Важнейшей задачей, имеющей выраженную социально-экономическую направленность, является изучение состояний окружающей нас природной среды, прогнозирование изменений ее состояний под антропогенным воздействием и определение с эколого-экономических позиций безопасных уровней техногенных нагрузок.
Провозглашаемая концепция устойчивого развития, подразумевающая более высокие стандарты жизни, отнюдь не призывает достигать их за счет необдуманного использования природных ресурсов, разрушения и ухудшения качественных характеристик окружающей среды. Очевидно, что для реализации данной концепции требуется формирование нового образа мышления, новых оценок и нового образа жизни, способных регулировать экосистему до того, как напряжение в ней станет критическим. Для этого потребуется разработка новых системных подходов, принятие нестандартных, согласованных и в достаточной степени обоснованных решений, в том числе и законодательных. Следует остановить экологическую деградацию территорий, сохранить устойчивость еще оставшейся естественной среды, а это невозможно без исследования, анализа и построения моделей существующих и предполагаемых изменений в глобальной экосистеме, включающей как природные, так и антропогенные компоненты.
Предпочтительным для подобной работы является синергетический подход, ставящий во главу угла не только реальность, но и возможности (ситуации выбора) - точки бифуркации (ветвления). Именно синергетика, наука о самоорганизации систем различной природы, базируясь на концепции иерархии упрощенных моделей, содержащих набор базовых математических моделей, в состоянии найти выход из сложившейся ситуации и, возможно, не один.
Поэтому и возникла идея: на основе синергетических представлений о времени как о дискретной категории, разработать пространственно-временную модель эволюции состояний окружающей среды на примере работы горных предприятий Бодайбинской провинции. Данная провинция является одной из наиболее старых (разрабатывается с 1864 года), наряду с Саяно-Байкальской. Она расположена на территории Иркутской области и входит в состав Ленского золотоносного района, разрабатываемого на протяжении 150 лет и занимающего второе место в России по добыче золота (1160т.)[8].
На исследуемой территории наиболее активно производится отработка россыпей открытым способом, менее активно - дражным и подземным. С 70-х годов XIX столетия разработка россыпей производится с помощью гидромониторов.
Столь активное воздействие не может не повлиять на состояние окружающей среды как непосредственно в местах отработки россыпей, так и в масштабах системы в целом. Данная работа посвящена исследованию состояний окружающей среды и их оценке с позиций новых (пока еще формирующихся) представлений о времени как о структурированной категории.
Оценка состояний одной из сложнейших природных систем, каковой
является окружающая среда (ОС), особенно под воздействием внешних
управляющих параметров, является весьма сложной задачей. Традиционно
при оценке ущерба, наносимого ОС антропогенным воздействием,
использовались только геометрические свойства времени
(продолжительность воздействия), активные физические свойства времени, такие как темп хода времени плотность времени системы, не учитывались вовсе. Кроме того, допускается, что воздействие на локальном уровне не оказывает влияния на ОС как систему в целом.
Проблема оценки ущерба, наносимого ОС антропогенным воздействием в настоящее время решается различными методами, такими как: сводная «Методика определения предотвращенного экологического ущерба», метод биогеохимической индикации, разработанный доктором Т.Н. Нижарадзе [93], методы интеллектуальных информационных систем и в частности - метод гибридной интеллектуальной тестовой распознающей системы, предложенный А.Е. Янковской [155] и метод, рекомендуемый Д. Корчагиным [1], основанный на построении пространственных моделей расчетного мониторинга загрязнения атмосферы. Наибольший интерес представляет теория пространственно-временных размерностей, сформулированная Ф.Н. Рянским [120], позволяющая учитывать размер области поражения, предполагающая, но не учитывающая влияние воздействия на пространство, окружающее эту область.
Ни одна из существующих на данный момент методик оценки эколого-экономического ущерба не учитывает влияние антропогенного воздействия, в частности, проведения горных работ, на область, окружающую объект воздействия. Следовательно, оценка ущерба, проводимого по вышеизложенным методикам, является неадекватной. Учет распространения воздействия горного производства на природную систему в зависимости от иерархических уровней возможен только с использованием системных свойств времени, теоретически обоснованных и подтвержденных физическими опытами астрофизика Н.А. Козырева [64, 67, 68].
Таким образом, исследование влияния фактора времени на оценку состояния ОС, особенно в условиях работы горнодобывающих предприятий, является весьма актуальной задачей, решение которой гарантирует адекватность оценки эколого-экономического ущерба, наносимого природной системе антропогенным воздействием.
Цель работы:
Исследование влияния фактора времени в целях адекватной оценки эколого-экономического ущерба, наносимого ОС горным производством, применительно к природно-климатическим условиям Бодайбинского района.
Идея работы заключается в разработке пространственно-временной модели оценки эколого-экономического ущерба, наносимого ОС горным производством, на основе синергетических представлений о времени, как структурированной категории.
Задачи исследования:
обзор и анализ существующих подходов к оценке эколого-экономического ущерба;
классификация компонент ОС Бодайбинского района по их временным характеристикам;
анализ факторов воздействия на ОС в условиях проведения горных работ;
разработка пространственно-временной модели оценки эколого-экономического ущерба, наносимого ОС горным производством;
тестирование модели в условиях работы горнодобывающих предприятий Бодайбинского района.
Методика решения поставленных задач базируется на системно-структурном анализе, включающем: анализ существующих методик оценки ущерба; фрактальный анализ ОС Бодайбинского района; анализ природной системы с помощью принципов иерархичности, абстрагирования, целостности и дополнительности; анализ факторов воздействия по типам; моделирование оценки эколого-экономического ущерба, наносимого ОС горным производством, на основе современных представлений о времени и пространстве; оценка эколого-экономического ущерба, наносимого ОС
7 Бодайбинского района горным производством на основе разработанной модели.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Темп хода времени природной системы замедляется с увеличением размеров занимаемого пространства.
Степень воздействия горного производства на окружающую среду нелинейно зависит от активных свойств времени, основными из которых являются: темп хода времени и плотность времени системы.
Разработанная пространственно-временная методика позволяет корректно оценить эколого-экономический ущерб, наносимый окружающей среде горнодобывающими предприятиями за счет структурированности пространства воздействия и введения множителя, учитывающего темп хода времени.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается результатами практических расчетов ущерба, наносимого ОС горнодобывающими предприятиями на примере отработки россыпных месторождений золота по р. Тахтыга.
Научная новизна работы заключается в следующем:
введены понятия темпа хода времени и плотности времени системы применительно к оценке эколого-экономического ущерба, наносимого ОС горным производством;
установлена зависимость темпа хода времени системы от структурной организации области воздействия;
разработана пространственно-временная модель оценки эколого-экономического ущерба, наносимого ОС горным производством, позволяющая количественно учитывать ущерб в зависимости от физических свойств времени как структурированной категории;
8 обоснована адекватность методики оценки эколого-экономического ущерба с учетом физических свойств времени реальным условиям отработки золотоносных россыпей по р. Тахтыга Бодайбинской провинции.
Практическая значимость работы заключается в разработке принципиально нового подхода к оценке эколого-экономического ущерба, наносимого ОС антропогенным воздействием. Предлагаемая методика апробирована в условиях отработки золотоносных россыпей Бодайбинского района (по р. Тахтыга).
Апробация работы:
Основные положения диссертации докладывались на международной научно-практической конференции (БГУЭП, 2003), научно-технической конференции ФГТГ 2004 года; излагались в публикациях сборников «Проблемы земной цивилизации» 2004, 2005 годов, в сборнике «Проблемы освоения минерально-сырьевой базы Восточной Сибири», Вестнике ИрГТУ, в материалах международной научно-практической конференции 2003 г., в сборнике трудов конференции ФГТГ 2005 г.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ в сборниках научных трудов и материалах международных научно-практических и научно-технических конференций.
Объем и структура работы:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка из 156 наименований. Диссертация изложена на 130 страницах и содержит 38 рисунков и 10 таблиц.
Работа выполнялась в 2003-2005 годах на кафедре методики поисков и разведки месторождений полезных ископаемых Иркутского государственного технического университета.
Автор выражает искреннюю и глубочайшую признательность научному руководителю работы, доктору геолого-минералогических наук, профессору и просто очень хорошему Человеку - Филонюку Виталию Андреевичу.
А также глубоко благодарен всем, кто на разных этапах работы оказывал помощь и поддержку: проректору по научной работе, доктору химических наук, профессору Евстафьеву С.Н., доктору технических наук, профессору Тальгамеру Б.Л., кандидату филологических наук, доценту Петровой Е.Н., кандидату геолого-минералогических наук, доценту Мироманову А.В.
Кроме того, автор признателен своей семье за понимание, внимание и посильную помощь, особенно дочери, аспирантке кафедры геофизики и геоинформатики Мусихиной О.М.
Годичный цикл формирования рельефа
Зимой под действием низких температур происходит относительное уплотнение грунта, весной снег тает и начинается перемещение водных потоков в пониженные формы рельефа. Попутно переносится большое количество поверхностного материала. В летнее время в периоды дождей происходит подобный процесс. Кроме того, происходит процесс выветривания и разрушения пород под действием перепада температур. Самыми неустойчивыми к разрушению будут являться вершины склонов.
Активное формирование равнинного характера рельефа продлится до наступления зимы. Таким образом, получается, что с каждым годичным циклом рельеф будет все более тяготеть к равнинному, уменьшаясь по вертикали в среднем на 2 см в год [2, 150, 126]. Следовательно, в естественных условиях на макроуровне изменения форм рельефа происходят крайне медленно (-200 млн. лет), а на микроуровне изменения происходят ежегодно. Таким образом, чем меньше формы рельефа, тем выше на данном уровне ход времени (скорость процессов).
В целом, основные черты рельефа Восточной Сибири сложились задолго до антропогенного периода. Определяющую роль в формировании рельефа играли резкие климатические колебания [116, 13, 15]. Исследуемый район расположен в северо-восточной части Иркутской области и занимает территорию площадью 92 тыс. кв. км. Рельеф территории преимущественно среднегорный, сложен породами различных возрастов и расчленен густой речной сетью, с достаточно сложным горным рельефом, высотой над уровнем моря 2500-3000 км и относительными высотами водоразделов над долиной, изменяющимися от 200-250 м до 600-800 м. Долины рек имеют характерную V-образную форму [5].
На севере района находится Патомское нагорье (1647 м), имеющее сложную по рельефу поверхность. А в юго-западной части - хребет Кропоткина.
По территории района протекают реки: на севере - Большой Патом, на востоке - Чара с притоком Жуя, а на юго-западе - Витим, являющийся самым крупным притоком Лены. В пределах района находится нижняя часть Витима (575 км). Прорезая горные хребты, русло реки образует пороги и перекаты. Самый крупный из них - Демон-Оронский. Максимальный подъем воды 10 м. Qo6ii .=1530 куб. м./с, С2наиб.=10000 куб.м./с, С наим.=30 куб.м./с. Замерзает в конце октября - начале ноября, вскрывается во второй декаде мая.
Горный характер территории, узкие долины, выходы слаборазмываемых пород, большое скопление крупнообломочного материала на дне долин и в руслах рек ограничивают деформацию русел. В пределах горных хребтов реки имеют типичный горный характер. Особенностью рек исследуемого района является формирование их стока под влиянием вечной мерзлоты. Главную роль в питании рек играет дождевой сток, отличающийся крайней неравномерностью. Преимущественно дождевой сток, малая роль подземных вод в его формировании, высокая сопротивляемость размыву кристаллических пород, низкие температуры воды определяют незначительную минерализацию воды.
В целом, рельеф является одним из наиболее устойчивых компонентов системы. Устойчивость его прямо пропорциональна величине формы. Для разрушения крупных форм рельефа требуется крайне длительное воздействие, либо действие, носящее эндогенный импульсный характер. Соответственно горнодобывающие работы оказывают на крупные формы рельефа постепенное воздействие, проявляющееся лишь с течением времени, в отличие от микроформ рельефа, изменяемых в течение полевого сезона. Таким образом, в целом по временной характеристике рельеф может считаться псевдо-статичным элементом системы. Климат - «закономерная последовательность метеорологических процессов, определяемая комплексом физико-географических условий и выражающаяся в многолетнем режиме погоды, наблюдающейся в данной местности» [38]. Для геологии характерна классификация климатов на нивальный, гумидный и аридный. Особенности микроклимата (климата отдельных регионов) является лишь отражением общих закономерностей эволюции глобального климата (климата планеты в целом). Эволюцию климата мы отслеживаем, наблюдая за изменениями температуры, влажности и движениями атмосферных вихрей. В целом климат Земли определяется двумя составляющими: экзогенной - солнечной активностью, и эндогенной - недрами самой планеты. В значительной мере климат Земли определяет именно солнечная энергия (рис. 4), часть которой (=30%) отражается атмосферой, в основном облаками и поверхностью Земли. Солнечная интенсивность меняется в течение года и, кроме того, находится в зависимости от географической широты. Таким образом, определяя разницу температуры, влажности, давления и ветра в зависимости от климатической зональности [150].
Функционирование природной системы в естественных условиях
В естественных условиях вся система находится в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого отрицательными обратными связями. Под обратной связью будет подразумеваться воздействие результатов функционирования системы на характер функционирования. Так, газовый состав атмосферы обеспечивает процессы дыхания и фотосинтеза, при этом кислород и углекислый газ являются продуктами жизнедеятельности растений. Озоновый слой, возникающий в результате деятельности растений, защищает от ультрафиолетовых лучей, приходящих из космоса. Кроме того, все природные воды представляют собой смешанные газовые растворы. При неизменной температуре и давлении концентрация растворенных в воде веществ остается постоянной. С понижением температуры растворимость углекислоты в воде увеличивается, воды Мирового океана вбирают в себя из атмосферы излишки углекислоты, затем последние осаждаются на дно в виде карбонатных пород, поддерживая равновесие - происходит процесс саморегуляции системы. Помогает в этом процессе и растительный покров, работающий по программе обратной связи. Увеличение содержания углекислого газа ведет к увеличению «аппетита» растений, превращающих его в живую ткань и далее в углеводороды. При уменьшении содержания С02, уменьшается его потребление, т.е. система опять возвращается в состояние динамического равновесия.
Принцип обратной связи действует между температурой воды океана и площадью облаков. При поступлении на Землю большего излучения Солнца увеличивается количество облаков, что приводит к большему отражению лучей. И температура вновь приходит в норму. Если же солнечного тепла приходит меньше, вода становится холоднее, облаков меньше, следовательно, до земли и воды доходит больше солнечного тепла и система вновь возвращается в состояние динамического равновесия. В мире животных и растений восстановительных обратных связей наблюдается еще больше [150, 154, 122,94].
Между компонентами системы осуществляется непрерывный обмен веществом, информацией и энергией, что обеспечивает многократность процессов с их периодической и циклической повторяемостью во времени. Периодические - ритмы одинаковой длительности, циклические - ритмы различной длительности. Периодичности подвержены процессы: тектоники плит, климатические изменения, гидрологические и биологические явления и т.д. Продолжительность ритмов также различна: геологические, сверхвековые, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т.д.
Во многих природных процессах встречаются циклы, продолжительностью 11, 22, 30-35, 20-50 лет. Годовая цикличность связана со сменой времени года [120, 76]. Суточная цикличность присуща всем живым организмам. Такое динамическое взаимодействие компонентов организованно и отличается последовательностью. Изучение данных явлений необходимо для оценки воздействий на окружающую среду с целью выявления последствий таковых.
Рассмотренные выше компоненты экосистемы исследуемого района: рельеф, климат, растительный покров и животный мир неразрывно связанны между собой (рис. 14) и находятся под влиянием тектоники, солнечной активности и других внешних воздействий [120]. Все компоненты системы имеют различную пространственную составляющую и разномасштабное время существования. Таким образом, рельеф будет являться псевдостатичным элементом системы; климат - условно-статичным; растительный покров - относительно статичным; животный мир - лабильно-статичным элементом системы.
Данная классификация произведена с учетом временных характеристик компонент ОС (от самого длительно формирующегося - рельефа, до обладателя наиболее короткого жизненного цикла - животного мира). Время исследуемой системы слагается из времен компонентов ее составляющих (рельефа, климата, растительного покрова и животного мира). Причем скорость хода времени и плотность времени зависит также и от сезонных условий.
Следовательно, время крупных форм рельефа будет определяющим для времени системы, поскольку оно вмещает время всех других компонентов. Значит, исследование воздействия горного производства на окружающую среду следует изучить, прежде всего, на примере рельефа, имеющего самый длительный цикл формирования.
В работе сознательно не выделяется в качестве подсистемы такой важный компонент ОС как вода, поскольку применительно к последней разрабатываемой методики подсчета эколого-экономического ущерба не представляется возможным, вследствие активных динамических свойств воды. Признавая безусловную важность изучения воздействия горного производства на водные ресурсы, все же приходится констатировать, что подобное исследование взаимодействия двух столь важных динамичных компонент как время и вода является тематикой для отдельной работы.
Фрактальный анализ области воздействия
В пределах изучаемого района исследователи [131, 132, 140, 147] выделяют три ландшафтные зоны: преимущественно горные лесные с элементами гольцовых и на севере района среднетаежные лиственничные и сосновые леса, характеризующиеся однотипным рельефом, близким геологическим строением, сходным климатом, общим характером поверхностных и грунтовых вод, горнолесными перегнойными почвами, характерными растительными и животными сообществами.
Антропогенное воздействие на природную и геологическую среду связано, прежде всего, с геологоразведочными работами и отработкой россыпного золота.
По степени эколого-геологической опасности выделяются площади с удовлетворительной и напряженной обстановкой. Площади с удовлетворительной обстановкой охватывают участки (процент территории), где в результате проходки горных выработок, нарушен и уничтожен почвенно-растительный слой. Суммарная пораженность экзогенными геологическими процессами на таких участках превышает 50%.
Напряженная эколого-геологическая обстановка в местах отработки россыпного золота, вследствие которой полностью уничтожен почвенно-растительный покров, на восстановление которого понадобится не менее 100 лет. Площадь нарушенных земель экзогенными геологическими процессами на таких участках приближается к 100%.
Площадей с благоприятной эколого-геологической обстановкой - при суммарной нарушенности экзогенными геологическими процессами до 25-30% крайне мало на территории района. Именно поэтому при разработке теоретической пространственно-временной модели оценки эколого-экономического ущерба, степень нарушенности в границах локального объекта была принята за 100%.
Изучив эволюцию окружающей среды, как в естественных условиях, так и под влиянием антропогенного воздействия (в частности в условиях работы горнодобывающих предприятий), следует перейти к построению пространственно-временной модели оценки эколого-экономического ущерба, наносимого ОС горными работами. В условиях бурного развития техногенеза на нашей планете объективная оценка воздействия или последствий его развития на окружающую среду является задачей далеко не тривиальной. Пока что она решается довольно просто и ограничивается, как правило, интегрированием стоимости нарушенных или полностью уничтоженных компонентов природы без учёта возможности или не возможности их самовосстановления. От этого зависит характер дальнейшего развития среды - будет ли он обратимым, т.е. среда восстановит свои прежние свойства, или необратимым, т. е. среда окончательно потеряет свои прежние свойства и перейдёт в новое качество, которое, как правило, не предсказуемо. Другими словами в традиционном подходе к оценке ущерба не учитывается структура, а точнее, структурная организация среды, и тесно связанный с этим фактор времени. Время в данном случае, как и само пространство окружающей среды, структурировано и обладает целым рядом специфических физических свойств. Как уже было ранее замечено, время имеет свою направленность, свой ход или темп хода, плотность, обладает холономностью, является носителем информации, обладает асимметричностью [62, 64, 65, 66, 71]. Все эти физические свойства предопределяют главные системные свойства времени - это порядок и длительность.
Как уже было замечено ранее, время-порядок - это организованность системы или, по определению Козырева, плотность времени, вносящая организованность в систему [65], а время-длительность - это интегральное время сложной системы от малого объекта до целого района, или тот самый ход времени по Козыреву [68].
Свойство негативных воздействий копиться пока не начнутся необратимые изменения (качественные), поскольку отследить обратимые (количественные) изменения очень сложно, пока они еще не переросли в качественные или не пошли очень близко к такому уровню. Замечено, что такие изменения происходят, чаще всего скачкообразно (подобно эволюции). Поэтому чаще всего, нам приходится сталкиваться с уже свершившимся фактом, если мы хотим, чтобы природная система вернулась в естественное состояние, нам необходимо учитывать непредсказуемость реакции системы на воздействия извне.
Суть предлагаемой ниже модели оценки ущерба рассмотрим на примере территории Бодайбинского района, где силами многочисленных приисков ведётся освоение золотоносных россыпей. Это регион, где отмечается достаточно интенсивное воздействие специфичных горных работ на окружающую среду. Специфичность воздействия заключается в том, что оно направлено, в основном, на речные системы и долинные ландшафты со всеми локализующимися в этих условиях видами растительности и животного мира.
Область пространственно взаимосвязанных объектов окружающей среды, на которые оказывается основное техногенное давление в данном регионе, можно представить как сложную природную систему. Она состоит из конкретных, тесно взаимосвязанных в пространстве и времени подсистем: рельеф (ландшафт), растительный покров, животный мир, макро- и микроклимат и др. Каждая из перечисленных подсистем иерархична (состоит из последовательно «вложенных» один в другой элементов), и фрактальна, т.е. обладает свойствами самоподобия в структурной организации пространственных элементов не зависимо от масштабного уровня в последовательном (ранжированном) ряду их размеров.
Учитывая иерархическую структурированность окружающей среды и адекватную ей структурированность времени, соответствующую различным уровням системы, можно создать следующую схему системы воздействия как основу модели оценки этого воздействия на состояние среды в условиях горнодобывающей промышленности. Отдельные дискретно рассредоточенные в пространстве локальные объекты - (л.о.) горнодобывающей промышленности можно объединить в таксоны (пространственные элементы одного масштаба воздействия) ветви объектов -(в.о.), в свою очередь входящие в более крупные таксоны - кусты объектов (к.о.), входящие в районы (р.) и районы, объединенные провинцией (пр.). Таким образом, выстраивается наглядная структура модели по вертикали.
Теоретическое обоснование модели
Модель структурной организации пространственного распределения областей воздействия на окружающую среду в Бодайбинском регионе представляет типичный фрактальный объект, который унаследовал данное свойство от системы распределения в пространстве золотоносных россыпей с повышенными (промышленными) концентрациями золота (см. рис. 23). В модели отображены четыре масштабных уровня, параметры которых показаны в таблице 7.
Вышеприведенный фрактальный анализ внутреннего строения пространства воздействия на окружающую среду (см. рис. 19), произведённый общеизвестным методом набрасывания сетки с последовательным удвоением размеров её квадратной ячейки подтвердил, что область воздействия фрактальна и характеризуется фрактальной размерностью примерно D=l,34 (тангенс угла наклона осреднённого графика равен 0,34) (см. рис. 20).
Все фрактальные системы обладают свойством нелинейности [74, 99]. Это одно из фундаментальных свойств, характеризующих природные системы, формирование которых происходило в режиме самоорганизации. Поскольку система воздействия на окружающую среду в Бодайбинском районе полностью унаследует природную систему размещения промышленных россыпей золота, то она тоже будет обладать свойством нелинейности. Это хорошо видно в таблице 7, в которой величина скейлингового (масштабного) коэффициента демонстрирует нелинейный режим фрактального роста природной системы распределения промышленных россыпей и адекватной ей системе воздействия на окружающую среду. Такое фрактальное расширение области воздействия на окружающую среду предопределяет также нелинейный характер затухания степени локального воздействия при распространении его на постепенно увеличивающийся размер окружающего пространства.
Исходя из природного расположения россыпных месторождений золота, разработана модель, основанная на принципе удвоения радиусов от 2,5 до 40 км с центром, находящимся посередине локального объекта (см. рис. 19). Интенсивность локального воздействия будет нелинейно уменьшаться с увеличением радиуса исследуемого пространства. Так, на локальных объектах степень воздействия чрезвычайно высока и носит дискретный (импульсный) характер. Далее она сначала резко, а затем постепенно нелинейно снижается, плавно переходя к значению, близкому к нулевому, на уровне всей провинции. Аккумуляция же энергии (жизненной силы) окружающей среды, обусловленная свойствами времени, будет максимальной именно на уровне провинции и минимальной на уровне локального объекта. Таким образом, плотность воздействия находится в обратной зависимости от размеров пространственных элементов системы с соответствующим ходом времени, а аккумуляция энергии - в прямой зависимости.
Время исследуемой системы слагается из времен компонентов, ее составляющих (рельефа, климата, растительного покрова, животного мира). Причем темп хода времени у каждого компонента свой, определяемый его энергонасыщенностью или его энергетическим "вкладом" в обеспечении устойчивости среды как системы. Т.е. чем выше энергонасыщенность, тем выше разрешающая способность, тем медленнее «течет» время, тем шире возможности адаптации к внешним воздействиям. Значит, время крупных форм рельефа будет определяющим для времени системы, поскольку оно вмещает время всех других компонентов. А именно на рельеф, прежде всего, направлено воздействие горного производства.
Известно, что энтропия возрастает с ростом числа подсистем, а противостоит ей именно плотность времени, следовательно, и плотность времени будет увеличиваться с увеличением числа подсистем [70]. Время одной подсистемы будет накладываться на другое, проникая одно в другое. Такая совместная работа времён различных подсистем помогает всей системе находиться в состоянии динамического равновесия.
Действия антропогенного характера коренным образом нарушают и темп хода времени, и плотность времени системы, особенно на локальном уровне. Разрешающая способность системы падает, фактически происходит уничтожение времени существующей системы.
Воздействие горного производства распространяется от центра локального объекта, по сути, повергая систему в хаотическое состояние. Противостоящая ему плотность времени увеличивается, наоборот, с уменьшением масштаба, т.к. жизненная сила с увеличением пространственно-временного уровня возрастает, как и разрешающая способность системы, но удельная плотность ее уменьшается. Таким образом, энтропии в системе противостоит плотность времени, но лишь до определенного предела.
Воздействие горного производства на локальном объекте (как уже было замечено) носит импульсный характер и время не успевает «накапливаться» на данном уровне системы, поскольку накопители либо уничтожены (растительный покров), либо мигрировали (животный мир). Кроме того, происходит воздействие на темп хода времени и его плотность в рамках вышележащих уровней. А это значит, что, подойдя к порогу устойчивости, система просто перестанет «контролировать ситуацию». Следовательно, пересечение кривых плотности воздействия и аккумуляции энергии даст точку перехода количественных изменений системы в качественные и определит границу хаоса. Следовательно, именно здесь мы сможем получить данные, позволяющие прогнозировать дальнейшее поведение системы. И именно здесь, в рамках данного уровня, будет находиться та самая искомая точка (её можно назвать точкой сингулярности), определяющая порог устойчивости системы (рис.32).
Совершенно очевидно, что на уровнях объектов, находящихся слева от точки, система сама не сможет вернуться к прежнему состоянию. Просто не хватит «жизненной силы» или «давления жизни» для восстановления ее в изначальном виде, поскольку коренным образом нарушен и темп хода времени, и его плотность.
Похожие диссертации на Исследование влияния фактора времени на оценку состояния окружающей среды в условиях работы горнодобывающих предприятий
