Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ 32
Глава 1. Современное состояние эколого-географических
Глава 3. Существующие принципы и подходы при оценках
Береговая зона моря 47
Ландшафты суши 55
Глава 4. Эколого-литодинамический подход 65
Теоретические основы 66
Технология экспертной оценки состояния и выделения экологически проблемных территорий 71
Береговая зона моря 71
Урболандшафты и многофункционально используемые земли 75
Модель технологии зонирования 80
Глава 5. Экологическая проблемность объектов исследования 86
Аккумулятивные берега Юго-Восточной Балтики 89
Побережье Северо-Западного Прикаспия 92
Глава 7. Выделение проблемных участков при механическом
воздействии на прибрежную зону 122
Современные особенности морфолитодинамики: фон
и техногенная аномалия 131
Экспериментальный опыт зонирования
при использовании ресурсов побережья 187
Информационные возможности статического зондирования для стратодинамического ранжирования толщи прибрежных отложений 193
Оптимизация технологии геолого- и горно-морских работ на редкометалльных россыпях слоя волновой переработки 222
Элементы технологии оценки современного состояния 241
Последствия природно-антропогенного воздействия 255
Интегральные 255
Локальные 268
Часть III. ОСВОЕННЫЕ ТЕРРИТОРИИ СУШИ: ГЕОЭКОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ
И ОПТИМИЗАЦИЯ ЗОНИРОВАНИЯ 282
Глава 9. Опасность природного и антропогенного воздействия:
на примере соотношений форм ртути в низовьях р. Волги.. 282
Источники металла 305
Почвы и урбогрунт 330
Глава 10. Геоэкологическое зонирование в составе
санитарно-гигиенической оценки территорий 352
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 416
Введение к работе
Актуальность темы. Компоненты природной среды, практически повсеместно, испытывают механическую, химическую и другие формы антропогенного воздействия. Возрос уровень нагрузки на антропогенные объекты и природных явлений. Совокупное природно-антропогенное воздействие изменяет состояние среды обитания. В результате, нередко возникают экологически проблемные ситуации и территории, нежелательные для жизни и хозяйствования [Глазовская, 1976, 1981 б, 1997; Израэль, Цыбань, 1989; Сает и др., 1990; Перельман, Касимов, 2000; Геоэкология..., 2001; Рельеф..., 2002; Рахманин, Новиков, Румянцев, 2003; Русаков, Рахманин, 2004; Айбулатов, 2005; Глазовский, Зонн, 2006; Земная..., 2007; Прикаспий-2007. Геология..., 2007 и др.].
Актуальность темы определяется потребностями выявления в пределах освоенных территорий зон, где ландшафт, в особенности рельеф, а также состав и свойства отложений наиболее подвержены, прежде всего, механическим и химическим изменениям от суммарного природно-антропогенного воздействия. Вопросы оценки, выделения и ранжирования (зонирования) территорий по признакам проблемности лежат в русле экологической доктрины страны (от 31.08.02., № 1225) в плане повышения качества жизни, охраны здоровья населения и разработки инновационных методов оценки состояния среды обитания, в т.ч. и на стадии инвестиционных проектов. Значимость оценки возрастает на участках интенсивного воздействия и с укрупнением детальности работ [Комментарий..., 1999; Уоллис, 2001; Чернышев, Фролова, 2005; Геоэкология Москвы..., 2006]. В этой связи, в переносящих и депонирующих средах автором выявлены закономерности перераспределения и накопления обломочного материала, тяжелых минералов и металлов, аэрозолей, взвесей, химических веществ и их форм. Опираясь на идеи H.A. Флоренсова (1978), М.А. Глазовской (1988) и A.A. Гаврилова (2007), данные процессы, в общем случае, можно назвать литодинамикой, а подход к их изучению, оценке и фиксированию энергомассопереноса в ландшафтно-геоэкологическом пространстве — эколого-литодинамическим (ЭЛП).
Цель работы — создание концепции эколого-литодинамического подхода к оценке состояния освоенных территорий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ современного состояния эколого-географических исследований, терминологии и методологии оценок территорий;
разработка эколого-литодинамического подхода к оценке состояния многофункционально используемых земель;
систематизация в рамках ЭЛП наиболее общих принципов технологии выделения проблемных территорий и прибрежных акваторий по морфолитодинамическим и геохимическим характеристикам;
оптимизация технологии зонирования на основе выбора и сопоставления наиболее информативных характеристик состояния среды;
обоснование значимости инновационных методов зонирования, дополнительные экспертные показатели которых повышают надежность оценок санитарно- и геоэкохимического состояния многофункционально используемых земель с неоднородными геоэкологическими условиями.
Объектами исследования послужили в разной мере освоенные регионы Европейской России, где в решении экологических проблем с 1978 г. и до настоящего момента непосредственное участие принимал автор (табл. 1, рис. 1). В диссертации обобщен опыт работ в береговой зоне Юго-Восточной Балтики, на побережье Северо-Западного Прикаспия (низовья р. Волги), в средней полосе России (гг. Иваново, Москва), на Карельском перешейке (Ленинградская область). Решались вопросы: а) освоения месторождений — газоконденсатных и прибрежно-морских редкометалльных россыпей; оценок б) абразионного риска, в) морфолитодинамического, санитарно- и геоэкохимического состояния ландшафта и его литогенного субстрата.
Таблица 1
Современные экологические проблемы, послужившие основой выделения системы принципов экспертных оценок и зонирования состояния среды обитания в регионах Европейской России
Окончание таблицы 1
А) Юго-Восточная Балтика
Енотаевка
* Диюн
I Сасыколи ,
Смушковое Зое
Озерное^ Икряное,
Восточное Ильинка Басы * .. _ _ —
Сероглазово
вДосанг >5f \ , Аксарайск
Нариманов^
Верхнелебяжье
Рис.1. Схема основных объектов исследования А) - элементы динамики и россыпной металлоносности берегов: 1 - призмы заполнения наносами входящих углов молов портов, 2 - литориновые пересыпи аккумулятивно- лагунных берегов, 3 - подводные редкометалльные россыпи, 4 - среднемноголетняя вдольбереговая составляющая прибрежного потока волновой энергии и тенденций переноса наносов и загрязняющих веществ в регионе, 5 - условные границы прибрежных природных (а) и техногенных (б) литодинамических систем (I-IV): ! - Вислинская, II - Куршская, III - Литовская (Миетрагс-Гируляйская), IV - Латвийская (Миетрагс- Ирбенская); Б) - основные населенные пункты и Астраханский газоперерабатывающий комбинат (АГК) [Богданов, 1987, 991, 2005]
Зензели Лиман
Мумра
Бирючья Коса ^^
К 3 с ' *
Б) Северо-Западный Прикаспий
Совокупность рельефа и слоя геологического субстрата мощностью до первых метров рассматривалась автором как единое целое - поверхностная морфолитосистема, реагирующая на изменения и отражающая особенности взаимодействия эндогенных, экзогенных и техногенных процессов, формирующих экологическое состояние территорий. В этом отношении, для диагностики химического воздействия наиболее информативен слой мощностью 0-0+-20 см [Перельман, Касимов, 2000; СанПиН 2.1.7.1287-03], а механического, особенно динамично проявляемого в прибрежной зоне моря - активный слой наносов, перерабатываемый современными экстремальными штормами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработан и апробирован эколого-литодинамический подход — как фундаментальный принцип технологии оценок состояния территорий, испытывающих совокупное природно-антропогенное механическое и химическое воздействие. ЭЛП является новым научно-прикладным направлением в геоэкологии и экологической геоморфологии, объединяющий способы экспертных оценок суши и прибрежной зоны моря.
Создана логическая модель технологии выделения проблемных зон по морфолитодинамическим и геохимическим характеристикам.
Выделен комплекс наиболее информативных характеристик среды для оптимизации технологии зонирования: параметры потоков ветро- и волновой энергии, фоновые и аномальные свойства элементов ландшафта, накопительные барьеры, частицы определенного удельного веса и крупности, химические вещества и их формы.
Дополнена инновационными методами существующая система оценок геоэкохимического состояния органо-литогенного субстрата рельефа освоенных территорий. В основу методов заложены экспертные показатели: а) природного и техногенного накопления ртути по количественным соотношениям ее форм, б) загрязнения урбогрунта по взаимоналожению
литохимических аномалий и степени окисленности нефтепродуктов, в) индекс загрязнения «почв».
Расширена нововведениями и информативность метода статического зондирования в прибрежно-морских условиях: а) определены мощности активного слоя пляжевых и донных отложений; б) ранжированы толщи наносов по динамическим стратотипам, отражающим ярусность штормовой абразии; е) ориентировочно геометризирован продуктивный пласт подводной россыпи.
Разработана теоретическая схема динамики химического загрязнения внутреннего водоема, основанная на сопряженном анализе пространственно- временного распределения составляющих потока волновой энергии, морфологии берегов и дна, состава наносов, химических загрязняющих веществ (ЗВ) и антропогенного воздействия.
Разработаны основы природо- и ресурсосберегающей схемы подводной добычи россыпей слоя волновой переработки, корректирующей выемку продуктивных песков для: а) сокращения потерь и разубоживания, б) снижения абразионного риска.
Определены закономерности распределения характеристик и свойств морфолитосистемы мористее зоны подводных валов: а) динамическая устойчивость рельефа, б) повышенная продуктивность песков, в) мозаичность технологически и морфолитодинамически проблемных участков дна.
Предложены понятия и определения. Из них наиболее актуальны для оценок и зонирования - «геоморфологически проблемная территория», «санитарно- или геоэкохимическое состояние органо-литогенного субстрата рельефа».
Предмет защиты диссертационной работы — концептуальная модель эколого-литодинамического подхода к оценке состояния освоенных территорий и выделению проблемных зон по неблагополучию морфолитодинамических и геохимических характеристик.
Основные защищаемые положения:
Эколого-литодинамический подход - совокупность способов решения теоретических и практических вопросов, возникающих при оценках состояния освоенных территорий суши и прибрежной зоны моря. ЭЛП предназначен для изучения изменчивости геоэкологических условий от суммарного природно- антропогенного механического и химического воздействия. Алгоритм оценок создан в результате анализа и синтеза полученных данных о текущем состоянии земель. Главный объект исследования — поверхностная морфолитосистема мощностью до первых метров. Характеристики и свойства ее компонент отражают и фиксируют закономерности перераспределения обломочного материала и химических (в т.ч., загрязняющих) веществ при взаимодействии reo- и техносфер, вследствие чего формируются неоднородные и проблемные для жизни участки.
Проблемные зоны выделяются по наличию, интенсивности и контрастности проявления признаков неблагополучия морфолитодинамических и геохимических характеристик и свойств для здоровья живых организмов, сохранности и функционирования антропогенных объектов. Зонирование осуществляется на ключевом этапе алгоритма оценок и представляет систему основных правил дифференциации территорий по признакам проблемности. Система правил применима как на суше, так и в прибрежно-морских условиях и минимизирована в принципах: целесообразность, доминанта, оптимизация, нормирование, ранжирование.
Технология зонирования оптимизируется выбором наиболее информативных характеристик — индикаторов состояния и трассеров динамики среды: а) потоки ветро- и волновой энергии, б) фоновые/исходные и аномальные свойства элементов ландшафта, в) доминирующие накопительные барьеры, г) тяжелые минералы и частицы определенной крупности, в том числе меченые, д) химические вещества и их формы. Анализ пространственного распределения и количественных соотношений этих характеристик обеспечивает: 1) необходимые и достаточные сведения для выделения и идентификации проблемных зон природного, техногенного или смешанного генезиса; 2) разработку экспертных показателей, вносящих инновации в методы оценок состояния земель. Критерием оптимизации служит минимизация принципов зонирования, характеристик и показателей состояния среды обитания.
оптимизация технологии поисков, разведки и добычи морских россыпей. НИР и ОКР, институт «ВНИПИгорцветмет» по заказу Горного Управления Минцветмет"а СССР (1978-1986 гг.);
морские геолого-съемочные работы и отработка элементов методики стратодинамического ранжирования толщи активного слоя прибрежных песков (совместно с M1JLL1 КГРЭ УГ при СМ ЛатвССР и Отделом литодинамики ВМНПО «Союзморинжгеология», 1985-1987 гг.);
стратодинамическое ранжирование статическим зондированием в разделе «Литодинамические работы» первой редакции пособия к ВСН 51.2-84 «Инженерные изыскания на континентальном шельфе» (ВМНПО «Союзморинжгеология» совместно с организациями Мингазпром и Госкомгидромет, 1987 г.);
исследование морфолитодинамики, рекомендации и участие в берегозащитных мероприятих, сезонный мониторинг абразии морского берега (район городских очистных сооружений по заказу Управления коммунального хозяйства Городской Управы Лиепаи, 1987-1991 гг.);
научно-методические исследования физико-механических свойств донных грунтов с использованием установок подводного зондирования: области и перспективы применения метода в море (совместно с МНТК <<ВНИИМЕХАНОБР>>, Советско-Британским предприятием «Интершельф» и КБ при МВТУ им. Н. Баумана, 1988-1989 гг.);
санитарно-химические оценки состояния атмосферного воздуха, урбогрунта, почв, растительности, питьевой воды, водных объектов, показателей здоровья жителей: квартал Лефортово в промзоне № 23 «Серп и Молот», Москва; гг. Иваново, Астрахань, а также Лиманский, Икрянинский и Камызякский районы (региональная комплексная программа развития региона в 1995-1997 гг. и на период до 2000 г. по теме «Оценка уровня химического загрязнения территории Астраханской области», 1991-1999 гг.);
годовая сводка Комитета по экологии Астраханской области для Минэкологии и Правительства РФ: раздел «Оценка уровня химического загрязнения питьевых вод и поверхностных водных объектов территорий Лиманского, Икрянинского и Камызякского районов» (1996 г.);
экспертная оценка размещения порта «Оля» (экспертиза ТЭО «Союзморниипроект» по заказу губернатора Астраханской области А.П. Гужвина, 1993 г.);
ОВОС на стадиях проектирования, сооружения, эксплуатации и реконструкции техногенных объектов: Астраханский газоперерабатывающий комбинат, комплексный нефтеналивной терминал «Лукойл- Калининградморнефть» в пос. Ижевском, железные дороги в Ленинградской и Астраханской областях; газопроводы и компрессорные станции в республике Коми, Ставропольском крае, Северной Осетии; промышленный парк по глубокой переработке древесины в Архангельской области, пансионат «Морозовка» в Подмосковье (1990-2007 гг.);
способ морфо- и литодиагпостики прибрежно-морских песков статическим зондированием, помимо традиционно исследуемых физико- механических свойств позволяющий: а) определять мощность перерабатываемой волнами толщи (активного слоя - АС) наносов; б) расчленять толщу наносов АС на стратодинамические стратотипы с выделением базальных горизонтов ярусов абразии; в) ориентировочно геометризировать продуктивный пласт подводных редкометалльных россыпей слоя волновой переработки. Способ апробирован при проведении экспериментальных геолого- и горно-морских работ в Юго-восточной Балтике [Богданов, Кадик, 1985; Авторское..., 1987; Богданов, 1987, 1988 и др.];
способ идентификации генезиса (природного/техногенного) и экологической опасности ореолов Hg в почвах и аллювии. Разработан на принципиально новой основе диагностики - не традиционный анализ количества валовой ртути, а с учетом соотношений низко- и высокотемпературных форм Hg (миграционно активных, токсичных и инертных соответственно). Введен в практику ОВОС: Астраханского газового комплекса и городской среды (Москва, квартал Лефортово) [Богданов, 1999, 2005, 2006];
Оценка фонового/исходного состояния и природной изменчивости параметров компонентов среды (изучение, натурные, лабораторные исследования по выявлению характеристик и свойств); Проецирование последствий антропогенного воздействия на природно-фоновые условия (анализ, сопоставление),
Зонирование территорий: выделение и ранжирование участков по признакам экологической проблемности - морфолитодинамическому и геоэкохимическому неблагополучию для здоровья живых организмов, сохранности и функционирования антропогенных объектов. Концептуальная модель технологии зонирования имеет вид иерархической системы руководящих правил деятельности: 2.1. Целесообразность, 2.2. Доминанта, 2.3. Оптимизация, 2.4. Нормирование, 2.5. Ранжирование (обобщение результатов и подготовка материалов для п.3),
Рекомендации для принятия решений по минимизации экологического риска, сокращению ущерба, прогноза развития ситуации при техногенном вмешательстве и разработки основ мониторинга.
о рельефе, как геоморфологической системе (ГС) \ а) морфосистема, б) морфодинамическая - каскадная (отдельные части динамически взаимосвязаны перепадом высот, массы и энергии), в) морфолитосистема — объединяет а) и б) по принципу «процесс-отклик»,
об устойчивости ГС — сочетания элементов рельефа с различными морфометрическими показателями определяют тип рельефа и его устойчивость, контролируют движения воды и почвенные процессы. Объединяющие факторы: а) механическое перераспределение материала поверхностным и подземным стоком, б) reo- и биохимический метаболизм,
об устойчивости антропогенной ГС — определяемой не столько природным обменом вещества и энергии, сколько метаболизмом живых организмов и человека [Рельеф..., 2002].
Использованные материалы и методика работ. В экспериментальных, опытно-полигонных и экспедиционных работах использован комплекс физико- географических, геохимических, геологических, инженерно-геологических и горно-морских методов. Состояние компонентов природной среды оценивалось точечными, лучевыми, линейными, профильными и регулярно-площадными приемами обследования. Задействованы: моделирование динамики береговой зоны, экспресс-анализ и лабораторные полуколичественные и количественные методы определения химических веществ, включая Зеемановское окончание в атомно-абсорбционном определении форм ртути; геоэкохимическое и санитарно-гигиеническое нормирование. Применялись средства прямого, косвенного и дистанционного контроля изменений: рельефа, параметров течений, состава и свойств атмосферного воздуха, аэрозолей, воды и грунта, а также трассеры вещественно-энергетических потоков (химические вещества, тяжелые минералы, меченые пески). Технические средства: НИС «Шельф-1», самоходная подводная технологическая установка на гусеничном ходу, маломерные плавсредства, автомобили, установки статического зондирования и игурфопроходки, а также вибробурения «КМО-2» и задавливания для исследования физико-механических свойств и отбора проб морских отложений. Использованы экспериментальные берегозащитные пирамиды, эхолоты, аппаратура непрерывного сейсмоакустического профилирования, батометры, донные наносоуловители, измерители течений, трассеры вещественно- энергетических потоков (химические вещества, тяжелые минералы, окрашенные люминесцирующие пески), модифицированные модели аспираторов для непрерывного суточного отбора проб атмосферного воздуха, газоанализаторы и др. приборы и оборудование. Методы, приемы и технические средства входят в структуру предложенного автором подхода к оценке состояния и технологии зонирования освоенных территорий по признакам проблемности.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на 9 международных конференциях, совещаниях и чтениях (1986 — 2005 гг.): VII Всесоюзная Школа морской геологии (Геленджик, 1986), Таллинн (1988, 1989), Тольятти (1991), Светлогорск (2004), V Щукинские чтения (Москва, 2005), Астрахань (1995, 2005), XXX Пленум геоморфологической комиссии РАН (Санкт-Петербург, 2008); представлялись на стенде «Изобретение: Способ определения мощности слоя волновой переработки» выставки «Охрана и рациональное использование морских побережий страны» (ВДНХ СССР, 1989 г.).
Практическая значимость исследования:
- разработка и апробация способа идентификации генезиса и экологической опасности литохимических очагов накопления ртути, как особо контролируемого токсиканта (1994-1999 гг.), а также экспертного показателя санитарно-химического состояния органо-литогенного субстрата рельефа для зонирования полосы отвода линейных источников ЗВ — индекс загрязнения «почв» (железная дорога на Карельском перешейке, 2003 г).
Результаты исследований автора, составляющие теоретические разработки и практические рекомендации, в разное время использованы рядом организаций: «ВНИПИгорцветмет» МЦМ СССР, «ВНИИОКЕАНгеология» и ВМНПО «Союзморинжгеология» Мингео СССР, «Союзморниипроект», МНТК «ВНИИМЕХАНОБР», Советско-Британское предприятие «Интершельф» и КБ при МВТУ им. Н. Баумана, МПП КГРЭ УГ при СМ ЛатвССР, Управление коммунального хозяйства и «Горводоканал» при Городской Управе Лиепаи, Администрация и Управление экономических реформ администрации Астраханской области; городские администрации, областные и городские Комитеты по экологии и природопользованию в гг. Иваново и Астрахани; ООО: «Астраханьгазпром», «Кавказтрансгаз», «Гипроспецгаз», «Эконефтегаз», «Газпроектинжиниринг» (г. Воронеж), «Лукойл-Калининградморнефть», корпорация «Трансстрой», «Союздорпроект», «Организатор» (координатор строительства автодорог при Правительстве Москвы), «Мосгипротранс», «АрхПромпарк»; МГУ им. М.В. Ломоносова; РООЭ «Центр экологических инициатив» для «Мосархитектуры» и НИиПИ Генплана г. Москвы.
Во внедрении результатов исследований автор принял непосредственное участие (Серебряная медаль ВДНХ СССР «За достигнутые успехи в развитии народного хозяйства СССР», № 20599, М.: Постановление ВДНХ СССР за № 416-Н от 13/УП-89 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 34 научные работы, в том числе Авторское свидетельство СССР за № 1374165, кл. С 01 У 9/00, 1987 г. и монография H.A. Богданова «Экологическое зонирование: научно- методические приемы. Астраханская область» (2005).
Задачи, поставленные для диссертационного исследования определили и структуру работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, Словаря использованных в работе терминов и понятий, 3 частей (содержащих 10 глав), Заключения и Списка Литературы (498 наименований, включая 17 — на иностранных языках и 10 — фондовой). Объем работы 464 страницы: 254 стр. текста, 82 рисунка, 59 таблиц.
Благодарности. Автор, прежде всего, глубоко признателен своим учителям, профессорам O.K. Леонтьеву и Л.Г. Никифорову, отличавшимся чутким и требовательным руководством. В разное время автор пользовался советами и консультациями профессоров H.A. Айбулатова, A.A. Аксенова, Г.А. Сафьянова, А.Е. Смолдырева, д.г.н. Л.А. Жиндарева, к.г-м. н. Кащеева Л.П., к.г.н. Совершаева В.А., к.т.н. Попова Б.А.
С не меньшей благодарностью вспоминается живой интерес и доброжелательное отношение к проекту диссертации Н.Ф. Глазовского, чл.- корр. РАН. Существенную помощь и поддержку, наряду с конструктивной критикой, на заключительном этапе работы оказали доктора географических наук Ю.И. Пиковский, Д.А. Тимофеев, Д.Я. Фащук и к.т.н. Сотсков Ю.П.
Особую благодарность и сердечную признательность за конструктивные советы, искренний интерес и заботу о судьбе диссертации автор выражает научному консультанту, доктору географических наук Эмме Александровне Лихачевой.
Автор благодарен заведующей лабораторией региональной экологии, генеральному директору «Эколого-аналитического Центра» («Аналитический Центр» ГИН РАН до 1996 г.) к.г.н. Л.Н. Морозовой за терпеливое и доброжелательное отношение в период работы над диссертацией. Перечисление имен коллег и сотрудников организаций и лабораторий, с которыми пришлось работать в процессе сбора и анализа фактического материала диссертации, заняло бы не одну страницу.
Краткое содержание работы: после Введения приводится Словарь использованных в работе терминов и понятий (объем 13 стр.). Часть I посвящена теории и анализу: современного состояния эколого-географических исследований (гл. 1), терминологии (гл. 2), существующих принципов и подходов при оценках состояния территорий и акваторий (гл. 3). Обоснованы 1- е и 2-е защищаемые положения (гл. 4). Экологическая проблемность объектов исследования освещена в гл. 5. В решении проблем эколого-литодинамические исследования - необходимый атрибут. Части II (гл. 6-8) и III (гл.9-10) подтверждают 3-е защищаемое положение. В них обобщен опыт и приведены методы оптимизации зонирования проблемных участков по морфолитодинамическим и геоэкохимическим признакам на суше и в прибрежно-морских условиях. Заключение содержит: основные представления автора о рельефе и химическом загрязнении', значимости предложенных методов исследования для геоэкологии и экологической геоморфологии', месте ЭЛИ к оценки состояния территорий в системе управления окружающей средой, а также Основные выводы.
СЛОВАРЬ
использованных в работе терминов и понятий
Сбалансированные взаимоотношения общества и природы требуют комплексного изучения природной среды, оценки текущего ее состояния для снижения остроты насущных экологических проблем, по крайней мере — сохранения качества условий жизни (геоэкологии). Для решения определенного круга теоретических и практических задач автором разработано новое научно- прикладное направление в геоэкологии и экологической геоморфологии - эколого-литодинамическмй подход к оценке состояния территорий. На его основе разработана логическая модель технологии зонирования освоенных земель в целях выделения экологически проблемных участков. Подход объединяет совокупность способов и приемов оценок состояния территорий суши и прибрежной зоны моря по морфолитодинамическим и геоэкохимическим характеристикам. Понятийный аппарат включает как авторские разработки (см. гл. 2), так и термины, заимствованные из других работ. Во-избежание недопонимания изложенного в диссертации материала, ниже приводятся пояснения к использованной терминологии.
Геопатогенная зона — участки земной поверхности, где особенности межгеосферного энергомассообмена оказывают негативное воздействие на живые организмы, создают дискомфорт и повышают риск заболеваемости. Подобная ситуация характерна для района Астраханского газоконденсатного месторождения. Она обусловлена наличием вторичных лито- и атмохимических ореолов рассеяния токсичных химических веществ, поступающих к поверхности при вторжении и 8-содержащих мантийных флюидов по зонам глубинных разломов системы трансконтинентального линеамента Карпинского [Снакин, 2001; Озерова и др.. 2002, 2007 и др.].
Геосистема — фундаментальная структурная единица географического ландшафта, объединяющая геоморфологические (системы), климатические элементы и экосистемы на определенном участке земной поверхности. Из 4 сложившихся групп определений приоритет отдан понятию «геосистемы» — как сложного образования, включающего в себя элементы природы, населения и хозяйства (подсистемы: геоморфологические, геохимические, геотехнические и др.), и близкого к трактовке терминов «территория» и «земля» [ГОСТ 17.5.1.05-80; Географический..., 1988; Экологический..., 1999; Лихачева, Тимофеев, 2004].
Геосферы - земные оболочки: лито-, педо-, био-, гидро-, атмосфера и др.
Геоэкологические условия — совокупность характеристик и свойств природной среды, оказывающих влияние на здоровье человека, функционирование хозяйственных систем, состояние биоценозов и их устойчивость ктехногенезу [Экологический..., 1999].
Геоэкологическое пространство — сфера местообитания и деятельности человека. Оно может быть эксплуатируемым, преобразуемым и намечаемым к освоению. Зона активного взаимодействия геосфер и антропогенного фактора именуется ландшафтно-геоэкологическим пространством [Жиров, Игнатенко, Ласточкин, Соломин, 1995]. Аналогичны трактовки понятий Социосфера=Техносфера=Ноосфера [Ефремов, 1959: Вернадский, 1965].
Геоэкология - из более чем 14-ти существующих в Словаре-справочнике [Лихачева, Тимофеев, 2004] определений предпочтителен дословный перевод термина - как науки об условиях жизни на планете, объединяющей отраслевые исследования с экологической направленностью, в т.ч. и экологическую геоморфологию. Предложена и авторская трактовка Геоэкологии - как метадисциплины, ориентированной на оценку последствий взаимодействия (в том числе и намечаемого) антропосферы и природной составляющей геосистемы, а также минимизацию риска ухудшения качества исходного состояния среды обитания при использовании ресурсов. Она опирается на технологии смежных наук - системы научных подходов, методов и технические средства химии, геологии, океанологии, гидродинамики, медицины и др. В каждом конкретном случае заимствованные приемы преломляются в свете возникающих проблем. Геоэкология=Геология социосферы=Геосоциология [Высоцкий, 1968].
Гео(эко)система - совокупность природных геологических объектов и окружающей их среды, включающих твердую, жидкую, газообразную фазы и живые существа [Экологический..., 1999].
Загрязнение - переход за пределы пороговых (фоновых) концентраций веществ, провоцирующий нарушение нормального развития геосистем и обусловленный как природным, так и техногенным воздействием [Солнцев, 1976; Рябчиков, Ермаков, 1978; Глазовская, 1981]
Зона — территория, где наблюдается однозначность показателей, характеризующих какое-либо явление. Показатели варьируют, но не выходят за пределы принятого интервала. Критерии выделения зон (или зонирования) — наличие и интенсивность явления, которая служит важнейшей характеристикой зоны в рамках ее границ. Зонирование в значительной мере связано со внешними по отношению к территории факторами. Кроме выделяемой зоны должна быть и другая — с иной интенсивностью данного явления (в т.ч. носящего и проблемный характер - Н.Б.) [Алаев, 1977].
Зона экологического риска — место, где наблюдаются изменения свойств природных компонентов, приводящие к негативным для природы и человека последствиям [Безопасность..., 1999].
Зонирование экологическое (ЭЗ) — система методических приемов, обеспечивающих на территории (проектируемой к освоению или включенной в природопользование) выделение и ранжирование зон (по качественным и количественным признакам) и выявление ситуаций, чреватых ухудшением состояния среды обитания под совокупным природно-антропогенным воздействием. ЭЗ более утилитарно, чем «районирование». Целесообразность ЭЗ определяется хозяйственно-социальной значимостью объекта. В работе рассмотрены ландшафтно-геохимический и геоморфологический аспекты ЭЗ.
Зонирование геоэкологическое (ГЭЗ, как составляющая ЭЗ). ГЭЗ —
система методических приемов для выделения в абиотической составляющей среды обитания зон, которые сформированы под воздействием природно- антропогенных факторов и ранжируются по признаку проблемности — неблагополучия морфолитодинамических и геоэкохимических характеристик для здоровья живых организмов, сохранности и функционирования антропогенных объектов. Выделяемые зоны, в зависимости от комфортности условий жизни, требуют определенной корректировки природопользования.
Инновационные методы (фр.: innovation — нововведение, новизна; innover — делать нововведения, вводить новое) — научно обоснованные, разработанные и нововведенные автором в систему (технологию) диагностики экологического состояния территорий методы, в т.ч. защищенные авторским свидетельством (на разработку способа — технологии):
3) способ санитарно- и геоэкохимического зонирования полосы отвода и моделирования химического загрязнения нарушенного почво-грунта от воздействия подвижного состава железных дорог в специфических ландшафтно-геохимических и геолого-геоморфологических условиях, не позволяющих определить фоновое содержание ЗВ. Для осуществления способа использован разработанный автором в 2003 г. индекс загрязнения т.н. «почв» (ИЗП), прототипом в расчетах которого является известный показатель — индекс загрязнения воды (ИЗВ). ИЗП введен в практику инженерно- экологических изысканий на стадии проекта (реконструкции железной дороги под скоростное движение поездов на отрезке путей «СПб-Приморск-Выборг- Бусловская», Карельский перешеек, Ленинградская обл.) [Богданов, 2005].
Литодинамика — в общем виде: процессы перераспределения обломочного материала, тяжелых минералов и металлов, взвесей, химических веществ и их форм в атмо-, гидро-, педо-, литосфере (в основном, в поверхностном слое морфолитосистемы - мощностью до первых метров). А подход, в котором анализируется такого рода метаболизм, формирующий состояние ландшафтно-геоэкологического пространства, и зонируются освоенные территории по признаку проблемности, носит название эколого- литодинамического.
Межгеосферный обмен веществ (межгеосферный метаболизм) — круговорот вещества и энергии в масштабах планеты, в котором все более существенную роль играет техногенная составляющая антропогенеза [Флоренсов, 1978; Израэль, Цыбань, 1989; Озерова, 2002; Холодов, 2004; Лисицын, 2006; Гаврилов, 2007 и др].
Опасность Геоморфологическая (ГО) — угроза бедствия/катастрофы объекту: биологическому со стороны геоморфологического. ГО: прямая — от специфических форм, элементов рельефа (обрывы, скалы и т.п.) или процессов (обвалы, оползни, провалы и т.п.); опосредованная — за счет контролирующей (рассеивающей, направляющей и т.п.) роли рельефа и его морфологии (органо- литогенного субстрата пли поверхностного слоя морфолитосистемы) в распространении опасных (негативно воздействующих) процессов и веществ, в т.ч. и химических ЗВ [по Э.А. Лихачевой и Д.А. Тимофееву, 2004].
Опасность Экологическая — возможность негативного на объект/процесс воздействия, в результате которого может быть причинен ущерб/вред текущему состоянию, придающий развитию нежелательную динамику и аналогичного качества последствия для человека и окружающей его среды [Безопасность..., 1999; Экологический..., 2000].
Операционная система - выбранный для осуществления действий «инструментарий» [Словарь..., 1942; Ожегов, 2007]. В данном случае - наиболее информативные характеристики среды (показатели, индикаторы, трассеры), технические средства для их определения и измерения, методы и приемы для оценок состояния территорий и зонирования по признакам морфолитодинамического и геоэкохимического неблагополучия.
Подход — совокупность приемов {способов осуществления чего-н.: теоретического исследования или практических задач = методов) отношения к чему-н. (к изучению..., к ведению дела...). Способ = прием = метод = действие, применяемые при осуществлении чего-н. [Ожегов, 2007]. Подход - совокупность способов и действий при решении теоретических вопросов и практических задач.
Подход Эколого-литодинамический (ЭЛГО к оценке состояния территорий — совокупность способов/методов и действий для решения теоретических вопросов и практических задач при оценке состояния в разной мере освоенных территорий и выделении экологически проблемных зон по уровню неблагополучия морфо-лито-динамических^ и гео(эко)химических2) характеристик, соотнесенных с нормативами (СП, МУ, МР, СанПиН, СНиП, фон, ПДК, ОДК и т.п.).
К характеристикам относятся: 1) батиметрия/морфометрия, в т.ч. техносферы и техноморфообъектов; плотность отложений, размерность и минералогия частиц; гидрометеорологические параметры, включая величины потоков ветро- и волновой энергии; параметры вызываемых при взаимодействии атмо-, гидро-, педо- и литосфер (морфолитосистемы) процессов - абразии/аккумуляции; циркуляций вод, наносов, взвесей, аэрозолей и химических ЗВ, 2) распределение концентраций, контрастность, интенсивность и генезис (природный/техногенный) накопления химических веществ и их форм в рассматриваемых геосферах.
Объект изучения — природные и антропогенно-измененные ландшафты освоенных территорий, основными показателями качества текущего состояния которых являются характеристики и свойства морфолитосистемы.
Критерии подхода — минимизация компонентов операционной системы: принципов оценок и зонирования, наиболее информативных для этих целей характеристик и показателей состояния среды.
Теоретические вопросы: 1) разработка: а) алгоритма экспертной оценки; б) модели технологии зонирования по признакам проблемности на основе выделения системы принципов - как основных правил деятельности, полученных при обобщении практического опыта оценок состояния территорий (суши и прибрежной зоны моря);
2) анализ, сопоставление и обобщение данных, полученных практическим путем для реализации основного тезиса концепции подхода - выявление и фиксирование закономерностей перераспределения (привноса, миграции, накопления, рассеяния) вещества под воздействием энергии среды (преимущественно, механической и химической) при участии барьерных зон в пределах освоенных территорий.
Научные основы подхода опираются на: а) теоретические достижения геоморфологии, гидрометеорологии, геохимии ландшафтов, картографии; б) представления о: геосистеме, гео(эко)системе, межгеосферном обмене веществ и барьерных зонах, геоэкологических условиях и загрязнении.
Методы решения теоретических вопросов, в основном, — геоморфологические, гидрометеорологические, ландшафтно-геохимические, картографические с привлечением приемов смежных дисциплин (гигиенического нормирования, поисковой геохимии, моделирования, математической статистики и проч.).
Практические задачи: получение данных о текущем состоянии рассматриваемых геосфер и антропогенной ситуации на освоенных территориях (заселенность, урбанизация, здоровье, технологии производств, выбросы, сбросы ЗВ и проч.).
Методы решения практических задач — натурные, экспериментальные и лабораторные исследования по определению характеристик и свойств воздушной, водной и органо-литогенной среды. Действия - отбор проб, измерения характеристик и параметров среды, рефуляции искусственных трассеров, экспозиционирование взвесенакопителей; экспресс-анализы, включая биотестирование, физико-химических, физико-механических, санитарно- гигиенических свойств и условий: рН, ЕЬ, поведенческая и хемотоксическая реакция тест-объектов, лобовое/боковое сопротивление задавливанию зонда в рыхлые отложения и т.п. параметры.
ЭЛП — способ оценки текущего состояния абиотической компоненты геосистемы и выделения морфолитодинамически и геоэкохимически проблемных зон для прогноза развития ситуации, принятия решений по сохранению/улучшению исходного качества среды обитания и разработки основ экологического мониторинга.
Системность подхода выражена в иерархии наиболее общих принципов и характеризуется совокупностью: научных основ, адекватных подходу методов оценок (операционной системы) и практического их применения.
Иерархическая система наиболее общих принципов — правил теоретического и практического осуществления подхода: алгоритм экспертной оценки состояния территорий/акваторий:
Признаки проблемности - составляющие геоэкологических условий, неблагоприятные для здоровья и жизни организмов, сохранности и функционирования антропогенных объектов. Например, горнотехнологические свойства вмещающих песков, неблагоприятные для разработки месторождений (продуктивность, обогащаемость, несущая способность и т.п.), неблагополучие морфолитодинамического (размыв, заносимость и т.п.) и геоэкохимического (по санитарно-токсикологическим показателям и т.п.) состояния.
Проблема - вопрос (теоретический/практический), требующий разрешения.
Проблема Экологическая - негативные изменения в среде обитания, вызванные или усиленные антропогенным, природным или совокупным их воздействием.
Проблемная ситуация - осознанная неудовлетворенность (неблагополучие, неблагоприятность и т.п.) сложившимися обстоятельствами при отсутствии соображений по конкретным и ясным решениям позитивного исправления существующего положения.
Проблемная территория Экологически (ЭПТ) — участки суши и акватории Мирового Океана, где проявляются заметные влияния на качественные и количественные показатели среды обитания, условия хозяйствования, состояние и устойчивость компонентов гео(эко)системы при воздействии антропогенного и природного факторов. Совокупное их воздействие может привести к возникновению экологически конфликтных ситуаций, вплоть до формирования зон чрезвычайной экологической ситуации (за снову взяты понятия «Экологическая проблема», «Проблемная ситуация» [Реймерс, 1990] и «Зона экологического риска» [Экологический ..., 2000]). ЭПТ подразумевает нарушение естественного или исходного уровня развития и взаимодействия любых экологических компонентов, включая субъект и объекты хозяйствования. Здесь возможны деградация свойств элементов геосистемы и утрата их культурной и эстетической ценности.
Проблемная территория Геоморфологически (ГПТ - производная от ГО и частный случай ЭПТ). ГПТ - участок поверхности литосферы, где изменения в исходном состоянии геоморфологической системы и вторичное неблагоприятное ее воздействие на среду обитания создают опасность для живых организмов и антропогенных объектов. Одним из важнейших признаков
ГПТ является санитарно- или геоэкохимическое состояние органо- литогенного субстрата рельефа (или поверхностного слоя морфолитосистемы) - уровень соответствия содержания в субстрате химических веществ и соединений нормативным показателям (санитарно- гигиеническим, фоновым, или экспертным). Субстрат включает литогенную и органогенную составляющие - горные породы, донные наносы, почвы, и антропогенные отложения. Это состояние представляет важную грань комфортности среды обитания и контролируется устойчивостью к загрязнению органо-литогенного субстрата рельефа или - поверхностного слоя морфолитосистемы мощностью 0-10-^-20 см). В этом слое проявляется действие большинства накопительных геохимических барьеров, а санитарно- химическое его состояние может оказывать вторичное негативное воздействие на сопредельные среды и здоровье живых организмов [Перельман, Касимов, 2000; СанПиН 2.1.7.1287-03].
Район — специфическая территория, характеризуемая наличием явления (или нескольких явлений), его интенсивностью и целостностью составляющих элементов, представляя объективное условие и закономерный результат развития данной территории. Сложность территории возрастает при переходе ее обозначения от ареала к зоне и району [Алаев, 1977].
Рельеф - в геоэкологической трактовке; 1) «ничто так, как рельеф, не усложняет, не разнообразит, не переформировывает все прочие условия жизни» [Высоцкий Г.Н. О карте типов местопроизрастания //Современные вопросы русского сельского хозяйства. СПб. 1904. С. 81-94]; 2) главный фактор дифференциации ландшафтно-геоэкологического пространства и каркас среды обитания [Лихачева, 1992; Жиров и др., 1995; Рельеф среды..., 2002; Гаврилов, 2007].
Территория - синоним термина "земля" (ГОСТ 17.5.1.05-80): часть окружающей природной среды, характеризующейся пространством, рельефом, почвенным покровом, растительностью, недрами, водами. Она является средством производства и пространственным базисом для размещения отраслей хозяйства и подсистемой жизнеобеспечения [Реймерс, 1990; Кочуров, 2003; Лихачева, Тимофеев, 2004]. Пространство земли, внутренних и прибрежных вод с определенными границами [Словарь..., 1942]. Таким образом, употребление в диссертации понятия «территория», включающего сушу и прибрежную зону моря, — вполне правомерно.
Техноплагенные процессы (ТПП) - группа антропогенных процессов, выделенная немецким геологом Е. Фишером [Е. Fischer, 1915] и наименованная таким термином (плаго — толчок) Б.П. Высоцким (1968). ТПП - стихийно развивающиеся за счет природных сил, но возникшие вследствие техногенного воздействия — толчка. Они идут независимо от воли человека и, как правило, для него вредны и часто не предсказуемы; проявляются в определенном месте - под влиянием естественных условий и при локализации техногенного процесса (непосредственного технического воздействия на природу). Гравитация - один из определяющих факторов; Масштаб энергии процессов — не ограничен. Движущая энергия — природная.
К понятию ТПП близка трактовка закона экологической корреляции: все входящие в природно-системные образования биотические и абиотические компоненты функционально взаимосвязаны. Действие закона приводит к скачкообразному изменению экологической устойчивости: достижение порога функциональной целостности влечет срыв и потерю надежности экосистемы [Реймерс, 1990]. Например, образование провалов поверхности в городах может провоцироваться вибрацией или химическим рельефообразующгш воздействием — растворением цементирующих грунт связей химически агрессивными растворами.
Экологическая геоморфология (ЭГ) — научное направление в общей и прикладной геоморфологии, изучающее взаимосвязи и результаты взаимодействия геоморфологических систем любого ранга с системой экологии человека [Тимофеев, 1991]; новый раздел науки о рельефе - геоморфология освоенных территорий (Ковальчук, 1997). ЭГ — исследует все мостообитания человека, изучает и оценивает условия проживания и хозяйствования (региональная экологическая геоморфология местообитания:); по- необходимости, использует знания смежных наук (экологии, биологии, геологии, геохимии градостроения, горного дела, медицины и т.п.); является частью геоэкологии и базируется на теоретических знаниях о рельефе географии, геологии и геоморфологии [по Э.А. Лихачевой и Д.А. Тимофееву, 2004].
Экологическая эффективность техногенного вмешательства —
подразумевает природо- и ресурсосбережение, минимизацию риска ухудшения качества современного состояния геосистемы для здоровья человека и биоты в целом [Богданов, 2006].
Экологической геоморфологии концептуальные представления —
