Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Научная основа, состав, структура и назначение системы мониторинга состояния геологической среды шельфа 13
Принципы построения системы мониторинга состояния недр шельфа 20
Состав системы мониторинга состояния недр шельфа 21
Типизация объектов мониторинга континентального шельфа 21
Назначение системы мониторинга континентального шельфа 25
Параметры природных морских сред, подлежащие мониторингу 25
Физические параметры 26
Биогенные элементы 26
Химические параметры и загрязняющие вещества: 26
Биологические параметры 26
Цитологические и нженерно-геологические параметры 28
Выводы 32
ГЛАВА 2 Геоэкологическое картирование и прогнозирование развития геологической среды ш ельфа 37
комплексное геоэкологическое картирование континентального шельфа 41
Принципы пространственно-временной организации данных геоэкологического картирования 45
Рекогносцировочная стадия 45
Региональная стадия , 46
Стадия детальных (полигонных) работ 46
Стадия режимных работ 46
Основа организации геоэкологического картирования континентального шельфа 48
Рельеф дна 51
Береговая зона 57
Геологическое строение 58
Ландшафтно-геоэкологическое районирование 62
Описание показателей геоэкосистемы 63
Выводы 67
Глава 3 Тенденции и особенности изменений естественных процессов и уровня деградации морских геоэкосистем с позиций палеоэкологических реконструкций и биотестирования 74
Палеоэкологические реконструкции естественных процессов в голоцене и историческое время и прогноз изменений состояния морского бассейна 74
Палеоклимат 79
Тенденции накопления загрязняющих веществ 80
Особенности современного накопления загрязняющих веществ 84
Сероводородное заражение 94
Экспериментальное натурное и лабораторное биотестирование 95
Определение биологически доступных тяжелых металлов во взвесях и донных осадках как основа биотестирования 96
Биоиндикация техногенного загрязнения шельфа (на примере группы тяжелых металлов) 102
Токсикологическое флуоресцентное биотестирование. 106
Выводы 107
ГЛАВА 4 Роль естественного самоочищения моря в динамике состояния геологической среды шельфа и его учет при проведении мониторинга 109
Экзогенные геологические процессы 109
Оползневые процессы на шельфе 109
Размывы морских берегов 114
Прогноз развития абразионных процессов. 115
Пути и механизмы транспортировки загрязняющих веществ 119
Гидрофизические процессы 127
Биологические процессы 132
Биохимические и геохимические процессы 138
Выявление источников загрязнения методом изотопной геохимии 139
Биогеохимические уровни 142
Процессы седиментации и осадконакопления 143
Терригенное осадконакопление 146
Биогенное осадконакопление 150
Эндогенные геологические процессы 152
Особенности сйсмогенно-активных зон шельфа 154
Катастрофические и аномальные явления природы 176
Выводы 178
ГЛАВА 5 Фоновое состояние геоэкосистемы шельфа как информационный
Репер осуществления мониторинга на рубеже XXI века 180
Оценка состояния геологической среды шельфа южных морей России 181
Азовское море 181
Черное море 184
Каспийское море 201
Оценка состояния геологической среды шельфа северо-западных и арктических морей России 209
Балтийское море. 209
Баренцево море 222
Белое море 233
Карское море 235
Море Лаптевых. 237
Чукотское море 238
Оценка состояния геологической среды шельфа дальневосточных морей России 239
Берингово море. 239
Прогноз экологической ситуации 240
Деградация биоценозов 244
Выводы 254
Заключение 255
Литература,
- Параметры природных морских сред, подлежащие мониторингу
- Принципы пространственно-временной организации данных геоэкологического картирования
- Ландшафтно-геоэкологическое районирование
- Биоиндикация техногенного загрязнения шельфа (на примере группы тяжелых металлов)
Введение к работе
Актуальность научной проблемы геоэкологических исследований континентального шельфа определяется, прежде всего, предстоящим освоением полезных ископаемых шельфа морей России, который в XXI веке выдвигается в качестве одного из приоритетных и стратегических регионов, на сырьевом потенциале которого будет базироваться развитие топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны.
Российский шельф по своей протяженности занимает первое место в мире. Его площадь составляет 5,2 млн. км (почти 22% общей площади континентального шельфа Мирового океана). Основная часть шельфа тяготеет к Арктическому бассейну (>85%), на долю дальневосточного шельфа приходится около 12%, незначительна доля шельфа внутренних морей [Грамберг, 2003]. Роль столь крупной минерально-сырьевой базы в развитии топливно-энергетического комплекса велика не только для нашей страны, но и для Европы и мира в целом.
В связи с этим очевидна актуальность осуществления геоэкологических исследований методологией и технологией государственного мониторинга состояния кедр континентального шельфа Российской Федерации.
Целью диссертационной работы является создание научной основы и обоснования осуществления мониторинга состояния недр континентального шельфа и геоэкологического картирования на федеральном уровне, обобщение геоэкологических материалов о современном состоянии геологической среды шельфа и прогноз проявления опасных природных и техногенных процессов и явлений.
В соответствии с поставленной проблемой в ходе выполнения диссертационного исследования решались следующие основные задачи:
-
Создание научной основы, определение состава, структуры и назначения системы мониторинга состояния геологической среды шельфа России, определение критериев ведения наблюдений и оптимизации наблюдательной систематической федеральной сети на шельфе.
-
Определение принципов построения, пути развития, совершенствования и повышения качества геоэкологического картирования на основе практики применения разработанной методологии картирования и моделирования, методик, технологии и технических средств оценки состояния геологической среды континентального шельфа.
-
Выявление главных факторов и закономерностей распределения загрязняющих веществ в морских геоэкосистемах, определение главенствующего влияния развития и проявления природных и техногенных процессов на состояние геологической среды шельфа.
-
Определение тенденции техногенной нагрузки на шельф, выявление негативных последствий хозяйственной деятельности на геоэкосистемы морей, прогнозирование изменений геологической среды и развития опасных природных и техногенных процессов.
-
Изучение состояния геологической среды шельфа методами исторических палеогеографических реконструкций и биотестирования и определение особенностей и масштабов естественного самоочищения морских бассейнов как следствия гидрофизических, гидрохимических, геохимических, биологических и седимента-ционных процессов.
-
Анализ сезонных особенностей техногенного загрязнения речной сети, прибрежных территорий и шельфа в различных природно-климатических условиях
наиболее распространенными поллютантами: нефтепродуктами, полиароматическими углеводородами, пестицидами, тяжелыми металлами и техногенными радионуклидами.
7. Внедрение методологии, методик и технологии мониторинга состояния недр и геоэкологического картирования геологической среды шельфа в практику морских геологоразведочных, геолого-геофизических и научно-исследовательских работ.
Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В основу диссертационного исследования положен комплекс следующих методов: анализ и синтез существующих смежных систем мониторинга окружающей природной среды, теоретическое обобщение, научно-методическая проработка методик и технико-технологических систем и средств судового базирования, компьютерное информационное аналитическое исследование, имитационное моделирование процессов загрязнения акваторий морей. Достоверность полученных научных результатов и выводов подтверждается обсуждением их в широком кругу специалистов, практическом применении выполненных разработок в производстве геологоразведочных работ на континентальном шельфе Российской Федерации. Обоснованность полученных научных результатов обеспечивается значительным объемом производственных натурных экспедиционных исследований, химико-аналитических и камеральных работ, корректным теоретическим обобщением их результатов, базой фактографических и картографических данных, принятием основных результатов для практического использования.
Результаты проведенных научных исследований сформулированы в следующих защищаемых положениях:
-
Мониторинг состояния недр континентального шельфа базируется на систематических фундаментальных исследованиях абиотических и биотических компонентов морской геоэкосистемы, природных и техногенных процессов, прогнозе изменений под влиянием естественных природных факторов, морского недропользования и разнообразных видов техногенной деятельности.
-
Геоэкологическое картирование континентального шельфа - это картографирование геологической среды как многокомпонентного объекта с быстро изменяющимися во времени и пространстве свойствами.
-
Палеоэкологические реконструкции определяют тенденции и особенности изменений естественных процессов морских геоэкосистем, а методы биотестирования — уровни деградации и прогнозирование изменчивости экологической ситуации для наиболее уязвимых элементов экосистемы.
-
Ослабление техногенного воздействия на геологическую среду шельфа обусловлено вкладом природных процессов (гидрофизических, биологических, биохимических, геохимических, экзогенных, эндогенных, седиментационных) в особенности естественного самоочищения моря.
-
Распределение загрязняющих веществ в геоэкосистеме шельфа обязано закономерностям их поступления из основных источников, расположенных на суше и в море, механизму переноса и накопления в донных осадках, проявлениям природных и техногенных процессов, анализ которых позволяет прогнозировать направленность их развития и установить районы экологического бедствия и кризиса.
Научная новизна. Создана научная основа, определен состав и принципы организации, структура и назначение системы мониторинга состояния геологической среды шельфа России, определены критерии ведения наблюдений и оптимизации наблюдательной систематической федеральной сети на шельфе. Обоснована сис-4
тема показателей, характеризующих проявления опасных геологических (экзогенных и эндогенных) процессов, как в прибрежной зоне, так и на континентальном шельфе. Выявлено современное состояние геологической среды шельфа в различных физико-географических и климатических зонах. Осуществлен анализ процессов миграции, распределения и накопления загрязняющих веществ особенно в наиболее динамичном слое современных донных осадков. Созданы основы системного подхода к информационному обеспечению морского недропользования и безопасного освоения природных ресурсов недр континентального шельфа, к сокращению негативного воздействия на окружающую природную среду.
Практическая значимость и реализация результатов.
Результаты работы использовались при геологическом изучении недр континентального шельфа Российской Федерации, Мирового океана, Арктики и Антарктики в разделе «Мониторинг и охрана окружающей среды и геоэкологическая съемка» ФЦП «Мировой океан» в период 1988-2005 гг., ФЦП «Экология и природные ресурсы России (2002-2010 годы)», подраздела «Геоэкология шельфа России», ФЦП «Комплексное управление прибрежной зоной Черного и Азовского морей с учетом рационального использования природных ресурсов Черного моря и прилегающих территорий», а также Международного Российско-Американо-Норвежского проекта (РАНАРК) «Безопасность работ и охрана окружающей среды при работах на нефть и газ в морской нефтегазодобыче».
Разработки, приведенные в диссертации, применяются в работах по развитию методического и технико-технологического обеспечения мониторинга и геоэкологического картирования континентального шельфа, разработанные методические рекомендации и нормативно-инструктивные документы, прошедшие утверждение в МПР России, внедрены в практику федеральных, региональных и территориальных программ геологоразведочных и геоэкологических работ на территории Российской Федерации и ее континентальном шельфе. Созданы и внедрены информационные системы, база данных фактографической и картографической информации геоэкологии континентального шельфа, интегрированная в НАС ГМСН. Созданы цифровые модели топографических основ для целей государственного мониторинга состояния недр в масштабе 1:2 500 000 и открытая географическая информационная система на территорию Российской Федерации масштаба 1:4 000 000. Разработаны и опубликованы требования по унификации объектов топографической основы, используемой при ведении государственного мониторинга состояния недр на территории Российской Федерации и ее континентальном шельфе.
Фактический материал. В основу диссертационной работы положены материалы натурных геоэкологических экспериментов, полученных автором в ходе реализации программы исследования Международного района морского дна Мирового океана в пределах Российского Разведочного Района месторождения желе-зомарганцевых конкреций в Тихом океане в районе Кларион-Клиппертон, в Азово-Черноморском и Каспийском бассейнах на научно-исследовательских судах Южного отделения Института океанологии РАН и ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», в совместных экспедициях на научно-исследовательских судах NOOA (США) и Гамбургского университета (Германия) за период 1984-2005 гг. Диссертационная работа главным образом основана на результатах собственных исследований и разработок автора по программам и проектам по организации государственной опорной сети станций и федеральных полигонов и эксплуатации их в режиме го-
сударственного мониторинга состояния недр, материалов отечественных и международных научно-практических проектов и публикаций.
Личный вклад соискателя. Автором были осуществлены первые попытки комплексного регионального геоэкологического изучения состояния Прикавказ-ской прибрежно-морской зоны и бухт в районе города-курорта Геленджик и порта Новороссийск [Комаров, 1984-1990]. В дальнейшем работы были расширены на акваториях Азовского, Черного и Каспийского морей [Комаров, 1991-1998]. Систематические морские геоэкологические исследования начались при непосредственном участии автора в начале 90-х годов на континентальном шельфе Черного моря [Комплексные исследования..., 1994; Техногенное загрязнение..., 1996]. В дальнейшем с участием автора были разработаны и внедрены в практику морских работ специализированные дистанционные методы и аппаратурно-технические комплексы для геоэкологического контроля состояния морской среды [Городниц-кий и др., 1987; Комаров и др., 1992; Komarov, Fadeev, 1993]. В диссертационной работе приведены результаты, как собственных исследований, так и разработок, в которых автор принимал участие как научный руководитель, соруководитель и ответственный исполнитель программ и проектов исследований и составлении научно-технических отчетов по НИР и ОКР. В коллективных работах, выполненных в соавторстве, вклад автора состоял в формировании направления, активном участии во всех этапах исследований, постановке конкретных задач и их практическом решении, интерпретации, обобщении и обсуждении полученных результатов. Работа также включает обобщение и анализ фондовых материалов, литературных источников и результатов экспедиционных натурных исследований, осуществленных автором за период работы в организациях, подведомственных МПР России в период 1988-2005 гг.
Автором проведена практическая апробация научной методологии, методических разработок и технико-технологических систем и средств по теме диссертации и осуществлено внедрение результатов в практику прибрежно-морских геологоразведочных и геоэкологических работ в организациях, подведомственных МПР России: ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», ГП «НИПИОкеангеофизика», Центральная геолого-геофизическая экспедиция (ГП ЦГГЭ), Государственный центр мониторинга состояния геологической среды (ГУГП Госцентр «Геомониторинг» МПР России), ГНПП «Севморгео», ДГУГП «Севкавгеоинформмониторинг», Северо-Кавказский геоэкологический центр, ООО «Геоэкологический консалтинг и сервис».
Основные положения и результаты исследований, включенные в диссертацию, неоднократно представлялись и докладывались на международных, всероссийских и региональных научных конгрессах, конференциях, симпозиумах, совещаниях, всесоюзных школах морской геологии (Геленджик, 1990-1998), международном симпозиуме «Assessment of land-based sources of marine pollution in the seas adjacent to the C.I.S.», ACOPS, Севастополь, 1991-1993, международном симпозиуме «Проблемы геоэкологии Балтийского моря», Калининград, 1992, «ISGB, International Symposium on the Geology of the Black Sea», Ankara, Turkey, 1992, «ІЗ"1 Geophysical Convention of Turkey», Ankara, Turkey, 1993, «MAST days and EUROMAR Market», Session:»Quantitative approaches to the analysis of marine ecosystems», Brussels, Belgium, 1993, «I International Conference on the Mediterranean coastal environment», Antalya, Turkey, 1993, «Coastal Lines of the Black Sea. The Eighth Symposium on Coastal and Ocean Management», New Orleans, Louisiana, N.Y., U.S.A., 1993, «IAEA/IOC/UNEP Medpol», The University of the Aegean, Lesvos, Greece, 1994, «As-б
sessment of land-based sources of marine pollution (LBSMP) in the seas adjacent to the Commonwealth of Independent States (CIS)», ACOPS, London-Paris-Nairobi, 1994, «Coastal Change, Bordomer 95», Bordeaux, France, 1995, «The NATO Meeting/NATO ASI Series: Sensitivity of North Sea, Baltic Sea and Black Sea to Anthropogenic and Climatic changes», Bulgaria, Varna, 1995, «Tectonic and Palaeogeographycal aspects of oil and gas deposits», Симферополь, 1996, International Symposium «Groundwater Discharges to the Coastal Zone», LOICZ-IGBP, Texel, The Netherland-Москва, 1996, International Symposium «Environmental aspects of the exploration, production and transportation of oil and gas in and through the Black Sea», Bulgaria, Varna 1998, International Symposium «Hydrologic Issues of the 21-st Century: Ecology, Environment, and Human Health», San Francisco, California, USA, 1999, The Mining International Symposium «Mathematical methods in geology, Environmental Problems», Chech Rep., Prague, 1999, всероссийской научно-практической геологической конференции «Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века», СПб, 2000, Международной конференции «Освоение недр и экологические проблемы — взгляд в XXI век», М.: 2000, 8 th International Symposium on Landslides «Landslides in research, theory and practice», Cardiff, London, 2000, научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников», М.: 2001, международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения», Архангельск, 2002, международной конференции «Нефть и газ Арктического шельфа 2002», Мурманск, 2002, всероссийской конференции «Экологическая геология и рациональное преобразование», СПб, 2003, Третьей международной Евроазиатской конференции по транспорту «Пути решения экологических проблем транспортных коридоров», СПб, 2003, конференции «Интеллектуальная собственность ученого в области недропользования», МГГРУ, М.: 2004, VII международной конференции «Новые идеи в науках о Земле», МГГРУ, М.: 2005, II международном симпозиуме — «Геотехнология: скважинные способы освоения месторождений полезных ископаемых». РАН, М.: 2005.
Опубликованность результатов. Результаты диссертации изложены в 125 работах, опубликованных в открытой печати (225 усл.пл.).
Структура и объем диссертации Общий объем работы 304 страниц. Она состоит из введения, 5 глав, заключения. Список использованных источников включает 415 наименований, из них иностранных источников 78 наименований. Работа содержит 89 рисунков, 43 таблицы.
Благодарности. Разработка системы государственного мониторинга состояния недр континентального шельфа федерального уровня осуществлялась под руководством и при участии автора коллективами НИЦ «Южморгеоэко» в г. Геленджике, Южного отделения Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН в г.Геленджике, Госцентра «Геомониторинг» МПР России в Москве и ГНПП «Сев-моргео» в Санкт-Петербурге в период 1987-2005 гг. при поддержке ученых — Б.В. Боревского, И.Ф.Глумова, А.М.Игнатова, М.В.Кочеткова, А.ПЛисицина, В.Н. Лопатина, Ю.И.Матвеева, И.М.Мирчинка, |А.Б.Островского|, А.П.Пронкина, А.Е.Рыбалко, МА.Спиридонова, [К.М.Шимкуса|, ІЛ.С.Язвина| которым автор выражает свою признательность и благодарность.
Параметры природных морских сред, подлежащие мониторингу
История развития геоэкологических исследований континентального шельфа в Российской Федерации насчитывает около 20 лет. Приоритетным объектом научных исследований в 80-е годы была береговая зона - как верхняя часть шельфа. В этот период Н.А. Айбулатовым [1985, 1987, 1989] создаются научные основы природопользования береговой зоной морей в рекреационных целях, современный кадастр морских рекреационных зон и их мониторинг, рассматриваются проблемы геоэкологии морских берегов.
В 90-е годы становится очевидным, что промышленные стоки в речные воды и вынос загрязняющих веществ в море в составе взвешенного и влекомого речного материала и аэрозолей составляют значительную часть техногенной составляющей, что оказывают значительное воздействие на прибреж-но-морские геоэкосистемы, на рекреационный потенциал морей и урбанизированные территории [Айбулатов, 1993, 1994; Анисимов и др., 1992, 1993; Гордеев, 1983; Гордеев, Лисицын, 1978; Комаров, 1990, 1991, 1992; Комаров и др. 1992,1994; Шимкус и др. 1996].
В 90-е годы с развитием региональных геолого-съемочных работ разрабатываются «Временные методические рекомендации по ландшафтно-экологическому картированию при геологической съемке шельфа» [Севмор-геология, 1987, 1989, 1993] и Инструкции по геологической съемке шельфа [ВНИИокеангеология, 1990; Роскомнедра, 1994]. Определяются геологические объекты морских месторождений и концептуальные основы геоэкологического изучения как на локальном (объектовом), так и на региональном уровнях [Айнемер, 1982; Безродных, 1984; Вольнов, 1978; Грамберг и др., 1993; Гриценко, 1998; Иванов и др., 1994, 1996, 1997, 1999; Козлов, 2003; Комаров, 1990, 1992; Комаров и др., 1992а,б,в,г,д, Комаров, Кочетков, 1994; Опекунов, 1990, 2001, 2002, 2005; Основные принципы..., 2001; Россыпные...2001; Смирнов, 2003, 2005]. В связи с началом освоения ресурсов недр шельфа на Дальнем Востоке разрабатывается концепция мониторинга для шельфа о-ва Сахалин [Красный и др., 1998,2001; Недорез и др., 2005].
Одновременно под руководством М.В. Кочеткова (Роскомнедра) осуществляются работы по выработке концепции геоэкологического картирования геологической среды [Карпузов и др., 1998; Кочетков, Вартанян, 1998; Кочетков и др., 1998; Положение о порядке..., 2001; Требования по унификации...., 2001].
Комплексные целенаправленные исследования и разработка научно-методологических основ ведения мониторинга состояния недр континентального шельфа федерального уровня, оптимизация набора методов геоэкологического изучения, проработка технико-технологических систем, средств и методик исследований, нормативно-методических документов, определяющих порядок осуществления ГМСН континентального шельфа на федеральном уровне были предприняты автором в рамках реализации проекта МПР России «Осуществление государственного мониторинга состояния недр территории Российской Федерации и ее континентального шельфа» в Госцентре «Геомониторинг» МПР России в 1998-2002 гг. [Зеркаль, Комаров, 2000 а А 2001; Комаров, 2000, 2001, 2005; Комаров, Кочетков, 1994; Комаров и др., 2005; Кочетков и др., 1996, 1999, 2000, 2001 а,б,в,г, 2002]. В этот же период было разработано и утверждено «Положение о порядке осуществления государственного мониторинга состояния недр Российской Федерации» [2001].
В процессе разработки научно-методологических основ мониторинга состояния недр континентального шельфа федерального уровня автором использовались результаты фундаментальных научных исследований в области геоэкологии [Айбулатов, 1993, Айбулатов, Артюхин, 1993, Айнемер, 1982; Безродных, 1984; Вартанян и др., 1993; Вольнов, 1978; Геоэкология шельфов..., 2001; Герасимов, 1975; Глазовская, 1992; Голева, 1995, 1997; Грам-берг и др., 1993; Гриценко, 1998; Данилов-Данильян, 2002; Заири и др., 2000; Зекцер и др., 1972, 1977, 1984; Иванов и др., 1994, 1996, 1997, 1999; Израэль, 1974, 1979, 1982, 1989; Козлов, 2003; Клубов, Прозоров, 1993; Козловский, 1989; Лавров, 1989; Лисицин, 1978, 1994; Матишов и др., 1994, 1997, 2001; Опекунов, 1990, 2001, 2002, 2005; Осипов, 1993, 1997, 2003; Патин, 1997, 2001; Патык-Кара, Иванова, 2003; Пономаренко, Иванов, 2000; Развитие новых..., 2000; Смирнов, 2003, 2005; Сычев, 1991; Требования к организации..., 1992; Трофимов и др., 1994, 1995, 1997; Фролов, 1991; Экогеология России, 2000].
В настоящее время в России создана регулярная наблюдательная сеть федерального уровня (станции, опорные профили, федеральные полигоны) на акваториях Азовского, Черного, Каспийского [Комаров, 1987-2005], Балтийского, Белого и Баренцева морей [Галимов и др., 1996; Грамберг и др., 1993; Иванов и др., 1994-1999; Козлов, 2003; Корнеев и др., 2001; Матвеев и др., 2000; Матишов и др., 1994, 1997, 2001; Опекунов, 2001, 2002, 2005; Рыбалко и др., 1989, 1990, 1998; Садиков, 1998; Холмянский и др., 1989-1999], Сахалинского региона [Алексеев и др., 2005; Красный и др., 1998, 2001а,б; Недорез и др., 2005]. Планируется развитие работ и на других акваториях Арктического и Тихоокеанского бассейнов.
Материалы, получаемые в процессе осуществления мониторинга состояния недр континентального шельфа, с исчерпывающей полнотой позволяют провести оценку воздействия на окружающую природную среду (ОВОС) поисково-разведочной и добычной деятельности и выработать рекомендации, требования и правила по минимизации отрицательных воздействий при поиске, разведке, освоении, добыче и транспортировке сырья, а также при хозяйственном освоении прибрежных территорий, процессов урбанизации и развития рекреации побережий и морских портов [Айбулатов, 1987, 1989, 2003; Алексеев и др., 2005; Анисимов и др., 1992, 1993; Архипов и др., 2002; Бутаев и др., 1999; Есин, Косьян, Комаров, 1996; Комаров и др., 1992; Кочетков и др., 1999; Методическое письмо..., 2001; Методические рекомендации...., 1983, 1998, 2000; Научно-методические.... 1997; Основные положения..., 1982; Основные принципы..., 2001; Прогноз экзогенных..., 1979; Цветкова и др., 2000; Экологические проблемы..., 1997; Ignatov et al., 1996; Kochetkov et al., 1999; Komarov, 1993, 1995, 1997; Shimkus et al., 1993, 1995].
В последние десятилетия интенсивное техногенное воздействие на внутренние и окраинные моря России в процессе использования их ресурсов привело к загрязнению отдельных акваторий, нарушению всего комплекса природных условий, уменьшению природной способности морских экосистем к самоочищению. Локальное загрязнение и его негативные последствия нередко приобретают в морях крупномасштабный, и даже глобальный характер.
На рубеже XXI века наиболее обострились вопросы изучения геоэкологического потенциала и геодинамических напряжений земной поверхности, изучения их прогноза и оценки геоэкологической устойчивости природной среды жизнеобитания в различных природно-климатических условиях.
Под геоэкологической устойчивостью природной среды понимается способность геоэкосистемы при активном влиянии антропогенно-техногенных факторов сохранять и восстанавливать свои свойства, обеспечивающие нормальные условия жизнеобитания. Определение геоэкологического потенциала является новым научным направлением на стыке многих наук о Земле.
Принципы пространственно-временной организации данных геоэкологического картирования
Зоны повышенной трансформации вещества и энергии за счет гидродинамических, физических, химических и биологических процессов возникают обычно в местах пересечения нескольких граничных поверхностей. Это прибрежные зоны, кромка льда (арктические моря), фронтальные зоны - места встречи водных масс разного происхождения и разных характеристик. К районам развития наиболее активных гидродинамических и термодинамических процессов атмосферы и морской акватории относятся подводные источники, вулканы и сейсмо-активные зоны, устья рек, каньоны, проливы. Они служат каналами повышенного обмена вещества между морем и глубинными слоями литосферы.
Основными методологическими аспектами при проведении геоэкологического картирования континентального шельфа являются анализ потенциальных источников поступления, путей миграция, трансформации и накопления загрязняющих веществ, а также наличие критериев оценки состояния природной среды обследованного региона. До настоящего времени геоэкологическое картирование на море проводят разрозненно, разнотипными измерительными аппаратурно-техническими системами, обработка получаемой информации проводится, как правило, на базе программных математических средств, разработанных под частные задачи. Получаемые данные в виде тематических и комплексных информационных массивов остаются в большинстве случаев недоступными широкому кругу пользователей. Это приводит к снижению качества научных результатов, дублированию морских работ, плохой их пространственно-временной совместимости. Реализация комплексного подхода к исследованиям на единой научно-методологической и технологической основе, может позволить в короткие сроки получить кондиционный практический материал и резко поднять степень изученности природных процессов морских бассейнов и привести в соответствие с требованиями задач оперативного контроля качества морской среды и управления техногенной нагрузкой. Основу геоэкологического картирования и исследований составляет определение состояния первичного природного фона, без выявления которого любые последующие литологиче-ские, геохимические и гидрогеохимические построения будут необъективны.
Главной целью геоэкологического картирования является разработка и введение в действие системы изучения источников загрязняющих веществ, расположенных на суше и в море, пути поступления (плоскостной смыв, воздушная и речная транспортировка), процессы перераспределения и трансформации загрязняющих веществ в море и геоэкологические последствия. Региональные геоэкологические съемки и геолого-геофизические работы создают фундаментальную основу для системного геоэкологического изучения континентального шельфа и прогнозирования изменчивости процессов в недрах. Они призваны обеспечить систематизированной геоэкологической информацией для решения многих вопросов в области геологоразведки, горного дела, строительства, рационального природопользования, геоэкологии, прогноза сейсмоопасности, вулканических извержений и других современных геодинамических процессов.
Комплексные и специализированные геоэкологические съемки проводятся с целью изучения установления общих закономерностей состояния геологической среды в пределах месторождений полезных ископаемых в пространстве и во времени. Геоэкологическое картирование шельфовых областей находится в начальной стадии и не отвечает резко возросшим в последние годы научным и хозяйственным потребностям страны, в связи с разворотом работ на нефть, газ и россыпи твердых полезных ископаемых (золото, олово, алмазы).
Анализ состояния геолого-геофизической изученности шельфовых областей позволяет утверждать, что на значительных площадях континентального шельфа результаты геолого-геофизических и поисковых работ на нефть, газ и твердые полезные ископаемые, дополненные материалами геологической и геоэкологической съемок, могут служить достаточной основой для создания комплектов геоэкологических карт. Поэтому при организации геоэкологического картирования прибрежной зоны особенно актуальна проблема комплексного усвоения данных, полученных по результатам натурных наблюдений, из доступных сторонних источников, а также расчетным путем.
Для комплексного геоэкологического анализа современного состояния морских геоэкосистем важно иметь возможность связать различные данные друг с другом, сравнить, проанализировать, просмотреть их в удобном и наглядном виде, создав на их основе необходимую карту, таблицу, схему, диаграмму. Для этих целей наиболее подходят современные ГИС-технологии, в самой концепции которых заложены всесторонние возможности сбора, интеграции и анализа любых, распределенных в пространстве и времени или привязанных к конкретному месту данных.
Автором составлена серия эколого-географических карт южных морей России [Комплексные исследования...., 1994; Техногенное загрязнение...., 1996; Требования по унификации..., 2001]. В качестве программного обеспечения для исследования геоэкологического состояния морей и создания карт использовалось программное обеспечение Arclnfo 8.0.2 и ArcView GIS 3.2.
Возрастает значение неформальных процедур усвоения данных, особенно биологических и литодинамических, включая разработку математических моделей для описания природных сред и целостных объектов мониторинга в разных пространственно-временных масштабах.
Ландшафтно-геоэкологическое районирование
Вариации изменений 8 О карбоната раковин моллюсков Черного моря во времени [Куприн, Забелина, Щербаков и др. 1975; Николаев, 1977]. Отложения: ДЖ - джеметинские, КЛ - каламитские - ВТ - витязев-ские, БГ - бугазские, НЭ - новоэвксинские.
Оно четко фиксируется по отсутствию бентосной фауны в глубоководной впадине и ряду геохимических признаков, включая изотопный состав се 78 ры [Deuser, 1974]. В глубоководной впадине сероводородное заражение сохранялось без каких-либо перерывов в течение последних 7 тыс.лет. [Deuser, 1974]. Причем зеркало сероводородной толщи вод поднялось до уровня края шельфа менее чем за 1 тыс.лет. Остаются пока нерешенными вопросы, как далеко сероводород проникал на шельф, когда и в какой ситуации. Однако нет никаких свидетельств того, что в какой-то момент придонное сероводородное заражение охватывало всю полосу шельфа.
Голоцен по своему временному объему занимает лишь около одной трети предшествующего (рисс-вюрмского) межледниковья позднего плейстоцена, в течение которого естественные процессы обнаруживали ряд циклов подобных голоценовому. С полной очевидностью это вытекает из лито-лого-фациальных исследований верхнечетвертичных донных отложений в Черном море [Комаров, 2005; Шимкус, Комаров, 1982, 1996; Шимкус, Комаров, Евсюков, 1987; Шимкус, Комаров, Хрисчев и др., 1987а,б; Hay, Arthur, Deanetal., 1991; Hirst, 1974].
Таким образом, в ближайшие тысячелетия весьма вероятны цикличные изменения солености вод, уровня моря, связанные с относительными похолоданиями и потеплениями климата продолжительностью от сотен лет до нескольких тысячелетий. Сильное похолодание большой продолжительности, подобное доголоценовой ледниковой эпохе и глубокая регрессия Черного моря могут наступить лишь через 20-30 тыс.лет. Развитие парникового эффекта вследствие техногенной деятельности человечества может быть резко усилено в случае его совпадения с естественными климатическими оптиму-мами, которые характерны для межледниковий четвертичного периода.
Судя по данным палеоклиматических исследований, современный этап приходится примерно на конец первой трети последнего межледниковья. Причем наиболее продолжительные потепления находятся уже позади, и мы вошли в период чередования умеренных и относительно холодных фаз с непродолжительными теплыми фазами. Поэтому наложение возможного техногенного парникового эффекта на естественный климатический оптимум ма 79
ловероятно. Маловероятен и наиболее разрушительный исход для экосистемы в случае действительного возникновения парникового эффекта. Судя по имеющимся данным, потепление климата ослабит горизонтальную и поперечную циркуляцию вод и связанные с ней процессы естественного самоочищения, причем не только летом, но и зимой, когда эти процессы обычно достигают максимальной интенсивности. Благодаря этим процессам сейчас поддерживается динамическое равновесие между кислородной и сероводородной толщами вод, а граница сероводорода удерживается на определенном батиметрическом уровне, испытывающем небольшие колебания. При сильном устойчивом ослаблении поперечной циркуляции эта граница начнет постепенно подниматься вверх.
Однако пока не определено, при каких зимних температурах подъем сероводородной границы станет устойчивым. Кроме того, необходимо учесть, что потепления климата в Черноморской области могут сочетаться как с усилением его влажности, так и с возрастанием засушливости, что будет сильно сказываться на характере водообмена со Средиземным морем и динамике вод в Черноморском бассейне.
Палинологические исследования разрезов глубоководных осадков показывают значительные вариации палеоклимата в течение всего голоцена, включая последние 3 тыс.лет: чередование фаз теплого, холодного, гумидно-го и аридного климата различной продолжительности. Климатический оптимум, выделяющийся максимальным развитием теплолюбивой древесной растительности 3-7 тыс. л. н., затем сменился чередующимися фазами более умеренного климата, о чем свидетельствуют количественные изменения пыльцы древесной и травянистой растительности, а также видового ее состава [Комаров, 1979, 1986, 1987, 2005; Шимкус, Комаров, 1982; Шимкус, Комаров, Вайшвилене и др., 1979; Шимкус, Комаров, Гракова, 1977].
Характерной особенностью палеоклимата в Черноморской области являются дождливые неоднократные периоды, когда существенно увлажнялся весь водосбор, включая и ныне засушливую анатолийскую его область. С этими периодами связаны резкие возрастания продуктивности Черноморского бассейна и образование сапропелевых илов.
В эти периоды сформировались слои среднеголоценовых (древнечер-номорские) сапропелевых илов и так называемый переходный прослой сапропелевого ила в верхнем голоцене. Судя по результатам изучения разрезов голоценовых осадков в озерах Черноморской области и глубоководной впадине, короткий климатический оптимум имел место 800-1200 л.н., а короткий "ледниковый" период примерно 150-450 л.н. [Hay, Arthur, Dean et al., 1991].
Тенденции накопления загрязняющих веществ Результаты исследований донных осадков [Барковская, 1961, 1975; Глебов, Шимкус, Комаров и др., 1996, 2005; Комплексные..., 1994; Митро-польский, Безбородов, Овсяный, 1982; Техногенное..., 1996; Шимкус, Комаров, 1996а,б; Шимкус, Комаров, Тихомиров, 1994, 1996; Hirst, 1974; Shimkus, Komarov, 1993] показывают, что с началом среднего голоцена (древнечерно-морское время) произошел заметный скачок в содержании большинства тяжелых металлов, однако наиболее резкий он был для Мо.
Биоиндикация техногенного загрязнения шельфа (на примере группы тяжелых металлов)
. На некоторых участках широкого северо-западного прикерченского шельфа этот процесс почти полностью прекращался. Лишь в наиболее узких районах анатолийского и кавказского шельфа, приуроченных к устьям мощных рек (Сакарья, Кызыл-Ирмак, Ешиль-Ирмак, Чорохи, Риони, Ингури, Ко-дори, Бзыбь, Мзымта), интенсивный перенос осадочного материала вдоль каньонов и подводных долин продолжался [Глебов, Шимкус, Комаров, Ча-ленко, 1996; Шимкус, Комаров, Евсюков, 1987; Шимкус, Комаров, Хрисчев и др., 1987а,б]. В этих местах прибрежные авандельты уступали место подводным конусам выноса у подножий склонов. Аномальные повышения мощности за счет накопления материала аллювиального выноса приурочены к характерным для всего кавказского побережья переуглубленным долинам рек (рис. 50).
В полосе узкого шельфа кратковременные неглубокие регрессии моря в течение голоцена усиливали транспортировку наносов по подводным долинам, а в областях широкого шельфа способствовали расширению площадей авандельт в сторону моря. Во время регрессий возрастала интенсивность эрозионных процессов на водосборе, что сопровождалось заметным увеличением твердого речного стока, особенно в областях с влажным климатом.
Увеличение мощности четвертичных отложений при заполнении переуглубленного палеорусла р. Ашамба (Геленджикский участок шельфа) [Глебов, Шимкус, Комаров, Чаленко, 1996]. Биогенное осадконакопление В условиях нарастающего осолонення в мелководной области возрастала роль морской бентосной фауны (моллюсков, фораминифер), продуцировавшей карбонатный раковинный материал. Палеосоленость была недостаточной для развития морской планктонной фауны [Шимкус, Мухина, Тримо-нис, 1973; Янко, Троицкая, 1987].
При максимальных значениях солености в позднем голоцене смогли развиваться лишь некоторые наиболее эвригалинные виды кокколитофорид, а массового развития достигла лишь Emiliania hwcleyi. Этот вид стал осадко-образующим в глубоководной впадине. Мощное поступление биогенных элементов в период теплого влажного климата в среднем голоцене явилось причиной интенсивной биологической продуктивности перидиниевого фитопланктона, что привело к накоплению бескарбонатных сапропелевых илов на дне глубоководной котловины, ее склонах, а местами и в нижней и даже средней областях шельфа [Глебов, Шимкус, Комаров и др., 1996; Шимкус, Комаров, 1982].
В позднем голоцене фоссилизация перидиниевого планктона происходила вместе с кокколитофоридами, и как следствие накапливались илы беднее органическим веществом по сравнению со средним голоценом, но много богаче карбонатами.
Скорости биогенного осадконакопления значительно изменялись во времени и по площади. Собственно биогенные илы в глубоководной области накапливались преимущественно в областях медленной биогенной седиментации, где биогенный материал слабо разбавлялся терригенным. На шельфе они связаны с областями интенсивной биогенной седиментации.
Неравномерность биогенного осадконакопления подчеркивается ритмичным чередованием терригенных и биогенных илов в областях высоких скоростей осадконакопления и определенными колебаниями в содержании органического вещества и карбонатов в биогенных илах в районах медленного осадконакопления.
Цикличное накопление терригенных и биогенных илов - характерная черта осадконакопления всех межледниковых эпох плейстоцена, более продолжительных, чем имеющийся отрезок голоцена. Поэтому отмеченная особенность будет типична для осадконакопления в Черном море и в течение будущих 20-30 тыс. лет.
Биогенная седиментация лишь в кратковременные интервалы голоцена ознаменовалась накоплением диатомовых илов и то в ограниченных областях [Шимкус, Мухина, Тримонис, 1973]. И это несмотря на одно из ведущих мест, которое занимают диатомовые водоросли в составе фитопланктона. Причина коренится в сильном растворении скорлупок диатомей черноморскими водами из-за сильной их недосыщенности кремнеземом.
Важной особенностью накопления биогенных илов в глубоководной впадине является их тяготение к областям, отвечающим центрам циклонических круговоротов поверхностных вод. Распространение прослоев биогенных илов во всем разрезе среднего и позднего голоцена практически на всей площади котловины свидетельствует о больших латеральных флуктуациях этих круговоротов в течение голоцена. Центры циклонических круговоротов являются не только областями, где биологическая продуктивность во многом обеспечивается подъемом в фотический слой богатых биогенами глубинных вод. Здесь концентрируется и тонкодисперсный терригенный материал, преимущественно глинистый.
Из-за повышенной биологической продуктивности в этих халистатиче-ских областях повышена интенсивность биофильтрации, а также абсорбция разнообразных веществ (в том числе и тяжелых металлов) на органических частицах глинистых минералов и загрязняющих веществ.
