Литотехнические системы как результат взаимодействия природных геологических и технических объектов

Материал составлен при участии Т.И.Аверкиной.

Современные особенности экологических функций и свойств литосферы — продукт ее эволюционного природного геологического развития и техногенеза.

Именно последний фактор — техногенез — обусловил преобразование многих составляющих экологических функций литосферы, главным образом, в негативном направлении. Хорошо известно, что любой технический объект может выполнять свои функции только в сочетании с природным геологическим телом, на котором или в котором он размещен. Совместное рассмотрение природных и технических
объектов — единственный путь к оценке последствий техногенного воздействия на экосистему и человека. В наиболее емком и концентрированном виде такое взаимодействие отражают литотехнические либо природно-технические системы, если природный компонент системы включает в себя все абиотические геосферные оболочки Земли, а не только литосферу. литотехнической системой в общем виде следует понимать комбинацию из технического устройства и литосферного блока любой размерности, элементы которой взаимодействуют друг с другом и объединяются единством выполняемой социально-экономической.

Это — новые искусственно-естественные образования.

В инженерной геологии они изучаются с целью обеспечения устойчивого функционирования инженерных сооружений, инженерно-хозяйственной деятельности человека, а в экологической геологии — как компонент эколого-геологической системы, определяющий характер и интенсивность на Решение таких задач требует специального подхода к рассмотрению литотехни-ческой системы как системного единства технических объектов и геологических тел.

Главное с эколого-геологических позиций — создание литотехнической системы приводит к изменению типа эколого-геологической системы: начинает функционировать природно-техническаяэколого-геологическая система реальная. Закономерности ее развития и, естественно, трансформации экологических функций принципиально иные по сравнению с природной эколого-геологической системой реальной.

Литотехнические системы характеризуются определенными пространственными и временными границами, структурой, свойствами и состоянием. Каждый из этих параметров рассматривается с точки зрения эколого-геологических особенностей систем и в конечном итоге служит для оценки экологических последствий их функционирования.

Пространственный контур литотехнической системы с экологических позиций должен проводиться по внешней границе зоны ее экологического влияния. Эта зона охватывает всю территорию, в пределах которой под влиянием прямых и косвенных техногенных воздействий происходят существенные изменения всех или некоторых ее элементов, имеющих экологическое значение. Ореол такого влияния обычно характеризуется показателями, отражающими размеры и форму площадей техногенных изменений: деформированных, заболоченных, засоленных или подтопленных земель, химического загрязнения, влияния теплового воздействия сооружений, химического или радиоактивного воздействия при миграции компонентов от источника диффузионным или фильтрационным путем и т.д. Если объект оказывает комплексное воздействие на среду, граница должна проводиться по совокупному ореолу техногенных изменений экологически существенных свойств литосферы.

Граница литотехнических систем, проводимая с эколого-геологических позиций, в некоторых случаях совпадает с границей «сферы взаимодействия» в инженерно-геологическом понимании, но в большинстве ситуаций не совпадает и оконтуривает существенно большую площадь.

Используются понятия о границах зон актуального и потенциального влияния систем. Для установления первой из них рационально ориентироваться на биологические индикаторы: угнетение растительности, исчезновение каких-либо видов животных и т.д.

Читайте также:  Техногенные воздействия на литосферу и их экологические последствия

При рассмотрении временных границ литотехнической системы началом ее формирования обычно принимают начало строительства или какой-либо иной хозяйственной деятельности. Конечной временной границей можно считать момент ликвидации технического объекта, например, здания. Окончание эксплуатации карьера означает прекращение деятельности системы «карьер — массив горных пород», но является началом функционирования новой системы «рекультивированный карьер — массив горных пород». Некоторые технические объекты (например, полигоны бытовых и промышленных отходов) подлежат не ликвидации, а консервации. Время их «закрытия» нельзя считать конечным рубежом деятельности литотехнической системы, так как с ним не исчезают химический, биологический и тепловой эффекты. В этой ситуации за конечную временную границу литотехнической системы следует принимать время прекращения этих техногенных (точнее — посттехногенных) воздействий. Определить это время не всегда просто даже для локальных систем. Задача тем более усложняется, когда речь идет о региональных литотехнических системах, которые, по выражению Г.К.Бондарика, в масштабах времени человеческого общества существуют «вечно».

Характеристика структуры системы предусматривает выделение подсистем, элементов систем, систем разных уровней, а такие выявление их взаимоотношений (связей). Традиционно в литотехнических системах обособляют геологическую и техническую составляющие — подсистемы первого порядка; иногда добавляют подсистему управления. Они, в свою очередь, разбиваются на подсистемы второго, третьего и т.д. порядков. Например, природная подсистема подразделяется на вещественную подсистему и подсистему энергетических полей. Далее в вещественной подсистеме выделяются подсистемы третьего порядка: горных пород, подземных вод, рельефа и т.д. Подсистемы самого низкого уровня выступают в качестве элементов систем.

По уровню организации выделяют элементарные, локальные, региональные и глобальные литотехнические системы. Первые включают единичные сооружения (например, цех завода) и массив пород в зоне его влияния. Весь завод и объем литосферы в пределах его влияния образуют системы локального уровня. Региональные литотехнические системы объединяют комплексы локальных и, в свою очередь, яв-ляются составными частями глобальной литотехнической системы -технолитосферы. Иногда выделяют литотехнические системы национального уровня, пространственные контуры которых совпадают с государственными границами.

Эколого-геологический подход к изучению литотехнических систем требует наряду с технической и геологической подсистемами учитывать биологический компонент. Объективно биота (за исключением человека) не участвует в целенаправленном функционировании литотехнических систем и, как правило, не рассматривается геологом в качестве их структурных подразделений. Даже в тех случаях, когда конструкции технических объектов (плотин, трубопроводов и т.д.) предусматривают создание специальных биологических коридоров — проходов для домашнего скота, диких животных или рыб — последние непосредственно не участвуют в деятельности литотехнической системы.

Другими словами, живое вещество по отношению к литотехнической системе выступает в качестве внешней системы. При инженерно-геологическом подходе изучается, как эта внешняя система влияет на саму систему, а при эколого-геологи-ческом — как литотехническая система влияет на живые организмы.

Множество структурных связей литотехнической системы подразделены на внутренние и внешние. Первые функционируют между элементами и подсистемами одной системы. Среди них принято различать локализующие (направленные из природы к технике) и изменяющие (от техники к природе). Внешние связи осуществляются между различными литотехническими системами и элементами (подсистемами) различных литотехнических систем, а также между элементами (подсистемами) какой-либо литотехнической системы и смежными средами. К разряду внешних относятся и связи между литотехнической системой (ее элементами, подсистемами) и живыми организмами (рис.38)Литотехнические системы как результат взаимодействия природных геологических и технических объектов

Общепринято также деление связей на прямые (технический элемент —> геологический элемент) и опосредованные (технический элемент —>геологический элемент—> технический элемент). Воздействие технических объектов на биологические компоненты среды осуществляется, главным образом, также опосредованно (технический элемент—> геологический элемент-> живые организмы). В отдельных случаях возможны связи типа: технический элемент живые организмы (например, склад рад-иоактивных отходов биота).

Читайте также:  Экологическая роль и функции литотехнических систем

Свойства литотехнических систем, как всякой системы, подразделяются на совокупные и эмерджентные. Совокупные складываются
из свойств отдельных элементов, подсистем, элементарных систем.

К разряду эмерджентных свойств относятся целостность (каждый элемент влияет на все, все — на него), кумулятивность (изменение каждого элемента вызывает изменение системы), организованность (в том числе иерархичность), управляемость, открытость-замкнутость, устойчивость-неустойчивость (способность-неспособность функционировать и заданном режиме) и др.

На начальных этапах формирования (период строительства, первые годы эксплуатации) большинство из них находится в неравновесном состоянии. Оно характеризуется резким нарушением геологической составляющей. Если последняя устойчива к приложенному воздействию, ее изменение носит обратимый характер. В этом случае геологическая подсистема со временем возвращается в исходное равновесное состояние, соответствующее равновесному состоянию всей литотехнической системы. При необратимых изменениях переходный период обычно более длительный и заканчивается переходом системы в равновесное состояние уже в новой устойчивой области. Дальнейшее развитие литотехнической системы определяется, главным образом, поведением геологического компонента, так как технические объекты способны лишь многократно повторять одни и те же процессы, а природа характеризуется непрерывной эволюцией.

Целесообразно использовать понятие об экологическом состоянии литотехнической системы. Его можно классифицировать как биологически комфортное и дискомфортное, экологически опасное и неопасное. Можно выделить разные степени опасности.
Возможно рассмотрение актуального и потенциального состояния литотехнической системы (в том числе экологического), долговременного и кратковременного. В некоторых случаях фиксируются суточные состояния — стексы (по Н.Л.Бе-руташвили)

Оценка экологического состояния биоты и состояния эколого-геологических условий тесно связана с изучением последствий функционирования литотехнических систем. Сразу же отметим, что геолог, конечно, не может определять такие результаты изменений биотопов, как мутация, нарушение трофических цепей, смена направлений сукцессии и т.д. Однако, только геолог может определять и прогнозировать характер и интенсивность техногенных изменений литосферы, степень отклонения от нормы тех геологических параметров, которые имеют экологическое значение. На этой основе и должны строиться заключения о том, будет ли в условиях функционирования литотехнической системы обеспечена нормальная жизнедеятельность человека и других живых организмов или нет.

 

Оцените статью