Методы геологических и других наук, используемые для получения эколого-геологической информации

Методы геологических наук

Общая структура эколого-геологических исследований однозначно свидетельствует, что для ее практической реализации не-обходим широкий спектр методов исследования, причем не только наук о Земле, но и биологических, медицинских (экологическая медицина) и социально-экономических. Осмысливание полученной этими принципиально различными методами информации возможно только на основе методологии системного подхода, так как объекты исследования находятся между собой в сложных причинно-следственных зависимостях и связях.
Общее представление о методах наук о Земле, используемых для получения эколого-геологической информации, дает содержание табл. 4 Методы геологических и других наук, используемые для получения эколого-геологической информации
В основе оценки минерально-сырьевых ресурсов ресурсной экологической функции литосферы лежат методы геологии полезных ископаемых (поисковые, опробования, подсчета запасов, оценки месторождений полезных ископаемых). Эти базовые методы дополняются методами геохимии (литохимическими, гидрогеохимическими, биохимическими, атмохимическими) и геофизическими (гравиметрическими, магнитными, электромагнитными, сейсмическими, ядерно-физическими), которые используются при поисках и разведке полезных ископаемых. Кроме того, при оценке минерально-сырьевых ресурсов широко используются многочисленные методы петрологии, литологии и минералогии, связанные с изучением вещественного состава как полезного ископаемого, так и вмещающих пород. Методы других геологических наук являются сопутствующими.

Ресурсы подземных вод исследуются базовой наукой — гидрогеологией (методы подсчета запасов подземных вод, методы количественной оценки подземного стока и др.). Для решения поставленных задач широко используются методы геофизики (электромагнитные, сейсмические, ядерно-физические и термические) и геохимии (гидрогеохимическое, геохимическое районирование и картирование).
Ресурс геологического пространства традиционно оценивается методами инженерной геологии (инженерно-геологическая съемка и картографирование, инженерно-геологическое районирование, методы полевого и лабораторного изучения горных пород и массивов, моделирования геологических процессов) и геокриологии (методы мерзлотной съемки и др.). Методы остальных наук используются как частные и чаще всего входят в комплекс полевых и опытных инженерно-геологических работ.

Геодинамическая функция литосферы изучается методами базовых наук — инженерной геологии (инженерно-геологическая съемка и картографирование, геодинамическое районирование, методы полевых работ, режимных наблюдений, полевого и лабораторного изучения горных пород и массивов, моделирования геологических процессов, оценки устойчивости склонов, микросейсмическое районирование), геокриологии (методы мерзлотной съемки, режимных наблюдений, мерзлотного прогноза), геоморфологии, а для эндогенной ее составляющей — методами тектоники, сейсмотектоники, геофизики и геохимии. Именно они дают информацию о механизме развития и закономерностях пространственной приуроченности деструктивных процессов и динамике их развития. Эта информация позволяет оценить экологическую значимость геологических процессов как природного, так и антропогенного происхождения. Методы остальных наук о Земле, хотя и используются для решения отдельных вопросов, имеют подчиненное значение.

Геохимическая функция литосферы является ведущей при оценках последствий естественных и техногенных «загрязнений» литосферы. Последние в настоящее время проявляются практически во всех компонентах верхней части разреза литосферы под влиянием техногенеза. Основными базовыми методами изучения геохимических полей и оценки их воздействий на биоту являются методы геохимии: атмохимический, литохимический, гидрогеохимический, биогеохимический, сноухимический (снеговая съемка), а также геохимическое картирование и районирование. В последнее время для этих целей стали широко применяться и некоторые геофизические методы -радиометрия, радиолокационное зондирование и методы физического контроля, а из методов гидрогеологии — опытно-миграционные.

Методы остальных геологических наук имеют подчиненное значение.

Основными базовыми методами изучения геофизической экологической функции литосферы являются методы геофизики (гравиметрические, магнитные, электромагнитные, сейсмические, ядерно-физические, термические), за каждым из которых стоит оценка интенсивности поля, выявление соответствующего физического поля. По мере необходимости они дополняются методами геотектоники, инженерной геологии и геокриологии. Широкое применение при эколого-геологических исследованиях получили методы следующих наук.

Инженерная геология

К методам этой науки, в первую очередь, относятся инженерно-геологическое картирование (съемка, картографирование), районирование, мониторинг (табл. 67). Методы геологических и других наук, используемые для получения эколого-геологической информации Методы геологических и других наук, используемые для получения эколого-геологической информации Методы геологических и других наук, используемые для получения эколого-геологической информацииК частным методам, находящим применение при изучении экологических функций литосферы, можно отнести методы целенаправленного изучения показателей состава, структуры, состояния и свойств грунтов и массивов. Многие из них позволяют целенаправленно обосновать мероприятия по приданию неустойчивым породам новых свойств, улучшающих экологическую обстановку; при доработке вполне возможен их переход в разряд специальных методов экологической геологии.

Геокриология

Комплекс ее методов, в частности, мерзлотная, или геокриоло-гическая съемка и картографирование также широко используется при эколого-геологическом картировании районов развития многолетнемерзлых пород. Это в полной мере относится и к мерзлотному прогнозу, опирающемуся на моделирование мерзлотно-геологических ситуаций, метод аналогий, метод прогнозирования распространения и динамики проявления мерзлотных процессов, подземных льдов и таликов, метод экспертных оценок.

Гидрогеология

Решение задач экологической направленности для гидрогеологии не является принципиально новым. Для решения вопросов оценки запасов, охраны и защиты подземных вод от загрязнения и истощения разработаны целые комплексы методов, которые успешно используются при решении практических задач, а методическим приемам проведения исследований посвящена многочисленная литература. В настоящее время наиболее перспективными и быстроразвивающимися являются следующие группы методов.

Читайте также:  Общая структура эколого-геологических исследований

Полевые опытно-миграционные исследования водоносных комплексов, в процессе которых проводится индикация подземных вод с целью определения миграционных параметров. Ввод индикатора в водоносный пласт осуществляется в трех основных режимах: мгновенный подъем концентрации индикатора; «пакетный» -поддержание постоянной концентрации только в течение определенного времени запуска и «импульсный» ввод — создание больших концентраций за весьма малый промежуток времени. Условия ввода индикатора, его тип определяют конкретные методические приемы слежения и обработки информации. Этот комплекс методов опирается на целенаправленное исследование данных режимных наблюдений за процессами миграции, в том числе и при строительстве и эксплуатации техногенного объекта.

Балансовый метод используется, главным образом, как дополнительный в сочетании с гидродинамическим и гидравлическим. Он позволяет установить роль отдельных источников в формировании эксплуатационных запасов, оценить обеспеченность запасов, развитие депрессионной воронки в пределах небольших ограниченных структур, где разница в понижении уровня в центре площади и на краях незначительна, что недоступно для других методов. Сложность гидрогеологических условий и практическая невозможность количественной оценки источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод определяют необходимость использования метода гидрогеологических аналогий. Метод основан на переносе данных о режиме эксплуатации подземных вод на участках действующих водозаборов на оцениваемые участки, находящиеся в аналогичных условиях с эксплуатируемыми.

Геохимия

К методам геохимии, в том числе гидрогеохимии, широко используемым при изучении экологических функций литосферы, относится, как уже отмечалось, широкий спектр частных методов. Атмохимические (газовые) съемки проводятся систематически для определения содержания в приземной атмосфере газов, паров металлов и различных химических веществ и их соединений. Практическая реализация этого метода может быть выполнена на стационарных и передвижных постах, а также при аэрогеохимических съемках на базе лазерного метода зондирования. Гидро- и литохимические съемки на потоках рассеивания проводятся по методикам, применяемым в поисковой и разведочной геохимии. Снегогеохимические опробования проводятся с целью оценки состава и объема вредных выбросов в атмосферу за время, определяемое сезонной сохранностью снежного покрова. Они дают представление о составе и объемах токсикантов, главным образом, тяжелых металлов, соединений углерода, серы и азота, выпадающих на единицу площади и определяющих величину модуля техногенной нагрузки. Представления об основных современных аналитических методах определения элементов дает табл. 68.Методы геологических и других наук, используемые для получения эколого-геологической информации

Геофизика

При изучении экологических функций литосферы широко используются различные технологические геофизические комплексы (табл. 69). Особая роль принадлежит методам радиометрии: аэро-, автогамма-спектрометрическая и пешеходная гамма-съемка, детальная радиометрическая разведка очагов загрязнения и постдезактивационный контроль, радиационное обследование промышленных предприятий и жилых массивов с целью изучения распределения и поведения естественных и искусственных радионуклидов. Радиолокационное зондирование базируется на применении современных георадаров, с помощью которых возможно проводить зондирование даже в скважинах диаметром до 56 мм и глубиной 1000 м.

Среди физических методов контроля различных загрязнителей используются ядерно-физические, люминесцентные, лазерно-флюоресцентные, ЯМР-спектроскопии, лазерной спектроскопии. Особый интерес в настоящее время представляют лазерные методы исследования с помощью лазерных анализаторов — «лидаров», обеспечивающих возможность проводить дистанционный контроль качественного и количественного состава загрязняющих веществ в пределах функционирования крупных промышленный объектов.
Геология полезных ископаемых. Ее методы являются пока практически единственными, позволяющими изучать и оценивать ресурсную функцию литосферы, точнее — ее минерально-сырьевые ресурсы.

При этом следует учитывать, что методы геологии полезных ископаемых и подсчета их запасов не отвечают на главный вопрос — достаточности или недостаточности обеспечения ими нормального с экологических позиций существования и развития человеческого сообщества как социальной структуры. Этот вопрос остается пока открытым и требует доработки с привлечением методов экологических, медицинских экономических наук. Именно по этой причине методы геологии полезных ископаемых рассматриваются нами в методах геологических наук, а не в составе специальных методов экологической геологии.

Методы биологических, медицинских и санитарно-эпидемиологических наук

Как уже отмечалось, эти методы широко используются при выполнении эко-лого-геологических исследований, сборе и анализе соответствующей биолого-медицинской информации. Сам эколог-геолог не должен и не может квалифицированно проводить такие исследования, так как они требуют специальной профессиональной.
Из биологических методов наиболее ценную информацию дают биохимические, биосубстратные и биотестирование. Первый из них основывается на изучении уровня содержания биологически активных форм химических элементов и их ассоциаций в растениях и живых организмах и определении коэффициентов биологического поглощения, биохимической активности, кларков содержаний и рассеивания. Анализируются укосы трав, листья и хвоя деревьев, мхи, лишайники, садовые и овощные культуры.

Читайте также:  Специальные методы получения и обработки эколого-геологической информации

Биосубстратные методы связаны с изучением биосубстратов живых организмов (кровь, слюна, волосы, ногти, зубы, молоко, моча, шерсть, а также «критические» органы — почки, печень, костная ткань и т.д.). В этих биосубстратах определяется содержание токсичных химических элементов и их соединений.

Биотестирование (биоиндикация) как метод исследования начал использоваться достаточно широко сравнительно недавно. Наибольшее развитие он получил при оценках качества поверхностных и подземных вод. Сущность метода -по функциональному состоянию (поведению) тест-объектов (разнообразные дафнии, водоросли — хлорелла, рыбы — гуппи) дать интегральную оценку качества воды и возможность использования ее для питьевых целей. Лимитирующим фактором применения метода биотестирования является продолжительный срок проведения анализа (не менее 96 ч) и отсутствие информации о химическом составе воды. Л.С.Кожевин с соавторами (1997) предлагает для биотестирования почв, горных пород, природных и сточных вод, природных и техногенных грунтов использовать системы мультисубстратного биотестирования «Эколог», предназначенные для получения исчерпывающих данных о состоянии природных микробных сообществ с представлением полученной сложной информации в виде заключения о наличии или отсутствии повреждений. В случае нарушения может быть определен вероятный его тип, а также другие характеристики, например, время воздействия. Использование естественного микробного сообщества в качестве биосенсора дает прекрасные результаты при решении эколого-геохимических задач.

Система «Эколог» — это принципиально новый подход в биотестировании, основанный на анализе роста природного микробного сообщества на предлагаемом наборе 47 питательных веществ. Система «Эколог» ориентирована на оценку функцио-нального состояния природного микробного сообщества в целом, которое в конечном счете определяет способность природной среды к самоочищению.
В медицине для целей экологической оценки условий территории широко применяются методы медицинской статистики — статистические данные по заб-леваемости всего населения или «индикационной» группы — детского населения, рождаемости, патологии новорожденных и т.д. На этой основе оцениваются меди-ко-санитарные (медико-гигиенические) условия проживания населения и существование живых организмов. Этот метод учитывает число человеческих жертв и число пострадавших в результате проявления катастрофических и опасных природных процессов, оценивается воздействие этих процессов на человека.

Следует упомянуть и о методе дающем представление о пространственной приуроченности и этиологии заболевания населения, ореолах и очагах различных токсикозов, т.е. о характере, частоте и территориальной приуроченности заболеваний населения.
В составе этих общих методов Ю.Е.Вельтищев и В.В.Фокеева (1999) рассмат-ивают ряд частных методов, дающих более полное и объективное представление по анализируемой проблеме:

  • анализ государственной статистической медицинской отчетности. При этом следует учитывать, что официальные отчетные медико-статистические данные не позволяют достоверно судить об истинной распространенности заболеваний у детей в связи с невысоким качественным уровнем медицинской диагностики, несовершенством диагностических критериев патологии, отсутствием хорошей лабораторной базы в большинстве учреждений практического здравоохранения, снижением обращаемости родителей детей за медицинской помощью. Однако динамика показателей заболеваемости в течение нескольких лет все же позволяет выявить определенные тенденции в состоянии здоровья детей;
  • анализ демографических и репродуктивных показателей;
  • анализ медицинской документации;
  • картографирование территории и анализ распространенности маркерной хро-нической патологии у детей для выявления особо значимых загрязнителей окружающей среды;
  • анкетирование населения. Этот метод широко используется для проведения эпидемиологических исследований, когда с помощью специально разработанных вопросников можно получить необходимую информацию;
  • скрининг-методы для раннего выявления патологии у детей (изменение антропометрических величин, нейропсихологическое тестирование, функциональная оценка дыхательной системы, измерение артериального давления, электрофизиологические методы (ЭКГ, ЭЭГ), ультразвуковое исследование органов, измерение электрического сопротивления кожи, общий анализ крови и мочи, мочевые скрининг-тесты);
  • данные диспансеризации детей с хронической патологией врачами-специалистами (по профилям).

Социально-экономические науки

С ними связаны методы оценки экономического риска, экономического ущерба и социального страхования населения. Методика таких оценок с учетом геологических факторов содержится в серии публикаций А.Л.Рагозина (1995, 1997), Г.Л.Коффа (1997) и ряда других исследователей. Понятно, что исходную информацию для этих целей следует получать в директивных и административных органах и отделах страхования. Отметим, что экономические методы, оценивающие материальный ущерб и опирающиеся на показатели материального производства и затраты в непроизводительной сфере приведены в публикации М.Т.Мелешкина с соавторами (1982), а по страхованию от опасных природных процессов — в работе Г.Л.Коффа и И.В.Чесноковой (1998).

Оцените статью