Вопрос о критериях оценки экологических функций литосферы, выделении различных категорий ее состояния относится к важнейшим теоретическим и методическим положениям экологической геологии. Не останавливаясь здесь на общих вопросах, связанных с выбором критериев оценки экологического состояния компонентов литосферы и взаимодействующей с ней биоты (они приведены ниже применительно к каждой экологической функции литосферы), отметим главное с рассматриваемых нами позиций: все критерии оценки должны быть органически связаны с экологическими особенностями литосферы и учитывать соответствующие функциональные зависимости между ее компонентами и биотой.
Состояние живых организмов и влияние на них факторов внешней среды оценивается, как известно, исключительно по реакции организмов непосредственно на воздействие, а также в период последействия. Практически всякое отклонение от нормы в окружающих условиях, в которых существует живой организм, может повлечь за собой опасность возникновения вредных последствий. И чем значительнее отклонение, тем выше вероятность наступления этих последствий и тем они серьезнее. В полной мере это относится и к человеческому организму.
В свою очередь, реакция экосистем любого ранга зависит от того, в какой мере экологическое состояние литосферы адекватно условиям гомеостаза* (или гомео-стазиса) рассматриваемой системы.
* Гомеостаз — относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней структуры экосистемы (организма) и ее устойчивость по отношению к внешним воздействиям.
Последний предполагает сохранение устойчивости экосистемы в условиях воздействия ряда факторов. При этом воздействие каждого фактора или их совокупности может быть оценено как минимальное, когда оно не вызывает реакции (возмущения) экосистемы, и максимальное, последствиями которого может быть деградация экосистемы в целом или отдельных ее компонентов или даже гибель экосистемы и переход ее в новое качество, по сути дела в новую экосистему. Диапазон между минимальным и максимальным уровнем воздействия факторов представляет собой «предел толерантности» экосистемы, т.е. тот диапазон изменения уровня воздействия, в пределах которого система способна за счет своих адаптационных возможностей противостоять изменяющему ее внутреннее состояние воздействию.
Биолого-медицинская оценка реакции организма человека на изменение внешних условий постулирует, что при минимальных, не выходящих за фоновый уровень, изменениях (минимальное воздействие факторов) можно характеризовать состояние организма как здоровое, при максимальном воздействии факторов, изменяющих условия существования, это состояние оценивается как болезненное (или патология). Весь промежуток между указанными двумя пределами делится на два интервала, определяемые как «напряжение» и «утомление».
Напряжение характеризует стадию мобилизации регуляторных и гомеостати-ческих механизмов живого организма (экосистемы), обеспечивающих его существование. Когда мобилизованные, в том числе и энергетические, ресурсы оказы-ваются уже не в состоянии обеспечить существование живого организма или экосистемы на «заданном» природой уровне, наступает утомление — обратимое состояние живого организма или экосистемы с истощением ресурсов и регуляторных и гомеостатических систем. Исходя из этого, оценку реакции живых организмов (экосистем и человека) предлагается проводить по четырехуровневой схеме -«здоровье-напряжение-утомление-болезнь».
По аналогичной четырехуровневой схеме построена оценка состояния окру-жающей среды, предложенная отечественными гигиенистами В.М.Прусаковым и К.А.Буштуевым. Они предлагают оценивать состояние среды как малоопасное, если на общем благополучном фоне обнаруживается тенденция к изменению показателей здоровья; умеренно опасное — в случае возникновения неустойчивых эпизодических изменений факторов здоровья; опасное, когда наблюдается повышение неспецифической заболеваемости, ухудшение показателей физического и нервно-психического развития детей, физиолого-клинического состояния детей и взрослых; чрезвычайно опасное — в случае увеличения смертности, количества онкологической, специфической и (или) профессиональной патологий.
Если оценивать реакцию человеческого организма не на биолого-медицинском и гигиеническом, а на «бытовом» уровне, ориентируясь на самочувствие и эмоциональный настрой отдельных индивидуумов и целых социальных групп, можно предложить несколько иное деление уровневой шкалы, основанное, тем не менее, на той же тетраидной схеме — «комфорт-дискомфорт-сильный дискомфорт-опасность». Экстраполяция предложенной схемы на весь широкий спектр природных и природно-технических экосистем с сохранением общего принципа ее построения позволила Б.В.Виноградову предложить в качестве уровневых оценок следующий ряд: «экологическая норма-экологический риск-экологический кризис-экологическое бедствие».
Как уже указывалось выше, каждому интервалу, характеризующему реакцию живых организмов, человека или экосистемы, должен соответствовать некоторый интервал, определяющий в заданных пределах изменение уровня внешнего воздействия. В той же четырехзвенной схеме его целесообразно градуировать в виде ряда воздействий — «слабое-умеренное-сильное-опасное».
В общем виде изложенный подход отражен в табл. 6, в которой приведена принципиальная схема оценки состояния эколого-геологических условий (экологического состояния литосферы), биоты и экосистемы. Нетрудно заметить, что ее теоретическая и методическая основа базируется на представлениях об экологических функциях литосферы и корреляции экологического состояния компонентов литосферы с состоянием биоты и экосистемы в целом.
По мнению авторов, оптимальной на современном этапе является четырех-ранговая оценочная структура, разработанная для экосистем Б.В.Виноградовым. С ней должна коррелироваться оценочная структура классов состояния эколого-геологических условий литосферы или ее компонентов. Предложено выделять следующие классы состояний эколого-геологической обстановки литосферы:
- класс удовлетворительного (благоприятного) состояния, который коррелируется с зоной экологической нормы экосистемы, по Б.В.Виноградову. Значения прямых критериев оценки эколого-геологического состояния литосферы ниже ПДК или фоновых (за исключением природных аномалий);
- класс условно удовлетворительного (относительно неблагоприятного) состояния, который коррелируется с зоной экологического риска. Территории требуют разумного хозяйственного использования, планирования и проведения мероприятий по их улучшению. Значения прямых критериев оценки эколого-геологическо-го состояния литосферы незначительно (до 5 раз) превышают ПДК или фон (кроме природных аномалий);
- класс неудовлетворительного (весьма неблагоприятного) состояния, который коррелируется с зоной экологического кризиса. Необходимо выборочное хозяйственное использование территорий, планирование и оперативное проведение глубокого улучшения. Значения прямых критериев оценки эколого-геологическо-го состояния литосферы в раз превышают ПДК и фон;
- класс катастрофического состояния, который коррелируется с зоной экологического бедствия. Значения прямых критериев оценки эколого-геологического состояния литосферы в десятки раз превышают ПДК и фон.
Сказанное справедливо, если состояние биоты обусловлено только эколого-геологическими условиями. Если же состояние биоты или всей экосистемы определяется интегральным состоянием всех абиотических сред, а иногда и социально-экономическими факторами, вопрос сложнее. Желательно вычленить только литосферное влияние на биоту через биогеохимические критерии (например, содержание элементов в золе растений), характер заболеваемости населения. Так, развитие молибденозиса (горной подагры) связано с ареалами загрязнения почв молибденом, откуда он попадает в и через овечье молоко — к человеку. Трофическая цепочка начинается от почвенного горизонта литосферы как первого геохимического барьера, накапливающего токсикант. В случае превалирования таких заболеваний, как пневмокониозы, хронические пылевые бронхиты, источник загрязнения связан с атмосферным переносом пыли (атмогеохимическими аномалиями); прямой корреляции между состоянием литосферы и состоянием биоты нет. Здесь необходимо уточнить источник попадания пыли (аэрозолей, взвеси) в атмосферу, чтобы достаточно обоснованно принять решение о роли литосферы в образовании очагов загрязнения. Вопрос этот сложный, и его решение во многом определяется квалификацией исследователя. В любом случае предложенная корреляция классов состояния эколого-геологических условий приповерхностной части литосферы с зонами экологического состояния территории (на основе состояния биоты или экосистемы) требует продуманного решения, учитывающего отмеченные.
При оценке состояния эколого-геологических условий используются показатели разных типов. Они могут быть тематическими, площадными (пространственными) и динамическими (рис. 6).
Первые — тематические — представляют содержательные показатели, характеризующие состояние эколого-геологической системы, биоты или их отдельных компонент. Пространственные критерии оценивают площадь или объем нарушений по перечисленным выше тематическим показателям. Динамические критерии характеризуют скорость нарастания неблагоприятных изменений, выявленных по тематическим показателям.
С содержательной точки зрения все эти критерии достаточно многообразны: биотические, геологические, медико-санитарные, социально-экономические, причем все они включают по несколько показателей. Среди них могут быть как прямые, так и индикаторные показатели. Первые регламентируются нормативно-директивными документами и выражаются по отношению к ПДВ, ПДС, ПДН либо фону и т.д.
Они общеприняты и используются как при эколого-геологических, так и инженерно-экологических исследованиях.
Индикаторные (индикационные) критерии более специфичны. В ресурсной группе они включают в себя остаточные запасы с учетом достигнутого уровня потребления (количество лет); для ресурсов, необходимых для жизни биоты, и ресурсов геологического пространства критерии оценки пока вообще не разработаны. В геодинамической группе они включают в себя помимо площадных, объемных (энергетических) и динамических еще и медико-санитарные (для оценки воздействия катастрофических процессов), ботанические и зоологические. В геохимической группе критериев — это оценка степени загрязнения литосферы через геохимические и биохимические показатели — суммарный показатель химического загрязнения; — отношение содержания элемента в золе растений к его содержанию в горной породе), коэффициент техногенной нагрузки, избыток, недостаток или дисбаланс элементов в породах, почвах и растительности. В геофизической группе критерии оценки разработаны крайне слабо, за исключением оценки уровня радиационного излучения, который гостирован.
Различия оценки одних и тех же особенностей литосферы с эколого-геологических и инженерно-геологических позиций показаны в табл. 7. На основе ее данных видно, что оценка воздействия землетрясений одной и той же интенсивности принципиально неодинакова при различных, хотя и в обоих случаях геологических, подходах.