Для количественной оценки эколого-геологического состояния литосферы и ее отдельных компонентов (породы, донные осадки, рельеф, подземные воды и др.) используются прямые критерии. Все многообразие этих критериев целесообразно объединить в определенные группы, отвечающие основным экологическим функциям литосферы: ресурсную, геодинамическую, геохимическую и геофизическую. Все они базируются на прямых критериях оценки (ПДК, ПДС, ПДН, запасах тех или иных элементов и т.п.). В случаях, когда таковые отсутствуют, определение степени изменения проводится от кларков или фоновых значений, фиксируемых на участках с техногенно ненарушенным, природным состоянием анализируемых компонентов литосферы.
Общее представление об обеспеченности прямых оценок компонентов литосферы ГОСТами и нормативными документами дает табл. 16, в которой выделяются терминология и понятия, уровни и показатели загрязнения, методика опробывания и определения.
Анализ таблицы позволяет считать, что для ряда компонентов (подземные воды, почвы) прямая количественная оценка их изменчивости обеспечена нормативными характеристиками в полном объеме, начиная от понятийной базы до методов, приборов и допустимых концентраций. Для твердого компонента литосферы обеспеченность оценки их измененности нормативными документами значительно слабее, а для донных осадков практически отсутствует.
Ресурсная группа критериев
Ресурсная группа включает в себя критерии оценки, позволяющие установить уровень сработки экологически значимых минеральных, органо-минеральных, органических и водных ресурсов литосферы либо временную обеспеченность ими человеческого сообщества. Следует сразу сказать, что вся эта проблема практически не разработана в рассматриваемом плане, особенно в части литогенной составляющей (пород слагающих твердую компоненту литосферы) и донных осадков. Вопросы оценки ресурсов подземной гидросферы опираются на солидную нормативную базу.
Оценка ресурсов, необходимых для жизни биоты (без человека). Это горные породы, содержащие элементы биофильного ряда (жизненно необходимые организмам). Для них даже нет оценки распространения по площади, не говоря о «разведанных запасах». Вся информация сводится к эпизодическому выявлению и описанию мест, где эти породы выходят на дневную поверхность и являются доступными для травоядных и всеядных животных. Пока единственным возможным критерием их оценки является наличие или отсутствие их в границах рассматриваемой эколого-геологической системы.
Оценка минеральных ресурсов, необходимых для жизни и деятельности человеческого сообщества. Здесь крайне динамичным во времени, но в какой-то мере научно обоснованным критерием оценки является количество разведанных запасов, отнесенное к среднегодовой потребности человеческого сообщества с учетом достигнутого уровня цивилизации.
Это временной критерий, отражающий количество лет, в рамках которых конкретный минеральный ресурс может расходоваться, не нарушая условия существования человечества как социальной структуры. Он может рассматриваться как в планетарном аспекте, так и в национальном (в пределах суверенного государства). Понятно, что он зависит от применяемых технологий, возможного использования заменителей, общего уровня человеческой цивилизации и от объема разведанных запасов и перспектив их наращивания. Последнее и является задачей наук геологического цикла, геологической составляющей общего критерия оценки. Если подходить к проблеме с позиций функционирования эколого-геологической системы регионального или локального уровней, критерием оценки может стать отнесение определенных минеральных ресурсов конкретной территории (объема литосферы) к определенной категории качества.
М.Б.Куринов предлагает выделять четыре таких категории по запасам конкретного минерального ресурса:
- имеющие мировое значение и являющиеся уникальными;
- имеющие национальное или региональное значение;
- имеющие локальное значение;
- нерентабельные к разработке на современном технологическом уровне. Эти качественные критерии оценки могут быть трансформированы в количественные через стоимостную характеристику запасов (ресурса), которые зависят от климатических, технологических и ряда других факторов, что затрудняет возможность их корректного использования.
В публикациях географов в качестве критерия оценки минеральных ресурсов предлагается использовать потребление конкретного ресурса в тоннах на душу населения в год. Такие оценки выполнены по нефти, газу, углю как для отдельных регионов, так и в целом по странам СНГ и России. Нетрудно заметить, что здесь в основе оценки лежит фактическое потребление минерального ресурса для определенной территории на душу населения. Эта оценка не дает представления о разведанных ресурсах и возможных сроках их эксплуатациb, она говорит только о сегодняшнем уровне потребления.
В последние годы для оценки запасов стал широко использоваться показатель (критерий) обеспеченности по отдельным видам сырья и кратности запасов. В физическом выражении он представляет собой величину, определяемую как отношение остаточных запасов к сформировавшимся объемам текущей добычи либо по отношению к общим запасам, и показывает, на сколько лет хватит того или иного природного минерального или органоминерального ресурса при сложившемся уровне его добычи. Этот показатель наиболее удобен для сопоставления разнообразной и разновременной информации, так как приводится в абсолютном летоисчислении. Однако ранжирование по нему территорий по классам состояния -проблема чрезвычайно сложная, многофакторная и практически неразработанная.
Сказанное позволяет констатировать, что проблема определения критериев оценки минеральных ресурсов с экологических позиций (удовлетворение потребности общества) находится в начальной стадии разработки, опирается почти исключительно на знания о разведанных ресурсах того или иного вида минерального сырья и требует своего решения.
Ресурсы геологического пространства как среды жизни и деятельности человека. Критерия оценки этого ресурса литосферы пока в явном виде не существует. Проблема ждет своего решения, пути которого видятся в ранжировании геологического пространства по качеству и потенциалу для определения видов использования, включая захоронение токсикантов и подземную урбанизацию. На этой основе возможна площадная или объемная оценка соответствующего ресурса с его временной и пространственной привязкой либо тенденцией его использования.
Геодинамическая группа критериев
Критерии этой группы используются для оценки эколого-геологического состояния рельефа и подземного пространства литосферы, а также для оценки развития природных и антропогенных геологических процессов. Среди них выделяют: площадные критерии (отношение нарушенной площади к ненарушенной или общей площади в %); энергетические (скорости и объемы смещаемых пород) и динамические (скорости, темпы нарастания негативных нарушений поверхности и подземного пространства литосферы). Все перечисленные критерии оценки являются договорными, часто не имеют строгого научного обоснования и не подтверждены нормативными документами. По своей сущности они близки к экспертным оценкам. Сказанное относится и к рекомендованным градациям указанных критериев оценки, что свидетельствует об их достаточной условности и возможной территориальной изменчивости.
Площадные критерии оценки. Для рельефа и подземного пространства в качестве критериев их измененности (современного состояния) можно предложить двапоказателя: площадь и глубину нарушенности. Ранжирование этих критериев по классам состояний приведено в табл. 17.
Оценка пораженности поверхности литосферы природными и антропогенными геологическими процессами изложена во многих методических рекомендациях и инструкциях (СНиП 2.01.15-90). На основе их учета и последних разработок сотрудников ВСЕГИНГЕО предложена шкала оценок (табл. 18).
Реализуя на практике предложенные в табл. критерии оценки необходимо учитывать, что ключевым моментом является выделение для каждой конкретной территории ведущих, наиболее опасных в экологическом отношении геологических процессов и их парагенезов. Критерием их выделения является оценка и экологического и экономического ущерба. Методический подход к такой оценке
изложен в СНиП и ряде публикаций.
Динамические критерии оценки. Важность и актуальность использования динамических критериев оценки наряду со статическими (площади, объемы и т.п.) обоснована выше. Однако в данном случае приходится констатировать, что разработанных динамических критериев оценки для учета (оценки) развития геологических процессов и техногенных преобразований рельефа, а точнее их экологической значимости, пока не существует даже в постановочном плане. Используя динамические показатели состояния экосистем можно в качестве примера для обсуждения предложить их градации по классам состояний приповерхностной части литосферы (табл. 19).
Возможен и другой подход к оценке динамики степени загрязнения компонентов литосферы, вытекающий из работ Ю.Е.Саета. В ней показателем уровня аномальности содержания элементов (на поверхности земли, в почвах, в снеге, в подземных и поверхностных водах) является коэффициент концентрации Кo, который рассчитывается для разных временных интервалов как отношение содержания элемента в исследуемом объекте С к среднему фоновому его содержанию Сф:
К0 = С/Сф.
Возможно использовать вместо фонового (кларкового) содержания элемента, его содержание по отношению к ПДК. В случае полиэлементного состава техногенной или природной аномалии рассчитываются суммарные показатели загрязнения и нагрузки характеризующие эффект воздействия группы элементов. Показатели рассчитываются по следующим формулам:
где: n — число учитываемых аномальных элементов; Кс — коэффициент концентрации, равный кратности превышения содержания данного компонента над фоновым значением; Кр — коэффициент относительного увеличения общей нагрузки.
Все перечисленные показатели могут быть определены как для содержания в отдельной пробе, так и для участка территории (района, функциональной зоны, природной ландшафтной единицы, антропогенного ареала). В последнем случае исследование ведется по геохимическим выборкам. Для каждой выборки рассчитывается среднее значение концентрации элемента С, стандартное отклонение S и коэффициент вариации V.
После расчета коэффициентов концентрации и коэффициентов относительного увеличения общей нагрузки, каждая выборка представляется в виде набора от-носительных характеристик аномальности химических элементов.
Более детально вопросы оценки степени загрязнения геологической среды и ее компонентов изложены в серии методических рекомендаций ИМГРЭ.
Геохимическая группа критериев
Эта группа критериев используется для оценки химического, бактериологического, механического загрязнения подземных вод, почв, пород зоны аэрации и донных осадков. Она охватывает все компоненты литосферы и позволяет определять уровень их загрязнения и интенсивность природных геохимических аномалий.
Для химического загрязнения, включающего фенолы, хлорфенолы и другие химические вещества, тяжелые и другие металлы, нитраты, пестициды и нефтепродукты, оценка уровня загрязнения осуществляется через ПДК или коэффициент суммарной загрязненности ; для бактериологического — через колититр; механического — через ПДК для взвесей. В тех случаях, когда на загрязнитель (по-лютант) отсутствует ПДК (чаще всего это встречается при оценке загрязненности пород зоны аэрации, иногда почв и донных осадков), определение степени загрязнения проводится от фоновых значений или кларков, фиксируемых на априори незагрязненных территориях. При этом необходим дифференцированный подход к токсикантам с учетом класса их опасности, определяемым ОСП 72-87.
В общем виде такая оценка осуществляется на основе табл. 20, где дана количественная ранжировка всех определяемых элементов (от ПДК или фона) по четырем классам состояния литосферы и ее компонентов. Предлагаемая таблица позволяет оценить состояние литосферы по любому из загрязнителей или их сумме.
Для отдельных компонентов литосферы существуют более дифференцированные показатели оценки.
Донные осадки. Количественную оценку их эколого-геологического состояния можно проводить на основе серии методических рекомендаций ИМГРЭ. Однако отсутствие собственных тестируемых или нормативных характеристик вызывает необходимость либо обращаться к фоновым показателям как точке отсчета нормального геохимического состава донных отложений, либо использовать ГОСТы и СН, разработанные для почв. Геодинамические и ресурсные показатели для донных осадков вообще не существуют, хотя необходимость их сомнений не вызывает. Примером этому являются сложные экологические проблемы с донными осадками Великих озер Северной Америки, донными осадками практически всех рек в зоне интенсивного техногенного освоения.
Почвы (как первый геохимический барьер). К прямым критериям оценки состояния собственно почвенного покрова относятся характеристики его загрязнения различными токсикантами. Все их многообразие рассмотрено в соответствующих нормативных документах (см.табл. 16).
Анализ публикаций по этому вопросу позволяет предложить укрупненные показатели оценки техногенной загрязненности почв с количественным ранжированием значений по классам состояний (табл.21)
Подземные воды. Прямые критерии оценки качества подземных вод разработаны; они базируются на требованиях ПДК и СПиН и обеспечены соответствующими нормативно-методическими документами (см.табл. Они дают оценку уровня загрязненности подземных вод с позиций питьевого и технического водоснабжения и рыбоводства. В г. В.М. Гольдбергом в качестве критерия оценки подземных вод были предложены площадной показатель и определение точек отсчета для фиксируемых изменений. В качестве первого, для характеристики масштаба загрязнения подземных вод предложен геодинамический критерий оценки -площадь, область загрязнения F (в км2), а в качестве точек отсчета — качество подземных вод в естественном состоянии предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ в подземных водах с учетом цели их использования. Таким образом, оценка состояния подземных вод дается по двум прямым критериям: их качеству и площади загрязнения, что нашло отражение в табл. 22, где эти характеристики ранжированы по классам состояния подземной гидросферы.
В первой зоне (классе) не требуется никаких специальных природоохранных мер, кроме соблюдения законодательства и осуществления контроля за качеством подземных вод. Во второй зоне необходимы ограничительные меры, а в третьей и четвертой осуществление специальных защитных мер.
Геофизическая группа критериев
Практически для всех геофизических полей — электромагнитного, вибрационного, геомагнитного — можно говорить только о пороговых значениях прямых критериев оценки (в кВ/м, В/м), выраженных через ПДУ (предельно допустимые уровни). Они отражают гигиеническое нормирование (норматив) биологического воздействия электрических и электромагнитных полей, неблагоприятно влияющих на человеческий организм.
Выделяются следующие предельные значения напряженности электромагнитного поля для населения (в кВ/м): в пределах жилой застройки — 0,5; на пересечении ЛЭП с автодорогами — 1,0. ПДУ напряженности электромагнитного поля для населенных мест с учетом диапазона радиоволн составляют (в В/м): длинных (частота 0,3-300,0 кГц, длина 10-1 км) — 20; средних (частота 0,3-3,0 мГц, длина 1,0-0,1 км) — 10; коротких (частота 3-30 мГц, длина 100-10 м) — 4; ультракоротких (частота 30-300 мГц, длина 10,0-1,0 м) — 2. Для магнитных полей по данным зарубежных исследователей допустимая напряженность магнитного поля, в котором может находиться человек, не должна превышать 50 000 нТл, т.е. напряженности геомагнитного поля Земли.
Для вибрационных полей положение с критериями оценки их воздействия на биоту еще более сложное, так как резонансные частоты отдельных частей тела человека отличаются между собой на 10-20 Гц и, кроме того, зависят от виброперемещения (мм), частоты (Гц) и виброускорения (см/с2). Все эти характеристики должны входить в состав критериев оценки. По мнению неблагоприятное воздействие на человека оказывает вибрация с частотами 1-30 Гц.
Исходя из сказанного можно констатировать:
- критериями оценки аномальных и биологически негативных воздействий геофизических полей являются прямые критерии оценки их уровня напряженности и частоты колебаний;
- узаконенных (нормативных значений) предельно допустимых уровней пока нет. Их значения регламентированы научными проработками и правилами техники безопасности для некоторых полей;
- вопросы градации этих полей по уровню воздействия на биоту требуют дальнейших разработок.
Как уже отмечалось, оценка действия ионизирующей радиации на живые организмы оценивается либо в грэях (Гр), т.е. поглощенной дозой, либо в зивертах (Зв), т.е. эффективной эквивалентной дозой. Однако для компонентов литосферы наиболее часто используются так называемые внесистемные единицы — кюри (Ки), рентген (Р). Их содержательное значение и соотношения между ними приводятся в табл. 23.
В соответствии с основными положениями законодательства Российской Федерации о статусе загрязненных территорий установлено пороговое значение среднегодовой эффективной эквивалентной дозы облучения в 1 мЗв (0,1 бэр), которому соответствует плотность радиоактивного загрязнения почв и пород Cs-137 в 1 Ки/км2 (разработки АН СССР для районов, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС, утвержденные правительством Российской Федерации 17 мая 1991 г.). Ниже этих значений условия проживания и трудовая деятельность населения не требуют ограничений. По нашей терминологии это класс удовлетворительного состояния эколого-геологических условий. На территориях, где плотность радиоактивного загрязнения почвы превышает указанный норматив, выделяется еще ряд зон с разными условиями проживания населения (табл. 24).
В 1997 г. вышел в свет нормативный документ — «Свод правил по инженерноэкологическим изысканиям для строительства» в котором приведены количественные критерии оценки при исследовании радиационной обстановки, увязанные с Федеральным Законом «О радиационной безопасности населения» и Законом РСФСР «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения». В нем территории со среднегодовым значением эффективной дозы облучения (сверх природного фона) в диапазоне 5-10 мЗв/год отнесены к зоне чрезвычайной экологической ситуации (зоне кризиса), а более 10 мЗв/год — к зоне экологического бедствия. Другими словами — ранжирование радиационного поля и дозы облучения обеспечены прямыми количественными характеристиками.
