4.5 Роль літосфери в трансформації фізичних полів

Літосферу можна розглядати як складнопобудовану відкриту геосистему, що може вільно обмінюватися з навколишнім середовищем речовиною й енергією. За сучасними поглядами, структура літосфери відповідає дискретній блочно-ієрархічної моделі, представленій у вигляді блоків різних розмірів, розділених прошарками з блоків менших розмірів. Фізичні властивості прошарків і навколишніх їхніх блоків істотно розрізняються внаслідок розходжень у характері структурних зв'язків, напруженого стану, особливостей проникнення флюїдів, зміни енергії фізико-хімічних зв'язків і ін. Розміри прошарків пропорційні розмірам блоків і утворюють ієрархічну послідовність від властивих великим (10—100 км) мегаблокам (лінеари, великі лінеаменти) до прошарків, що розділяють мінеральні зерна порід, що не перевищують часток міліметра. Ієрархічність і квантованість літосферного простору припускає різну енергонасиченість міжблокових прошарків і вузлів, тобто в енергетичному відношенні воно є не рівноважним, нестійким і нелінійним. Зокрема, малий енергетичний вплив на літосферу (геосистему) може викликати сильний енергетичний відгук (тригерний ефект).

При надходженні в геосистему енергії ззовні, наприклад унаслідок техногенного фізичного впливу, її надлишок поглинається міжблоковими прошарками. Відбувається перерозподіл енергії, що при досить сильних впливах ззовні може призвести геосистему до нестійкості. Наприклад, при великих розмірах геосистеми (великі водоймища, регіональний витяг з надр рідких корисних копалин) можуть виникати штучні землетруси. Якщо поступлення енергії ззовні невелике, вона поглинається (диссипирує) і значних впливів на середовище не відбувається. Таким чином, властивості геосистеми залежать від рівня енергообміну з навколишнім простором.

З еколого-геофізичної точки зору найбільш цікаві такі літосферні об'єкти, як глибинні розломи, зони тріщинуватості, підвищеної проникності і розущільнення, геологічні і геофізичні границі, що розділяють породи, що істотно розрізняються за своїми фізичними властивостями. Зокрема, уздовж розламів поширюються пружні сейсмічні коливання й об'ємні хвилі повільних деформацій, відбувається виніс тепла, концентрація радіоактивних елементів, змінюється напруженість і структура магнітного, електричного й електромагнітного полів.

Особливе значення у розподілі параметрів геофізичних полів має відмічена рядом дослідників загальна структурна організація літосферного простору, що виражається у визначній ієрархічності лінійних і кільцевих дислокацій, що характеризують розподіл фізичних властивостей по вертикалі і горизонталі. Ієрархічність дислокацій відображає як описану вище квантованість літосферного простору, так і особливості структурних зв'язків його елементів, що складають, тому сама літосфера може розглядатися як геосистема, що володіє новими властивостями в порівнянні з вхідними в неї елементами. Ці властивості звуться емерджентними (виникаючих) і виявляються на всіх ієрархічних рівнях геосистеми. Вони ж визначають структуру геофізичних полів, тому при їхньому вивченні (наприклад, при оцінці еколого-геофізичної обстановки і еколого-геофізичному районуванні) необхідно зіставляти масштаби геофізичних спостережень і цікавлячі дослідника обсяги літосферного простору.

Ще однією важливою особливістю літосфери, що визначає розподіл геофізичних полів, є анізотропність фізичних властивостей масивів гірських порід по різних напрямках. Саме анізотропія може в ряді випадків з'явитися причиною виникнення екологічно значимих геофізичних аномалій.

Так, наприклад, анізотропність електричних і сейсмічних властивостей скельних масивів буває безпосередньо зв'язана з їхньою тріщинуватістю, тому збільшення коефіцієнта анізотропії (співвідношення векторів найбільшої зміни значень фізичних властивостей уздовж напрямку тріщинуватості і перпендикулярно йому) може свідчити про більшу зруйнованість і проникність масиву. У свою чергу, саме ці обставини контролюють особливості просторового забруднення тріщинуватих скельних масивів продуктами техногенезу, який проникає в літосферу разом з підземними водами.