Geology ---eco_geol

чни7х рівнів: регіональні -10 000; обласні - 1000; районні - 100; локальні - 10; ендемічні - 1.

На екосистемному рівні ботанічні показники зон екологічного порушення описуються просторовими характеристиками (відносної і абсолютної площею показника і співвідношеннями їх площ). В результаті просторовим критерієм зон екологічного порушення служить неоднорідність дестабілізації, наприклад, відносна площа земель (в %), вилучених із землекористування в межах досліджуваної екосистеми: (в нормальних умовах - менше 5, в зонах екологічного ризику - 5-20, кризи - 20-50, лиха

– більше 50). Таким чином, навіть в нормальних умовах, тобто при стабільному рослинному покриві відносна площа порушених земель може досягати 5%, а в зонах екологічного лиха перевищує 50%. При одній і тій же стадії порушення, виявленого по тематичних критеріях, збільшення відносної площі порушення кваліфікує більш високий рівень небезпеки. Це може бути виражено у вигляді матриці для адміністративного району площею 100-200 тис. га. Так, виділення зон екологічного порушення (Н - норма Р - ризик, К - криза, Л - лихо) території залежно від глибини екологічного порушення і займаної відносної площі (в %) має наступний вигляд (табл. 6.2).

Таблиця 6.2. Виділення зон порушення екосистеми залежно від глибини

екологічного порушення і його площі (за Б.В.Виноградовим) [51]

З цього виходить, що навіть сильне порушення, що займає площу менше 5% території, кваліфікує стан екосистеми в межах норми. Але помірне порушення на площі більше 50% території служить підставою для проголошення її зоною екологічного ризику.

Для кваліфікації зон екологічного ризику, кризи і біди необхідно враховувати просторову неоднорідність порушених зон і наявність в них комбінацій площ (в %) різного ступеня порушення (табл. 6.3).

221

Таблица 6.3. Співвідношення зон порушення екосистем з відносною площею різного

ступеня порушення (за Б.В.Виноградовим) [51])

6.2.4. Динамічні критерії

Перераховані вище статичні критерії виявлення зон екологічного порушення при всій їх очевидності недостатні для об'єктивної оцінки, о- скільки вони не відображають істинної картини. Так, відомі біогеохімічні провінції (наприклад, на Українському щиті) можуть бути віднесені за статичними біогеохімічними показниками до зон екологічного ризику. Разом з тим, по динамічних критеріях вони такими не є, оскільки підвищені концентрації металів в ґрунтах і рослинах були там і до антропогена. Тому необхідні і критерії виявлення зон екологічного порушення по швидкості наростання несприятливих змін природного середовища (швидкості накопичення важких металів, швидкості приросту площі рухомих пісків і т.п.). По цьому показнику можна виділити чотири класи динамізму рослинного покриву:

стабільні території із швидкістю змін менше 0,5% площі в рік, схильні лише до різнорічної і циклічної флуктуації;

помірно динамічні території із швидкістю зміни до 1-2% площі в рік, повна зміна рослинного покриву яких відбувається за 50-100 років і які формують слабо виражені тренди; відповідають зонам екологічного ризику;

середньо динамічні території із швидкістю змін до 2-3% площі в рік,

повна зміна рослинного покриву яких відбувається протягом 30-50 років з вираженою формою тренда; відповідають зонам екологічної кризи;

сильно динамічні території із швидкістю змін понад 4% площі в рік, повна зміна рослинного покриву яких відбувається менш ніж за 25 років; відповідають зонам екологічного лиха.

Для виявлення швидкості змін рослинного покриву і виключення різнорічних коливань при виділенні зон екологічного лиха необхідна представительська тривалість спостережень. Вважається що мінімальний термін для визначення лінійної швидкості змін складає 8-10 років, а для

222

виявлення нелінійної швидкості - 20-30 років. Приклади динамічних показників зон екологічного ризику, кризи і лиха представлені в табл. 6.4.

Таблиця 6.4. Значення річних динамічних показників стану екосистеми

в зонах екологічного порушення (середнє за 5-8 років безперервних спостережень, за Б.В.Виноградовим [51])

6.3.Спеціальні методи екологічної геології

6.3.1.Еколого-геологічне картографування

Це основний метод дослідження просторового розподілу об'ємів геологічного простору з різними еколого-геологічними умовами. Він засно-

ваний на раціональному поєднанні окремих прямих або непрямих наземних методів точкового або лінійного вивчення параметрів екологогеологічних умов і методів просторової екстраполяції цих даних. При цьому за звичай використовуються також аерофотоматеріали і дані геофізичних робіт.

Еколого-геологічне картографування як спеціальний метод екологічної геології зараз знаходиться на стадії розробки і вдосконалення. З небагатьох нормативних документів, що регламентують проведення еколо- го-геологічних досліджень, є "Вимоги до геолого-екологічних досліджень і картографування. Масштаби 1:50000-1:25000", розроблені колективом

223

інституту ВСЕГІНГЕО (1990), та “Тимчасові вимоги щодо складання карти екологічного стану геологічного середовища ...”, розроблені колективом інституту УкрДГРІ (2002).

Еколого-геологічне картографування є самостійним і новим, специфічним видом геологічних робіт для отримання інформації про локальний і регіональний стан еколого-геологічних умов літосфери. Основними об'- єктами досліджень є еколого-геологічні системи і, перш за все, літосферні їх елементи - гірські породи, ґрунти, підземні води, геохімічні і геофізичні поля, геодинамічні і інші сучасні процеси, що відбуваються в природних і порушених умовах, а також літотехнічні системи, що впливають на стан і параметри верхніх горизонтів літосфери, а через них - і на біоту, включаючи людину.

Дані по параметрах атмосфери і поверхневої гідросфери - об'єктах, що вивчаються цілеспрямовано спеціальними організаціями, залучаються у міру необхідності і в об'ємах, що дозволяють вирішувати конкретні еколого-геологічні задачі.

Зараз еколого-геологічна зйомка як основний метод екологогеологічного картографування є обов'язковим видом робіт при здійсненні геологічних знімальних робіт. Отримана в результаті еколого-геологічної зйомки інформація узагальнюється і систематизується. Форма узагальнення інформації при цьому може бути різною, але пріоритет на даний час належить спеціальним картографічним моделям - екологогеологічним картам. Проте принципи і методи еколого-геологічного картографування не можуть вважатися достатньо розробленими.

Слід підкреслити ще один надзвичайно важливий момент - проведення еколого-геологічної зйомки вимагає дуже високого технічного, економічного, а також спеціального кадрового забезпечення. Враховуючи це, власне екологічну зйомку як самостійний вид робіт доцільно починати в плановому порядку в районах екологічного лиха, на інтенсивно техногенне порушених територіях промислових і гірничодобувних комплексів, крупних промислово-міських агломерацій, на масивах інтенсивного зрошування і ін.

При виконанні еколого-геологічних досліджень, у тому числі і екологогеологічних знімальних робіт, важливо прослідити весь ланцюжок при- чинно-наслідкових зв'язків, характерних для еколого-геологічної обстановки системи від конкретного впливу на геологічний компонент природного середовища до екологічних наслідків цього впливу. Здійснення подібних досліджень можливо при чітко сформульованій цільовій задачі, яка зрештою і визначає необхідний комплекс вживаних методів, що становлять основу еколого-геологічного картографування як спеціального методу екологічної геології.

224

6.3.2. Функціональний аналіз еколого-геологічної обстановки

Цей метод займає серед спеціальних методів екологічної геології центральне місце. Саме його реалізація дозволяє вирішити основну стратегічну задачу - провести оцінку сучасного стану екологогеологічної системи, визначити шляхи і способи досягнення стабіль-

ного розвитку цієї системи. Методологія цього методу базується на принципах, які широко використовуються і в геології, і в екології - системному підході, принципі історизму, принципі цілісності об'єкту. Це дозволяє реалізувати системний підхід при еколого-геологічних дослідженнях і об'єднати, розглянути з єдиних методологічних позицій теоретичні розробки і їх практичну реалізацію.

Проведення функціонального аналізу еколого-геологічної обстановки передбачає, за М.Б.Куріновим [51], виконання наступних операцій:

-виділення і опис еколого-геологічної обстановки-системи тієї або іншої території, що вивчається, виявлення конкретних причиннонаслідкових зв'язків між підсистемними елементами, контролюючими еколого-геологічну обстановку;

-проведення оцінки значущості екологічних функцій літосфери для соціуму і біологічних об'єктів;

-складання просторово-часового прогнозу розвитку даної системи при запланованих техногенних і очікуваних природних діях;

-визначення принципу розвитку, а у разі потреби і шляхів підтримки існування еколого-геологічної обстановки-системи.

Підкреслимо ще раз, що під еколого-геологічною обстановкоюсистемою розуміється система, в якій підсистемні елементи - геологічний компонент природного середовища, джерела впливу (природні і техногенні) і екологічна мішень (об'єкти біо-, соціо- і навіть техносфери) тісно зв'язані причинно-наслідковими прямими і зворотними зв'язками. Відмінністю цієї системи є те, що її межі визначаються в першу чергу екологічними наслідками, а її функціонування припускає трансформацію (природну або техногенну) впливу через геологічний компонент природного середовища.

Ядром еколого-геологічної обстановки-системи є геологічний компонент природного середовища. Тому вся сукупність причинно-наслідкових прямих і зворотних зв'язків між ним і рештою елементів системи формує область, що лежить у сфері професійних інтересів базової науки - екологічної геології, що володіє достатнім теоретичним і методологічним апаратом для геологічного обґрунтовування вирішення екологічних проблем.

225

Розвиток такої системи підкоряється, як показав М.Б.Курінов [51], принципу еколого-системної еволюції. Екологічні наслідки впливу безпосередньо впливають не тільки на геологічний компонент природного середовища, але і на підсистему джерел впливу, і корінним чином змінюють стан решти підсистемних елементів.

Метод функціонального аналізу еколого-геологічних систем повинен використовуватися на всіх етапах еколого-геологічних досліджень. На перших з них він дозволяє визначити необхідний об'єм даних для побудови інформаційної моделі еколого-геологічної обстановки - системи, здійснити "замовлення" на отримання спеціальної інформації окремими методами геологічних наук, спеціальними методами екологічної геології, а також методами біологічних, медичних і інших наук.

Отримана інформація вимагає спеціалізованої класифікації, згортання, інтерпретації, в результаті яких можуть бути поставлені нові конкретні задачі дослідження, а при необхідності - і оперативного застосування корегуючих дій системами управління.

На подальших етапах еколого-геологічних досліджень застосування функціонального аналізу еколого-геологічної обстановки обумовлено тим, що одноразові остаточні рішення при вирішенні екологічних задач, як правило, неможливі. Необхідним є постійний, періодичний аналіз шляхів розвитку еколого-геологічних обстановок-систем, дій, що знов виявляються, і техногенних, нових причинно-наслідкових зв'язків, що формуються, між підсистемними компонентами, аналіз їх впливу на біоту.

При виконанні функціонального аналізу Г.А.Голодковська і М.Б.Курінов [51] запропонували відокремлювати три рівні екологогеологічних систем.

Перший - елементарний рівень базується на конкретному виді дії і одномірному просторі причинно-наслідкових зв'язків, що формується. Наприклад, в результаті дорожнього будівництва відбувається перехоплення поверхневого і підземного стоку, підйом рівня ґрунтових вод, заболочування і підтоплення території. Негативні екологічні наслідки, що виникають при цьому - пригноблення рослинності, зміна біоценозів.

Другий рівень системи виділяється при формуванні двохтрьохмірного простору причинно-наслідкових зв'язків і характеризується складнішою структурною організацією. В цьому випадку екологічні наслідки можуть грати роль самостійного, наведеного джерела впливу на літосферу. Наприклад, у разі підземного поховання промислових стоків в сейсмоактивних районах можливо виникнення наведених землетрусів, які можуть викликати руйнування інженерних споруд з подальшими екологічними наслідками. Ланцюжки причинно-наслідкових зв'язків, що в цьому випад-

226

ку фіксуються, мають складнішу структуру і можуть мати декілька рівнів, що взаємодіють один з одним.

Третій рівень - системи формуються на базі потужнього, різнопланового джерела дії і утворюють складно організований простір причиннонаслідкових зв'язків. До таких систем, за М.Б.Куріновим, відносяться в першу чергу, крупні урбанізовані центри, райони впливу гірничодобувних центрів, промислові центри металургійної, нафтопереробної, хімічної промисловості і т.п. Дослідження подібних систем базується на принципі декомпозиції, тобто виділенні в рамках системи більш просто побудованих відносно незалежних підсистем, і застосуванні системного аналізу при характеристиці взаємодії окремих підсистем між собою і екологогеологічної системи в цілому.

Вході функціонального аналізу еколого-геологічної обстановки необхідно оцінити роль значущості екологічних функцій літосфери для соціальних і біологічних об'єктів. ЇЇ ресурсна функція обумовлює наявність і стан ресурсної бази, яка визначає життєвий рівень таких об'єктів. В стійких еколого-геологічних системах еволюція направлена у бік спеціалізації, найефективнішого використання ресурсів. Скорочення, передчасне виснаження ресурсної основи може призвести до деградації соціальноекономічних і біологічних об'єктів, що нерідко спостерігалося у минулому. Оцінка ресурсної функції неможлива без урахування еволюції стану природних об'єктів у міру використання ресурсів. Об'єктивні економічні критерії, які використовуються для оцінки ресурсів, необхідно корелювати з погляду надання особливого статусу ресурсам, що є життєво важливими для екологічних систем, розвинутих на тій або іншій території.

При функціональному аналізі величезну увагу повинно надаватися розгляду геодинамічної функції літосфери, зокрема її зміні при техногенній дії. Саме їм обумовлені найбільш швидко протікаючи, так звані антропогенні геологічні процеси, багато з яких є дуже небезпечними для біоти.

Вякості основного критерію, який можна використати в ході аналізу для оцінки значущості геодинамічної екологічної функції, на нашу думку, можна прийняти наявність та характер прояву екзогенних і ендогенних процесів, їх вплив на стійкість літосфери, а як наслідок - на стійкість біоти.

Вході проведення функціонального аналізу необхідно весь час па- м'ятати, що одна з його задач - розгляд впливу умов життя на фізичне здоров'я, психічну рівновагу, можливість передачі цих якостей потомству

ібезпека соціальних і біологічних об'єктів. Наявність таких умов контролюється як власне геологічними чинниками (природні аномалії геофізичних і геохімічних полів, геологічні процеси і т.п.), так і техногенними чин-

227

никами (хімічне, радіонуклідне, електромагнітне забруднення і т.п.). Особливу роль останнім часом набули техногенні чинники.

Збереження екологічної функції літосфери лежить у сфері дотримання діючими і проектованими підприємствами прийнятих на рівні держави норм ГДК, ГДН або фонових значень. В той же час слід підкреслити, що прийняті норми ГДК, ГДН орієнтовані в загальному випадку переважно на людину, і не враховують інтереси біологічних об'єктів в цілому. Все це вимагає уточнення існуючих норм і їх орієнтацію на інтереси біологічних об'єктів.

Г.А.Голодковська і М.Б.Курінов [50] в загальну структуру інформаційного забезпечення функціонального аналізу еколого-геологічної системи включають дані про плани використання території, схвалені управляючі рішення, можливі сценарії розвитку екологічної обстановки. Запропонована ними інформаційна система повинна, за задумом авторів, працювати в інтерактивному режимі. Надаючи готову продукцію безпосередньому користувачу, вона дозволяє вводити нові програми в подальші дослідження. В такій якості функціональний аналіз виступає як ключовий метод не тільки пізнання еколого-геологічної системи, але і інструмент обґрунтовування управління її станом.

6.3.3. Еколого-геологічне моделювання

Зміст цього методу полягає в створенні моделей стану екологогеологічної системи тієї або іншої території і прогнозу трансформації її при реальних або можливих змінах геологічного компоненту в процесі його взаємодії з джерелами впливу (як природними, так і техногенни-

ми). Кінцева мета моделювання - прогнозна оцінка наслідків цих дій на літосферу і через неї - на біоту.

Моделювання є методом дослідження практично будь-якого наукового напряму. Вимоги до створення при його реалізації коректних моделей є, по суті, загальними. В той же час використання моделей в екологічній геології, що враховують особливості прояву і зміни екологічних функцій літосфери, дозволяє розглядати моделювання як спеціальний метод цієї науки.

В процесі еколого-геологічного моделювання послідовно розв'язуються, по М.Б.Курінову [51], наступні групи задач:

-створення моделей стану еколого-геологічної ситуації (системи) тієї або іншої території;

-побудова моделей прогнозу зміни еколого-геологічних умов при планованих діях;

-розробка і вибір оптимальної моделі еколого-геологічної системи, що стійко розвивається;

228

- корегування постійно діючої моделі (ПДМ) еколого-геологічної системи, що стійко розвивається.

Метод еколого-геологічного моделювання в рівній мірі може бути використаний при вивченні еколого-геологічної системи різних типів: природних і природно-техногенних, реальних і ідеальних. Він охоплює все різноманіття еколого-геологічних умов, забезпечуючи створення моделей стану (реальних) і прогнозу (ідеальних), і може характеризуватися як універсальний метод пізнання еколого-геологічних систем. Характерною рисою методу є його біо- і антропоцентрічна спрямованість - оцінка дії "неживого" на "живе". Отриманий в ході моделювання результат вимагає своєї екологічної і соціально-економічної оцінки. Іншими словами, метод моделювання дозволяє оцінити або передбачити еколого-геологічну ситуацію території або літосферного блоку, що вивчається, але не дає оцінку прямої екологічної оптимальності цієї ситуації.

Метод еколого-геологічного моделювання є важливою ланкою еколо- го-геологічного моніторингу і корегування ПДМ. Еколого-геологічна модель повинна діяти в системі моніторингу постійно, вона не пов'язана з вирішенням разової цільової задачі. Крім того, слід враховувати, що ПДМ практично єдиний і часто самий реалістичний спосіб вдосконалення системи управління раціональним природокористуванням.

В практиці еколого-геологічного моделювання застосовуються різні типи моделей: вербальні, знакові (картографічні), фізичні (аналогові) і математичні, тобто комплекс традиційних методів моделювання. Вибір конкретного методу обумовлюється специфікою інформаційної бази, задачами дослідження, а також можливостями їх фінансування.

Останнім часом у зв'язку з розширенням можливостей обчислювальної техніки все більше розповсюдження одержує математичне детерміноване та імовірнісне моделювання за допомогою ЕОМ.

Детерміновані моделі засновані на встановлених функціональних зв'язках між залежними змінними (функціями) і аргументами. В рамках детермінованого моделювання застосовуються методи кінцевих елементів, скінченних різниць та ін. Детерміновані моделі мають найбільшу прогностичну здатність [30].

При моделюванні багатофакторних процесів у верхніх горизонтах літосфери у зв'язку з відсутністю строгих математичних описів цих процесів використовується математичний апарат теорії імовірності і математичної статистики. Такі моделі засновані на емпіричних даних і містять, окрім змінних величин і констант, одну або декілька випадкових величин різної природи, які відображають випадкові характеристики властивостей об'єктів літосфери. Імовірнісні моделі найбільш успішно зараз використовуються для об’єктивного “наповнення” детермінованих, тобто імо-

229

вірнісні моделі доцільно застосовувати при аналізі геологічних полів (полів параметрів). Наступний прогноз поведінки фізичних полів (полів функцій) доцільно виконувати за допомогою детермінованих моделей. Проте слід врахувати, що імовірнісний характер вихідної інформації накладає певні обмеження на достовірність детермінованих гідрогеологічних моделей. У принципі будь-яка детермінована модель, що використовується при еколого-геологічних дослідженнях, стає імовірнісною, якщо в неї вводиться випадкова компонента, яка обумовлена не передбаченою точно функцією багатьох змінних.

Стосовно переваг і недоліків детермінованого та імовірнісного підходів при математичному моделюванні необхідно зазначити наступне. На початку 30-х років минулого сторіччя О.Колмогоров математично обґрунтував, що застосування при дослідженні деякого процесу схеми детермінованого або імовірнісного процесу аж ніяк не пов’язане з питанням про те, чи є власне цей процес детермінованим чи випадковим. Тобто, всюди, де виконуються аксіоми теорії ймовірностей, можна застосувати і висновки з цих аксіом, хоча власне об’єкт може не мати нічого спільного з реальною випадковістю [30].

Особливим, спеціальним видом моделювання в екологічній геології є створення моделей еколого-геологічних систем території, що стійко розвиваються. Такі моделі відносяться до класу ПДМ, параметри яких постійно коригуються в ході еколого-геологічних досліджень, як уточнюються і еколого-геологічні прогнози.

Постійно діюча еколого-геологічна модель - це система впорядкування взаємозв'язаних, що постійно уточнюються в часі і просторі даних про стан еколого-геологічних умов, яка трансформована в логічне, картографічне або математичне зображення для прогнозування і управління. Основним призначенням ПДМ є перманентне вирішення екологогеологічних задач, пов'язаних з оцінкою змін (як природно, так і техногенне обумовлених) літосфери і її компонентів, а також екологогеологічним прогнозом її розвитку. Застосування ПДМ забезпечує впорядкування технології збору і обробки еколого-геологічної інформації, що поступає, на основі комп'ютерних технологій. У зв'язку з цим створення і використання ПДМ – найефективніший спосіб вдосконалення системи управління в області раціонального використання і охорони верхніх горизонтів літосфери, вирішення еколого-геологічних задач.

Г.А.Голодковська і М.Б.Курінов [51] до базових принципів розробки моделі еколого-геологічної системи, що стійко розвивається, віднесли наступні позиції:

- принцип цільового використання - природне середовище повинне використовуватися на основі максимального розкриття закладених в ній корисних якостей; виконання цього принципу повинне базуватися на по-

230