Объем понятия «техногенез»

Термин «техногенез» впервые был употреблен А. Е. Ферсманом для обозначения группы геохимических явлении, входящих в широкий класс гипергенных процессов. Гипергенез, согласно Ферсману, включает в себя педогенез, седиментогенез, диагенез, катагенез, гидрогенез, биогенез и, наконец, техногенез. При этом техника представляется в ряду обычных агентов гиперге- неза, таких как живые организмы, воды, газы атмосферы. Термин «техногенез» (от греч. techne - искусство, мастерство и genes - рождающий) с самого начала не отвечал его буквальному смыслу. «Под именем техногенеза мы подразумеваем совокупность химических и технических процессов, производимых деятельностью человека и приводящих к перераспределению химических масс земной коры... Техногенез есть геохимическая деятельность человечества» (67.1, с. 715). В дальнейшем значение термина было расширено, и техногенез сейчас объединяет класс геологических процессов, обусловленных деятельностью человека, вооруженного техникой. В отличие от других геологических процессов, эндогенных и экзогенных, характер которых кардинальным образом не меняется в течение геологического времени, техногенез - новое, современное явление, не имеющее аналогов в геологической истории. Длительность техногенных процессов невелика и соответствует периоду развития цивилизации, т. е. нескольким тысячелетням. Но уже сейчас по общему объему земного вещества, вовлеченному в техногенную миграцию, мы можем поставить техногенез в ряд с великими революциями в истории Земли, такими как зарождение жизни или образование наземной растительности.

Едва ли целесообразно ограничивать техногенез классом только экзогенных процессов, так как уже сейчас установлено воздействие техногенных процессов на эндогенные системы. Примером могут служить землетрясения, вызванные заполнением водохранилищ, или повышение сейсмической активности при разработке газовых и рудных месторождений.

Техногенез есть взаимодействие техники и природы. Техника в этом случае выступает как геологический фактор, преобразующий земную кору, модифицирующий физические поля, формирующий новые структуры. Так создается техносфера - преобразованная технической деятельностью человека природа, геотехническая система высшего уровня. Техносфера может быть представлена как совокупность геотехнических систем более низкого порядка.

Необходимость исследования ГТС, возникающих при техногенезе месторождений, определяется актуальностью таких проблем:

1. Разработка принципов рационального природопользования и создание системы контроля и управления качеством природных ресурсов в горнодобывающих районах.

2. Повышение эффективности геологических исследований в промышленно освоенных районах.

3. Уменьшение ущерба, связанного с неконтролируемым рассеянием рудных элементов, увеличение уровня комплексного и рационального использования минеральных ресурсов.

4. Создание методологической основы для комплексного (междисциплинарного) исследования техногенеза месторождений.

Техногенез, как новейшее геологическое явление, охватывающее классическую провинции развития месторождений, еще не получил адекватного отражения в научной литературе.

На примере колчеданных руд уральского региона промышленное освоение месторождений началось сравнительно поздно: в конце XV111 - н ачале X1X в. Единичные рудники в настоящее время объединены в крупные горнодобывающие центры. Отчетливо проявляется тенденция слияния месторождений, охваченных техногенезом, в единую Уральскую провинцию геотехнических систем.

Объемы перемещаемой горной массы, количество мобилизуемых рудных элементов, быстротечность минералообразования ставят эту провинцию в один ряд с мощными геологическими системами, такими как вулканические островные дуги или тектонически активные горноскладчатые области. Длительность релаксации гсосистем, измененных техногенезом, сравнима с циклами экзогенных процессов.

Поэтому техногенез на Урале по временным и но пространственным параметрам - один из ведущих современных геологических процессов.

Техногенез модифицирует физические и химические поля: это затрудняет применение оперативных геофизических и геохимических методов поиска рудных месторождений в освоенных районах. Познание техногенной миграции химических элементов окажет столь же глубокое воздействие на методы поисковой геологии, как и внедрение в ее практику принципов гипергенной геохимии.

Приложение принципа Харвея [68] к природе Земли позволяет представить ее как иерархию геосистем. В этой иерархии сама Земля есть геосистема самого высокого уровня. В качестве подсистем она включает в себя сложно организованные системы второго глобального уровня, или геосферы: литосферу, гидросферу, атмосферу, биосферу и др. В отличие от первого и второго, геосистемы третьего уровня уже не являются планетарными и могут быть представлены как региональные геосистемы. К ним относятся шельфовые зоны и эпиконтинентальные моря, горноскладчатые области, гидротермальные системы региональных разломов, зоны субдукции и спрединга океанической коры или их экзогенные проявления - срединноокеанические хребты и островные дуги. Примером геосистем четвертого локального уровня могут служить единичные вулканы, речная дельта, горный массив, магматический очаг. Условно, как элементарные, могут быть представлены геосистемы n-уровня: элементарный ландшафт, тундровый медальон, старица, любая локальная минералообразующая система (миндалина, жила, гнездо).

Геосистемы, объединяющие природные и технические компоненты, называются геотехническими. Геотехническая система есть результат взаимодействия природной геосистемы (ГС) и технической системы (ТС):

ГС+ТС=ГТС

По определению, геотехнические системы принадлежат к классу биокосных, сложных, способных к развитию, открытых управляемых геосистем.

Геотехнического системы могут быть представлены в общем ряду геосистем, различающихся по времени образования:

Геосистема Земли - 4.5 млрд. лет

Биосфера - 3.0 млрд. лет

Антропогенные системы - 18 тыс. лет

Техносфера (геотехнические системы) - 15 тыс. лет.

Несмотря на кратковременность развития, техногенез внес заметный вклад в строение и состав геологических оболочек планеты, не только таких динамичных и уязвимых, как атмосфера, гидросфера и биосфера, но и осадочная оболочка и лито сфера в целом. Поэтому ГТС нужно рассматривать как геологические объекты; с тем же основанием они могут быть предметом исследования географов, экологов, экономистов и пр.

В класс геотехнических систем географы включают «эдементы, приуроченные к земной поверхности», т. е. территориальные и акваториальные объекты. Для нас ГТС могут быть экзо- и эндогенные системы. Размеры ГТС соответствуют геосистемам различного уровня: от высшего (глобальная ГТС - техносфера) до элементарного (единичная локальная ГТС, например, буровая скважина и зона ее воздействия на горный массив и горизонт подземных вод. Диапазон размеров ГТС: n-n х 10¹⁵ см³.

Развитие ГТС определяет содержание техногенеза как геологического процесса. Техногнез - это геологическая история ГТС, включающая в себя не только развитие техногенной составляющем, но и историю геосистемы.

Техносфера, как ГТС высшего уровня, как новая геологическая оболочка планеты, включает в себя множество ГТС, а также продукты их деятельности.

Мы находимся в начале нового этапа геологического развития Земли. Осознание законов, определяющих динамику новой геосферы, необходимо для решения важнейшей задачи современной геологии - прогноза будущих геологических процессов.

Таким образом, при рассмотрении процессов техногенеза мы руководствуемся геологическими принципами. Это предполагает рассмотрение техногенных геохимических явлений в геологическом масштабе пространства и времени.

Заметным геологическим фактором человек стал не раньше десяти тысячелетий назад

*(Прил. Наука. НГ. Наука от 2008-06-25 / Рудольф Константинович Баландин - геолог, писатель, историк науки; член комиссии РАН по изучению творческого наследия В.И.Вернадского.

Стратиграфическая шкала, как она принята сегодня.

Британские ученые из Университета Лестера (Leicester University) предложили выделить новый геологический период – антропоцен (см. ст. «Цивилизация – слой за слоем» в «НГ-науке» от 27.02.08). Они обратили внимание на важную не только теоретическую, но и сугубо практическую проблему. Вот только значительно раньше она была основательно разработана в нашей стране.

Психозой, психосфера, антропоген

Появление человека на планете и его активная деятельность, преобразующая земную природу (и самого человека) – явление уникальное в геологической истории. Это отмечали за последние полтора столетия многие ученые, прежде всего географы, геологи, геохимики.

В 1935 году Владимир Вернадский пишет: «Новое проявление жизни живого вещества выросло в нашей эпохе, сила цивилизованного человечества, по-новому и с небывалой интенсивностью меняющая всю планету и проникающая вверх в стратосферу, вниз в стратисферу. Она начинает новую геологическую психозойную эпоху».

Вернадский воспользовался понятием, которое раньше предложили американские геологи Леконт и Шухерт. По их мнению, характерная черта этого этапа – развитие разума, психики homo sapiens и его предков.

Их предложение не было принято. Каждую геологическую эпоху отличает комплекс руководящих ископаемых, встречаемых в осадочных горных породах практически повсеместно. Для психозоя ничего подобного нет.

Более точное название предложил в начале ХХ века русский геолог Алексей Петрович Павлов: антропоген – время становления человека. Оно укоренилось в науке. В международной общей стратиграфической шкале отмечена четвертичная (антропогеновая) система. Хотя чаще за рубежом употребляют термин плейстоцен (новейший), а также четвертичный, ледниковый период.

С позиций археологии идея «эры человека» более или менее обоснованна. Около 20 тысячелетий назад люди кроманьонского облика распространились повсеместно на земном шаре (за исключением Антарктиды). Находки их костных остатков или предметов быта, орудий труда можно было бы считать, как принято в палеонтологии, руководящим ископаемым.

Владимир Вернадский наступление психозойной (психозойской) эпохи связывал со становлением ноосферы, или, по Мёррею (английский океанолог XIX века), психосферы – оболочки планеты, где мощной геологической силой, преобразующей природу, стала деятельность человека. А заметным глобальным фактором человек стал не раньше 10 тысячелетий назад.

Сделаем предварительный вывод. О наступлении новой геологической эпохи в первой половине ХХ века писал Вернадский, дав ей название «психозойная эпоха». Вряд ли есть необходимость переименовывать ее на «антропоцен». Хотя и тот, и другой термины вызывают серьезные сомнения.

А теперь – технозой

Геологи из Университета Лестера началом антропоцена считают промышленную революцию, резко усилившую влияние человека на окружающую среду. Но если исходный рубеж – промышленная или научно-техническая революция, активизация техногенеза (геологической деятельности цивилизации), корректно ли называть это антропоценом, то есть явлением «нового человека»? Не правильнее ли говорить о наступлении «техноцена» или «промышленной эры»?

Впрочем, обо всем этом уже было написано достаточно давно. И был предложен наиболее адекватный термин. Насколько мне известно, первое научно обоснованное предложение выделить новую геологическую эпоху было высказано мною в 1973 году под названием технозойская эра.

«Началом технозойской эры можно считать время появления первых цивилизаций и широкого распространения техногенных (искусственных, культурных) ландшафтов; время, когда люди, объединенные в первые государства, вооруженные немалыми знаниями и техникой, достаточными для возведения гигантских пирамид, стали активнейшей геологической силой в биосфере, стали перестраивать на свой лад колоссальные территории. В нашем привычном летоисчислении начало технозоя – железный век – для наиболее древних цивилизаций относится приблизительно ко второму тысячелетию до новой эры. Значит, продолжается технозой около четырех тысячелетий» (Баландин Р.К. Судьба Земли. Минск, 1973).

Впрочем, это было написано в небольшой книге, вышедшей в Белоруссии. Вряд ли на нее обратили внимание специалисты. Но в том же году за ней последовала более обстоятельная: «Время – Земля – мозг». Она была переиздана в Польше, имела второе издание в БССР.

Обоснование технозойской эры с учетом геохимической концепции Александра Ферсмана о техногенезе и Владимира Вернадского о глобальной деятельности человека дано в моих книгах «Геологическая деятельность человечества. Техногенез» (Минск, 1978), «Область деятельности человека. Техносфера» (Минск, 1982) и – в соавторстве с Л.Г.Бондаревым – «Природа и цивилизации» (М., 1988).

В науке принят термин академика Ферсмана «техногенез», обозначающий геологическую деятельность человека. Как биологический вид, без использования техники, человек не способен совершать глобальных преобразований даже в сравнении с термитами, земляными червями или вулканическим извержением. Это отмечал еще Чарлз Лайель в середине XIX века.

Есть и другой аспект: именно техника, изготовление и использование орудий труда – главный критерий определения в ископаемом состоянии видов гоминид. Технические сооружения, машины и автоматы определяют изменение лика Земли, производят колоссальную геологическую работу.

Кстати сказать, в парижском издании 1934 года Николай Бердяев высказал мысль, обоснованную не только философски, но и научно: «Главная космическая сила, которая сейчас действует и перерождает лицо земли и человека, дегуманизирует и обезличивает его, есть... техника... Наша эпоха стоит прежде всего под знаменем техники и может быть названа технической эпохой».

В науке принято учитывать идеи предшественников. Первым в этом ряду стоит Владимир Вернадский с концепцией психозойской эры.

Однако предложенное им понятие не отвечает реальности. Четких хронологических границ у этой эры он не обозначил. С позиций гуманизма Вернадский в конце 1944 года утверждал, что человечество входит в ноосферу, новую геологическую эпоху. Прежде он называл ноосферой «состояние наших дней», а еще раньше относил ее начало в прошлые века.

Повторю: сущность и этапы технозойской эры были изложены в нескольких моих книгах и многих статьях начиная с 1973 года (три книги переведены на польский, английский и немецкий языки). Западные специалисты неохотно обращают внимание на такие публикации. Впрочем, и отечественные ученые обошли вниманием концепцию техносферы и технозоя. Серьезных возражений против нее не было, но и поддержки – тоже.

Для меня как ее автора проблема личного приоритета не имеет существенного значения. Но, как говорится, «за державу обидно». Наши достижения замалчиваются на Западе.

О смысле новой эры

Но может быть, проблема не стоит спора? Что изменится от того, что будет принят новый научный термин? И без того их предостаточно. В масштабах геологической истории 4–5 тысячелетий – ничтожный отрезок времени. Надо ли его выделять особо, пусть даже за этот срок произошли невиданно быстрые изменения в биосфере, и она стала, по существу, придатком техносферы?

Такие понятия, как «психосфера» и «психозой», «антропоген» и «антропоцен», «ноосфера» можно охарактеризовать словами Ницше: «Человеческое, слишком человеческое». Они призваны превознести человеческую деятельность на планете как проявление разума, поднимающего область жизни на новую ступень совершенства.

Однако идея неуклонного прогресса в природе и обществе в данном случае не оправдывается. Если критерием прогресса признать комфортные условия для некоторой части человечества, то понятия «ноосфера» или «антропоцен» приемлемы. Но не слишком ли убог такой критерий?

Необходимо верно определить суть новой эпохи, закономерности развития, перспективы. Глобальные проблемы динамики культуры, развития науки и техники, взаимоотношения технической цивилизации с окружающей природной средой рассматриваются в политическом, узко экологическом, социально-экономическом, гуманитарном аспектах. Речь идет о процессе космического масштаба.

Этот процесс не так прост, как предполагается в свете концепции ноосферы и всеобщего прогресса. Он противоречив и трагичен. В наше время есть возможность исследовать его на основе количественных показателей, методом науки. Это пытались сделать, в частности, представители Римского клуба во второй половине XX века.

Глобальная техническая цивилизация находится в обостряющемся противостоянии с биосферой и терзаема внутренними противоречиями. Речь идет о кризисе, который невозможно преодолеть без ясного понимания механизмов развития техногенеза, становления техносферы и особенностей технозойской эры.

В геологическом словаре (Геологический словарь, 1955) техногенез рассматривается как «совокупность геохимических и минералогических процессов, вызванных технической деятельностью человека». В более поздней трактовке (Геологический словарь, 1978) понятие техногенеза сужено до совокупности «геоморфологических процессов, вызванных производственной деятельностью человека».

Э.Ф. Емлин (1991) под техногенезом понимает класс геологических процессов, обусловленных деятельностью человека, вооруженного техникой. А.Г. Талалай и др.(1996) ввели понятие «литотехногенез», под которым понимают процесс формирования новых техногенных пород как за счет дезинтеграции горных пород при добыче полезных ископаемых и их переработке (отвалы, хвосты обогащения), так и производственной деятельности (шламы, шлаки, золы и др.).

На основании анализа существующих определений и терминов, относимых к техногенным минеральным ресурсам, нами приняты следующие определения.

Техногенное образование (ТО) или техногенный минеральный объект (ТМО) – скопление минеральных веществ на поверхности, в недрах (горных выработках), гидросфере или атмосфере Земли, обусловленное технической деятельностью человека, в том числе, образовавшееся при отделении от массива или измененное непосредственно в массиве.

Потенциально техногенный минеральный объекты (ПТМО) - геологический объект, изучение вещественного состава которого проведено по устаревшим в настоящее время технологиям. В результате объект не оценен как соответствующее месторождение или при переработке его значительная доля полезных компонентов должна поступить в отвалы.

Природно-техногенные минеральные объекты (ПрТМО) – геологические тела, участки недр, представленные не отделенным от массива природным веществом, а в виде целиков, скрытых недоработанных блоков на отработанных ранее месторождениях.

Техногенные минеральные ресурсы (ТМР) - совокупность техногенно-минерального вещества содержащегося в продуктах деятельности горного, обогатительного и других видов производств, связанных с получением минерального сырья.

Проблемы техногенеза применительно к техногенным месторождениям можно разделить на ряд фундаментальных и прикладных. К фундаментальным относятся проблемы, связанные с условиями формирования и преобразования техногенных отвалов, закономерности высвобождения и распределения в них полезных компонентов; взаимосвязи геологических условий образования первичных геологических объектов и их изменения в процессе гипергенеза (после разработки месторождения); также ряд других проблем, находящихся на стыке геологии, технологии изучения и разработки месторождений; управления формированием месторождений в процессе их первичной переработки. Прикладные проблемы отражают потребности производства в добыче того или иного минерального сырья, способы изучения, технологии разработки первичных и техногенных образований.

По существующим представлениям техногенные месторождения представляют как «скопления минеральных веществ, образовавшиеся в результате складирования отходов добычи полезных ископаемых (некондиционные руды, вскрышные и вмещающие породы), обогатительного (хвосты, шламы), металлургического (шлаки, золы, кеки) и других производств, качество и количество которых позволяют осуществлять их добычу и переработку на рациональной экономической основе» (Инструкция по изучению...). По другому определению - это «четко ограниченные в пространстве скопления отходов производства цветных металлов, содержащие полезные компоненты и размещенные в специальных хранилищах на земной поверхности или в подземных горных выработках, химичес­кий состав, физико-механические свойства и технология перера­ботки которых позволяют осуществлять их экономически целесообраз­ную добычу и переработку в целях народнохозяйственного использования в настоящее время или в будущем, по мере развития науки и техники и изменения экономических условий» (Инструкция Минцветмета).

Таким образом, техногенные месторождения отождествляются исключительно с техногенными отвалами или ТО, содержащими полезные компоненты и оставшимися после отработки природных месторождений.

В результате интенсивного развития горнопромышленного и металлургического производства на Урале накоплены миллиарды кубометров техногенных отвалов (продуктов переработки минерального сырья). Объемы и площади их распространения постоянно возрастают. Перспективы их утилизации и освоения связаны с экологической опасностью для жителей региона (вредного влияние на окружающую среду) и использованием в качестве минерально-сырьевых ресурсов. Сочетание интересов обеспечения экологической безопасности территории и рациональной схемы переработки и использования техногенного сырья позволяет провести экономически оправданное освоение техногенных ресурсов. В отдельных случаях исключительно комплексное освоение минерального сырья позволяет предприятиям выйти на новый экономический уровень.

Традиционно техногенно-минеральное сырье отождествляют с отходами производства. Разработан ГОСТ-25916-83, согласно которому к отходам производства относятся остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Разработаны схемы формирования и использования горно-промышленных отходов (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема образования и утилизации горно-промышленных отходов (Чайников, 1999)

Согласно Н. А. Шило (1984) в россыпных месторождениях техногенным является не только продукты переработки россыпей – отвальные комплексы, среди которых выделены гравийно-галечные отложения непромышленного пласта и галечно-эфельные технологические отходы, но и их целиковые части (внутриконтурные, бортовые целики и не доработанные площади). Следовательно, (ПрТМО) также являются частью техногенных месторождений.

В пределах изученных месторождений, кроме балансовых выделены забалансовые запасы месторождений, неперспективные при настоящем уровне развития техники и технологий для экономически выгодной отработки, но представляющие практический интерес после применения новых подходов и способов отрабтки (Заб М).

Однако в силу несовершенства технологий изучения геологических объектов (не учтены и не изучены мелкие и тонкие ценные компоненты гравитационными способами – золото, платина и другие в россыпях) многие из них после проведенных исследований не были оценены как месторождения (ПТМО). Значительные площади и районы после изучения традиционными гравитационными способами остались забракованы как перспективные для открытия на них месторождений. Новые данные о геологическом строении территорий и закономерностях распределения на них полезных компонентов заставляют коренным образом пересмотреть их перспективы на открытие месторождений. Такие площади, по нашим представлениям, могут рассматриваться, с одной стороны, как площади развития потенциальных месторождений, а с другой – как площади техногенных месторождений, оцененных на низком уровне способов их изучения. Такие площади мы рассматриваем как площади развития потенциально продуктивных техногенных месторождений.

Таким образом, понятие «техногенное месторождение (ТМ)» включает в себя геологические объекты, представленные техногенными отвалами (1, ТО), целиковыми частями в пределах зоны отработки месторождений (2, ПрТО), забалансовыми запасами месторождений (3, ЗабМ) и потенциально продуктивными площадями (4, ПТМО) оцененными новыми способами, добыча и переработка которых может быть выполнена на рациональной экономической основе.

ТМ = ТО + ПрТО + ЗабМ + ПТМО [ 1 ].

Или в более общем виде: техногенное месторождение (ТМ) - техногенно-минеральные образования на поверхности Земли или под землей, содержащие полезные компоненты, по количеству и качеству экономически выгодные для использования в современное время или в будущем в сфере материального производства.