Геология

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ: НОВАЯ НАУКА ИЛИ ДАНЬ МОДЕ?

Сегодня, говоря о состоянии природной среды, пользуются термином "экология". Его ввел в 1869 г. немецкий биолог Э. Геккель для определения науки, изучающей отношение организмов с окружающей средой. Затем долгое время экологические проблемы разрабатывали в рамках биологии, позднее - палеонтологии. И лишь с середины XX в. практически во всех естественных и гуманитарных дисциплинах и даже в сугубо технических, прикладных, возникло множество направлений, прямо или косвенно связанных с данной тематикой. Это экология Мирового океана, органических сообществ, а также мегаполисов, отдельных городов. Одновременно развивается экология технологических систем и промышленных объектов, инженерная, ландшафтная, медицинская.

РОЖДЕНИЕ НОВОГО НАПРАВЛЕНИЯ

К 80-м годам XX в. "экологии" стало так много, что назрела необходимость их структуризовать; в итоге выделили по крайней мере четыре крупных - биологическую, геологическую, социальную и прикладную экологию.

Экологические проблемы всегда возникали в процессе геолого- поисковых и геологоразведочных работ. Особенно близко сталкиваются с ними гидрогеологи и специалисты в области инженерной геологии. Экологизированное направление на первом этапе именовалось "геоэкологией", или "геологией окружающей среды", а в последние годы все чаще встречаются термины "экогеология", "экогидрогеология" и "экогеофизика". Это знаменует начало нового научного направления в рамках геологического цикла наук. Ныне все они - геодинамика, геотектоника и геология полезных ископаемых, горное дело и разработка месторождений - ориентированы на природоохранную тематику. И в результате возникла синтезированная наука - экологическая геология. Но чем она отличается от собственно геологии и цикла инженерно- геологических дисциплин?

Каждая наука обладает своим собственным объектом исследования и применяет для его изучения присущие ей методы. По мнению профессора В. Т. Трофимова (МГУ им. М. В. Ломоносова), объект исследования экологической геологии - литосфера, точнее, ее приповерхностная область, подверженная активному техногенному воздействию. Но ведь литосфера - объект изучения и геологии. Однако в орбиту первой вовлечены не только специфические особенности литосферы, но и те свойства биосферы, атмосферы и гидросферы, благодаря которым в ней действуют геологические процессы (порой они катастрофически влияют и на жизнь человеческого общества). Так что эти три оболочки Земли тоже являются предметом изучения экологической геологии.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛИТОСФЕРЫ

К настоящему времени изучена только самая верхняя часть каменной оболочки Земли. Из нее извлекают полезные ископаемые, на ней сооружают гражданские и промышленные объекты, проводят транспортные магистрали и коммуникации, устанавливают средства связи. Чтобы точно определить степень наносимого при этом ущерба и его влияния на экологическую обстановку на планете, необходимо установить соответствующие функции литосферы. Согласно представлениям В. Т. Трофимова, они слагаются из ресурсных, геодинамических и геофизико-геохимических. Областями действия двух последних частично становятся контактирующие с литосферой и взаимодействующие с ней атмосфера, гидросфера и биосфера.

Ресурсная функция заключается в снабжении биоты, в том числе и человечества, жизненно необходимыми минеральными веществами и разнообразными (твердыми, жидкими и газообразными) химическими соединениями и элементами. При этом литосфера - не только хранилище полезных ископаемых, которые возникли в ней десятки и сотни миллионов лет назад, но и постоянный производитель минеральных веществ, нужных растительности и животным. Впрочем, ресурсная функция литосферы охватывает и так называемое геологическое пространство, в котором распространена биота.

Что же касается геодинамических функций каменной оболочки, то протекающие в ней процессы прямо или косвенно воздействуют на живой мир - ускоряют либо замедляют жизнедеятельность организмов, а порой становятся причиной их гибели. Например, во время вулканических извержений, особенно очень мощных, в атмосфере возрастает содержание углекислого газа, водяных паров, соединений серы и других ядовитых примесей. В результате может даже измениться климат на планете. Кроме всего прочего, сильные события такого рода вызывают крупнейшие природные катастрофы, о чем я расскажу позже.

Вследствие природных и техногенных процессов в литосфере возникают различные по интенсивности геохимические и геофизические аномалии. Они влияют на живые организмы через санитарно-гигиеническое и медико-биологическое состояние территорий. Тем самым литосфера прямо воздействует на здоровье человека.

РЕСУРСНАЯ ФУНКЦИЯ ЛИТОСФЕРЫ

На горные породы земной поверхности воздействуют разнообразные внешние факторы. Главные из них - суточное и сезонное изменение температур, атмосферная влага и поверхностные воды, особенно содержащие органические и неорганические кислоты. Разность температур нарушает целостность породы - в ней появляются трещины, куда проникает вода, и оттуда начинают вымываться легкорастворимые соединения и минералы.

Выветривание горных пород приводит к тому, что на земной поверхности концентрируются труднорастворимые рудные элементы. И преобразованные выветриванием магматические, метаморфические осадочные породы становятся их носителями. Именно в таких условиях формируются промышленные скопления кобальта и никеля, а также каолины и мощные покровы латеритов и бокситов - основной руды алюминия.

На Земле также есть месторождения, образовавшиеся при накоплении осадков в водной среде. Это каменные и калийные соли, фосфориты, руды марганца, горючие сланцы, а также известняки, мергели и пески, служащие строительным материалом.

Нередко уже возникшие месторождения вновь оказываются в условиях высоких температур и давлений. Тогда вещество вместе с горными породами претерпевает сильные изменения: кварцевые пески и песчаники превращаются в крепкие кварциты, известняки становятся мраморами, а граниты приобретают полосчатую структуру и преобразуются в гнейсы. В результате одни рудные скопления бесследно исчезают, другие видоизменяются, третьи относительно обогащаются. Возникшие метаморфические горные породы становятся носителями рудных элементов.

На поверхности нашей планеты происходит не только мобилизация природного материала, но и его деградация. В одних условиях воды размывают, эродируют поверхность и выносят во взвешенном или растворенном состоянии различные вещества. Вновь возникшие или новообразованные минералы нередко отрицательно воздействуют на окружающую среду. Наиболее яркий тому пример - описанный выше процесс выветривания. В это время в гидросферу и атмосферу попадают газообразные и легкорастворимые соединения, негативно воздействующие на живые организмы, а в атмосферу, кроме углекислого газа, - соединения серы, метана, аммиака, влияющие на местный и глобальный климат. В почву, поверхностные и подземные воды поступают токсичные вещества; находящиеся в форме окислов или сложных соединений, они пагубно влияют на окружающую среду, а войдя в трофические питательные цепи, рано или поздно проникают в организм человека.

Итак, процессы выветривания играют двойственную роль. Благодаря им формируются месторождения ценных компонентов, но в то же время они отрицательно воздействуют на жизнедеятельность организмов, причем и то, и другое проявлялось всю геологическую историю планеты. Но в отношении биоты выветривание, отрицательно влияя на одни группы организмов, помогает развиваться другим.

Совершенно иная обстановка утвердилась на земной поверхности, когда возникли первые цивилизации. Период накопления ресурсов литосферы, растянувшийся почти на 4 млрд. лет, сменила стремительная и бурная эпоха их потребления. Она длится всего несколько тысячелетий, и за это время человечество стало все более активно преобразовывать саму поверхность литосферы.

ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ЛИТОСФЕРЫ

Разрушительные природные процессы могут протекать медленно и незаметно, хотя порой наступают внезапно и осуществляются стремительно, становясь катастрофическими.

В литосфере и окружающих ее оболочках спокойное течение геологических изменений нарушают как природные, так и антропогенные факторы: и те, и другие имеют внутренние (эндогенные) и внешние (экзогенные) причины. В основе первых катастрофических явлений - извержений вулканов, землетрясений, эманации газов из земных недр - лежат и планетарные, и космические факторы. Сейчас достоверно установлено, что области вулканической и сейсмической активности тяготеют к границам между литосферными плитами. И растяжение, и сближение или столкновение их нарушают целостность этой оболочки Земли. По возникающим разломам из глубин наверх устремляются потоки магмы, которые растекаются по поверхности в виде лавы. А упругие деформации, накопленные в местах столкновений или растяжений плит, в конце концов разряжаются в виде землетрясений. Своеобразным спусковым механизмом для возникновения последних служат и космические факторы - изменение планетарной гравитации, приближение к Земле и падение на нее космических тел. К тому же при падении космических тел выделяется огромная энергия, преобразующая земную поверхность.

И еще. Массовые вымирания отдельных видов животных и растений, случившиеся за последний миллиард лет истории Земли, по мнению некоторых ученых, происходили с определенной периодичностью и удивительно точно совпадали с моментами столкновений нашей планеты с космическими телами - астероидами. Подобное, например, произошло 65 млн. лет назад, когда полностью исчезли динозавры, головоногие моллюски, планктонные фораминиферы, абсолютное большинство представителей двустворчатых и брюхоногих моллюсков и т. д. Такие массовые вымирания происходили на границе палеозойской и мезозойской эр, в конце девона, на границе протерозоя и палеозоя, в другие периоды.

Вместе с тем существуют природные процессы, хотя и меняющие условия жизни людей, но являющиеся лишь косвенной причиной ухудшения их жизненных условий. Речь в данном случае идет о планетарном и региональном опустынивании, эрозии почв, развитии карстовых процессов, изменении уровня Мирового океана.

ПРИРОДНАЯ СРЕДА ПОД ПРЕССОМ

В настоящее время антропогенное воздействие на литосферу, атмосферу и гидросферу настолько масштабно и глубоко, что в целом приводит к огромным негативным последствиям. Прежде всего это относится к глобальным изменениям климата, быстрому развитию опустынивания. Из-за сжигания минерального топлива в атмосферу во все возрастающих размерах стали поступать углекислый газ, соединения серы и пары воды, усиливающие парниковый эффект. И как следствие этого глобального процесса за последние 20-25 лет температура приземного воздуха быстро повышается. Темп ее роста намного превосходит скорость увеличения температур не только в периоды межледниковий в четвертичном периоде, но и в далеком геологическом прошлом.

Потепление все сильнее отражается на природных ландшафтах - более теплые климатические зоны смещаются в сторону полярных районов. В результате особенно стремительно деградируют тундровые и лесотундровые ландшафты, а деловитость северных морей заметно сокращается. Быстрое таяние ледниковых покровов в обоих полушариях, вызванное ростом температур, по мнению специалистов, способно привести к такому повышению уровня Мирового океана, который грозит затоплением обширных низменных территорий земного шара.

Меняют свое местоположение области влажного и аридного (засушливого) климата. Постепенно к северу смещаются лесостепные и степные зоны, а вслед за ними полупустыни и пустыни. Вместе с тем области с засушливым климатом не расширяются, а, наоборот, сокращаются, что связано с резко возросшей испаряемостью из-за глобального роста температур воздуха. Уменьшаются размеры и областей с многолетнемерзлым грунтом.

ГЕОПАТОГЕННЫЕ ЗОНЫ

До настоящего времени данный термин имеет неоднозначную трактовку. Одни специалисты связывают подобные зоны с неоднородностью пока неизвестных полей. Другие считают, что они порождены геофизическими и геохимическими аномалиями в недрах планеты и прямо или косвенно воздействуют на состояние биоты. Скорее всего, геопатогенные зоны - это области необычного проявления свойств атмосферы, гидросферы, литосферы, верхней и нижней мантии Земли, а возможно, и ее ядра. В свою очередь, под геофизическими аномалиями понимают особенности соответствующих полей, обусловленные геотермическим воздействием, гравитацией, магнитным и электрическим полями, вибрационными и акустическими воздействиями литосферы.

Геохимические аномалии, к которым относится и повышенный радиационный фон, нередко имеют очаговое распространение. Они возникают в местах неглубокого залегания отдельных полезных ископаемых, обладающих сравнительно высокой радиоактивностью. Это касается не только руд подобных элементов, но и горных пород с повышенным содержанием бора, бария, бериллия, хрома, никеля, свинца и других элементов, имеющих нестабильные изотопы. Сюда относятся и аномалии, вызванные антропогенным загрязнением теми же элементами в процессе обогащения руд и их промышленного использования. Геопатогенные зоны могут возникать не только на месторождениях высокотоксичных соединений, но и вокруг них - в отвалах пород, очистных сооружениях, прудах аэрации.

Весьма велико влияние геохимических факторов на развитие различных заболеваний. Причина как в избытке, так и недостатке некоторых химических элементов и соединений в природной среде. Среди них есть и обладающие высокой токсичностью. Особенно выделяется бериллий - главная составная часть минерала берилла. Его темно-зеленые прозрачные разновидности известны как изумруд - чарующей красоты драгоценный камень, а цвета морской волны - как аквамарин. Тот же элемент используют при производстве особо прочных сплавов для атомной промышленности и космической техники. Но, к сожалению, люди, работающие с бериллием или проживающие по соседству с его производством, чаще других заболевают раком легких.

Хром вызывает бронхиальный рак, соединения мышьяка - заболевание двигательной системы и рак легких. Особая токсичность характеризует кадмий, ртуть, таллий, свинец. Избыток кадмия провоцирует атеросклероз, гипертонию, рак предстательной железы, распад костной ткани. Ртуть, обладая мутагенными свойствами, отрицательно отражается на потомстве человека. Таллий, даже в низких концентрациях, ослабляет сердечно-сосудистую систему, способствует заболеваниям суставов, облысению, а его высокие концентрации нарушают деятельность желудочно-кишечного тракта, приводят к галлюцинациям, конвульсиям и даже смерти от паралича легких. Избыток свинца отравляет организм, меняет функции центральной нервной системы, печени, почек, половых органов, оказывает мутагенное воздействие и ускоряет разрушение красных кровяных клеток.

В последнее время к природным элементам и веществам добавились искусственно созданные органические соединения. К ним в первую очередь относится бензол, вызывающий рак крови, а также винил, хлорид и битумы, провоцирующие рак печени и крови. Исходя из многообразия патогенных геохимических накоплений, многие исследователи предлагают разделить их на две группы: геопатогенные геохимические аномалии, связанные с природными процессами, и технопатогенные, являющиеся следствием техногенеза. И те, и другие должны стать предметом особого внимания специалистов по экологической геологии, а также геоэкологов и медиков.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ: ЧТО ВПЕРЕДИ?

В настоящее время обширное поле экологически ориентированных наук дополнила геология. Ее практические области охватывают все направления жизнедеятельности человека. Вместе с тем особо подчеркну: признание экологической геологии возможно лишь с развитием техногенеза, когда с ухудшением среды обитания со всей остротой встала необходимость изучать и прогнозировать последствия геологической и связанной с ней техногенной деятельности.

Сегодня экологическая геология обладает собственными научными методами познания. В их основе лежат общие с экологией и биологией теоретические представления о направленности эволюции, развитии материального и духовного мира. Для обеспечения информационного пространства экологической геологии необходимо использовать методы исследования сопредельных наук - физики, химии, биологии, почвоведения, географии и математики. Основу познания этой отрасли науки составляет системный анализ, в настоящее время необычайно актуальный, поскольку без него сегодня нельзя рассматривать весьма специфический, многопрофильный и многофункциональный объект в качестве единой системы. В итоге сейчас появилась возможность прогнозировать эколого-геологическое состояние природной среды, что является самым главным при разработке долгосрочных программ развития регионов и принятия управленческих решений.


Доктор геолого-минералогических наук Н. А. ЯСАМАНОВ, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD