Понятийная терминологическая база

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЭКОЛОГИИ

Экогеофизика и экогеология

Экологическая геофизика (экогеофизика) - это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для решения экологических задач с целью изучения состояния и динамики взаимоотношений человека и биоты ( " живого вещества " ) с верхней частью литосферы (каменной оболочки Земли, которую совместно с подземной гидросферой называют гидролитосферой). Взаимоотношения эти устанавливаются на уровне околоземных и земных (естественных) и техногенных (искусственных) физических полей. Похожие задачи стоят и перед экологической геологией (экогеологией) - разделом геологии, изучающим взаимоотношения биосферы (оболочки Земли, где обитает биота) с верхней частью литосферы, часто называемой геологической средой. Согласно Е.М.Сергееву, под геологической средой понимается " поверхностная оболочка литосферы, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность " . Мощность геологической среды определяется глубиной, на которую распространяется производственно-техническая деятельность людей. За нее можно принять, например, максимальную глубину нефтегазовых скважин, которая по состоянию на конец ХХ века составляет 6-7 км.

Приповерхностная часть геологической среды мощностью в десятки, реже первые сотни метров называется верхней частью разреза (ВЧР). Она включает почвы, грунты, горные породы, поверхностные, грунтовые и подземные воды, приповерхностные физико-геологические явления (оползни, карст и т.п.), объекты человеческой деятельности. ВЧР в наибольшей степени подвержена экзогенным (атмосферным и поверхностным) и техногенным (физико-химическим и энергетическим) процессам, а также воздействию эндогенных (внутриземных) факторов. ВЧР характеризуется экстремальным проявлением процессов, как природных (резкой геологической, петрофизической и физической неоднородностью в пространстве и во времени), так и техногенных (максимальным проявлением всевозможных искусственных физических полей). Она является специфической частью геопространства, объектом изучения и основным источником информации, получаемой экогеофизикой об окружающей среде [Вахромеев Г.С., 1995].

Таким образом, у экогеологии и экогеофизики в сущности общий предмет исследования - геологическая среда и прежде всего ВЧР. Однако геофизики называют ее геофизической (или геолого-геофизической), подчеркивая этим то, что геологическая среда проявляется в изменяющихся в пространстве и во времени естественных и техногенных физических полях через количественно измеряемые аномалии этих полей.

Геофизическая среда, как часть литосферы, характеризуется нелинейностью и изменчивостью во времени параметров. Нелинейность проявляется в тензочувствительности (зависимости упругих параметров горных пород от давления), флюидочувствительности (зависимости упругих, электромагнитных и других параметров не только от геохимического состава твердой фазы горных пород, но и состава флюидов (вода, нефть, газ), их перемещений) и неадекватной реакции среды на внешние воздействия (Атлас временных вариаций..., 1994). Вариации космических полей во времени приводят как к ритмичным (упорядоченным), так и хаотичным (случайным) изменениям параметров естественных и искусственных земных физических полей и сопровождающих их процессов. Таким образом, геологическая среда зависит от физических и химических свойств, геометрических параметров твердой фазы и флюидов, а также от вариаций природных и все более возрастающих по интенсивности техногенных физических полей.

У экогеологии и экогеофизики близкие цели. По В.Т.Трофимову и др., они сводятся к выяснению таких экологических свойств и функций литосферы, как [Трофимов В.Т. и др., 1997]:

· органо-минеральные, необходимые для жизни биоты и человека;

· структурные (геодинамические) нарушения верхних частей литосферы;

· вещественные (геохимические) изменения в ВЧР;

· энергетические (полевые, физические) загрязнения окружающей человека и биоту среды.

Имеют сходство и основные решаемые задачи, которыми можно считать следующие:

· Изучение изменений приповерхностных частей литосферы под влиянием природных и техногенных катастрофических и медленных процессов и оценка их экологических последствий.

· Создание методов оценки экологической устойчивости литосферы и способов сохранения ее экологических функций.

· Медико-биологическое и социально-экологическое обеспечение деятельности людей, связанной с геологической средой.

Различаются лишь методы исследований: они либо прямые геолого-геохимические, либо прямые и косвенные - физические (геофизические). итосфера и геологическая среда являются предметом исследований всех методов прикладной геофизики: глубинной, региональной, разведочной и инженерной, а экологические задачи в какой-то мере давно ими решаются. Однако возрастающая роль экологии в жизни людей и движения общественности за сохранение окружающей среды, как и сложность поставленных проблем, приводят к необходимости создания отдельных научно-прикладных дисциплин - экологической геологии и экологической геофизики, так же тесно связанных между собой, как и фундаментальные науки - геология и геофизика.

Главная особенность экогеологии и экогеофизики состоит в организации мониторинга, т.е. слежения за изменением состояния геологической среды с целью определения места и времени как быстрых (катастрофических), так и медленных (эволюционных) отклонений от нормального устойчивого состояния. Эти отклонения сказываются на функционировании природно-техногенных (технических) систем (ПТС), таких, например, как крупные электростанции, отдельные природно-техногенно-социальные объекты (ПТСО), хранилища ядерных отходов, и особенно природно-техногенных процессов (ПТП). К последним относятся естественные и искусственно вызванные землетрясения, горные удары, оползни, сели, взрывы и т.п.

Экокриология.

Криогенные (мерзлотно-геологические) процессы проявляются в районах распространения многолетнемерзлых пород и замерзшей воды в порах и трещинах пород. Изучение строения геологического разреза в условиях криолитозоны сводится к определению мощности деятельного слоя, который в летний период оттаивает на 1-2 м, и надмерзлотных вод; изучению строения и мощности мерзлых пород, наличия в них и под ними межмерзлотных и подмерзлотных вод; картированию поверхностных талых пород; выявлению зон термокарста, бугров пучения, наледей, зон течения мерзлых пород на склонах (солифлюкция) и каменных потоков (курумы) и других неблагоприятных криогенных процессов (см. 5.4). Для изучения этих явлений широко используются геофизические методы. Важную роль с точки зрения экологии играют периодические повторения геофизических съемок, т.е. организация экомониторинга криогенных процессов, особенно в промышленно освоенных районах.

Под воздействием инженерно-технических сооружений в районах распространения многолетнемерзлых горных пород тепловой режим постепенно нарушается, что при приближении температур к 0 С ведет к деградации мерзлоты и протаиванию пород. По геологической устойчивости массивов горных пород мерзлые породы близки к скальным, а талые - к рыхлым. Как отмечалось выше (см. 5.4), одни и те же горные породы в мерзлом и талом состоянии различаются в 1,5-5 раз по скоростям распространения упругих волн и в 2-1000 раз по удельным электрическим сопротивлениям. В мерзлых породах эти параметры выше, чем в талых. Поэтому основными методами экомониторинга многолетнемерзлых горных пород на объектах промышленного и гражданского строительства являются сейсморазведка (чаще методом преломленных волн) и электромагнитные зондирования (чаще вертикальные электрические, частотные или радиолокационные), выполняемые в режиме периодических повторений. Обязательной является и термометрия (см. 5.4).

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЭКОЛОГИИ

Экогеофизика и экогеология

Экологическая геофизика (экогеофизика) - это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для решения экологических задач с целью изучения состояния и динамики взаимоотношений человека и биоты ( " живого вещества " ) с верхней частью литосферы (каменной оболочки Земли, которую совместно с подземной гидросферой называют гидролитосферой). Взаимоотношения эти устанавливаются на уровне околоземных и земных (естественных) и техногенных (искусственных) физических полей. Похожие задачи стоят и перед экологической геологией (экогеологией) - разделом геологии, изучающим взаимоотношения биосферы (оболочки Земли, где обитает биота) с верхней частью литосферы, часто называемой геологической средой. Согласно Е.М.Сергееву, под геологической средой понимается " поверхностная оболочка литосферы, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность " . Мощность геологической среды определяется глубиной, на которую распространяется производственно-техническая деятельность людей. За нее можно принять, например, максимальную глубину нефтегазовых скважин, которая по состоянию на конец ХХ века составляет 6-7 км.

Приповерхностная часть геологической среды мощностью в десятки, реже первые сотни метров называется верхней частью разреза (ВЧР). Она включает почвы, грунты, горные породы, поверхностные, грунтовые и подземные воды, приповерхностные физико-геологические явления (оползни, карст и т.п.), объекты человеческой деятельности. ВЧР в наибольшей степени подвержена экзогенным (атмосферным и поверхностным) и техногенным (физико-химическим и энергетическим) процессам, а также воздействию эндогенных (внутриземных) факторов. ВЧР характеризуется экстремальным проявлением процессов, как природных (резкой геологической, петрофизической и физической неоднородностью в пространстве и во времени), так и техногенных (максимальным проявлением всевозможных искусственных физических полей). Она является специфической частью геопространства, объектом изучения и основным источником информации, получаемой экогеофизикой об окружающей среде [Вахромеев Г.С., 1995].

Таким образом, у экогеологии и экогеофизики в сущности общий предмет исследования - геологическая среда и прежде всего ВЧР. Однако геофизики называют ее геофизической (или геолого-геофизической), подчеркивая этим то, что геологическая среда проявляется в изменяющихся в пространстве и во времени естественных и техногенных физических полях через количественно измеряемые аномалии этих полей.

Геофизическая среда, как часть литосферы, характеризуется нелинейностью и изменчивостью во времени параметров. Нелинейность проявляется в тензочувствительности (зависимости упругих параметров горных пород от давления), флюидочувствительности (зависимости упругих, электромагнитных и других параметров не только от геохимического состава твердой фазы горных пород, но и состава флюидов (вода, нефть, газ), их перемещений) и неадекватной реакции среды на внешние воздействия (Атлас временных вариаций..., 1994). Вариации космических полей во времени приводят как к ритмичным (упорядоченным), так и хаотичным (случайным) изменениям параметров естественных и искусственных земных физических полей и сопровождающих их процессов. Таким образом, геологическая среда зависит от физических и химических свойств, геометрических параметров твердой фазы и флюидов, а также от вариаций природных и все более возрастающих по интенсивности техногенных физических полей.

У экогеологии и экогеофизики близкие цели. По В.Т.Трофимову и др., они сводятся к выяснению таких экологических свойств и функций литосферы, как [Трофимов В.Т. и др., 1997]:

· органо-минеральные, необходимые для жизни биоты и человека;

· структурные (геодинамические) нарушения верхних частей литосферы;

· вещественные (геохимические) изменения в ВЧР;

· энергетические (полевые, физические) загрязнения окружающей человека и биоту среды.

Имеют сходство и основные решаемые задачи, которыми можно считать следующие:

· Изучение изменений приповерхностных частей литосферы под влиянием природных и техногенных катастрофических и медленных процессов и оценка их экологических последствий.

· Создание методов оценки экологической устойчивости литосферы и способов сохранения ее экологических функций.

· Медико-биологическое и социально-экологическое обеспечение деятельности людей, связанной с геологической средой.

Различаются лишь методы исследований: они либо прямые геолого-геохимические, либо прямые и косвенные - физические (геофизические). итосфера и геологическая среда являются предметом исследований всех методов прикладной геофизики: глубинной, региональной, разведочной и инженерной, а экологические задачи в какой-то мере давно ими решаются. Однако возрастающая роль экологии в жизни людей и движения общественности за сохранение окружающей среды, как и сложность поставленных проблем, приводят к необходимости создания отдельных научно-прикладных дисциплин - экологической геологии и экологической геофизики, так же тесно связанных между собой, как и фундаментальные науки - геология и геофизика.

Главная особенность экогеологии и экогеофизики состоит в организации мониторинга, т.е. слежения за изменением состояния геологической среды с целью определения места и времени как быстрых (катастрофических), так и медленных (эволюционных) отклонений от нормального устойчивого состояния. Эти отклонения сказываются на функционировании природно-техногенных (технических) систем (ПТС), таких, например, как крупные электростанции, отдельные природно-техногенно-социальные объекты (ПТСО), хранилища ядерных отходов, и особенно природно-техногенных процессов (ПТП). К последним относятся естественные и искусственно вызванные землетрясения, горные удары, оползни, сели, взрывы и т.п.

Понятийная терминологическая база

В дисциплине «Геологич. Геофизика» терминологическая база неоднозначна.

Экология, возникшая как часть биологии, раньше означала науку о взаимоотношениях биоты с окружающей средой. В настоящее время такое понимание этого термина соответствует " биоэкологии " . Экология в широком значении этого термина - это комплексная наука (или система наук), изучающая общие законы функционирования экосистемы и воздействие человеческой (антропогенно-техногенной) деятельности на них.

Под экосистемой, называемой также геоэкосистемой, биосистемой или биогеоценозом, понимают сообщество живых организмов (растений, животных, микроорганизмов) и окружающей среды обитания. Такое сообщество представляется нам как единое функциональное целое с разными уровнями организации от отдельных особей до всей биосферы - " живой пленки " Земли, где существует жизнь. Биосфера состоит из естественной природной среды, занимая часть атмосферы, гидросферы, литосферы, и создает искусственную антропогенно-техногенную среду, называемую социосферой. Она, в свою очередь, состоит из техносферы, включающей искусственно созданные объекты инженерно-хозяйственной деятельности людей (агломерации, сельхозугодья, а также водохозяйственные, транспортные, энергетические, промышленные и другие сооружения), и ноосферы (сфера разума, по В.И.Вернадскому), связанной с преобразующей ролью человеческой цивилизации. Влияние техносферы на природную среду и биосферу настолько велико, что можно говорить о биотехносфере как окружающей среде обитания человека и биоты.

Таким образом, под окружающей средой (ее называют также географической оболочкой Земли) понимаются взаимосвязанные природная среда (части атмосферы, гидросферы, литосферы), биотехносфера и социосфера. Благодаря возрастающим темпам роста населения Земли, интенсивному использованию природных ресурсов и загрязненности природной среды человечество вступило в противоречие с ней. Судьба цивилизации стоит под угрозой, если не будет преодолено нарушение естественного экологического равновесия. Поэтому экологические исследования и экологическое воспитание населения становятся актуальным видом человеческой деятельности.