Биотехносфера: экология и безопасность жизнедеятельности

Другим примером техногенного «перераспределения вещественных ресурсов литосферы» является нарушение биогеохимических циклов. Так, естественный цикл фосфора в настоящее время претерпел практически необратимые изменения. В упрощенном виде данное явление можно описать следующим образом. Запасы фосфора в литосфере (в естественной биосфере) становились доступными для растений в результате эрозии содержащих их горных пород. В настоящее время интенсивность этого потока многократно возросла в результате добычи сырья для производства фосфорных удобрений. Значительная часть этого фосфора с потоками воды попадает в водные объекты, вызывая их эвтрофирование, и, в конечном счете, захоранивается в донных осадках, формируя его малоподвижный фонд.

Таблица 8 Экологические функции литосферы и основные проявления ее техногенеза, возможные способы контроля данных процессов и методы управления ими

Повторное возвращение фосфора в доступный фонд этого элемента займет десятки миллионов лет. В результате возникла реальная угроза «разрыва» естественного биогеохимического цикла фосфора. Запасы полезных ископаемых, использующихся для производства фосфорных удобрений, уже близки к исчерпанию. Их естественного пополнения не происходит. Дефицит фосфорных удобрений резко понизит урожайность сельскохозяйственных культур и значительно усугубит стремительно развивающийся мировой продовольственный кризис.

В рамках ограничительной природоохранной парадигмы попытки замедлить процесс разрушения биогеохимического цикла фосфора заключаются, главным образом, в разработке агротехнических приемов с более рациональными способами внесения удобрений. Их целью является минимизация количества фосфора, обеспечивающего требуемый уровень урожайности сельскохозяйственных культур. Использование данного подхода может замедлить разрушение фосфорного цикла, но не предотвратить его. Выполнить эту задачу можно лишь создавая управляемые природно-технические системы с искусственными биогеохимическими барьерами (Максимович, Хайрулина, 2008), способными задерживать уносимый водными потоками фосфор и накаливать его для последующего повторного внесения в почву. Подобные пилотные проекты, давшие обнадеживающие результаты, осуществлялись в СССР в конце 80-х годов ХХ века. В качестве экологического регулятора этого процесса, для обозначения которого был предложен термин «гетеротопный рециклинг» биогенных элементов (Безносов и др., 1999), выступали соответствующим образом модифицированные гидромелиоративные системы.

Возникновение дефицита ресурсов геологического пространства главным образом связано с урбанизацией, охватывающей все более значительную часть поверхности нашей планеты (Трофимов, 2014; Трофимов и др., 2015). В процесс урбанизации вовлекаются и участки, ранее считавшиеся непригодными для нормальной жизнедеятельности (Суздалева, 2014). Например, в Египте, где пригодная для жизнедеятельности часть территории составляет всего 5 %, а население растет быстрыми темпами, рассматриваются проекты ирригации обширных участков пустыни за счет работы мощных промышленных опреснителей, использующих воды Красного моря. Приобретя глобальный характер, урбанизация стала одним из главных факторов перехода биосферы в состояние биотехносферы (Федоров, Суздалева, 2014). Этот процесс рассматривается многими специалистами как грядущий экологический кризис планетарного масштаба. Способы решения данной проблемы, как правило, вырабатываются в соответствии с ограничительной парадигмой (табл. 8). Среди них наибольшее распространение получили концепции «сдерживания урбанизации» и «дезурбанизации» (Хомич, 2002; Гофман, 2005). Суть первой из них была сформулирована в «Повестке дня на XXI век» (Повестка дня…, 1992), принятой Конференцией ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 году. Она подразумевала сокращение иммиграции сельских жителей в города за счет повышения комфортности проживания в аграрных районах и улучшения условий сельскохозяйственного производства. Дезурбанизация подразумевает сознательное решение городских жителей осуществить переезд из крупных городов с плохими экологическими условиями в благополучные, с этой точки зрения, сельские районы. Непременным условием реализации подобных планов также является обеспечение комфортного проживания горожан в новых условиях. Это, в свою очередь, требует развития инфраструктуры и обеспечения безопасной жизнедеятельности. Внешне попытки реализации этих концепций преподносятся как «стирание различий между городом и деревней», прежде всего в образе жизни, доступности материальных благ и сферы услуг. По своей же внутренней сути подобная деятельность представляет собой не что иное, как расширение границ урбанизации. По этой причине она рассматривается специалистами как одна из форм данного процесса - «рурбанизация» (от англ. Rural - сельский, и лат. Urbanus - городской). Иными словами, рассредоточение населения крупных городов (или ограничение его роста) реально только в том случае, если освоение новых территорий, как и обустройство существующих зон аграрного производства, будет осуществляться в форме урбанизации. Например, формально дезурбанизация отмечена в ряде западноевропейских стран. Так, население Лондона сократилось с 10 588 тыс. человек в 1970 году до 10 209 тыс. человек в 1980 году; население Западного Берлина с 1970 по 1980 годы уменьшилось с 2 124 тыс.человек до 1 957 тыс. человек (Хомич, 2002). Однако это происходило, главным образом, за счет так называемой «пригородной иммиграции» и сопровождалось значительным увеличением урбанизированных территорий вокруг этих городов. Данный процесс, обозначаемый в научной литературе термином «субурбанизация», не приводит к сокращению площади урбанизированных территорий. Происходит лишь перемещение населения из одних участков городской застройки в другие. При этом общая площадь застроенных участков только увеличивается, а негативное воздействие на окружающую среду возрастает.

Какие-либо ограничительные меры в условиях непрекращающегося роста народонаселения могут дать лишь временный эффект. Наглядным примером может служить развитие Московского мегаполиса в последние десятилетия. В 60-е годы ХХ века территория городской застройки была ограничена кольцевой автотрассой (МКАД). Но в последующий период вблизи нее стали возникать «города-спутники», которые изначально функционировали как отдаленные от центра городские районы. Постепенно они получили этот статус и официально. В настоящее время принято решение о расширении территории г. Москвы вплоть до границы с соседней областью.

Учитывая жизненные приоритеты современных людей, необходимо задаться вопросом: что реально можно предпринять для решения проблемы перенаселения городов, во многом обусловливающего ухудшение их экологических и социальных условий? Напрашивающийся ответ идет вразрез с прочно укоренившимися установками - необходимо расширять область урбанизации, создавая на ней условия, обеспечивающие безопасность жизнедеятельности людей и сохраняющие природные объекты. Следует вспомнить, что современная городская застройка представляет собой так называемую урбосистему, состоящую из комплекса взаимосвязанных техногенных, природно-техногенных и природных объектов. Наличие объектов озеленения и сети резортов (Суздалева, Безносов, 2012), т.е. мест массового отдыха, включающих сохранившиеся природные объекты, - это неотъемлемый атрибут не только любого современного города, но и многих промышленных зон. Следовательно, функционально урбанизированные территории представляют собой в той или иной степени управляемые природно-технические системы. Экологическими регуляторами в данном случае являются объекты коммунального хозяйства и комплекс постоянно осуществляющихся мер по поддержанию приемлемой санитарно-гигиенической и экологической ситуации. Повышение комфортности условий жизни в городах во многом зависит от создания в них сети резортов, повышения их качества и совершенствования механизмов управления их состоянием (Суздалева и др., 2014). Эти участки становятся новым местообитанием многих видов животных и растений. Таким образом, создание управляемых природно-технических систем на базе существующих урбосистем обеспечивает более благоприятные условия для жизни городского населения и одновременно способствует повышению биоразнообразия урбанизированных территорий. Учитывая глобальные масштабы процесса урбанизации, эту деятельность можно рассматривать как один из путей создания управляемой биотехносферы.

В качестве отдельной формы проявления «дефицита ресурсов геологического пространства» следует рассматривать образование так называемых «техногенных ландшафтов», т.е. участков земной поверхности, претерпевших принципиальные изменения в результате производственной деятельности (Волкова, Давыдова, 1987). Некоторые из них становятся непригодными для выполнения ресурсной экологической функции. В особенности это касается техногенных ландшафтов, сформировавшихся в предшествующий период вблизи объектов горнодобывающей промышленности. Терриконы и отвалы из вскрышных и пустых горных пород, хвостохранилища и хранилища жидких отходов образуют обширные участки вокруг этих предприятий, уровень загрязненности которых в ряде случаев делает невозможным существование в их пределах большинства видов организмов. Пребывание на них человека опасно не только из-за наличия токсических процессов, но и развития опасных экзогенных геологических процессов, например карстообразования (Елохина, 2013). Меры, разрабатываемые в рамках ограничительной природоохранной парадигмы (возведение барьеров вокруг опасных участков и др.), как правило, не могут обеспечить экологическую безопасность. Загрязнители с территорий, подвергшихся горнопромышленному техногенезу, постепенно мигрируют через воздушную среду, поверхностные и подземные воды. Необходимы активные действия, снижающие экологическую опасность подобных техногенных ландшафтов. По сути, эти меры, основанные на использовании технических средств, являются разновидностью техногенеза окружающей среды, для обозначения которого нами ранее был предложен термин «санационный техногенез» (Суздалева, Горюнова, 2014 а). Достижение устойчивых результатов этой деятельности невозможно без создания управляемых природно-технических систем. Для обеспечения их функционирования необходима разработка специальных экологических регуляторов в форме комплекса систематически осуществляющихся мероприятий по химической и биологической мелиорации окружающей среды, изъятию из нее и утилизации устойчивых загрязнителей.

Возникновение «техногенных месторождений вторичных ресурсов» также следует рассматривать как значимое нарушение ресурсной экологической функции литосферы. Их масштабы уже становятся сравнимы с объемом залежей естественных полезных ископаемых (Макаров, 2000). Так, только в странах СНГ ежегодно образуется около 5 млрд т вскрышных пород в отвалах, 700 млн т хвостов обогащения и 150 млн т золы (Грановская и др., 2013). Всего в отвалах горнодобывающих предприятий Российской Федерации накоплено более 40 млрд т отходов, многие из которых рассматриваются как вторичные ресурсы.

С природоохранной точки зрения, их существование - это не появление дополнительных ресурсов, а результат накопления в среде чуждых ей продуктов техногенеза, нередко представляющих собой серьезную экологическую опасность.

Неразрабатываемые техногенные месторождения - это неуправляемые природно-технические системы, реальные или потенциальные источники деградации окружающей среды. А их разработка - не что иное, как ликвидация отходов, накопленных в предшествующий период. Эта деятельность создает угрозу загрязнения окружающей среды, поэтому меры, предпринимаемые в рамках ограничительной парадигмы, направлены на ее устранение. Подход к планированию разработки техногенных месторождений на базе креативной парадигмы подразумевает, помимо этого, решение ряда других проблем в форме создания управляемых ПТС. Первым шагом является установление границ этой системы, т.е. учет всех подобных образований, существующих в пределах определенной территории. Их количество может быть весьма велико, и далеко не все они имеют официальный статус, позволяющий начать их разработку. Так, согласно пункту 3.2.6 ГОСТ Р 54098-2010 «Ресурсосбережение. Вторичные материальные ресурсы. Термины и определения», «техногенные месторождения вторичных ресурсов - накопленные в результате хозяйственной деятельности залежи вторичных ресурсов, паспортизованные, зарегистрированные и содержащиеся в установленном порядке в качестве разведанных и утвержденных запасов вторичного сырья». Но, помимо их, тем же нормативным актом признается существование аналогичных образований, не получивших статуса «месторождений» и, следовательно, не предназначенных для разработки-ликвидации в конкретные сроки. В пунктах 3.2.7 и 3.3.12 ГОСТ Р 54098-2010 даны определения следующих терминов:

- «техногенные накопления вторичных ресурсов» - специально обустроенные или необустроенные, в том числе на открытом рельефе местности, накопления отходов, предусматривающие их хозяйственное использование в ближайшем или отдаленном будущем в качестве вторичных материальных ресурсов;

- «техногенные образования сырья» - специально обустроенные или необустроенные, в том числе на открытом рельефе местности, накопления вторичных ресурсов, пригодных для использования в качестве вторичного сырья с применением специальных технологий по сохранению потребительских свойств.

Включение подобных техногенных месторождений, накоплений и образований в состав управляемых природно-технических систем обеспечивает системный, а не выборочный характер их разработки-ликвидации. Регуляторы подобных ПТС могут иметь различный характер. Во всех случаях их предназначение - устранить из системы элементы, мешающие созданию благоприятных экологических условий. Подобный подход не лишен правового основания. Согласно действующему законодательству, все эти «техногенные месторождения, образования и скопления» можно рассматривать как «нанесенный в прошлом экологический ущерб или исторические загрязнения». Он определяется как «последствия хозяйственной деятельности людей в местах дислокации предприятий и организаций, которая осуществлялась в прошлом и обусловила нынешнее загрязнение территорий, наносящих вред окружающей среде и препятствующих использованию их в коммерческих и хозяйственных целях» (ГОСТ Р 54003-2010 «Экологический менеджмент. Оценка прошлого, накопленного в местах дислокации организаций, экологического ущерба. Общие положения», пункт 3.21).

6.3 Нарушение геодинамической, геохимической, геофизической функций литосферы и возможности управления этими процессами

Трансформация геодинамической экологической функции литосферы. На современном этапе основное значения приобрели техногенные изменения различных, главным образом экзогенных геологических процессов, способные оказать значимое влияние на формирование экологических условий. Нередко наиболее сильное воздействие на ход экзогенных геологических процессов оказывается в зонах интенсивного градостроительства. На этих участках ухудшение экологических условий, вызванное нарушением геодинамической функции, проявляется не в деградации экосистем, а в росте заболеваемости населения.

Весьма часто нарушение геодинамической функции неразрывно связано с нарушением ресурсной функции. Одним из распространенных проявлений такого вида нарушения экологических функций литосферы являются процессы, обусловленные рассмотренными в предшествующем разделе изменениями гидрогеологического режима, в том числе приводящие к подтоплению территорий (Трофимов и др., 2015).

Подобные явления в настоящее время достаточно характерны для современных российских городов. Например, в г. Новочеркасске летом зона подтопления охватывает до 51 % городской застройки, а весной - до 71 % (Экология Новочеркасска..., 2001). В пределах подтопленных частей города заболеваемость населения почти в два раза выше, чем в целом по городу: в экологически неблагоприятном районе доля заболевших составляет 55,7 %, а в целом по городу - 35,6 %

Техногенное воздействие на формирование гидрогеологических условий может интенсифицировать процессы карстообразования. Техногенный карст отличается от природного меньшей глубиной и площадью распространения, но большей скоростью развития и интенсивностью проявления карстовых форм. В последние годы это иногда приводило к возникновению ситуаций, создающих угрозу для жизни людей (Экзогенные .., 2002). Вместе с тем, техногенез окружающей среды способен оказывать на процесс карстообразования двоякое воздействие (Трофимов и др., 2015). Так, формирование асфальтового покрытия в городах может вызвать и затухание карстового процесса. Но в большинстве случаев урбанизация территории сопровождается его интенсификацией.

К нарушениям геодинамической экологической функции литосферы можно отнести и техногенную активизацию оползнеоборазования (Рязанова, 2006). Эти явления также наиболее заметно проявляются на территории городской застройки. Распространенными причинами являются подрезка склонов при строительстве, возникновение дополнительной нагрузки на неустойчивые массивы пород и их обводнение, усиление динамической нагрузки. В европейской части России оползни, в том числе и техногенные, известны в Москве, Нижнем Новгороде, Казани, Волгограде, Воронеже, Ростове-на-Дону, Уфе, Саратове, других городах и населенных пунктах. (Трофимов и др., 2015). Так, в Саратове активизация древних оползней вызывается обводнением и абразией их нижних (языковых) частей, выходящих на берега Саратовского водохранилища. Значительную роль играют утечки из водонесущих коммуникаций. Всего в береговой полосе Саратовского водохранилища в 2008 году было выявлено 140 оползней с объемом смещенных пород от 1 до 14 млн м3, из которых 82 оползня были активными. Образование крупных оползней в результате возведения гидротехнических объектов способно не только создать угрозу для жизни людей, но и привести к необратимой утрате значительных участков природной среды. По этой причине активизация оползневых и обвальных процессов на береговых склонах официально рассматривается в качестве одного из основных явлений, включенных в «спектр неблагоприятных воздействий гидротехнического строительства на окружающую среду» РД 153-34.2-02.409-2003 «Методические указания по оценке влияния гидротехнических сооружений на окружающую среду. Утверждено Департаментом научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» 24.01.2003 г.», пункт 7.5..

Особый вид нарушения геодинамической функции обусловлен деградацией массивов многолетнемерзлых пород в зонах вечной (многолетней) мерзлоты. Данные процессы обусловлены как глобальным потеплением климата, которое рассматривается большинством современных специалистов как последствие глобального техногенеза, так и отдельными формами человеческой деятельности (тепловыделением сооружений и др.). Деградация многолетнемерзлых пород сопровождается образованием термокарстов - пустот, возникающих в результате их протаивания (вытаивания подземного льда), а также многочисленных термокарстовых озер и заболоченных участков (Лапердин, Качура, 2009). Это оказывает воздействие на структуру арктических экосистем и условия существования людей в этих регионах. Так, в результате деградации многолетнемерзлых пород срок службы зданий в г. Воркута составляет только 10 - 30 лет (Ершов, 2008).

Трансформация геохимической экологической функции литосферы. В качестве главного вида данной экологической функции литосферы современные специалисты рассматривают включение в ее состав различных отходов производственной деятельности (Трофимов и др., 2015). По этой причине на обширных участках происходят значимые геохимические изменения верхних горизонтов литосферы (Сает и др., 1990), что неминуемо сказывается на состоянии окружающей среды. Этот процесс уже давно достиг глобальных масштабов и может рассматриваться как один из факторов превращения естественной биосферы в биотехносферу.

Санкционированное и несанкционированное захоронение бытовых и промышленных отходов изменяет химизм среды, формирующейся над ними в течение весьма длительного времени. Особую опасность представляет собой возведение на таких участках жилых массивов. Однако на практике подобные случаи достаточно распространены. Большинство городов в предшествующий исторический период окружало кольцо свалок. Возведение их новых районов нередко осуществляется именно на этих участках, где под строительными площадками захоронены массивы различных техногенных образований. Из них в подполья зданий и в подземные сооружения может происходить высачивание газообразных продуктов («свалочного газа»), опасных для здоровья людей. Свалочный газ также может накапливаться и в подземных коммуникациях, создавая условия для возникновения пожаров и взрывов. Например, входящий в его состав метан в экологически опасных и пожароопасных концентрациях обнаружен в зданиях 12 и 14-го микрорайонов Марьинского парка в Москве (Курбатова, Башкин, 2004).

Значимым видом техногенного нарушения геохимической экологической функции литосферы является инфильтрация загрязнителей из хранилищ отходов в подземные воды (Трофимов и др., 2015). Этот процесс также неотделим от нарушения ранее рассмотренной ресурсной функции. Обе эти функции (геохимическая и ресурсная) используются для описания и оценки последствий различных аспектов одного и того же явления. Основным источником техногенной трансформации состава подземных вод являются необорудованные хранилища отходов, организуемые в верхних горизонтах литосферы. Под ними нередко образуются значительные ореолы некондиционных подземных вод. Например, в подземных водах в зоне городской свалки в г. Уфа суммарное содержание диоксинов составляло 51 - 929 ПДК (Трофимов и др., 2006).

Трансформация геофизической экологической функции литосферы. Данная форма техногенного воздействия связана главным образом с мощными источниками энергии, как правило, сосредоточенными в крупных городах и промышленных зонах (Трофимов и др., 2015). Например, в Москве ежегодно в среднем производится 2,15 * 1017 Дж энергии, что соответствует реализации мощности в 6,82 * 103 МВт. Это примерно в полтора раза превышает мощность Братской ГЭС (4,1 * 103 МВт) и сопоставимо с мощностью Красноярской ГЭС (6,0 * 103 МВт). Часть этой энергии рассеивается в окружающей среде. В результате может происходить формирование техногенных электромагнитных полей, которые по мощности многократно (иногда на несколько порядков) превышают свои природные аналоги. Их параметры выходят за рамки допустимых санитарных норм, поэтому такие поля способны оказывать негативное воздействие на живые организмы (Сподобаев, Кубанов, 2000).

В качестве нарушения геофизической функции литосферы рассматривают также техногенные микросейсмические колебания (микросейсмы) и вибрацию, а также искусственное изменение радиационного фона (Трофимов и др., 2015).

Мониторинг литосферы, определяемый как «система наблюдения и контроля за уровнем содержания в литосфере радиоактивных, опасных химических и биологических веществ» ГОСТ Р 22.1.02-95 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения», пункт 3.2.3., устанавливает нарушения экологических функций литосферы, уже оказавших или оказывающих негативное воздействие на экологические условия или создающих угрозу для здоровья населения.

Однако более результативным в плане обеспечения экологической безопасности и безопасности жизнедеятельности людей было бы предупреждение возникновения негативных явлений, а не борьба с их последствиями. В большинстве случаев это было бы более выгодным и с экономической точки зрения. Ограничения, накладываемые нормативными актами В Российской Федерации их примером является комплекс СНиПов - Строительных норм и правил. на отдельные виды деятельности, способны лишь частично предотвратить развитие нарушений экологических функций литосферы (табл. 8). Эти меры почти всегда направлены на минимизацию нежелательных воздействий, обусловленных строительством и эксплуатацией отдельных объектов капитального строительства. Их результаты, как правило, носят локальный характер, ограничиваясь зоной ответственности руководства данных объектов. Гарантировать защиту территории в целом они не в состоянии, что в ряде случаев приводило к деградации экосистем на обширных участках. Так, правила, направленные на ограничение загрязнения среды при бурении нефтяных скважин, которое мы в данном случае рассматриваем как нарушение геохимической экологической функции литосферы, не обеспечивают в регионах нефтегазоносных месторождений защиты подземных вод от проникновения в них нефтепродуктов и еще более токсичных продуктов их разложения (например, фенолов) (Московченко, 1998).

Системный подход к выполнению данной задачи может быть в полной мере решен в форме создания управляемых региональных природно-технических систем. Задачу их регулятора должен выполнять орган власти, целью которого является обеспечение устойчивого развития данного региона Т.е. концепции «устойчивого развития», принятой ООН. . Для этого необходимо усилить координацию работы систем экологического менеджмента (СЭМ) отдельных производственных объектов, а в случае временного характера их существования - обеспечить контроль за преемственностью выполняемых задач (Суздалева, Гальцова, 2015). Так, при бурении разведочных нефтяных скважин работа их СЭМ не должна прекращаться одновременно с окончанием эксплуатации скважины, а мероприятия по рекультивации ее участка - носить формальный характер. В настоящее время хранилища отходов, остающиеся после бурения, на длительный срок нередко становятся практически бесхозными. Принципиально изменить ситуацию можно лишь усовершенствовав процедуру официальной сдачи-приемки этих потенциальных источников загрязнения среды между СЭМ предприятия нефтегазодобычи (разведки) и органом власти, в зону ответственности которого они переходят в последующий период. Очевидно, что для этого необходимо совершенствование действующего природоохранного законодательства, исключающего возникновение упоминавшихся в предшествующем разделе «исторических загрязнений».

Кроме того, программы устойчивого развития регионов должны включать также пункты, непосредственно связывающие характер планируемой хозяйственной и иной деятельности с возможностью различных нарушений экологических функций литосферы (например, возведение зданий на массивах многолетнемерзлых пород в условиях прогнозируемого потепления климата, особые меры при размещении объектов, продуцирующих микросейсмы и т.п.).

ГЛАВА 7. ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА БИОСФЕРЫ

7.1 Биотехногенез и его основные формы

В ходе технологического развития человеческой цивилизации под воздействием техногенных факторов подвергся изменениям и биологический компонент планетарной экосистемы - «живое вещество» биосферы, по терминологии В.И. Вернадского (2001). Совокупная масса всех организмов, населяющих нашу планету, относительно невелика - 2,4 - 3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной массы биосферы. Однако роль биологического компонента в силу его активности чрезвычайно важна. Как указывал В.И. Вернадский, живое вещество - это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а «преобразуют облик Земли».

Для обозначения техногенной трансформации биологического компонента биосферы можно предложить термин «биотехногенез». Необходимость введения этого нового понятия обусловлена тем, что характер данного процесса существенно отличен от техногенеза других компонентов биосферы. Живые организмы более чувствительны к различным воздействиям, а их реакция на них носит весьма сложный и многоплановый характер. В отличие от абиотических составляющих биосферы, они до определенного предела способны адаптироваться к оказываемым на них воздействиям, а также активно избегать их.

Процессы биотехногенеза происходят одновременно в нескольких различных направлениях. Последствия некоторых из этих явлений уже значимо проявляются в глобальных масштабах и могут рассматриваться как факторы техногенной трансформации биосферы, превращения ее в биотехносферу.

Основными формами биотехногенеза являются:

v Биотический техногенез Данный термин ранее уже использовался в одной из наших работ (Суздалева, Горюнова, 2014 а). - это изменения качественного и количественного состава биоты в результате воздействия техногенных факторов. Его наиболее негативным последствием является исчезновение отдельных видов и снижение биоразнообразия значительных участков окружающей среды. При этом структура и внешний облик экосистемы могут в целом сохраниться. Например, почти полное уничтожение уссурийского тигра в ХХ веке не вызвало исчезновения лесных экосистем, в которых обитал данный вид. Но биотический техногенез не ограничивается негативным воздействием на живые организмы. В ряде случаев техногенные воздействия создают благоприятные условия для отдельных форм жизни, численность которых может многократно увеличиться. Так, некоторые техногенные образования активно заселяются организмами, в т.ч. ранее не обитавшими или редкими в данном районе. Это один из распространенных путей формирования специфической биоты природно-технических систем. Для ее обозначения нами ранее был предложен термин «технобиота» (Суздалева и др., 2015). В качестве ее разновидностей можно выделить «урбобиоту» - биоту урбосистем, «агробиоту» - биоту агросистем и «культуробиоту» - биоту резортов (Суздалева, Безносов, 2012), т.е. природно-антропогенных объектов, использующихся в рекреационных целях. Формирование технобиоты мы также рассматриваем как одну из разновидностей биотического техногенеза.

v Системный биотехногенез, заключающийся в нарушении структурно-функциональной организации экосистем (смене доминирующих видов, разрушении трофических цепей). Эти действия могут носить как непреднамеренный, так и целенаправленный характер.

Распространенным случаем непреднамеренного системного биотехногенеза является эвтрофирование водных объектов. Внешне этот процесс проявляется в виде вспышек развития фитопланктона - «цветений воды» и «красных приливов». Причиной является попадание в воду, в результате человеческой деятельности, соединений так называемых «биогенных элементов» (главным образом, фосфора и азота), уровень содержания которых ограничивает развитие водных растений. Эвтрофирование вызывает несбалансированное увеличение продуктивности водных растений, что в большинстве случаев приводит к экологической деградации водной экосистемы. Образовавшаяся масса водорослей, отмирая, отравляет воду, вызывая массовую гибель рыб и других организмов. Кроме того, некоторые виды фитопланктона в процессе своей жизнедеятельности выделяют в воду продукты своей жизнедеятельности, токсичные для других форм жизни.

Целенаправленный системный биотехногенез происходит, например, при создании природно-технических систем, служащих для выращивания определенных видов организмов. Некоторые из них являются новыми для биоты данного района и целенаправленно акклиматизируются Эти действия необходимо четко отграничивать от непреднамеренных техногенных биологических инвазий, которые мы рассматриваем как другую форму биотехногенеза - «инвазионный биотехногенез».. Сюда можно отнести лесоразведение, рыборазведение, а также преобразование естественных экосистем в природно-технические системы рекреационного назначения (лесопарки и др.).

v Топический биотехногенез - трансформация состава биоты и исчезновение природных экосистем в результате принципиального изменения характера окружающей среды и естественных биотопов обитавших в ней ранее организмов. В качестве наиболее распространенных разновидностей данного процесса можно рассматривать урбанизационный и аграрный биотехногенез. Существуют и другие формы топического техногенеза. Например, при использовании озер в качестве водоемов-охладителей АЭС и ТЭС происходит принципиальная перестройка их гидрологической структуры, что влечет значимые изменения в составе водной биоты и характере пространственного распределения водных сообществ (Суздалева, 2000; Суздалева, Безносов, 2000).

v Этологический техногенез, т.е. изменение поведения и образа жизни организмов в техногенной среде. Примером может служить зимовка уток на водных объектах г. Москвы (Авилова и др., 1994). Эти перелетные птицы начали вести оседлый образ жизни, сформировав устойчивые зимние популяции. В целом процесс приспособления организмов к техногенно измененной среде, обычно сопровождающийся изменением их образа жизни, обозначается термином «синантропизация».

v Инвазионный биотехногенез. Биологическими инвазиями обозначают проникновение в новую среду обитания ранее не обитавших в ней организмов. Их развитие нередко вызывает изменение структуры биологических сообществ и даже полное исчезновение из их состава отдельных видов. Основой для биологических инвазий являются участки среды с благоприятными для жизни организмов условиями, но отделенные от них преградами, которые Л.А. Зенкевич (1940) называл «импедитными»
(от греч. - непроходимые). Биологические инвазии могут происходить и в силу естественных причин (Романова и др., 2016). Однако в ходе технологического развития нашей цивилизации частота подобных явлений многократно возросла. Для их обозначения нами был предложен специальный термин «техногенные биологические инвазии» (Суздалева и др., 2015). Основную роль в преодолении организмами-вселенцами импедитных преград сыграло развитие транспортных перевозок. Но не менее важное значение имеет и непреднамеренное создание человеком благоприятных условий для развития организмов в новых для них районах (например, выращивание сельскохозяйственных культур, служащих им кормовой базой).

v Генетический биотехногенез является результатом эволюционных процессов, в ходе которых появляются новые формы организмов, приспособленных к обитанию в техногенно трансформированной среде. Как и другие эволюционные процессы, данные явления протекают в течение длительного времени. Поэтому результаты генетического биотехногенеза в полной мере смогут проявиться только в отдаленном будущем. Но отдельные примеры, указывающие на саму возможность подобных явлений, существуют уже сейчас. Широко известен феномен появления в зоне промышленного загрязнения темноокрашенных бабочек, позволяющих им быть незаметными на закопченных стволах деревьев (Одум, 1968). В природной среде представители этого вида имеют светлую окраску. Темноокрашенные особи встречаются лишь изредка, но в условиях загрязненной среды шансы их выживания существенно возрастают.

Границы между различными формами биотехногенеза нередко установить трудно. Так, системный техногенез обычно неотделим от биотического. Вместе с тем, как уже указывалось выше, исчезновение отдельных видов (биотический техногенез) может не сопровождаться значимым изменением структурно-функциональной организации экосистемы, т.е. системным биотехногенезом. Этологический техногенез в большинстве случаев трудно отделим от топологического: изменение поведения животных, как правило, является приспособительной реакцией на существование в техногенной среде. То же можно сказать и о генетическом биотехногенезе - направлении отбора определенных геномов в данном случае определяется характером техногенной трансформации их биотопов.

Таким образом, последствия биотехногенеза весьма многообразны. Различна и значимость его отдельных форм в трансформации планетарной экосистемы. Принципиально отличен характер экологической опасности этих процессов и их воздействия на условия жизнедеятельности людей, а также характер возможных мер по их предотвращению. Ограниченный объем монографии не позволяет детально рассмотреть все эти проблемы. По этой причине в последующих разделах мы остановимся только на некоторых из них, в совокупности дающих возможность получить непредвзятое общее представление о проблеме биотехногенеза.

7.2 Биотехногенез и возможные пути сохранения биоразнообразия

Наиболее опасное проявление биотехногенеза заключается в создании угроз биоразнообразию, т.е. угроз исчезновения видов живых организмов в пределах отдельных участков окружающей среды или даже их полного вымирания. По мере развития человеческой цивилизации подобные негативные явления получают все более широкое распространение. На протяжении последних столетий технологическое развитие человеческой цивилизации сопровождалось все более ускоряющейся невосполнимой утратой биологического разнообразия. Так, если в период 1600 - 1700 годов в результате человеческой деятельности в среднем за десятилетие исчезал один вид, то с 1850 года по 1950 год усредненное время вымирания одного вида сократилось до одного года (Smith et al., 1993; Global …, 1995). Подобные явления происходили повсеместно и постепенно стали значимым фактором техногенной трансформации биосферы.

Невосполнимая утрата системой какого-либо элемента нарушает ее структурно-функциональную организацию. Увеличение частоты таких событий по достижению определенного предела влечет за собой деградацию и уничтожение системы. В полной мере это относится и к биосистемам. К настоящему времени уже существует достаточное количество примеров деградации экосистем по причине обеднения их видового состава (Горюнова, 2006).

Биоразнообразие - это не только экологический показатель, но и важный фактор экономического развития многих территорий, для которых особое значение имеют рыболовство, различные формы лесного и охотничьего хозяйства, рекреационный потенциал Для обозначения этих видов деятельности в настоящее время используются термин «экосистемные услуги» (Сохранение …., 2015).. Снижение его уровня нередко нарушает исторически сложившиеся условия жизнедеятельности населения (Примак, 2002).

В неуправляемой биотехносфере по мере неуклонного роста масштабов техногенного воздействия на окружающую среду негативные проявления биотического техногенеза получают все большее распространение и представляют собой все большую опасность как с экологической, так и экономической точки зрения.

Проблема сохранения биоразнообразия уже несколько десятилетий рассматривается как одна из важнейших задач как на международном, так и на национальном уровне. В 1992 году на конференции ООН в Рио-де-Жанейро была принята «Конвенция о биологическом разнообразии», требующая от подписавших ее стран активных действий по решению проблем в этой области. В Российской Федерации разработана и действует Национальная стратегия сохранения биоразнообразия (Национальная…., 2001).

Эти меры уже дали практические результаты. Благодаря им удалось предотвратить исчезновение нескольких тысяч видов живых организмов. Но рост техногенного воздействия также усиливается. В результате непрекращающегося увеличения численности народонаселения планеты сокращается площадь сохранившихся участков природной среды. Это требует поиска новых путей сохранения биоразнообразия. Однако прежде чем перейти к рассмотрению этих возможностей, необходимо уточнить некоторые терминологические и методологические вопросы.

Несмотря на широкое использование термина «биоразнообразие» (BioDiversity), использование его общепринятого в настоящее время определения при решении практических проблем нередко вызывает определенные трудности. Считается, что впервые словосочетание «биологическое разнообразие» использовал Г. Бэйтс в 1892 году в работе «Натуралист на Амазонке», описывая случай, когда он во время часовой экскурсии в южноамериканской сельве встретил около 700 видов бабочек. Но широко употребительным данное понятие стало лишь начиная с середины ХХ века, причем вкладываемый в него разными авторами смысл имел существенные отличия.

Обобщенного понимания термина «биоразнообразие» во многом удалось достичь благодаря классификации его форм, предложенной американским экологом Робертом Уиттекером (Whittaker, 1970; 1972).

В соответствии с ней различают:

ь альфа-разнообразие - разнообразие видов определенного биологического сообщества, местообитания;

ь бета-разнообразие - разнообразие различных видов биологических сообществ;

ь гамма-разнообразие - биологическое разнообразие на территориальном уровне, соизмеримом с ландшафтом или ландшафтной зоной. Показатели гамма-разнообразия одновременно отражают уровень альфа- и бета-разнообразия.

Официально определение термина «биоразнообразие» было закреплено в тексте международного соглашения «Конвенция о биологическом разнообразии». В статье 2 этого документа приводится следующее определение: «Биологическое разнообразие означает вариабельность живых организмов из всех источников, включая, среди прочего, наземные, морские и иные водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются, это понятие включает в себя разнообразие в рамках вида, между видами и разнообразие экосистем».

Подобное понимание биоразнообразия отражает полноту аспектов данной проблемы. Вместе с тем его применение на практике сопряжено как минимум с двумя трудноразрешимыми проблемами. Во-первых, видовое и внутривидовое разнообразие многих групп организмов сложно оценить по причине его недостаточной изученности. Во-вторых, исследование разнообразия многих групп возможно только при привлечении узких специалистов. Причем большинство из них способно тщательно исследовать лишь относительно небольшой участок среды. В результате материалы по биоразнообразию, как правило, носят мозаичный характер. Глубина исследования и полнота материалов по отдельным таксономическим группам существенно различны. Так, при оценке гамма-разнообразия в большинстве случаев используют данные по крупным млекопитающим и птицам, виды и подвиды которых хорошо изучены, а учет их численности относительно легко осуществлять на уровне ландшафтов.

Вместе с тем малозаметные организмы, исследование которых требует сложной техники (например, почвенная мезофауна), нередко играют в экосистеме значительно большую роль, чем копытные млекопитающие или хищные птицы. Но меры по сохранению биоразнообразия разрабатываются только в отношении последних. Поэтому основной результат этой деятельности заключается в предотвращении вымирания ряда крупноразмерных форм животных и растений (табл. 9). Подобный подход опирается на традиционную ограничительную природоохранную парадигму. Например, ограничение сроков охоты или запрещение ее в отношении какого-то вида антилоп, как правило, относительно быстро приводит к восстановлению их численности. Значительно сложнее восстановить биоразнообразие почвенных членистоногих на эродированных землях. В этом случае необходимо активное воссоздание утрачиваемых элементов экосистемы и меры, обеспечивающие их благополучное состояние в длительной перспективе.

Таблица 9 Основные формы и значимые проявления биотехногенеза, возможные способы их контролирования и предотвращения

Необходимость разработки мер, основанных на креативной парадигме охраны окружающей среды, подкрепляется также анализом факторов, создающих угрозу биоразнообразию, т.е. факторов биотического техногенеза. Эти техногенные воздействия, хотя и обладают спецификой, обусловленной местными особенностями, проявляются на всех участках планеты (Примак, 2002). На территории Российской Федерации в качестве этих факторов рассматриваются (Сохранение…, 2015):

1. Разрушение местообитаний животных и растений. Особенно значимые последствия воздействия данного фактора проявляются при освоении новых регионов.

2. Химическое загрязнение окружающей среды.

3. Фрагментация ландшафтов и «островизация» природных экосистем.

4. Трансформация традиционного агроландшафта.

5. Угроза трансформации аборигенного биоразнообразия за счет инвазий чужеродных видов.

6. Угрозы биоразнообразию, связанные с высоким уровнем браконьерства и переэксплуатацией биологических ресурсов.

7. Угрозы лесному биоразнообразию в связи с лесными пожарами и другими антропогенными воздействиями, повреждениями вредными организмами и болезнями леса.

Программы по сохранению биоразнообразия строятся в форме комплекса отдельных мероприятий, каждое из которых направлено на смягчение воздействия конкретной угрозы. На практике эти меры в большинстве случаев носят временный и разобщенный характер, поскольку лишены единой организационной основы. По этой причине их результат нередко дает лишь кратковременный эффект, часто ограниченный сроками приемки в эксплуатацию производственных объектов или их комплексов.

После документальной фиксации факта, что все природоохранные требования на данный момент соблюдены в полном объеме, внимание к ним ослабевает. Далее следует период отчетов, составляемых не на основе реальных материалов, а в соответствии с установленным регламентом их составления. Повторное серьезное внимание ситуация привлекает нередко только тогда, когда в составе биоты уже произошли значимые изменения.

Однако следует обратить внимание, что по своей сути все эти «угрозы биоразнообразию» есть не что иное, как различные аспекты формирования природно-технических систем. Так, разрушение местообитаний организмов при освоении новых регионов - это результат неуправляемой трансформации сохранившихся экосистем в природно-технические системы. «Островитизация» (опасность, которой заключается в изоляции небольших групп организмов, неспособных поддерживать стабильную численность в отсутствии возможности осуществлять миграционные процессы и обмениваться генетическим материалом с другими группами) возникает при прокладке различных коммуникаций и в результате градостроительной деятельности, также приводящей к формированию природно-технических систем.

Таким образом, сохранение биоразнообразия - это во многом проблема не упреждения различных форм биотехногенеза (что нереально), а проблема разработки эффективного управления ими. Такую возможность дает создание управляемых природно-технических систем. Очевидно, что их функционирование не может предотвратить все «угрозы биоразнообразию», но придает этой деятельности стабильный и системный характер. Следует отметить, что некоторые из уже существующих в той или иной мере управляемых природно-технических систем отличаются высоким уровнем биоразнообразия. Например, исследованные нами водоемы-охладители АЭС по разнообразию водной биоты не уступали природным водным объектам того же региона (Суздалева, Горюнова, 2014 а). Кроме того, экологические регуляторы управляемых природно-технических систем, обеспечивающие стабильность благоприятной экологической ситуации, одновременно способствуют сохранению биоразнообразия групп организмов, выпадающих по причине своей малозаметности и недостаточной изученности из поля зрения специалистов, занятых решением данных проблем традиционными методами.

7.3 Урбанизационный биотехногенез

По определению Г.М. Лаппо (1997), городская среда - это совокупность условий для жизнедеятельности населения. То есть основное отличие «урбанизированных территорий» от «неурбанизированных» заключается в том, что первые из них являются продуктом целенаправленной трансформации природной среды с целью приспособления ее для проживания людей. В результате возникает так называемая урбосистема - участок трансформированной природной среды, в пределах которого люди по возможности изолированы от неблагоприятных природных воздействий и иных нежелательных явлений. Вместе с тем человек всегда испытывал потребность контакта с природой. Первоначально эта потребность реализовалась в форме сохранения участков естественной среды вблизи городских поселений (священных рощ, заповедных лесов и др.). По мере роста городов подобные объекты стали включаться в состав застройки (парки и др.). Экологические условия урбосистем в той или иной мере всегда были управляемы путем создания специальной инфраструктуры (водоснабжения, канализации и др.), поскольку в противном случае проживание в них стало бы невозможным. Необходимые ресурсы для жизни городов поступали из окружающей их среды, в нее же сбрасывались и продукты жизнедеятельности. Таким образом, урбанизированные территории изначально представляют собой управляемые природно-технические системы (ПТС), состоящие из комплекса взаимосвязанных природных, природно-техногенных и техногенных объектов (Суздалева, 2014).