Создание управляемых природно-технических систем

Таким образом, понятие «урбанизированные почвы» в настоящее время еще окончательно не сформировалось и включает в себя весьма широкий спектр разнородных образований, некоторые виды которых имеют очень мало общего с природными почвами и рассматриваются не как почвы, а как «почвоподобные тела». При этом граница между различными категориями образований, покрывающими урбанизированные территории, нередко носит весьма условный характер. Например, к какой категории следует отнести природную почву, структура слоев которой в ходе человеческой деятельности была полностью разрушена (перекопана), но большая масса, составлявшая эти слои, в основном сохранилась?

В понимании многих современных специалистов городская (урбанизированная) почва - это любая почва или почвоподобное тело, функционирующее в окружающей среде города. (Строганова, Агаркова, 1992).

Экологические функции, которые выполняет почвенный покров на урбанизированных территориях, весьма многогранны и во многом отличаются от роли природных почв в естественных экосистемах (Фролов, 1998; Ковалева и др., 2012). Основными из них считаются:

? способность почв обеспечивать условия для существования городской растительности;

? осуществлять физико-химическое и биологическое поглощение загрязняющих веществ и предотвращать их распространение в воздушной и водной средах;

? являться важным фактором формирования местообитания различных форм биоты урбанизированных территорий и, таким образом, обеспечивать определенный уровень их биоразнообразия.

Однако этот перечень не следует рассматривать как исчерпывающий. Почвенный покров урбанизированных территорий в зависимости от местных условий сможет играть и существенную роль в других процессах. Например, от его состояния во многом зависит альбедо того или иного участка, а, следовательно, и условия формирующегося на нем микроклимата.

Учитывая изложенное, в настоящей монографии понятие «урбанизированная почва» включает все виды грунтов, как природного, так и техногенного происхождения, находящиеся на урбанизированных территориях и способные оказать значимое влияние на формирование экологических условий.

Наиболее полно различные виды урбанизированных почв описаны в работе М.Н. Строгановой с соавторами (1997б). Выделяются следующие основные группы:

v Естественные ненарушенные почвы, сохранившие нормальное залегание горизонтов естественных почв (приурочены к городским лесам и лесопарковым территориям, расположенным в черте города).

v Естественно-антропогенные поверхностно-преобразованные почвы, подвергшиеся изменению почвенного профиля до глубины менее 50 см. На их поверхности формируется так называемый «урбик», т.е. насыпной, перемешанный горизонт с примесью антропогенных включений (строительно-бытового мусора, промышленных отходов).

v Антропогенные глубокопреобразованные почвы или урбаноземы, в которых горизонт «урбик» имеет мощность более 50 см. В качестве отдельных видов выделяются экраноземы, индустриземы и интруземы. Экраноземы или экранированные почвы формируются под асфальтобетонными покрытиями или сооружениями. Их также обозначают термином «запечатанные почвы». Индустриземы - это почвы, сильно загрязненные тяжелыми металлами и другими токсичными веществами, которые предельно сокращает биоразнообразие почвенной биоты. Интруземы - почвы, пропитанные органическими маслобензиновыми жидкостями. Особую разновидность почв этой категории представляют собой культуроземы - городские почвы фруктовых и ботанических садов, старых огородов. Они характеризуются большой мощностью искусственно созданного плодородного слоя, как правило, также мощностью более 50 см.

v Почвоподобные техногенные поверхностные образования (урботехноземы). Они представляют собой созданные искусственно почво-грунты. Урботехноземы в свою очередь подразделяются на реплантоземы и конструктоземы. Первые возникают в результате искусственной отсыпки маломощного гумусового слоя (торфокомпостной смеси и т.п.) на поверхность с ранее практически полностью уничтоженным почвенным покровом К реплантоземам следует также отнести образования, формирующиеся в результате отсыпки плодородного слоя на урбаноземы (интруземы и индустриземы), практически утратившие свои природные свойства. Подобный тип почвенного покрова более распространен на урбанизированных территориях, чем «классические» реплантоземы, образующиеся после уничтожения всего почвенного профиля.. Создание конструктоземов - это конструирование почв по полному профилю, т.е. с различными слоями, выполняющими функции, свойственные слоям естественных почв, но могущими иметь иной состав. Конструктозем представляет собой не рекультивированную почву, а ее искусственный аналог.

Анализируя возможные способы предотвращения деградации почвенного покрова в процессе урбанизации, необходимо обратить внимание на следующие обстоятельства:

Ш Урбанизацию поверхности Земли на современном этапе развития человечества остановить невозможно. Следовательно, невозможно и остановить расширяющийся процесс урбанизации почвенного покрова. Можно только смягчить и отчасти компенсировать его негативные последствия.

Ш Почвенный, точнее почвенно-растительный покров урбанизированных территорий - это не только важнейший фактор формирования экологических условий на участках компактного проживания и жизнедеятельности значительной части населения планеты, это и важнейший социально-психологический фактор (Суздалева, 2014; 2016). Жизнь на замусоренной, вытоптанной и неухоженной земле способствует росту комплекса психологических фрустраций и депривацийВ силу специфики этих явлений для их обозначения целесообразно использовать специальные термины «экологическая фрустрация» и «экологическая депривация» (Суздалева, 2015б)., выливающихся в рост общественного недовольства. Этот же фактор способен стать причиной роста не только психических расстройств, но и других заболеваний (Филин, 1997).

Следовательно, меры направленные на предотвращение деградации почвенного покрова урбанизированных территорий или его улучшение, должны одновременно решать следующие задачи:

? восстановление и оптимизацию рассмотренных ранее его экологических функций, способствующих улучшению условий окружающей среды;

? улучшение видеоэкологического потенциала урбанизированных территорий и их социальной привлекательности Видеоэкологический потенциал - зрительно-психологическое воздействие, которое состояние территории оказывает на человека; социальная привлекательность района - степень его позитивного имиджа как селитебной территории (Суздалева, 2016)..

На современном этапе эта деятельность, как правило, осуществляется в процессе благоустройства территорий, попавших в зоны городской и промышленной застройки. В методологическом плане здесь также доминирует ограничительная природоохранная парадигма. Предусматриваемые в соответствии с ней меры заключаются главным образом в рекультивации почвенного покрова. Основная цель этой деятельности - по возможности минимизировать (т.е. ограничить) неизбежное техногенное воздействие. Конечная цель этих мер - восстановить изначальное состояние почвенного покрова. Так, в ГОСТ Р 54003-2010 ГОСТ Р 54003-2010 Экологический менеджмент. Оценка прошлого накопленного в местах дислокации организаций экологического ущерба. Общие положения (п. 3.32) дается следующе определение: «рекультивация земель - работы по восстановлению плодородия земель, утраченного в результате вынужденного нарушения в процессах техногенной деятельности или в силу биоестественных причин». В примечании к нему подчеркивается, что «главная цель рекультивации заключается в рациональном возобновлении хозяйственной ценности почв, … формирующихся на протяжении сотен лет».

При урбанизации территории рекультивация заключается главным образом в попытках восстановления верхнего плодородного слоя почвы, утраченного в ходе градостроительной деятельности (табл. 5.2). Обычно итогом такой деятельности является создание реплантоземов и их последующее озеленение. В последующий период предпринимаются ограничительные меры, направленные на предотвращение действий, способных интенсифицировать эрозию почвенного покрова, его замусоривание или отравление различными загрязнителями. Следует отметить, что с внешней административно-нормативной точки зрения эти работы носят системный характер. Практически всегда существуют программы и планы рекультивации земель, реализуемые согласно действующим нормативам. Но вместе с этим нередко отсутствует видение самого объекта предпринимаемых усилий как сложной системы. Почвенный покров воспринимается просто как субстрат, на который необходимо отсыпать слой плодородной земли или торфокомпостной смеси. Если почвенный профиль в процессе хозяйственного освоения территории не подвергся значимым физико-химическим изменениям, то подобные меры дают позитивный результат. Но это происходит далеко не всегда. Так, интенсивная урбанизация часто происходит в результате расширения границ уже ранее существовавших городских застроек и промышленных зон. Как правило, эти территории окружены свалками, сформировавшимися в течение продолжительного времени. Их рекультивация обычными способами не улучшает экологического состояния окружающей среды и может создавать предпосылки возникновения угрозы для здоровья населения. В захораниваемых свалках содержится большое количество загрязнителей. Продукты их разложения могут накапливаться в подвальных помещениях и оттуда проникать внутрь возводимых на этих участках жилых и производственных зданий. Так, автору монографии приходилось наблюдать как при разравнивании строительных площадок захоранивались целые пласты бытовых отходов, способные стать источником метана, фенолов, паров ртути и других вредных веществ.

Для предотвращения подобных действий необходима разработка новой нормативной базы, регламентирующей меры по сохранению и воссозданию почвенного покрова урбанизированных территорий, основанной на креативно-ограничительной концепции. В данном контексте это подразумевает:

Ш Выбор методов на основе специфики состояния почвенного покрова, подвергшегося техногенезу в процессе урбанизации. Если негативное воздействие человеческой деятельности ограничивалось разрушением поверхностного слоя, то для восстановления почвенного покрова достаточно эффективны традиционные способы его рекультивации. В тех же случаях, когда в результате накопления загрязнителей и длительного захоронения отходов глубокие слои почвы превратились в экологически опасные природно-техногенные образования, необходима их полная ликвидация и формирование на их месте искусственного почвенного профиля (конструктозема). Подобный креативный подход неминуемо связан с увеличением затрат и, не подкрепленный нормативными требованиями, он не будет реализован. Современному производителю строительных работ, несомненно, значительно выгоднее заспать торфокомпостной смесью пропитанный нефтепродуктами интрузем (нефтезем), чем снимать его и вывозить на утилизацию. А потом потребуется еще и работа по созданию конструктозема. Однако в длительной перспективе эти действия оправданы. После возведения строений и прокладки транспортных коммуникаций извлечение из-под них нефтеземов, источающих фенолы, станет трудно разрешимой задачей. Вместе с тем условия, в которых происходит хроническое отравление людей фенолами (или иными токсичными почвенными высачиваниями), создадут затруднения при использовании возведенных сооружений. Следует отметить, что создание конструктоземов - это не обязательно отсыпка почвенных слоев из естественных материалов (например, взятых при рытье котлованов). Для этого могут быть разработаны и искусственные экологически чистые материалы, способные выполнять аналогичные функции в условиях урбанизации территории более эффективно (например, не подвергаться анаэробному разложению при запечатывании почв).

Ш Системное использование сохранившихся при урбанизации территории участков природного почвенного покрова. Разрушение почв в ходе жилой и промышленной застройки практически всегда носит мозаичный характер. При планировании градостроительной деятельности значительные участки предназначаются для создания объектов озеленения. В ходе благоустройства их почвенный покров планируется превратить в реплантоземы, а в ходе дальнейшего их существования в - культуроземы. Однако одновременно с ними на урбанизированных территориях обычно остаются участки с естественным или только «поверхностно преобразованным» почвенным покровом, для сохранения которого каких-либо системных действий не предусматривается. Это различные неудобья, остающиеся между площадками возводимых сооружений - заросшие овраги, поймы небольших рек и т.п. В совокупности эти объекты могут составлять значительную часть урбосистемы, которая в данном случае рассматривается как разновидность потенциально управляемой ПТС, создаваемой для компактного проживания больших людских масс (Суздалева, 2014). Природно-технической данная система является по той причине, что качество составляющих ее элементов (например, воздух), делающих возможным существование людей, формируется в ходе естественных процессов. Значимую роль в создании экологических условий играет и почвенный покров урбосистем. Его открытым участкам в той или иной мере свойственны все основные экологические функции, присущие природным почвам. Кроме того, формирующиеся на почвах этих участков растительные сообщества являются местообитанием значительной части городской биоты.

Нередко неблагоустроенные участки урбанизированных территорий, почвы которых не подверглись глубокой техногенной трансформации, приобретают социальную значимость. Это происходит, когда население урбанизированных территорий их использует как неорганизованные места массового отдыха - «стихийные резорты» (Суздалева и др., 2012). С одной стороны, это усиливает антропогенную нагрузку и способствует деградации почвенного покрова таких участков (замусоривание и т.п.). С другой стороны, - создает материальную основу для мер по их сохранению при преобразовании в организованные места массового отдыха. Следует обратить внимание на одну интересную особенность. В данном случае процесс формирования управляемых ПТС Одним из видов их являются организованные резорты, экологическое состояние которых управляется с целью создания благоприятных условий для отдыха людей. на начальном этапе может происходить по инициативе населения. Люди сами находят и начинают использовать для отдыха свободные участки урбосистем. Осваивая их, они начинают ощущать потребность в инфраструктуре, улучшающей условия отдыха. Это, в свою очередь, служит экономическим стимулом для превращения подобных неуправляемых ПТС в управляемые. Важнейшим условием успеха такой деятельности является сохранение на этих участках природного почвенного покрова и свойственных ему экологических функций (формирование растительности, микроклимата и др.). Следует подчеркнуть, что речь идет лишь о неблагоустроенных территориях, условия которых не представляют угрозы для здоровья людей. Стихийные резорты нередко образуются и на других участках. Так, автору монографии в ходе проведения инженерно-экологических изысканий приходилось сталкиваться с организацией стихийных резортов (даже частично оборудованных для проведения пикников) на берегах открытых участках ливневой канализации, окруженных несанкционированными свалками. Очевидно, что подобные стихийные резорты необходимо ликвидировать.

Несмотря на различие методов и целей деятельности оба рассмотренных выше направления улучшения и сохранения благополучного состояния почвенного покрова урбанизированных территорий (создание конструктоземов и городских резортов) вписываются в креативно-ограничительную парадигму, основывающуюся на активном управлении процессом техногенеза окружающей среды.

Глава V. Техногенез литосферы

5.1 Литосфера и ее экологические функции

В основополагающих работах В.И. Вернадского (2012) литосфера или земная кора рассматривается как одно из основных тел, слагающих биосферу, и функционально взаимосвязанную с ее другими макрокомпонентами (гидросферой, атмосферой, педосферой) в единую систему. Вместе с тем, существует одна особенность, отличающая литосферу от других частей биосферы. Хотя значительная часть составляющих литосферу горных пород образовалась в результате жизнедеятельности живых организмов или под ее прямым и косвенным влиянием, сама она почти не заселена ими. Они встречаются лишь в подземных водах в ее самых верхних горизонтах. Причем в подавляющем большинстве - это микроскопические формы, попадающие сюда из других частей биосферы, например, из почв. Какой-либо специфической биоты, средой обитания которой является именно литосфера, на данный момент не обнаружено.

По этой причине в экологических исследованиях литосфера рассматривается как практически неподвижная поверхность, некий инертный субстрат, свойства которого можно игнорировать в той же степени, как, например, свойства материала колбы при производстве химического опыта.

В реальности воздействие литосферы на формирование условия существования человека и других живых организмов весьма значимо и многообразно. Для обозначения отдельных видов этих воздействий предложен термин «экологические функции литосферы» (Трофимов, 2000; Трофимов, Зилинг, 2002). Основными из них являются:

? ресурсная экологическая функция литосферы, под которой подразумевается ее роль как источника необходимых жизни организмов и обеспечения благоприятных условий для жизнедеятельности человека естественных минеральных и органических веществ, а также как поверхности для формирования их среды обитания;

? геодинамическая экологическая функция литосферы проявляется во влиянии на организмы и условия существования людей динамики различных геологических процессов;

? геохимическая экологическая функция литосферы - это роль литосферы в формировании химизма окружающей среды, имеющего важнейшее значение как фактор среды обитания водных и наземных организмов. Так, структурно-функциональная организация экосистем и характер пространственного распределения их отдельных видов во многом определяется особенностями геохимической провинции, в пределах которой они развиваются;

? геофизическая экологическая функция литосферы включает воздействие на организмы различных физических факторов, сила проявления которых определяется или зависит от строения земной коры (к подобным явлениям, например, относят электромагнитные аномалии, над залежами некоторых горных пород).

Данная классификация во многом носит условный характер, и разграничение проявлений отдельных функций литосферы нередко затруднительно. Так, ресурсная функция во многих случаях неразрывно связана с геохимической, геодинамическая нередко неотделима от геофизической.

Характер воздействия и последствия проявления всех экологических функций литосферы претерпевают существенные изменения в процессе глобального техногенеза. В особенности это касается трансформации ресурсной функции, которая, как правило, сопровождается изменением характера проявлений и других функций (Трофимов, Зилинг, 2002). Использование сырьевых запасов литосферы и сопутствующее этой деятельности образование крупномасштабных вещественных и энергетических потоков является одним из наиболее значимых факторов наблюдающейся трансформации планетарной экологической системы, превращая ее из биосферы в биотехносферу (Тютюнова, 1987). Неслучайно, что теоретические основы учения о техногенезе окружающей среды были впервые сформулированы академиком А.Е. Ферсманом именно при изучении техногенных изменений литосферы. В своем фундаментальном труде «Геохимия» (Ферсман, 1934) он дал следующее определение данному процессу: «Техногенез - совокупность геохимических и минералогических процессов, вызываемых технической (инженерной, горно-технической, химической, сельскохозяйственной) деятельностью человека» (с. 286).

Для анализа тенденций техногенеза литосферы необходимо вкратце остановиться на природе протекающих геологических процессов, формирующих структуру земной коры. Они подразделяются на две основные категории. Эндогенные геологические процессы, обусловлены факторами, формирующимися в самой литосфере, ее внутренней энергией. К ним относятся тектонические процессы, вулканизм, сейсмические явления. Эти процессы являются одним из факторов, оказывающим значимое влияние на функционирование планетарной экосистемы. При этом их воздействие носит многообразный и разнонаправленный характер. Крупные вулканические извержения, сопровождающиеся выбросом огромного количества аэрозолей, способны вызвать аномальное изменение гидрометеорологических условий в глобальных масштабах. В геологическом прошлом они возможно становились причиной экологических кризисов, изменявших состав биоты и структуру большинства существовавших экосистем (Безносов, 1998а; 2000а). Трудно переоценить значимость влияние на биосферу тектонических процессов, вызывающих изменением конфигурации материков. Так, соединение Северной и Южной Америки создало условия для миграции на юг плацентарных млекопитающих. В результате этого за относительно короткий период подавляющее большинство видов сумчатых млекопитающих, населявших Южную Америку, вымерло.

Важнейшую роль эндогенные геологические процессы играют в биогеохимических круговоротах, обеспечивая системное единство абиотических и биотических компонентов биосферы. В особенности это касается так называемых осадочных циклов, в которых основные фонды элементов существуют в форме осадочных пород. Накапливающиеся в них элементы становятся недоступными для нуждающихся в них организмов на десятки миллионов лет. Их естественный возврат в экосистемы происходит в результате именно эндогенных геологических процессов. Примером может служить биогеохимический цикл фосфора. Его содержание в среде в доступной для растений форме (в виде фосфатов) - это, нередко, основной фактор, определяющий их развитие, а, следовательно, и развитие последующих трофических уровней экосистемы. Постоянно какая-то часть фосфорсодержащих соединений уносится потоками воды в Мировой океан. Определенная часть этого фосфора уходит в виде малорастворимых веществ в морские донные отложения, которые постепенно преобразуются в осадочные породы. В естественной биосфере существовало два основных пути, делающих этот «законсервированный» фосфор вновь доступным для живых организмов. Первый путь осуществлялся вследствие тектонических процессов, сопровождающихся подъемом участков морского дна, покрытого осадочными породами и их последующей эрозией. Второй путь, включал попадание осадочных пород в расплавленную магму, подстилающую земную кору (астеносферу), и «переплавку» в ней фосфорсодержащих осадочных пород. Это происходило в зонах надвига (субдукции), в которых океаническая кора с образовавшимися на ее поверхности осадочными породами «уходила» под материковые плиты. Часть продуктов «переплавки» осадочных пород выбрасывалась на поверхность во время вулканических извержений и вновь становилась доступной для растений. По образному выражению известного американского эколога Ю. Одума (1968), если бы извержение вулканов прекратились, то количество людей, умерших от голода, было бы значительно большим, чем число погибших во время подобных катаклизмов.

Экзогенные геологические процессы происходят в результате воздействия на геологическую среду внешних факторов (внешней энергии). Их примером могут служить оползни, формирующиеся при обводнении горных пород на склонах и их обвалы, возникающие в результате частичного разрушения массивов горных пород в процессах их эрозии. Изменение рельефа, вызванные экзогенными геологическими процессами, способны произвести масштабные изменения окружающей среды. Например, на месте долин могут образоваться обширные озера, возникшие при подпруживании водотоков обвалами или оползнями, а также произойти подтопление больших участков, сопровождающихся возникновением заболоченных территорий.

В настоящее время человечество все более интенсивно осваивает ресурсы литосферы, нарушая ее структуру и происходящие в ней процессы. Расширяется как площадь ее техногенно трансформированных участков, так и глубина проникновения в толщу земной коры, которая уже превышает 10-12м км (Тютюнова, 1987; Добровольский и др., 2010). Эта деятельность не только сопровождается ухудшением состояния окружающей среды, но и нарушает функциональные связи между отдельными компонентами биосферы.

Системный анализ техногенеза литосферы можно осуществить, рассматривая в качестве его отельных форм различные нарушения человеком ее естественных экологических функций, классификация которых представлена в предшествующем разделе.

5.2 Нарушения ресурсной экологической функции литосферы и меры по их минимизации на основе создания управляемых ПТС

Трансформация ресурсной экологической функции литосферы в процессе глобального техногенеза одновременно происходит по трем основным направлениям. Первое из них - это техногенное перераспределение доступных ресурсов содержащихся в земной коре веществ, необходимых для развития организмов и обеспечения благоприятных условий жизнедеятельности человека. Данные процессы техногенеза можно обозначить как «перераспределение вещественных ресурсов литосферы». Второе направление заключается в возникновении «дефицита ресурсов геологического пространства» (Трофимов, 2014). Под этим подразумевается техногенная трансформация литосферы, сопровождающаяся утратой или принципиальным изменением характера пространства, пригодного для обитания организмов, проживания людей и осуществления ими традиционных форм хозяйственной и иной деятельности. В качестве третьего направления техногенной трансформации ресурсной функции литосферы можно рассматривать «искусственное образование сырьевых запасов», так называемых «техногенных месторождений вторичных ресурсов». Это накопленные в процессе предшествующей хозяйственной деятельности скопления веществ (горнопромышленные отвалы и др.), которые могут быть использованы в качестве ресурсной базы современного производства. Одновременно подобные техногенные месторождения, как правило, являются мощными источниками химического, а в ряде случаев и радиационного загрязнения. Их существование представляет опасность для близлежащих экосистем и здоровья населения.

Нередко перечисленные разновидности нарушения ресурсной функции литосферы могут одновременно рассматриваться и как нарушение ее геохимической функции, а в ряде случаев - геофизической или геодинамической функций.

Рассмотрим перечисленные процессы и явления более подробно, оценив возможности различных способов по снижению их негативного воздействия на состояние окружающей среды.

Проблема техногенного перераспределения вещественных ресурсов литосферы сейчас наиболее остро проявляется в форме истощения запасов подземных вод или, напротив, в изменении гидрогеологических условий, заключающихся в избыточном обводнении верхних слоев литосферы (Тютюнова, 1987; Трофимов и др., 2015). Связь между этими явления и техногенезом может быть как прямой, так и косвенной. Прямое воздействие, ведущее к утрате ресурсов подземных вод, заключается в истощении их источников при интенсивной эксплуатации. Другая форма прямого воздействия нередко наблюдается при строительстве водохранилищ, изменяющих гидрогеологическую структуру окружающей их территории. Обводнение верхних слоев литосферы может произойти в результате утечек из коммунально-бытовых сетей. Например, только потери из систем водоснабжения в России составляют 35-45% (Зекцер, 2001).

Косвенное воздействие на гидрогеологические условия заключается в их трансформации вследствие наблюдающихся глобальных климатических изменений, которые, по мнению большинства специалистов, обусловлены человеческой деятельностью, и, следовательно, могут рассматриваться как проявления глобального техногенеза. Так, результатом развития парникового эффекта в некоторых районах Северного Китая стало снижение глубины залегания водоносных горизонтов на несколько десятков метров. Подобные явления могут стать одной из причин опустынивания территории и деградации экосистем, а также делают невозможным осуществление традиционных форм хозяйственной деятельности. Аналогичные по своим масштабам негативные экологические и социально-экологические явления происходят и при аномальном увеличении количества осадков, приводящих к повышению уровня подземных вод, подтоплению и заболачиванию территорий.

Ужесточение норм и правил эксплуатации ресурсов подземных вод в современных условиях может обеспечить лишь некоторое замедление развития части кризисных явлений. Устойчивый результат возможен лишь при создании управляемых ПТС, способных контролировать процессы расхода и пополнения запасов поземных вод. В качестве их регуляторов могут быть использованы экологически оптимизированные гидротехнические сооружения и гидромелиоративные системы. Создаваемые на их базе водохранилища можно спроектировать как с учетом их использования для пополнения ресурсов подземных вод, так и для предотвращения избыточного обводнения верхних горизонтов литосферы (Савкин, 2000). Эта задача может также выполнятся ирригационными и осушительными гидромелиоративными системами.

Другим примером техногенного «перераспределения вещественных ресурсов литосферы» является нарушение биогеохимических циклов. Так, рассмотренный выше 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. 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 более рациональных агротехнических способов внесения удобрений. Их целью является минимизация количества фосфора, обеспечивающего требуемый уровень урожайности сельскохозяйственных культур. Использование данного подхода может замелить 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 накапливать его для последующего повторного внесения в почву. Подобные пилотные проекты, давшие обнадежившие результаты, осуществлялись в СССР в конце 80-х годов ХХ века. В качестве экологического регулятором этого процесса, для обозначения которого был предложен термин «гетеротопный рециклинг биогенных элементов» (Безносов и др., 1999), использовались 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. Многими специалистами данный процесс рассматривается как грядущий экологический кризис планетарного масштаба. Способы решения данной проблемы, как правило, вырабатываются в соответствии с ограничительной парадигмой. 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 г. Она подразумевала сокращение иммиграции сельских жителей в города за счет повышение 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 сельские районы, благополучные с этой точки зрения. 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 ограничения его роста) реально только в том случае, если освоение новых территорий, как и обустройство существующих зон аграрного производства, будут осуществляться в форме их урбанизации. Например, формально дезурбанизация отмечена в ряде западноевропейских стран. Так, население Лондона сократилось с 10588 тыс. чел. в 1970 г. до 10209 тыс. чел. в 1980 г.; население Западного Берлина с 1970 по1980 гг. уменьшилось с 2124 тыс.чел. до 1957 тыс. чел. (Хомич, 2002). Однако это происходило главным образом за счет так называемой пригородной иммиграции и сопровождалось значительным увеличением урбанизированных территорий вокруг этих городов. В научной литературе данный процесс обозначается термином «субурбанизация». Он 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. Москва вплоть до границы с соседней областью.

Учитывая жизненные приоритеты современных людей, необходимо задастся 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 природные объекты. Рассматривая данную проблему, следует вспомнить, что современная городская застройка представляет собой, так называемую урбосистему, состоящую как 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, -неотъемлемый атрибут не только любого современного города, но и многих промышленных зон. Иначе говоря, функционально урбанизированные территории представляют собой в той или иной степени управляемые природно-технические системы. Экологическими регуляторами в данном случае являются объекты коммунального хозяйства, постоянно осуществляющие комплекс мер по поддержанию приемлемой санитарно-гигиенической и экологической ситуации. Повышение комфортности условий жизни в городах во многом обеспечивается созданием сети резортов, повышением их качества и совершенствованием механизмов управления их состоянием (Суздалева и др., 2012). Эти участки становятся новым местообитанием многих видов животных и растений. Таким образом, создание управляемых ПТС 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 возникновения «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 невозможной существования в их пределах большинства видов организмов. Пребывание на них человека недопустимо не только из-за наличия токсичных веществ, но и из-за развития опасных экзогенных экологических 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 поземные 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, 2014а). Достижение устойчивых результатов этой деятельности невозможно без создания управляемых ПТС. В свою очередь для обеспечения их функционирования необходима разработка специальных экологических регуляторов в форме комплекса систематически осуществляющихся мероприятий по химической и биологической мелиорации окружающей среды, изъятия 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. В контексте рассматриваемой проблемы неразрабатываемые техногенные месторождения - это неуправляемые ПТС - 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, а меры, предпринимаемые в рамках ограничительной парадигмы, направленные на ее устранение недостаточны. Подход к планированию разработки техногенных месторождений на базе креативно-ограничительной парадигмы, подразумевает помимо этого решение ряда других проблем в форме создания управляемых ПТС. В соответствии с общей схемой их создания (см. раздел 1.2) одним из шагов 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 в состав управляемых ПТС в качестве особых компонентов техногенных месторождений, накоплений и образований 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).

5.3 Нарушение геодинамической, геохимической, геофизической функций литосферы и возможности управления этими процессами на основе создания управляемых ПТС

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. Так, в качестве одного из распространенных проявлений данного вида нарушения экологических функций литосферы являются процессы, обусловленные рассмотренными в предшествующем разделе нарушениями гидрогеологического режима, в т.ч. 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, а также усиление динамической нагрузки. В европейской части России оползни, в том числе и техногенные, известны в Москве, Нижнем Новгороде, Казани, Волгограде, Ростове на Дону, Уфе, Саратове, Воронеже, 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 г. 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 возведение 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 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 вызывается деградацией массивов многолетнемерзлых пород (ММП) 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 «темокарстов» - пустот, возникающих в результате их протаивания, 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. Воркуте составляет только 10-30 лет (Ершов, 2008).

v 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. Данный 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. Но на практике подобные случаи достаточно распространены. Большинство городов в предшествующий исторический период окружало кольцо свалок. Возведение новых районов нередко осуществляется именно на этих участках, где под строительными площадками захоронены массивы различных техногенных образований. На таких территориях 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 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).