Губин В.Н., Ковалев А.А., Сладкопевцев С.А., Ясовеев М.Г. Экология геологической среды

Подождите немного. Документ загружается.

морфометрические характеристики рельефа. Например, о

распространении обвально-осыпных явлений можно судить по крутизне и

скалистости склонов, по резкости гребней хребтов, глубине расчленения и

обнаженности рельефа. Участки подмыва крутых склонов и выхода у

подножий грунтовых вод, а также ступенчатость склонов – вероятные

признаки оползневых процессов. Строение русел и рельефа пойм,

сопряжение склонов и днищ долин указывают на направленность

эрозионно-аккумулятивных процессов в долинах. Более важное значение

имеют прямые индикаторы – формы рельефа, созданные теми или иными

процессами. При этом признаки дешифрирования форм-индикаторов

меняются в зависимости от ландшафтных особенностей района, условий

съемки и параметров снимков (табл. 19). Особого рассмотрения при

оценке рельефа заслуживает информация снимков, указывающая на

зарождение или начальные стадии развития экзогенных процессов, на

потенциальную опасность разрушительных явлений. Подобные формы-

индикаторы обычно отсутствуют на топографических картах и

распознаются лишь при дешифрировании достаточно крупномасштабных

изображений. В подобных случаях используются косвенные признаки

дешифрирования – изменения увлажнения или почвенно-растительного

покрова (табл. 20).

Разнообразие, комплектность и объективность аэрокосмической

информации позволяют использовать ее при решении различных задач

экологии геологической среды. К ним относятся анализ границ

экосистем и структуры их морфолитогенной основы, оценка активности

внутренних и внешних связей в экосистемах, а также условий миграции

обломочного материала и растворенных соединений. Дистанционные

методы весьма эффективны при изучении техногенного влияния на

рельеф, сочетаний естественных и антропогенных форм.

Таблица 19

Формы рельефа – прямые индикаторы

экзогенных процессов

Процессы Формы-индикаторы Признаки дешифрирования

Обвалы Эскарпы или участки

отрыва

Светлые ареалы в верхних частях

крутых склонов. Форма неправильная

Обвальные

накопления

Обвальные отложения Осветленные пятна в основании

крутых склонов. Форма изометричная

Оползни Стенки (амфитеатры)

отрыва

Аналогичны обвальным, но

характерны для нижних частей

склонов

и рыхлых пород

Площадное

затопление пойм

Формирующиеся

элементы рельефа пойм:

валы, старицы, протоки

Осветление, слабое задернение,

четкие границы стариц, прирусловых

валов

Овражная эрозия Крупные промоины,

молодые овраги

Резко дифференцированные

линейные контуры, извилистые или

древовидные

Карст Воронки, западины,

слепые долины

Неравномерная пятнистая структура,

темные пятна, разреженная

гидросеть, озера

Ветровая эрозия

почв

Значительные по глубине

западины выдувания

Осветленные ареалы с тонкой

струйчатой округло-ажурной или

пятнистой структурой

Таблица 20

Формы рельефа – индикаторы зарождения

или начальных стадий экзогенных процессов

Процессы Формы-индикаторы Признаки дешифрирования

Обвалы или

оползни

Трещины, рвы, воронки,

ложбины около бровок

склонов

Полосчатая или пятнистая структура

изображения вблизи бровок склонов

Эрозия Борозды, протяжины,

безрусельные ложбины

Микрополосчатость, рисунки типа

«конских хвостов» или «силовых

линий» на пологих склонах

Карст,

суффозия

Плоскодонные локальные

понижения или западины

Локальные затемненные или

осветленные участки, пятнистая или

мозаичная структура

Подтопление,

заболачивани

Озера, разливы, солончаки Затемненные или осветленные

аномалии, связанные с изменениями

растительности и увлажнения

Развевание Дефляционные западины,

песчаные бугры, надувы

Локальное осветление тона, белые

пятна или полосы, микрополосчатая

структура

Важно отметить, что информация, касающаяся изменений

поверхности литосферы, в ряде случаев позволяет судить о состоянии

ее более глубоких частей.

Помимо типологического анализа почвенного покрова,

дистанционные методы эффективны при изучении и оценке отдельных

свойств или параметров почв, что важно для оценки их состояния как

поверхностной части литосферы, регулирующей влияние на нее

внешних оболочек Земли.

Влажность почв определяет тон и температуру их поверхности,

данная характеристика фиксируется на снимках видимого, теплового и

микроволнового диапазонов спектра. Оптические свойства почв

коррелируют с так называемой рыхлосвязанной влагой почв, причем

эти связи наиболее тесные для песков в интервале влажности 1–5 %,

для супесей 2–12 % и для глин 4–22 %. Изучение стабильных границ

увлажнения почв позволяет определять площади гидроморфных почв,

заболачивания и подтопления, а оперативные наблюдения за

влажностью в весенний период помогают оценить запасы воды в

почвах в интересах сельского хозяйства.

Гумусированность почв оказывает большое влияние на их цветовой

тон, поскольку гуминовые кислоты имеют очень низкие значения

коэффициентов спектральной яркости (0,02–0,03). Цветовой тон почвы

меняется от почти белого у сероземов и солончаков до почти черного у

черноземов и луговых почв. На снимках связь оптических характеристик

почв и содержания в них гумуса прослеживается в интервале 0–7=% и

определяется с точностью до 10 %. Непременным условием должна быть

полная обнаженность почвы или проективное покрытие растительности

не более 10–15 %. Для наиболее плодородных черноземных почв с

содержанием гумуса 8–12 % использование снимков неэффективно. По

мере увеличения длины волны в диапазоне спектра 0,4–0,8 мкм

спектральные коэффициенты яркости почв возрастают примерно в 3

раза. Например, дерновые почвы в красной зоне могут выглядеть на

снимке так же, как и сероземы в голубой зоне.

Засоление почв по-разному влияет на их оптические свойства. В

сухом состоянии избыточно засоленные почвы светлее незасоленных, а

во влажном темнее, так как соль очень гигроскопична и быстро

поглощает влагу. Оценка засоления затрудняется влиянием увлажнения,

гумуса и растительности. Оптимальные условия для изучения

характеристики – обнаженность, сухость и значительная

гумусированность почв. Подтверждением данного обстоятельства

служит то, что в малогумусных почвах (2–3 % гумуса) засоление

фиксируется при 1–2 %, а в среднегумусных (более 4 % гумуса) уже

при 0,5–1,0 %.

Эродированность почв приводит к сокращению или полному

уничтожению наиболее плодородного гумусового горизонта,

имеющего низкие значения коэффициентов спектральной яркости. С

этим связано осветление эродированных и дефлированных почв на

снимках. Осветленные ареалы почв обычно видны среди пахотных

угодий на вершинах холмов и вблизи бровок коренных склонов.

Слабая эродированность влияет лишь на тон изображения. При

более активной эрозии появление борозд, промоин и мелких оврагов

приводит к

образованию тонкополосчатой, струйчатой структуры на месте

однородной.

К а р т о г р а ф и ч е с к и е м е т о д ы. Организация и технология

при картографическом обеспечении эколого-геологических

исследований зависят от конкретных решаемых задач, детальности

работ, изученности территории, экономических возможностей и ряда

других условий. Однако в общем случае можно выделить следующие

этапы работ этого направления.

В первую очередь целесообразно провести детальный и

всесторонний анализ экологической информативности тематических

природных и социально-экономических карт различного масштаба,

имеющихся на исследуемую территорию. Это касается карт

геологического, геоморфологического и почвенного профиля, а

также топографических основ. Информация карт позволит

представить структуру экосистем данной территории и оценить

характеристики компонентов экосистем, которые определяют

естественное состояние геологической среды и ее потенциальную

реакцию на техногенные воздействия. Сведения о составе

поверхностных отложений важны для оценки вертикальной и

горизонтальной миграции поверхностного загрязнения, а также для

суждения об устойчивости литогенной основы к эрозии и

механическим нагрузкам. Такое же значение имеют карты типов

мерзлоты. Особую ценность представляют инженерно-

геологические карты, несущие многоплановую информацию о

строении геологической среды, и гидрогеологические карты,

позволяющие судить о защищенности водоносных горизонтов.

Аналогичным образом можно использовать геоморфологические и

почвенные карты.

Априорную информацию о возможном загрязнении и

нарушенности геологической среды несут карты промышленности,

транспорта и земельных угодий.

Интерпретация базовых тематических карт должна послужить

основой для составления серии специализированных картографических

документов, отражающих различные стороны природного потенциала

территории. Примерный перечень подобных карт выглядит следующим

образом:

 типы инфильтрационных сред;

 типология и кинематика разломов;

 защищенность водоносных горизонтов;

 инженерно-геологические процессы;

 геохимия ландшафтов;

 типы и ареалы техногенного воздействия;

 динамика ландшафтов (рис. 2).

Наиболее сложный и ответственный этап – составление собственно

эколого-геологических карт. В зависимости от поставленных задач эти

карты могут быть:

 параметрическими, отражающими закономерности

распределения какого-либо параметра экологического состояния

геологической среды. Например, содержание свинца в почве или

нефтепродуктов в подземных водах;

 компонентными, дающими комплексную информацию о

состоянии рельефа, почв, массивов горных пород или подземных

вод;

 комплексными аналитическими, содержащими сведения о

многочисленных видах техногенного воздействия и их

масштабах;

 комплексными типологическими, на которых дается

ранжирование структурных, стратиграфо-генетических или

природных ком-плексов по напряженности экологической

обстановки (рис.=3).

Эколого-геологическое картографирование требует сбора и

систематизации большого материала о загрязнении и нарушенности

геологической среды. Принципиально важным следует считать

ранжирование критериев экологического состояния и системный

подход при районировании территорий по экологической опасности.

По содержанию, масштабным уровням и назначению эколого-

геологические карты могут быть обзорными, региональными,

специальными и детальными.

Рис. 2. Фрагмент карты ландшафтов масштаба 1 : 200 000:

динамические характеристики ландшафтов: 1 – неполные смены: первая (а), вторая (б),

третья (в); 2 – фазы развития: зарождения и становления (а), устойчивого существования и

медленного развития (б), смены (в); факторы, обусловливающие фазы развития (цифры в

квадрате): 1 – нарушение гидрологического режима, 2 – изменение геохимической

обстановки,

3 – эволюция почвенного покрова, 4 – устойчивая направленность почвообразования, 5 –

направленный отбор биоты, 6 – обособление субдоминантных урочищ, 7 – новые

ландшафтообразующие процессы, преимущественно антропогенного характера; проявления

тектонодинамичеких процессов: 3 – эпицентр землетрясения, 4 – активные структурные

формы: линейные (а), кольцевые: положительные (б), отрицательные (в); 5 –

дифференцированные позднеантропогеновые движения: поднятие (а), слабое опускание

(б); экзодинамические процессы: 6 – линейная эрозия, 7 – русловая эрозия, 8 – дефляция, 9

– суффозия,

10 – термокарст, 11 – аллювиальные, 12 – эоловые, 13 – пролювиальные, 14 – эрозионно-

аккумулятивные, 15 – заболачивание; районы проявления техногенеза: 16 – мелиорации и

сельскохозяйственного освоения ландшафтов: наименее освоенные (а), слабоосвоенные

(б), достаточно освоенные (в), наиболее освоенные (г); 17– промышленные районы;

18 – виды ландшафтов: 1 – крупнохолмистый моренно-эрозионный, 2 – среднехолмистый

моренно-эрозионный, 3 – мелкохолмистый лессовый, 4 – холмисто-волнистый вторичный

водно-ледниковый, 5 – мелкохолмистый вторично-моренный, 6 – полого-волнистый

лессовый, 7 – полого-волнистый аллювиальный террасированный, 8 – плоско-волнистый

вторичный водно-ледниковый, 9 – плоско-моренно-зандровый, 10 – плоский аллювиальный

террасированный, 11 – пойменный гривистый, 12 – пойменный плоский

Рис. 3. Фрагмент геоэкологической карты:

геологические обстановки по природным (а) и техногенным (б) факторам:

1 –

благоприятная, 2 – умеренно благоприятная, 3 – неблагоприятная; проявления

экзодинамических процессов: 4 – денудационных, 5 – аккумулятивных, 6 –

денудационно-аккумулятивных; проявления новейшей эндодинамики: 7 – зоны

активных разломов,

8 – локальные структуры: положительные (а), отрицательные (б), 9 – эпицентр

землетрясения; проявления техногенеза: 10 – загрязнение почв, пород зоны аэрации и

подземных вод в местах свалок (а), полей фильтрации (б), накопителей отходов

животноводческих комплексов (в); 11 – нарушение уровенного режима

поверхностных и подземных вод под влиянием групповых городских водозаборов

(а), мелиорации (б); 12 – изменение качества поверхностных и подземных вод выше

ПДК; 13 – трансформации ландшафтов при разработке карьеров (а), складировании в

карьерах отходов (б), торфоразработках (в); 14 – ареалы геоэкологических ситуаций:

простые (а), сложные (б), весьма сложные (в); 15 – памятники природы; 16 –

граница

геоэкологических районов

Обзорные карты (масштаб 1 : 1 000 000 – 1 : 500 000) фиксируют

условия развития, интенсивность проявления и распространения

природных и техногенных процессов, техногенного воздействия на

геологическую среду и т. д. Для составления подобных моделей

проводится региональный анализ состояния геологической среды,

определяется характер воздействий, выполняется инженерно-

геологическое районирование, оценивается техногенная нагрузка.

Региональные карты (масштаб 1 : 200 000 – 1 : 100 000) создаются

для получения информации и оценки перспектив развития геологических

процессов при освоении территории. При этом осуществляются анализ

динамики рельефа, исследование техногенной нагрузки и ее

классификация, типизация природно-технических систем по степени их

устойчивости. Выполняется оценка экономической целесообразности

функционирования природно-технических геосистем. Региональные

модели представляются в виде серии карт (тектонической,

геологической, гидрогеологической, геоморфологической, ландшафтной,

типизации техногенного воздействия на верхнюю часть литосферы), а

также в виде вероятностных моделей процессов, факторов и условий

динамики геологической среды.

Специальные карты оптимизации геологической среды

целесообразно разрабатывать при принятии управленческих

мероприятий по охране и рациональному использованию

геологической среды в сфере влияния объектов энергетики,

горнодобывающих комплексов, крупных промышленных предприятий,

городских агломераций (масштаб работ

1 : 50 000). Такие картографические модели используются проектными

организациями и эксплуатационными службами.

Детальные эколого-геологические карты (масштаб 1 : 25 000 –

1 : 10 000) создаются для населенных пунктов, промышленных зон и

отдельных предприятий. В них осуществляется комплексный анализ

инженерно-геологических условий территорий в рамках природно-

технических систем с определением эффективности мероприятий по

оптимизации геологической среды. При этом проводится инженерно-

геологическое районирование, изучаются геологические процессы,

создаются схемы защитных мер и планы управления геологической

сре-

дой и т. д.

Рассмотренные методы являются главнейшими для решения задач

экологической геологии. На практике эти методы либо образуют звенья

единой технологической цепи, либо используются одновременно,

дополняя друг друга.

3.2. СТРУКТУРА ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Эколого-геологические исследования проводятся в целях оценки

состояния приповерхностной части литосферы, прогнозирования ее

изменений под совокупным воздействием природных и техногенных

факторов, планирования комплекса мероприятий по рациональному

недропользованию и охране геологической среды. В зависимости от

необходимой детальности изучения территории такие виды работ

выполняются соответственно в мелком (1 : 1 000 000 – 1 : 500 000),

среднем (1 : 200 000 – 1 : 100 000) и крупном (1 : 50 000 – 1 : 25 000)

масштабах. Эколого-геологические исследования осуществляются в

пределах отдельных экономических регионов, территориально-

промышлен-

ных комплексов, городских агломераций, районов эксплуатации

месторождений полезных ископаемых. Выбор объектов определяется

народнохозяйственными интересами и интенсивностью техногенной

нагрузки на геологическую среду.

Основные задачи эколого-геологических исследований: выделение

и типизация природных и техногенных объектов, выявление

функциональных взаимосвязей между ними; определение реакции

геологической среды на воздействие природных (неотектонических,

сейсмических, инженерно-геологических и др.) и техногенных

процессов; прогноз динамики геологической среды в условиях

техногенеза; разработка рекомендаций по предупреждению негативных

инженерно-геологи-

ческих и экологических последствий. Объектами изучения являются

природные и техногенные элементы геологической среды,

обособленные пространственно и функционально, обладающие

общими физико-химическими свойствами, сходной реакцией на

воздействия, оказывающие однотипное влияние на экологическую

обстановку. В процессе работ оценивается состояние горных пород,

подземных вод, почв, рельефа земной поверхности, изучаются их

трансформации под влиянием элементов техногенеза (карьеры, отвалы

пород, гидромелиоративные объекты и др.).

При проведении эколого-геологических исследований широко

используются материалы геологических, гидрогеологических,

инженерно-геологических, ландшафтно-геохимических и других

съемок, позволяющих в совокупности оценить экологическое

состояние геологической среды. Для изучения процессов изменения

верхней части литосферы в ретроспективе высокой информативностью

отличаются аэро- и космические снимки. По данным дистанционного

зондирования составляются оперативные карты эколого-геологического

содержания.

Эколого-геологические исследования выполняются на протяжении

подготовительного, полевого и камерального (окончательного)

периодов. В подготовительный период осуществляются сбор и анализ

фактологического (литературного, фондового) материала,

освещающего состояние геологической среды. Изучаются сведения о

способах добычи и переработки полезных ископаемых, о техногенных

объектах, предварительно оценивается экологическая обстановка. В

рассматриваемый период проводится предварительное

дешифрирование материалов дистанционных съемок, в комплект

которых входят аэро- и космические

изображения земной поверхности, полученные в масштабах 1=:=200=000=–

1 : 5 000 и крупнее, в видимом, инфракрасном и радиоволновом

спектральных диапазонах. Для повышения надежности

дешифрирования и наиболее полного извлечения информации

осуществляются оптико-электронная обработка снимков,

синтезирование и преобразование изображений. В результате

подготовительных работ составляется предварительная эколого-

геологическая карта, выделяются ключевые (опорные) участки,

планируется сеть наземных и аэровизуальных маршрутов, точек

опробования почв, горных пород и подземных вод.

В полевой период изучаются природные и техногенные объекты,

определяющие эколого-геологическую обстановку. Первоочередными

ключевыми участками проведения исследований являются площади

интенсивного техногенного воздействия на геологическую среду, в

пределах которых отмечаются неблагоприятные экологические

ситуации. Объем и состав полевых работ варьируют в зависимости от

строения геологической среды, особенностей проявления природных

процессов, типа техногенных нагрузок и характера обусловленных ими