ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ

А.А. Карцев (ГАНГ им. И.М.Губкина)

В кн.: Роль подземной гидросферы в истории Земли М, Наука. 1990г. С.126-131

Экология в настоящее время понимается как система взаимоотношений между живыми организмами (включая человеческое общество), с одной стороны, и окружающей средой (средой обитания) — с другой. Главное внимание уделяется экологии человека, но поскольку существование человека теснейшим образом зависит от других организмов, экология человека затрагивает и биосферу в целом.

Гидрогеология, занимающаяся водами и водными растворами литосферы и их взаимосвязями с вмещающими твердыми частями литосферы, соприкасается с экологией в той мере, в какой эти воды (подземные) влияют наряду с другими видами вод на условия жизни организмов, на развитие биосферы. Гидрогеологические условия вносят определенный вклад в систему факторов, формирующих ландшафты, среду обитания растений, животных, человека. Для некоторых ландшафтов, например некоторых оазисов Сахары, гидрогеологические условия — в виде разгрузки напорных пресных вод через родники, увлажняющих почву, — определяют само их существование. Гидрогеологические условия, разумеется, по-разному влияют на растительность, животный мир, человека, человеческое общество — на стадиях первобытной, дотехнической и технической цивилизации. В целом можно говорить об экологической гидрогеологии. Это — учение о роли гидрогеологических условий для биосферы, техносферы и ноосферы.

Из числа гидрогеологических условий, влияющих на экологию, следует назвать также состав вод, их соленость, содержание специфических биоактивных компонентов (например, йода, фтора).

Следует различать более широкое и более узкое влияние гидрогеологических условий на экологическую среду. Пример первого — явления карста, отражающиеся на элементах ландшафта. Пример второго — потребление литосферных вод организмами, в частности человеком.

Можно выделить этапы истории использования литосферных вод. На первом этапе при первобытном обществе использовались только естественно выходящие (разгружающиеся) литосферные воды; затем для извлечения на втором этапе литосферных вод стали копать колодцы и применять примитивное мелкое бурение и использовались также искусственные выходы; этот этап приблизительно соответствует домашинной цивилизации (примерно до начала — середины прошлого века). Третий этап, связанный с началом научно-технической революции, ознаменовался применением глубокого бурения на воды. Условно можно считать, что только на третьем этапе наблюдается интенсивное воздействие ноосферы и техногенеза на гидрогеологические элементы экосистем. Следует однако помнить, что орошение земель за счет воды земных недр еще в глубокой древности значительно влияло на гидрогеологическую обстановку.

Отсюда ясно, что приводимая здесь периодизация очень условна.

Со временем абсолютные размеры потребления человеком литосферных вод (как пресных, так и минерализованных) росли, относительная же роль их в общем водопотреблении во времени и пространстве изменялась совершенно неравномерно. Роль гидрогеологических условий в экологии человека менялась в соответствии с изменением масштабов водопотребления, хотя имели значение инженерно-гидрогеологические условия при различных строительных и горных работах.

Если взять последний исторический этап, то можно считать, что влияние гидрогеологических условий на среду обитания человека в основном растет. Экологическое значение гидрогеологических условий возрастает как через увеличение прямого потребления литосферных вод, так и другими путями. Гидрогеологические условия меняются в зависимости от деятельности человека, а с этими изменениями еще более возрастает экологическое влияние их, в частности, это хорошо прослеживается при изменении ландшафтов.

Техногенный аспект экологической гидрогеологии имеет сейчас, безусловно, наибольшее значение. Сюда относится загрязнение литосферных вод и контактирующих с ними элементов окружающей среды, истощение ресурсов вод земных недр, различные нарушения среды, ландшафтов (техногенный карст, просадки поверхности и др.).

Значение истощения ресурсов тех или иных скоплений вод в земной коре для экологии достаточно ясно. Оно может вести к сокращению доли этих вод в водном балансе ландшафтов (природных и техногенных, биосферных и ноотехносферных их элементов), изменению водных балансов, к общему сокращению водообеспеченности. В качестве примера можно привести историю эксплуатации водоносных песчаников Огаллала в США. Мощный водоносный горизонт, позволивший в свое время превратить засушливые Центральные равнины в цветущий сельскохозяйственный район[1], во второй половине века быстро истощился, его уровень стал падать со скоростью более 1 м/год, площадь орошаемых земель быстро сокращалась.

Не меньшее значение для экологии имеет загрязнение литосферных вод. В широком понимании к явлениям загрязнения вод относится  также их засолонение/осолонение и вообще любые изменения, ухудшающие качество воды, в первую очередь уменьшающие пригодность ее для питья.

Загрязнение вод земной коры может, как и истощение, вести к деформации и деградации этих ландшафтов и ограниченных человеческих сообществ (отдельных населенных пунктов, населенных районов).

Одним из примеров таких явлений может служить сокращение водообеспечения некоторых районов Запорожской области под влиянием загрязнения эксплуатируемых водоносных горизонтов сточными водами горнообогатительных комбинатов Криворожского железорудного бассейна. Влияние вод с повышенной минерализацией и аномально высоким содержанием некоторых биологически активных микроэлементов сказывается на почвах, растениях, животных, организме человека, техносфере. Воду для бытовых нужд в некоторые пункты уже приходится завозить.

Гидрогеологические условия могут влиять на экологию, помимо истощения и загрязнения водных ресурсов, как уже сказано, и другими путями, Явления подобного рода могут выражаться в техногенном карсте, суффозии, подтоплении, провалах земной поверхности и т.д. Эти явления могут существеyно деформировать ландшафты, влиять на биосферу (например, заболачивание при подтоплении) и техносферу (провалы в результате техногенного карста  приводят к разрушению сооружений).

Примером проявления инженерного аспекта экологической гидрогеологии может служить проседание земной поверхности в г. Мехико. Интенсивный отбор воды из напорных горизонтов, сложенных рыхлыми песчанниками, привел к проседанию поверхности Земли местами до нескольких метров, в результате серьезные разрушения и деформации большого количества зданий.

Важнейшей частью экологической гидрогеологии, базирующейся на изучении охарактеризованных выше фундаментальных закономерностях, эколого-гидрогеологических связях, можно считать ее прикладную составляющую.

Прикладная экологическая гидрогеология занимается выработкой и обоснованием мер, направленных на оптимизацию экологических взаимосвязей в системе гидрогеологические условия — ноосфера.

Вычленение гидрогеологического элемента из общего комплекса факторов и условий, конечно, в определенной мере условно. Часто говорят также об управлении экосистемами, включая гидрогеологические элементы. Но в настоящее время речь может идти в первую очередь лишь о весьма ограниченном управлении. Скорее это только воздействие на экосистему.

Оптимизация опирается на изыскания, включает прогнозы, проектные решения, профилактические, коррекционные и ликвидационные мероприятия.

Прикладная часть экологической гидрогеологии состоит в -научном обосновании системы оптимизационных мер — профилактических, коррекционных, ликвидационных, опирающихся на соответствующие прогнозы и проектные решения.

Предпроектные гидрогеологические исследования и изыскания играют роль важную роль при обосновании прогнозов техногенных процессов как связанных с эксплуатацией месторождений подземных вод, так и многих других, прямо или вообще не связанных с этой деятельностью (горное дело, гидротехническое строительство, мелиорация земель и т.п.). Предпроектные гидрогеологические исследования и изыскания, позволяющие обосновывать такие прогнозы, необходимы для разработки проектов ряда видов работ, в первую очередь перечисленных видов работ.

Возникновение и развитие многих техногенных процессов базируются на гидрогеологических данных. Это относится не только к процессам, ограниченным литосферными водами и их ресурсами. Некоторые техногенные процессы, например излияния и проникновения сточных вод горнообогатительных предприятий, могут вести к загрязнениям различных элементов экосистем, водоемов суши и моря. почв, растительного покрова, техносферы.

Важно обратить внимание на то обстоятельство, что зачастую последствия техногенных процессов сказываются сразу на различных объектах в одном районе. Например, разработка полезных ископаемых влияет не только на горно-гидрогеологические условия данного района, но и на условия эксплуатации водоносных горизонтов в том же районе.

На основании аргументированных прогнозных оценок можно целенаправленно проектировать профилактические меры против различных видов загрязнения и нарушения экосферы. Профилактика негативных последствий техногенных изменений гидрогеологи- ческих условий дополняется корректировкой проектных решений в ходе реализации проектов. Наиболее всеобъемлющей формой такого контроля служит эколого-гидрогеологический мониторинг (как часть общего экологического мониторинга). Но в ряде случаев приходится довольствоваться более частными формами контроля.

Если профилактические, в том числе и скорректированные, меры не достигают цели, они дополняются ликвидационными, резервный проект которых желательно иметь уже к началу реализации основного проекта. Такие направленные на ликвидацию меры, негативных последствий техногенных изменений гидрогеологических условий, как промывки почв, дренаж загрязненных водоносных горизонтов и ряд других требуют гидрогеологического обоснования.

Особенно важное значение в прикладной экологической гидрогеологии занимают такие проблемы, как искусственное пополнение запасов вод в земной коре и восстановление давлений в водоносных пластах. Их следует рассматривать тоже как определенные виды ликвидации техногенных последствий нарушения природных гидрогеологических условий в основном в результате эксплуатации водных скоплений в земных недрах.

Снижение давлений в водоносных пластах, как уже указывалось, может приводить к опасным просадкам земной поверхности. Именно в упоминавшемся примере г. Мехико применено искусственное восстановление давления в эксплуатировавшихся водоносных пластах.

Такой процесс позволяет, по крайней мере, прекратить начавшееся уплотнение пород и сопровождающее его проседание дневной поверхности.

Своеобразные экологические вопросы встают перед морской гидрогеологией. При интенсивном освоении глубин Мирового океана вопросы экологии становятся весьма актуальными. Интересно отметить, что в гидросфере существуют придонные ландшафты с совершенно эндемичным и изолированным органическим миром, обязанные своим появлением своеобразным гидрогеологическим условиям, субаквальным выходам литосферных водных растворов. Эти ландшафты связаны с так называемыми черными курильщиками. И в настоящее время они усиленно изучаются.

Но кроме этих и других случаев естественного влияния гидрогеологических условий на морскую экологию, особое внимание необходимо обратить на излив в море рассолов из нефтегазоносных пластов, разведуемых и эксплуатируемых при помощи глубоких скважин, бурящихся со специальных платформ. При этом в морскую воду попадают нефть, высокие концентрации специфических микрокомпонентов, что очень вредно сказывается на морском биосе. В подобных условиях имеется жесточайшая необходимость профилактических мер, при подготовке которых немаловажное значение имеет использование гидрогеологической информации.

В заключении следует отметить, что в районах интенсивного техногенного воздействия необходимо систематическое гидрогеологическое картографирование, техногенные изменения гидрогеологических условий должны отражаться в форме гидрогеологических карт. Разработка и совершенствование такого картографирования [техногенные карты по терминологии Н.И. Плотникова и др., 1987] с модификациями применительно к различным особенностям преобладающих видов техногенеза (мелиорация земель, горные работы и т.д.) представляет важную задачу прикладной экологической гидрогеологии. Требуется также увязка принципов картографирования с эколого-гидрогеологическим мониторингом. Очень важным направлением должно быть и создание, применение и совершенствование постоянно действующих моделей техногенно-изменяемых гидрогеологических бассейнов и их частей с отражением экологических факторов. Все это должно укреплять базу эколого-гидрогеологи-ческого прогнозирования.

Разработка отмеченных вопросов и внедрение в практику соответствующих методик в значительной мере определяет дальнейшее развитие экологической гидрогеологии.

Экологическая гидрогеология становится важнейшей частью гидрогеологии вообще (а также и инженерной геологии). Это научное направление может сыграть важную роль в преобразовании биосферы и техносферы в ноосферу.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Плотников Н.И., Краевский С. Гидрогеологические аспекты охраны окружающей среды. М.: Недра, 1983. 208 с.
  2. Плотников Н.И., Рогинец И.И. Гидрогеология рудных месторождений. М.: Недра, 1987.288с.

 



1В 1886 г.  100-метровые фонтаны из скважин даже затопили городок Биг-Плейн.