CC BY
72
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ И ИХ ИНДИКАЦИЯ НА ПРИМЕРЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ
Валерий Борисович Жарников
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, профессор кафедры кадастра СГГА, тел. (383)361-05-66, e-mail: v.b.jarnikov@ssga.ru
Александр Викторович Ван
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры кадастра СГГА, тел. (383)344-39-73, e-mail: van.a.v@ssga.ru
Владимир Владимирович Сафонов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры кадастра СГГА, тел. (383)344-31-73, e-mail: kadastr204@,yandex. ru
Обсуждена проблема учёта влияния геологической среды на биоту и здоровье человека. Приведены данные о таком влиянии ряда исследователей и сделаны выводы о его значимости и необходимости учёта в решении задач территориального управления.
Ключевые слова: геологическая среда, литосфера, биота, функции среды, индикаторы, экологическое состояние.
BIOLOGICAL FUNCTIONS OF GEOLOGICAL ENVIRONMENT AND DISPLAY EXAMPLE OF NOVOSIBIRSK REGION
Valery B. Zharnikov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plahotnogo Str., Candidate of Technical Sciences, Prof. of Department Cadastre SSGA, tel. (383)361-05-66, e-mail: vbj arnikov@ssga.ru
Alexandr V. Van
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plahotnogo Str., Doctor of Geological-Mineralogical Sciences, Prof. of Department Cadastre SSGA, tel. (383)344-39-73, e-mail: van.av@ssga.ru
Vladimir V. Safonov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plahotnogo Str., a graduate student, tel. (383)344-31-73, e-mail: kadastr204@yandex.ru
The problem of taking into account with the influence of the geological environment on the biota and human health. The data on the impact of such a number of researchers and the conclusions about its significance and the need to consider in addressing the challenges of territorial administration.
Key words: geological environment, lithosphere, biota, environment functions, indicators, ecological condition.
Проблема экологической безопасности страны включает в себя широкий круг вопросов [1, 2], среди которых важным является изучение зависимости здоровья населения от геологического строения территории его проживания и характера развития геологических процессов, протекающих в глубинах Земли. В геологическом строении отражена история геологического развития территории и заключены возможности его влияния на экологическую обстановку окружающей среды, которая заключается в условиях проживания, здоровье
и хозяйственной деятельности человека.
Индикаторами состояния геологической среды являются состав горных пород, слагающих доступную для человеческой деятельности поверхностную часть литосферы, и проявляемые ею экологические функции [3], фиксируемые в виде землетрясений, аномальных концентраций химических элементов, газовых эманаций, гидротермальных растворов, электромагнитных полей и т. д. Каждый отдельный этап становления земной коры характеризуется образованием определенного комплекса горных пород со своими особенностями влияния на экологические условия земной поверхности [4, 5, 6].
Горные породы существуют очень давно и возникли в процессе сгущения и преобразования космического вещества, сформировавшего планету Земля около 4,5-5,0 млн. лет тому назад. Они очень разнообразны. Большей частью каждая разновидность породы состоит из скоплений разных или одних минералов, находящихся в простой механической смеси или же в кристаллическом срастании. Минералы представляют собой относительно однородные по составу химические соединения разных элементов или отдельных элементов и являются вещественной частью горных пород.
Уже в древнейших докембрийских отложениях, имеющих возраст более 600 млн. лет, находят следы примитивной жизни в виде водорослей, медуз и других низших форм живых существ, развившихся в процессе эволюции от микроорганизмов до современных животных и растений. Эта система охватывает всю поверхностную толщу горных пород до глубин возможного проникновения. Из этого следует, что все живое на Земле зарождалось и развивалось
в тесной взаимосвязи с минеральным веществом, поэтому минералы составляют один из существенных факторов, влияющих на биологические процессы, происходящие на Земле. В процессе эволюции все живые существа приобрели генетическую взаимосвязь с минеральным миром.
Многие горные породы и отдельные минералы обладают целебными и биоактивными свойствами [7], то есть могут воздействовать на жизненные процессы организмов. Эти свойства были известны давно и использовались для лечения и оздоровления человека, применялись в виде удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а также в виде различных кормовых добавок для увеличения продуктивности животноводства.
Необходимое участие в жизненных процессах минеральных веществ доказывает явление литофагии животных и людей. Оно проявляется в поедании дикими зверями и домашним скотом глин, суглинков, различных солей и даже
некоторых твердых пород, таких как цеолиты. Естественные выходы этих пород называются зверовыми солонцами, которые периодически посещаются, в первую очередь, травоядными животными для пополнения организма биоактивным минеральным веществом. Известно, что камнеедение широко распространено среди людей по всему миру, особенно среди диких племен. Цивилизованные люди просто привыкли и не замечают, что они ежедневно употребляют в пищу, например, галит - поваренную соль, гидрокарбонат натрия - соду и др. Много минералов используется в фармацевтике.
В связи с прогрессом аналитической химии в качестве лекарственных препаратов и удобрений широко применялись искусственные синтетические, большей частью неорганические лекарственные средства, изготовляемые трудоемким промышленным способом и не всегда лишенных побочных отрицательных действий. Поэтому привлечение более распространенных и, следовательно, более доступных и дешевых минералов значительно расширяет возможности их применения. Тысячелетняя практика животноводства и растениеводства показала, что восполнением недостающих веществ путем их введения
в корм животным и как удобрение в почву достигается большая эффективность в результатах.
В настоящее время помимо традиционных минеральных биостимуляторов и удобрений все больше привлекают новые виды минерального сырья сельскохозяйственного, природоохранного и медицинского назначения.
В то же время известно, что имеются также минералы и сложенные ими горные породы, которые обладают токсическими свойствами и являются ядами. Следовательно, неумеренное и неправильное применение минералов может привести к отравлению организма.
Только во второй половине прошлого века появились первые публикации по взаимосвязи живых организмов и растений с окружающей геологической средой - составом земной коры, процессами развития в ее глубинах.
Взаимосвязью между человеком и окружающей минеральной средой занимается одна из современных отраслей естественных наук - геомедицина, изучающая влияние окружающей геологической среды на состояние здоровья и геронтологические показатели человека, то есть устанавливающая с позиций минералогии и геохимии зависимость между географическим распределением минерального вещества и уровнем заболеваемости, а также продолжительности жизни населения. В более широком плане эта проблема является объектом изучения одного из новых научных направлений - экологической геологии, а геомедицина может быть ее разделом.
Исследования в этом направлении приобрели особую значимость в связи с усугубляющейся с каждым годом ухудшением глобальной экологической обстановки [8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15].
В таблицах 1, 2 приведены системы индикаторов, фиксирующих нарушенности экосистем (по В.В. Виноградову [16]), обусловленных влиянием экологических функций геологической среды. Биологические индикаторы (табл. 1) состояния лесных геосистем характеризуют интенсивность
химических процессов в верхней части литосферы, влияние её геохимической функции, обусловленной составом пород, интенсивностью выщелочивания, возможным техногенным химическим загрязнением. Ботанические индикаторы (табл. 2) - одни из наиболее ярко проявляемых при анализе качественного состояния почв и их загрязнителей [17, 18], являются, как известно,
инструментом геоботанических изысканий, входящих в систему землеустроительных работ.
Другим не менее важным фактором геологической среды, опосредованно воздействующим на существование биоты, в том числе на здоровье человека, является тектоническое строение рассматриваемой территории, которое представляет собой совокупность тектонических нарушений в виде разломов земной коры, служащих путями выхода разных форм глубинной энергии Земли.
Таблица 1
Биохимические индикаторы нарушенности экосистем (по В.В. Виноградову)
Показатели Нормы, H Риска, Р Кризиса, К Бедствия, Б
1 2 3 4 5
А. По содержанию химических веществ в сухой массе травянистых растений в мг/кг по:
Соотношение С : N в растениях 8-12 6-8 4-6 <4
Содержание Pb, Cd, ^, №, &, As, Sb по превышению ПДУ 1.1-1.5 2-4 5-10 >10
Содержание F мг/кг 10-12 20-50 50-200 >200
Содержание Си в растениях мг/кг 10-20 30-70 80-100 >100
Содержание Т1, Ве, Ва по превышению фона <1.5 2-4 5-10 >10
Содержание А1, Sn, В^ Te, Wo, Mn, Ga, Ge, 1п, It по превышению фона 1.5-2.0 2.0-10 10-50 >50
Содержание Zn в мг/кг 30-60 60-100 100-500 >500
Содержание Fe в мг/кг 50-100 100-200 100-500 >500
Содержание Мо мг/кг 41335 3-10 10-50 >50
Содержание Со в мг/кг 0.3-1.0 1-5 5-50 >50
Б. По содержанию химических веществ в сухой массе листьев и хвое деревьев в мг/кг
№ в хвое сосны 10-30 30-70 70-100 >100
Си в хвое сосны 0-10 10-20 20-40 >40
№ в листьях березы 10-30 30-50 50-130 >130
Си в листьях березы 5-15 15-25 25-35 >35
№ в листьях брусники до 20 20-50 50-90 >90
Си в листьях брусники 7(20)33 7(18)28 9(16) 10(52)94
№ в листьях черники 3(8)12 20(22)24 37(41) 95(126)148
Си в листьях черники 9(18)26 22(32)43 43(49) 95(110)125
№ в листьях вороники 6(13)20 43(46)50 119(164)208 279(387)495
Си в листьях вороники 10(20)30 20(33)46 47(98)150 100(188)275
Таблица 2
Ботанические индикаторы нарушенности экосистем (по В.В. Виноградову)
Показатели Нормы, Н Риска, Р Кризиса, К Бедствия, Б
Ухудшение видового Естественная Уменьшение Смена Уменьшение
состава естественной смена обилия господствующи обилия
растительности доминантов, господствую х видов на вторичных
субдоминанто щих, в вторичные, в видов,
в и особенности основном полезных
характерных полезных непоедаемые растений
видов видов сорные и ядовитые практически нет
Изменение ареалов Отсутствие Ослабление, Разделение, Исчезновение
изреживание сокращение
Повреждение Повреждение Повреждение Повреждение
растительности наиболее средне- слабо-
чувствительн чувств ительных чувствительны
Отсутствие ых видов (хвойных деревьев, лишайников) видов х видов (травы, кустарники)
Появление
тератологических Отсутствие Редко Спорадически Массово
отклонении
Уменьшение
индекса разнообразия Менее 10 10-20 25-50 Более 50
Симпсона, %
Лесистость, % от зональной Более 80 60-70 50-30 Менее 10
Повреждение древостоев, % Менее 5 10-30 30-50 Более 50
Повреждение хвои, % биомассы Менее 5 10-30 30-50 Более 50
Гибель посевов, % площади Менее 5 5-15 15-30 Более 30
Проективное
покрытие
пастбищной степной и полупустынной Более 80 60-70 50-30 Менее 10
растительности, % от
нормальной
По опубликованным к настоящему времени работам комплексных медико-биолого-геологических исследований разных авторов, известно о существовании статистически значимой связи онкозаболеваемости населения с
зонами дробления земной коры, то есть с ее трещинными зонами повышенной проницаемости и динамических напряжений, к которым нередко приурочены патогенные аномалии [19, 20, 21, 22, 23].
Исследования, проведенные на территории г. Новосибирска [18, 22, 23], показали, что к приразломным зонам приурочены аномальные физические поля, которые возникают в результате смещения разделенных трещинами блоков относительно друг друга [19,20]. Этот геодинамический процесс сопровождается глубинной электрогенерацией, заряды которой по разломам выносятся на поверхность, создавая определенные физические поля, оказывающее отрицательное влияние на здоровье людей. Вызванная этим геофизическая напряженность проявляется над данными зонами в частой наблюдаемости в атмосфере природных самосветящихся объектов и в повышенной восприимчивости людей и других живых организмов к магнитным бурям.
Известно, что 70 % наиболее заселенной части территории г.
Новосибирска располагается над гранитным массивом, который большей частью перекрыт осадочным чехлом мощностью до 50-70 м с отдельными выходами на земную поверхность и расчленен глубинными разломами. По этим разломам, наложенным на гранит, как по зонам повышенной проницаемости, происходит истечение газа - радона. Текучесть радона способствует его разносу в воздухе и скоплению в помещениях, что может вызвать некоторые заболевания. Содержание его находится в прямой зависимости от количества радиоактивных минералов, которые почти всегда встречаются в гранитах.
Кроме аномальных физических полей в приразломных зонах почвенный покров характеризуется количественным и качественным составом микроэлементов, отличным от фоновых показателей участков, более удаленных от разрывных нарушений.
В табл. 3, 4 приведены оценочные критерии и нормирующие их документы, позволяющие оценить качество местообитания человека по экологическому состоянию территории, обусловленному свойствами литосферы.
Таблица 3
Соотношение зон отселения и ограничения проживания с классами состояния приповерхностной части литосферы
Зоны по концепции Академии Наук СССР Оценочные критерии Классы состояний почв
Sr - 137 Sr - 90 Sr - 239
Зона отчуждения (запрещено постоянное проживание) более 40 Ки/км2 Бедствия
Зона отселения (население подлежит отселению) 40-15 Ки/км2 более 5 мЗв (0,5 бер) более 3 Ки/км2 более 0,1 Ки/км2 (Б)
Зона проживания с правом на отселение (постоянный медицинский контроль, обязательные защитные мероприятия) 15-5 Ки/км2 более 1 мЗв (0,1 бер) - - Кризиса (К)
Зона проживания с льготным социально-экономическим статусом 5-1 Ки/км2 менее 1 мЗв (менее 0,1 бер) - - Риска (Р)
Зона нерегламентированного проживания менее 1 Ки/км2 менее 1 мЗв (менее 0,1 бер) - - Нормы (Н)
Таблица 4
«Обеспеченность» компонентов литосферы тестированными критериями оценки их состояния (по В.Т. Трофимову)
Компонент литосферы Элементы оценки ГОСТ Санитарные нормы
Гидросфера (поверхностная или подземная) Понятия, терминология ГОСТ 17.1.1.01-74
Методика опробования и определения ГОСТ 17.1.3.13-86 17.1.3.06-82 17.1.3.04-82 17.1.3.05-82 17.1.3.10-83 17.1.3.11-84
Уровень и показатели загрязнения ГОСТ 2874-82 ПДК № 3086-84 № 3285-85 СанПин 42-121-4130-86 ПДК №2932-83 № 2546-82 № 4256-87
Почвы Понятия, терминология ГОСТ 17.4.1.03-84
Методика опробования и определения ГОСТ 17.3.3.03-85 17.4.4.02-84 17.4.3.06-86 17.4.3.04-85 17.4.1.02-83
Уровень и показатели загрязнения ПДК, Список 1- M3J981 ПДК, Список 3- М3, 1982 ПДК-МЗ, 1985 СанПин 42-128-4275-87 СанПин 42-128-4433-87
Анализ распределения необычных атмосферных явлений и плотности зафиксированных детских лейкозов показывает, что в большинстве случаев увеличение количества заболеваний приурочивается к местам сближения и пересечения разнонаправленных региональных разломов, проходящих через гранитные массивы. Эта закономерность подтверждена нашими
исследованиями всей территории Новосибирской области, где гранитные массивы перекрыты более мощным осадочным чехлом до 1000 и более метров (рис. 1).
Приведенные примеры показывают, что геологическая среда со своими неоднородностями и геодинамическими, геохимическими, геофизическими функциями формирует экологический фон на поверхности Земли, который оказывает непосредственное влияние на комфортность существования биоты, и в том числе - на здоровье человека.
Рис. 1. Схема разломов геологической среды и тектонических нарушений
в Новосибирской области
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Марченко Ю.Г., Тенешева Г.Ю. Экологическое состояние мира на рубеже веков: невостребованные ресурсы предотвращения катастрофы // Вестник СГГА. - 2001. - Вып. 6. -С. 138-147.
2. Ларионов В.С. Анализ причин современного экологического кризиса // Вестник СГГА. - 2004. - Вып. 9. - С. 204-206.
3. Теория и методология экологической геологии / под ред. В.Т. Трофимова - М.: Изд-во МГУ, 1997. - 368 с.
4. Жарников В.Б., Ван А.В. Мониторинг эколого-геологических систем как объектов кадастра // Труды международн. науч. конф. МГУ «Мониторинг геологич., литотехнич. и эколого-геологич. систем». - М.: Изд-во МГУ, 2007, - С. 181-182.
5. Воронина Л.В. Географические аспекты почвенного климата Новосибирской области // Вестник СГГА. - 2002. - Вып. 7. - С. 52-54.
6. Дитц Л.Ю., Билецкая Н.Л. Информационная оценка земель Новосибирской области // // ГЕО-Сибирь-2005. науч. конгр. : сб. материалов в 7 т. (Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г.). - Новосибирск: СГГА, 2005. Т. 3, ч. 1. - С. 131-135.
7. Ван А.В. Сотворённое небом и познанное людьми. Целебные минералы. -Новосибирск: СГГА, 2011. - 208 с.
8. Ляпина О.П. Разработка методики оценки профессионального риска для целей социального страхования от несчастных случаев и профессиональных заболеваний // Вестник СГГА. - 2004. - Вып. 9. - С. 52-54.
9. Сергеев А.А. К вопросу оценки эколого-экономических последствий изменения климата в России // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 3, ч. 1. - С. 54-59.
10. Жарников В.Б., Ван А.В. Экологическая концепция рационального землепользования // ГЕ0-Сибирь-2008. IV Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 5 т. (Новосибирск,
22-24 апреля 2008 г.). - Новосибирск: СГГА, 2008. Т. 2, ч. 1. - С. 163-176.
11. Жарников В.Б., Ван А.В. Эколого-геологические факторы в геоинформационном обеспечении задач управления территориями // ГЕ0-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 2, ч. 2. - С. 33-38.
12. Жарников В.Б., Ван А.В. Об экологических критериях кадастровой оценки
территорий // ГЕ0-Сибирь-2006. Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т.
(Новосибирск,
24-28 апреля 2006 г.). - Новосибирск: СГГА, 2006. Т. 2, ч. 2. - С. 14-19.
13. Золотарёва Н.И. Эффективное управление природными ресурсами с учётом экологических рисков // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 3, ч. 1. - С. 45-49.
14. Жаров А.В. Современная практика программно-целевого управления устойчивым социо-эколого-экономическим развитием территории // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 3, ч. 1. - С. 38-42.
15. Москвин В.Н., Портнов А.М. Модель комплексного анализа городских территорий в условиях становления рынка недвижимости // ГЕ0-Сибирь-2006. Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 24-28 апреля 2006 г.). - Новосибирск: СГГА, 2006. Т. 2,
ч. 2. - С. 35-40.
16. Виноградов В.В. Экологическая компенсация, замещаемость и экстрополяция растительных индикаторов // Труды МОИП. - 1964. - Т.8. - С. 210-219.
17. Долганов И.М. Совершенствование системы сбора и обработки землеустроительной информации // ГЕ0-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 2, ч. 2. - С. 58-62.
18. Зятькова Л.К., Гладышев Г.В. Геоэкологическая инвентаризация природных объектов по материалам аэрофотосъемки (на примере Красноозёркого района Новосибирской области) // Вестник СГГА. - 1999. - Вып. 4. - С. 71-73.
19. Патогенное воздействие зон активных разломов земной коры Санкт -Петербургского региона / Е.К. Мельников, В.А. Рудник, Ю.И. Мусийчук, В.И. Рымарев // Геоэкология. - 1994. - № 4. - С. 40-69.
20. Пространственный анализ объектных и плоскостных электронных карт разломных и сопряженных с ними явлений на территории Новосибирска / А.Н. Дмитриев, И.С. Забадаев, И.Д. Зольников и др. // ГИС для устойчивого развития окружающей среды.:. материалы Междунар. конф. - Новосибирск: СГГА, 1997. - С. 112-120.
21. Главатских Л.Ю., Ильиных А.Л. Варианты решения задачи идентификации пространственных данных в системе объектов недвижимости // ГЕ0-Сибирь-2010. VI
Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). -Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 3, ч. 1. - С. 255-259.
22. Кузьмин В.Н., Антонович К.М. Геологическое строение района работ Новосибирского метрологического полигона в связи с прогнозом его геодинамических особенностей // Вестник СГГА. - 2001. - Вып. 6. - С. 19-25.
23. Жарников В.Б., Ван А.В., Николаева О.Н. Медико-биологическая индикация приразломных зон на территории Новосибирской области // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). -Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 3, ч. 1. - С. 24-27.
© В.Б. Жарников, А.В. Ван, В.В. Сафонов, 2012
