CC BY
154
ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО, КАДАСТР И МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ
УДК 551:574
ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ И ЕЕ ПОКАЗАТЕЛИ В СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА
Валерий Борисович Жарников
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла-хотного, 10, кандидат технических наук, профессор кафедры кадастра, тел. (383)361-05-66, e-mail: [email protected]
Ольга Николаевна Николаева
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла-хотного, 10, кандидат технических наук, докторант кафедры картографии, тел. (383)344-39-73, e-mail: [email protected]
Владимир Владимирович Сафонов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла-хотного, 10, аспирант кафедры кадастра, тел. (383)344-31-73, e-mail: [email protected]
Рассмотрены основные факторы техногенной трансформации земельных ресурсов и определены их основные, требующие мониторинга, показатели для почв, рельефа, литосферы, атмосферы.
Ключевые слова: техногенная трансформация, земельные ресурсы, почвы, рельеф, литосфера, атмосфера, показатели, мониторинг.
TECHNOGENIC LAND TRANSFORMATION AND ITS INDICATORS FOR MONITORING SYSTEM
Valery B. Zharnikov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph.D., Prof, of Department Cadastre, tel. (383)361-05-66, e-mail: [email protected]
Olga N. Nikolaeva
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph.D., Ph.D. Department of Cartography, tel. (383)344-39-73, e-mail: [email protected]
Vladimir V. Safonov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., a graduate student, tel. (383)344-31-73, e-mail: [email protected]
36
Землеустройство, кадастр и мониторинг земель
Studied the main factors of technogenic transformation of land and identified their key that require monitoring, indicators for soils, relief, lithosphere, atmosphere.
Key words: technogenic transformation, land resources, soil, relief, lithosphere, atmosphere, indicators, monitoring.
В процессе своего развития человеческая цивилизация добилась определенного доминирования над средой своего обитания. Постоянно развиваемые человеком техника и технология помогают ему адаптироваться к природным условиям, приспосабливать таковые для удовлетворения своих потребностей. В результате идет постоянный процесс техногенного преобразования (трансформации) окружающей среды, часто не контролируемый.
Техногенный этап развития цивилизации, начавшийся в середине XIX в., привел состояние окружающей среды в трудно оцениваемое, практически катастрофическое состояние. К настоящему времени только отсутствующих в природе веществ выпускается около 1 млн. названий, за один год из недр извлекается 100 млрд. т минерального сырья, а в водоемы сбрасывается порядка 600 млрд. т промышленных стоков.
В результате видовое разнообразие растительного и животного мира уже сократилось на 20 %, техногенные загрязнения производственными и бытовыми отходами, радиоактивными веществами, электромагнитными и шумовыми полями затронули все базовые геосферы, включая геологическую среду и верхние слои атмосферы [1, 2]. Нарастают проблемы экологической, продовольственной, санитарно-гигиенической безопасности [2]. В этой связи проблема техногенеза, оценки его влияния на окружающую среду и человека является одной из наиболее актуальных и обсуждаемых [3].
Социально-экономические и экологические последствия техногенеза явились той отправной точкой, от которой с 1992 г. началась интенсивная разработка концепции устойчивого развития мировой цивилизации и ряда его частных проблем, включая информационное обеспечение такого развития на основе использования геоинформационных технологий и пространственно-временных баз данных [4, 5, 6, 7, 8, 9].
Территориальные особенности техногенеза тесно связаны с процессом размещения крупных производств, являющихся, как правило, техногенными объектами, занимающими немалые территории и оказывающими существенное воздействие на все базовые геосферы, в том числе и на литосферу, и попадающими сами в зону ее влияния. Так, например, в Западно-Сибирском экономическом регионе интенсивная взаимная трансформация наземной и подземной частей происходит под воздействием крупных сельхозпредприятий, металлообрабатывающей промышленности, энергетических комплексов, транспортных магистралей, газонефтепроводов, горнодобывающих производств.
Значительно влияние сельскохозяйственного производства [3, 10, 11, 12] на почвы, почвообразующие процессы, подстилающую геологическую среду. Опасно их загрязнение тяжелыми металлами в аридных и многомерзлых зонах,
37
Землеустройство, кадастр и мониторинг земель
обладающих слабой интенсивностью миграции химических элементов. В гу-мидной зоне, наоборот, величины pH способствуют миграции тяжелых металлов, а водный режим почв и пород - выносу их в окружающие водоемы. Весьма уязвимы ландшафты юга криолитной и аридной зон, деградация растительности которых заметно снижает защитный природный потенциал геологической среды.
Техногенные изменения, происходящие в окружающей среде, затрагивают все базовые геосферы, в том числе атмосферу, гидросферу и литосферу. Наиболее значительное воздействие эти природные компоненты испытывают в результате строительства инженерных сооружений, добычи полезных ископаемых, мелиорации земель. При этом масштаб и интенсивность производственных воздействий таковы, что процесс антропогенной трансформации оказывает комплексное воздействие на используемые земельные ресурсы. Ущерб наносится не только почвенным системам и рельефу; отрицательные изменения наблюдаются и в глубжележащих слоях геологических пород. Поэтому очевидно, что при оценке состояния земель необходимо учитывать показатели состояния как почвенного покрова, так и окружающих его геосфер, в том числе и верхних слоев литосферы.
Исходя из этого, все многообразие техногенных факторов, влияющих на земли освоенных человеком территорий, можно разделить на две большие группы. К первой группе отнесем факторы, определяющие поверхностную трансформацию земель, которая затрагивает преимущественно рельеф и почвы; ко второй - факторы, определяющие глубинную трансформацию, выражающуюся в отрицательных изменениях глубжележащих слоев литосферы (изменение режима грунтовых вод, интенсификация просадочных, оползневых, карстовых процессов и пр.). Рассмотрим более подробно обе группы факторов.
Поверхностная трансформация освоенных земель обусловлена следующими отрицательными факторами:
1. Загрязнение почв различными химическими соединениями и тяжелыми металлами в ходе деятельности промышленных и сельскохозяйственных предприятий, движения транспорта. Различными исследованиями [3, 4, 5, 6, 7] давно подтверждена корреляция очагов избыточной концентрации загрязнителей в почвах к крупным агломерациям населенных пунктов, даже при отсутствии в их пределах металлургических и горнодобывающих предприятий [1, 5, 7, 8, 10, 11, 13].
По данным мониторинга, к числу основных загрязнителей почв земельных участков в населенных пунктах и на промышленных площадках относятся соединения тяжелых металлов (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, кобальт, никель) и мышьяка, нефтепродукты. Комплексный анализ загрязнения земель
осуществляется на основании расчета суммарного показателя Zc, выражающего концентрацию химических элементов, находящихся в почве в аномальных количествах.
Негативное влияние данного фактора на освоенные земли проявляется в снижении плодородия почв, что ухудшает условия существования городской растительности и сельскохозяйственных культур, осложняет ведение работ по
38
Землеустройство, кадастр и мониторинг земель
поддержанию озелененности территорий на уровне, соответствующем санитарным нормам. Высокая концентрация тяжелых металлов в почвах также наносит ущерб здоровью местного населения, в особенности в зонах малоэтажной застройки и сельских поселений, жители которой непосредственно контактируют с загрязненными почвами в ходе ведения сельскохозяйственных работ и домашнего хозяйства.
К основным показателям почв отнесем их мощность, гумусность, структуру, реакцию (кислотность), суммарный показатель концентрации загрязнителей (таблица).
2. Захламление освоенных земель в процессе нерациональной организации полигонов промышленных и коммунально-бытовых отходов, а также в процессе формирования несанкционированных свалок. Накопление и хранение твердых бытовых и промышленных отходов в пределах и близ населенных пунктов оказывает крайне неблагоприятное воздействие на земли, занятые такими отходами. По данным ряда источников [1, 2, 8], объем образования отходов в России колеблется около 4 млрд. т. Следует заметить, что в лидерах по количеству образовавшихся отходов зачастую оказываются не крупные населенные пункты, а небольшие промышленные центры, не имеющие достаточного финансового обеспечения для решения проблемы захоронения и утилизации отходов на должном уровне.
Вынужденное отчуждение значительной доли земель под полигоны отходов сокращает общую площадь ценных земель, которые могут быть использованы с выгодой для других целей. Обилие свалок и полигонов отходов в пригородных зонах значительно снижает рекреационно-эстетическую ценность ландшафтов, несет угрозу безопасности местного населения за счет негативных явлений широкого спектра (тление и возгорание отходов, концентрация на прилегающей территории птиц и бездомных животных, являющихся переносчиками различных болезней, и т. п.) и требует строгого учета числа, местоположения и занимаемых площадей.
3. Нарушение (вплоть до полного исчезновения) верхнего задернованного слоя почвы и вследствие этого - резкая интенсификация ветровой и водной эрозии. Низкая задернованность почв отмечается не только во многих населенных пунктах, но и на площадях земель сельскохозяйственного назначения. Разрушение (вплоть до исчезновения) верхнего плодородного слоя почвы должно своевременно предупреждаться использованием как специальных технических и биологических средств, так и организационно-правовыми механизмами.
4. Изменение естественного рельефа земель в результате ведения разнообразных строительных и сельскохозяйственных работ [14]. Данный фактор оказывает комплексное влияние на состояние территории, его отрицательное влияние на земли сельскохозяйственного назначения, в частности, проявляется многообразно, начиная от сужения перечня вариантов использования земли с техногенно нарушенным рельефом и до интенсификации процессов водной и ветровой эрозии.
39
Землеустройство, кадастр и мониторинг земель
Важно оценить морфологию и морфометрию рельефа, а также его динамику, определяемую активностью и направленностью в основном экзогенных процессов, а в последнее столетие и антропогенными воздействиями [3].
В результате указанных процессов, развивающихся под влиянием климата и деятельности человека, создается антропогенный рельеф; активизируются со-лифлюкция, делювиальный смыв, овражная эрозия, карстовые процессы, образование мелей и перекатов на реках. Выделяют непосредственные антропогенные формы рельефа, обусловленные отдельными видами хозяйственной деятельности [3]: сельскохозяйственно-мелиоративные, инженерно-транспортные, горно-рудные, некоторые другие, частично преобразуемые естественными процессами.
К основным показателям рельефа, требующим учета при оценке антропогенеза, отнесем: площадь участка с трансформированным рельефом, средний уклон, класс земель по наклону поверхности (см. таблицу).
Таблица
Основные показатели трансформируемых земель в системе мониторинга
Элементы Показатели трансформации земель
Почвы Мощность, гумусность, структура, реакция почвенного раствора, концентрация загрязнителей
Рельеф Площадь с трансформированным рельефом, средний уклон, класс земель по наклону поверхности
Литосфера Уровень грунтовых вод, сезонные колебания уровня, активность проявления экологических функций
Атмосфера Ветровой режим, роза ветров, сезонная динамика, давление, устойчивые периоды резких перепадов температур, образование туманов
Общие для территории Местоположение и площадь полигонов (свалок) отходов, источники, местоположение основных загрязнителей, объемы и периодичность выбросов
Что касается факторов глубинной трансформации земель [14, 15], то следует отметить, что интенсивность геологических процессов, влияющих на инженерно-строительное состояние городских земель, во многом зависит от характера геологической среды и наличествующих деформаций земной коры, которые определяют характер и динамику просадочных процессов. Нарушение устойчивости геологической среды вызывает преждевременные деформации зданий и сооружений, ускоряет разрушение коммуникаций и наносит существенный материальный ущерб. Поэтому обязательной является оценка качества грунтов, их гранулометрического состава, несущей и фильтрационной способности.
40
Землеустройство, кадастр и мониторинг земель
Недоучет конкретных инженерно-геологических условий на различных стадиях проектирования и строительства приводит к значительным амортизационным издержкам при эксплуатации зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, обусловленных их деформацией и разрушением. В связи с этим состояние геологической среды необходимо учитывать уже на начальных стадиях градостроительного проектирования для обеспечения эффективности инженерных защитных мероприятий.
На состояние земель заметное влияние также оказывает освоение подземного пространства на глубину до 200 м и связанные с этим отрицательные процессы и явления (изменение режима грунтовых вод, уплотнение грунтов, активизация карстово-суффозионных процессов, нарушение температурного режима пород), а также захламление городских земель промышленными и бытовыми отходами (вплоть до возникновения мощного слоя техногенных отложений).
С появлением новой научной дисциплины «Экологическая геология» [15] литосфера, исследовавшаяся с позиций поиска полезных ископаемых или в связи с хозяйственной (в основном строительной) деятельностью человека, изучается как вещественно-энергетическая основа существования биоты, в том числе человечества. В прикладном отношении объектом исследования становится приповерхностная часть литосферы, подвергающаяся техногенным воздействиям природно-техническая эколого-геологическая система (ПТЭГС). Подобные системы включают существующие и строящиеся инженерные объекты, искусственные или преобразованные природные ландшафты и несут в себе все последствия не только природных, но и техногенных воздействий.
Среди научных задач изучения подобных ПТЭГС следует выделить [9] разработку теории и методов оценки устойчивости приповерхностной части литосферы к техногенным воздействиям, а также установление влияния ее техногенного загрязнения на биоту.
В основе решения указанных задач лежит основная теория экологической геологии - учение об экологических функциях литосферы, «определяющих и отражающих роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газ, геохимические и геофизические поля и протекающие в ней геологические процессы в жизнеобеспечении биоты и, главным образом, человеческого сообщества» [8].
На состоянии литосферы отражаются любые техногенные изменения [9] внешних геосфер Земли, а также прямое промышленное влияние в виде механического изъятия или перемещения пород, изменения гидрологической обстановки (откачка, отток подземных вод), загрязнения почво-грунтов нефтепродуктами, тяжелыми металлами, кислотами, активизации различных инженерногеологических процессов. Строительство линейных сооружений меняет естественное движение вод, вызывает заболачивание и подтопление близлежащих участков. В районах многолетнемерзлых грунтов происходит растепление участков, активизируются процессы солифлюкции, термокарста, наледообразова-ния. Существующую роль в трансформации верхних слоев литосферы играют
41
Землеустройство, кадастр и мониторинг земель
геолого-разведочные работы. Снижение напора подземных вод существенно увеличивает внутреннее давление, вызывает уплотнение пород, служит причиной осадок и просадок земной поверхности с деформациями инженерных сооружений.
К основным показателям литосферы отнесем уровень грунтовых вод, его сезонные колебания, активность проявления основных экологических функций (см. таблицу).
С целью предотвращения необратимых нарушений природной структуры экосистем антропогенные нагрузки необходимо держать в пределах природных колебаний параметров таких систем. Для определения подобных пределов проводятся специальные исследования [2, 5], в результате которых устанавливают предельно допустимые концентрации (ПДК) или ориентировочно допустимые содержания (ОДС) загрязнителей (поллютантов).
Зачастую воздействие вышеописанных факторов антропогенной трансформации земель поселений в пределах конкретного земельного участка наблюдается в комплексе, что снижает эффективность экономического использования этого участка. В современных условиях, когда земля является одним из ключевых объектов хозяйственно-рыночных отношений, становятся важными оценка степени антропогенной трансформации земельного участка и учет ее результатов в решении широкого спектра задач, в том числе при определении направлений рационального, наиболее эффективного использования.
Определенный вклад в трансформацию земель вносят атмосфера и гидросфера. Влияние первой наиболее существенно, поскольку большая часть загрязнителей атмосферы в виде пылевых осадков или в составе атмосферных осадков попадает в почвы и верхнюю часть литосферы. Среди основных загрязнителей - твердые вещества, углеводороды, окислы серы, углерода, азота и других элементов. Первоочередными задачами здесь [7] являются определение состава и объема загрязнителей, источников, их местоположения и периодичности выбросов. Для определения площадей загрязнения исследуется ветровой режим (направление, сила, сезонная динамика), атмосферное давление, повторяемость приземных инверсий, характер осадков. Повышенные концентрации загрязняющих веществ характерны при инверсиях температуры и устойчивой стратификации воздушных масс во время туманов (см. таблицу).
Выводы: таким образом, в результате анализа основных процессов антропогенной трансформации земель выявлен спектр наиболее существенных факторов и определен базовый перечень их показателей, необходимых в системе мониторинга земельных ресурсов для оценки их антропогенеза.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Малахов В.М., Гриценко А.Г., Дружинин С.В. Инженерная экология: монография. В 3-х томах. - Новосибирск: СГГА, 2012.
2. Серов Г.П. Правовое регулирование экологической безопасности при осуществлении промышленной и иных видов деятельности. - М.: Изд-во «Ось-89», 1998. - 224 с.
42
Землеустройство, кадастр и мониторинг земель
3. Сладкопевцев С.А. Природопользование: учебное пособие. - 2-е изд. - М.: Изд-во МосГУГК, 2008. - 206 с.
4. Николаева О.Н. О совершенствовании информационного обеспечения картографирования природных ресурсов // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 107-112.
5. Алексеева М.Н., Яценко К.Г. Экологический мониторинг нефтедобывающих территорий на основе космических снимков // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 101-106.
6. Фузелла Т.Ш. Количественная оценка и картографирование энергопотенциала гумусового слоя для почв Томской области // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 113-115.
7. Креймер М.А. Климат и прогноз загрязнения атмосферного воздуха в городе // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 116-121.
8. Гаврилов Ю.В., Николаева О.Н., Ромашова Л. А. Об опыте и результатах системного картографирования экологической ситуации Новосибирска // Вестник СГГА. - 2011. -Вып. 1 (14). - С. 55-61.
9. Гиниятов И. А., Ильиных А. Л. Выбор системы показателей автоматизированной информационной системы мониторинга земель для целей управления антропогенным комплексом // ГЕО-Сибирь-2009. V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). - Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 3, ч. 2. - С. 165-169.
10. Путилин А.Ф. Деградация почвенного покрова и эрозионно-денудационноводосборные геосистемы // Вестник СГГА. - 2004. - Вып. 9. - С. 212-216.
11. Невидимова О.Г., Янкович Е.П. Геоинформационное исследование региональных природно-климатических особенностей // Вестник СГГА. - 2011. - Вып. 3 (16). - С. 88-94.
12. Шарикалов А. Г., Якутин М. В. Геоэкологический анализ состояния антропогенных систем // Вестник СГГА. - 2011. - Вып. 3 (16). - С. 95-100.
13. Елизарова Т.Н., Елизаров А.В., Якутин М.В. Особенности почвенно-геохимического и биотического моделирования // Вестник СГГА. - 2004. - Вып. 9. - С. 207-211.
14. Телицин В. Л., Набоков А.В. Геодинамика и строительство в условиях платформенных областей. - Тюмень: Изд-во ТГСХА, 2008. - 82 с.
15. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология. - М.: Геоинформмарк, 2002. -
415 с.
16. Трансформация экологических функций литосферы в эпоху техногенеза / Под ред. В. Т. Трофимова - М.: Изд-во «Ноосфера», 2006. - 720 с.
Получено 14.06.2013
© В.Б. Жарников, О.Н. Николаева, В.В. Сафонов, 2013
43
