CC BY
135
УДК 504.05
А.Д. Потапов, И.А. Потапов*
ФГБОУ ВПО «МГСУ», * НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЛИ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ, ИХ РАЗВИТИЕ В СОВРЕМЕННОСТИ
Рассмотрены теоретические вопросы современного толкования и применимости терминов и понятий инженерной геологии и геоэкологии. Предложен новый подход к определению основополагающих понятий важнейших категорий инженерной геодинамики как составной части инженерной геологии. Настоящий этап развития геоэкологии позволяет расценивать процессы и явления в геологической среде при строительном освоении как геоэкологические, а не только как классические инженерно-геологические.
Ключевые слова: процесс, явление, инженерно-геологический процесс, инженерно-геологическое явление, геоэкологический процесс, инженерная геология, геодинамика, геоэкология, подтопление, карст, суффозия, оползень, землетрясение, экзогенный процесс, эндогенный процесс, земная кора, экосистема, биотоп, геосфера.
В ряд основополагающих разделов инженерной геологии, наряду с генетическим грунтоведением и региональной инженерной геологией, входит важнейшее направление — инженерная геодинамика. У истоков этого направления стоял один из основателей инженерной геологии — И.В. Попов, которым были сформированы основные принципы методологии изучения различных геологических процессов в среде, которая предполагала дальнейшее ее использование человеком для различных целей и, прежде всего, в строительстве. Инженерная геодинамика (как это определяется в настоящее время) представляет собой научное направление инженерной геологии, изучающее морфологию, механизм, причины (геологические и др.) и пространственно-временные закономерности развития геологических процессов и явлений. Предметом изучения инженерной геодинамики являются инженерно-геологические процессы и явления. Термин «инженерно-геологические процессы» введен в 1935 г. Г.Н. Каменским [1].
Позднее в понимании инженерно-геологических процессов стали употреблять также термин «антропогенные процессы». Именно этот факт в определенной степени и вызвал появление этой статьи. Второй причиной стал факт того, что особенно в последнее время под изучением инженерно-геологических процессов стали понимать, а точнее подменять этот термин изучением экзогенных геологических процессов, протекающих в приповерхностной части геологической среды. Более того, очень многие отождествляют их с опасными геологическими процессами, в то время как далеко не все такие процессы опасны для человека, и их опасность локализуется в природной геологической среде, они являются, по-существу, неотъемлемой частью ее развития. В нашем понимании инженерно-геологические процессы — это движение, изменение состояния компонентов геологической среды во времени и пространстве, обусловленное в значительной степени прямым или косвенным взаимодействием человека и/или результатов его деятельности (техногенных факторов) с геологической средой [2]. Часть специалистов считают, что инженерно-геологические процессы являются, по сути своей, частью процессов геологических и не выделяют их в самостоятельную категорию, что также, на наш взгляд, неверно. Это сродни неверному отождествлению инженерной геологии с общей геологией. Вслед за рядом специалистов следует дать развернутую характеристику инженерно-геологических процессов — современных геологических процессов, возникших или активизирующихся под влиянием тех-
© Потапов А.Д., Потапов И.А.,2012
191
ногенных факторов. К инженерно-геологическим процессам относятся: переработка берегов водохранилищ; просадки в лёссах при обводнении; возникновение оползней при выемке горных пород, строительстве городов, дорог, карьеров и т.п.; деформации пород под воздействием фильтрации потока вод при сооружении плотин, откачке вод из выработок; активизация выветривания и т.п. Типы, механизм, интенсивность развития и распространения инженерно-геологических процессов определяются особенностями геологической среды и характером воздействия на нее техногенных факторов. Например, при создании отвалов горных пород, не обладающих достаточным запасом устойчивости, возникают оползни иногда значительного объема; при нерегулируемом сельскохозяйственном орошении земель, неорганизованном сбросе вод происходит подтопление территории, возникают деформации грунтов и сооружений; доуплот-нение рыхлых пород под нагрузками — осадки; доуплотнение лессов при замачивании — просадки; выщелачивание хорошо растворимых пород — карст; вынос частиц грунта фильтрующейся водой — механическая суффозия, смещение глинистых пород на склонах — оползни. Список можно продолжить, достаточно упомянуть о наличии вечномерзлых грунтов. Это беглое перечисление приводит к очень важному заключению, несмотря на наличие главного фактора инициации инженерно-геологических процессов, а именно — во влиянии на хозяйственную деятельности человека важную роль играют такие типичные геологические категории грунтов, именно грунтов в инженерно-геологическом понимании, как состав (минеральный и гранулометрический), структура и состояние грунтов. Собственно, важнейшее научное направление, составляющая инженерной геологии — генетическое грунтоведение — и играет главную роль в методологии инженерной геодинамики, что, естественно, не умаляет роли природных экзогенных и эндогенных факторов, служащих природным фоном для активизации, а зачастую для проявления и развития инженерно-геологических процессов. Следует особо остановиться на понятии «инженерно-геологическое явление» в силу того, что приведенное выше описание инженерно-геологических процессов неточно. К примеру, природный процесс растворения и выщелачивания горных пород приводит к явлению карст, и это природный геологический процесс, который становится инженерно-геологическим, если скорость фильтрующейся воды увеличивается за счет повышения уровня подземных вод при подтоплении, вызванном строительством гидроузла, или за счет сброса в подземные воды химических соединений, способствующих усилению процесса растворения, или повышения температуры фильтрующейся воды за счет техногенных факторов. Просадка лессов при замачивании природными атмосферными осадками без нагружения толщи лессовых пород не возникает, но при возведении сооружения на «непроявленных» лессах при том же объеме и виде замачивания возникает практически всегда. Нелишним, на наш взгляд, является повторение известного определения: геологический (и инженерно-геологический процесс) протекает во времени вне зависимости от своего механизма, а результатом его является геологическое (инженерно-геологическое) явление, поэтому никакой процесс, в т.ч. геологический (инженерно-геологический) нельзя «закартировать», а его результат — явление — на карте можно изобразить. К примеру, процесс смещения глинистых пород вниз по склону ни на какой карте не отображается, а его результат в виде сошедшего оползневого тела всегда изображается на картах. Это достаточно хорошо известное понимание инженерно-геологических процессов и явлений описано многими авторами, и, если бы не прекращающиеся вольные трактовки сугубо точных понятий, к нему возвращаться не имело бы смысла.
Однако к настоящему времени накоплен уже достаточный опыт в смежном комплексе наук о Земле в научном направлении, а именно в геоэкологии. В этой науке, которая достаточно молода, к сожалению, существует множество определений собственно самой геоэкологии, ее предмете, объектах и методологии изучения. К сожале-
нию, за счет вреда, нанесенного экологической науке неграмотными представителями средств массовой информации и самоустранении от популяризации экологических наук ведущих специалистов-экологов, сложились вольные определения геоэкологической науки. К примеру, «геоэкология — раздел биологии, исследующий экологические системы от крупных районов до биосферы в целом» [3]; геоэкология — 1) синоним ландшафтной экологии (географическая экология), 2) научная дисциплина, изучающая законы взаимодействия литосферы и биосферы, с учетом деятельности человека, в т. ч. роль геологических процессов в функционировании экосистем (геологическая экология) [4]; геоэкология — раздел экологии, исследующий экосистемы иерархических уровней — от ландшафта до биосферы включительно [5]; геоэкология — 1) практический раздел экологии, занимающийся изучением региональных и глобальных изменений компонентов природной среды, обусловленных техногенным воздействием; в конкретной практике объектом геоэкологии являются экосистемы или их составные части: почвы, поверхностные и подземные воды, приземная атмосфера и горные породы; 2) междисциплинарная наука, изучающая геосферные оболочки Земли как компоненты окружающей среды, минеральную основу биосферы и происходящие в них изменения под влиянием природных и техногенных факторов [6]. Как видно из приведенного перечисления, по существу определение геоэкологии дается из представлений специалистов, которые по опыту своей научной деятельности представляют иные направления в науках о Земле — географы, геологи и др. Это вполне объяснимо, так как до сих пор дипломированных геоэкологов не готовит ни один университет в нашей стране, хотя кандидатов и докторов наук по этой научной специальности уже десятки.
Нами уже было дано определение геоэкологии как науки о биотопе в широком понимании последнего термина [7], т.е. это наука о вещественной составляющей жизнеобеспечивающих геосферных оболочек Земли: атмосфере, гидросфере, литосфере. Если биология — это наука о «живом», то геоэкология — это наука о «неживом», а экология — наука о взаимодействии «живого» и «неживого» во всех их проявлениях. Здесь нельзя отрицать факта того, что человек как биологический вид, не может воздействовать на глобальные геосферные оболочки, а человечество как социотип при активно развивающемся техногенезе уже способно изменять и отчасти влиять на процессы и состав геосферных оболочек на их региональном и даже глобальном иерархических уровнях.
В этой связи вопрос о том, можно ли сейчас выделять в чистом виде инженерно-геологические процессы или их уже следует рассматривать как геоэкологические, не является праздным. Именно такой подход, на наш взгляд, позволяет определить дальнейший путь развития как инженерной геологии, так и геоэкологии. В пользу того, что инженерно-геологические процессы следует именовать геоэкологическими, говорят результаты многих исследований. Примером могут быть работы специалистов, изучавших техногенно-загрязненные территории в городах и вкупе с ними техногенно-за-грязненные грунты [8]. И то, и другое — результат хозяйственной деятельности человека. В рамках какого научного направления следует изучать техногенно-загрязненные территории — в геоэкологии или в инженерной геологии? Ответ, в общем, очевиден, если изучается генезис техногенно-загрязненной территории и техногенно-загрязнен-ного грунта, то это предмет и объект геоэкологии, а если техногенно-загрязненная территория и техногенно-загрязненный грунт изучается в целях их использования под строительство, то это предмет и объект инженерной геологии.
Единство и неразрывность жизнеобеспечивающих геосферных оболочек всех иерархических уровней, вплоть до биотопа самой малой экосистемы, является аксиомой, а может быть и максимой. Это обстоятельство определяет необходимость учета влияния на проявление и активизацию геологических процессов в поверхностной зоне земной коры. Естественно, что речь идет прежде всего о экзогенных процессах, влияние
атмосферы на протекание эндогенных процессов научно не установлено, а различного рода оценки влияния гидросферы на эти процессы пока носят околонаучный характер. Среди экзогенных процессов естественным образом должны рассматриваться и инженерно-геологические процессы, когда речь идет о вмешательстве человека в геологическую среду в частности, однако влияние хозяйственной деятельности в гораздо большей степени сказывается на гидросфере и атмосфере. В этом аспекте нелишним будет пример об активизации подтопления при изменении гидрогеологической обстановки за счет создания водохранилищ, что, в общем, является тривиальным фактом, но, тем не менее, это не инженерно-геологический процесс и явление, а, скорее, геоэкологический, так как гидроузел оказывает влияние на гидросферу, а уже через нее на литосферу. В этот ряд вполне четко укладываются наведенные реверсивные «водохрани-лищные» землетрясения, которые являются инженерно-геологическими и затрагивают в некоторой степени и эндогенные процессы, а в целом также могут быть отнесены к геоэкологическим. Более простым примером могут служить факты изменения прозрачности атмосферы при воздействии промышленных выбросов. Они влекут за собой изменения в количестве и качестве атмосферных выпадений, а тем самым изменения в инфильтрации их в поверхностные слои земной коры с последующим изменением гидрогеологической обстановки. Это означает и изменения состояния грунтовой толщи, этот процесс носит разнонаправленный характер и серьезным образом сказывается на принятии конструктивных решений по фундированию сооружений. Загрязнения атмосферного воздуха и дальнейшая их транспортировка в гидросферу (поверхностную и подземную) или прямое их попадание в подземные воды приводят к изменениям в составе подземных вод, которые могут существенным образом сказаться на скорости их фильтрации. Последнее, как было установлено, влияет на активизацию и развитие процессов механической суффозии песчаных грунтов [9]. Аналогичные температурные воздействия на активизацию механической суффозии оказывают теплотрассы, проложенные в песчаных грунтах, когда температура вблизи труб поднимается более чем до 40 °С. Температурные загрязнения подземных вод влекут за собой усиление их растворяющей способности, что провоцирует карстовый процесс, в частности, это возможно при расположении метрополитена в карбонатных породах, когда растепляю-щее воздействие туннеля сказывается на температуре подземных вод и может оказать влияние на карстование известняков. Изменения в природных путях движения поверхностных вод при планировке застраиваемых территорий сказываются на развитии плоскостной и линейной (овражной) эрозии, не говоря уже об изменениях положения речных русел. Приведенные примеры можно продолжить, но главным является вывод о том, что современный подход к оценке инженерно-геологических процессов и явлений должен быть изменен. Наступило время накопления знаний о влиянии комплекса процессов, протекающих в жизнеобеспечивающих геосферных оболочках всех иерархических уровней, на развитие негативных процессов в геологической среде в тех случаях, когда эта среда становится предметом использования в хозяйственной деятельности человека. Эти процессы и явления следует именовать геоэкологическими. В тех же случаях, когда установлено только влияние особенностей собственно геологической среды на возводимое сооружение и обратный факт влияния сооружения на геологическую среду, процессы и явления вполне могут характеризоваться как инженерно-геологические.
Библиографический список
1. Каменский Г.Н., Корчебоков Н.А., Разин К.И. Движение подземных вод в неоднородных пластах / под общ. ред. Г.Н. Каменского. М. : Соединенное научно-техническое изд-во, 1935.
2. АнаньевВ.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. 6-е изд. М. : Высш. шк., 2009.
3. Большой толковый словарь русского языка / С.А. Норинт и др. СПб., 1998.
4. Термины и определения по охране окружающей среды, природопользованию и экологической безопасности / Б.М. Миркин и др. СПб. : Изд-во СПбГУ, 2001.
5. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания. Ростов-н/Д : Тезаурус, 2006.
6. Словарь терминов чрезвычайных ситуаций. М. : МЧС, 2010.
7. ПотаповА.Д. Экология. 2-е изд. М. : Высш. шк., 2005.
8. Королев В.А. Очистка грунтов от загрязнений. М. : МАИК Наука/ Интерпериодика, 2001.
9. Потапов И.А., Шименкова А.А., Потапов А.Д. Зависимость суффозионной устойчивости песчаных грунтов различного генезиса от типа фильтрата // Вестник МГСУ. 2012. № 5. С. 79—86.
Поступила в редакцию в июле 2012 г.
Об авторах: Потапов Александр Дмитриевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии и геоэкологии, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Потапов Иван Александрович—инженер, НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, г. Москва, пл. Большая Сухаревская, д. 3, [email protected].
Для цитирования: ПотаповА.Д., ПотаповИ.А. Инженерно-геологические или геоэкологические процессы и явления, их развитие в современности // Вестник МГСУ 2012. № 9. С. 191—196.
A.D. Potapov, I.A. Potapov
ENGINEERING-GEOLOGICAL OR GEOECOLOGICAL PROCESSES AND PHENOMENA; THEIR DEVELOPMENT IN THE PRESENT-DAY ENVIRONMENT
The authors consider theoretical issues of the present-day interpretation and applicability of the terms and concepts of the engineering geology and geoecology. The authors propose a new approach to the formulation of definitions of the founding concepts of major categories of the engineering geodynamics as the constituent part of the engineering geology. At the current stage of development of the geoecology, the processes and phenomena typical for the geological environment considered from the viewpoint of civil engineering are regarded as geoecological rather than engineering and geological.
Examples of incorrect interpretation of these concepts of engineering geology replace the study of the processes and phenomena of the engineering geology by the study of exogenous processes in the upper zone of the earth crust. Negative processes underway in the geological environment that are considered within the framework of the engineering geology should be assessed as geoecological. The assessment of the present-day use of the term "geoecological processes and phenomena" is based on the principle of indecomposability and unity of the geosphere. This fact serves as the basis for the modern interpretation of concepts of engineering geology or geoecology that relate to the geological environment and its use as the setting of construction works.
The authors demonstrate that the pollution of the atmospheric air or its transparency affect structures. It causes changes in the hydrogeological conditions that may cause a flood or reduction of the level of underground waters that influence the behaviour of bases of constructions. Anthropogenic impacts that cause the temperature and chemical pollution of the subterranean hydrosphere can lead to the dissolution of rocks, trigger karst processes, boost the speed of underground waters, and, thus, trigger the mechanical suffosion in the sands. The concept of geoecological processes and phenomena as the basic categories needs the assessment of the geological environment when exposed to the anthropogenic impact.
Key words: process, phenomenon, geoecological process, engineering geology, geodynamics, geoecology, flooding, karst, suffosion, landslip, earthquake, earth crust, ecosystem, biotope, geosphere.
References
1. Kamenskiy G.N., Korchebokov N.A., Razin K.I. Dvizhenie podzemnykh vod v neodnorodnykh plastakh [Motion of Subterranean Waters inside Heterogeneous Strata]. Moscow, Soedinennoe nauchno-tekhnicheskoe izd-vo publ., 1935.
2. Anan'ev V.P., Potapov A.D. Inzhenernaya geologiya [Engineering Geology]. Moscow, Vysshaya shkola publ., 2009.
3. Norint S.A. Bol'shoy tolkovyy slovar'russkogo yazyka [Big Explanatory Dictionary of the Russian Language]. St.Petersburg, 1998.
4. Mirkin B.M. Terminy i opredeleniya po okhrane okruzhayushchey sredy, prirodopol'zovaniyu i ekologicheskoy bezopasnosti [Terms and Definitions Relating to Environmental Protection, Use of Natural Resources and Environmental Safety]. St.Petersburg, SPbGU Publ., 2001.
5. Savchenko V.N., Smagin V.P. Nachala sovremennogo estestvoznaniya [Basics of Contemporary Natural Science]. Rostov-on-Don, Tezaurus Publ., 2006.
6. Slovar' terminovchrezvychaynykh situatsiy [Dictionary of Emergency Terms]. Moscow, Ministry of Emergencies Management Publ., 2010.
7. Potapov A.D. Ekologiya [Ecology] Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2005.
8. Korolev V.A. Ochistka gruntov ot zagryazneniy [Decontamination of Soil]. Moscow, MAIK Nauka/ Interperiodika Publ., 2001.
9. Potapov I.A., Shimenkova A.A., Potapov A.D. Zavisimost' suffozionnoy ustoychivosti pesch-anykh gruntov razlichnogo genezisa ot tipa fil'trata [Dependence of Suffosion Stability of Sandy Soils of Various Geneses on the Type of Filtrate]. Vestnik mGsU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 5, pp. 79—86.
About the authors: Potapov Aleksandr Dmitrievich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Engineering Geology and Geoecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Potapov Ivan Aleksandrovich — engineer, Scientific and Research Institute of Emergency Healthcare named after N.V. Sklifosovskiy, 3 Bol'shaya Sukharevskaya ploshchad'; Moscow, 107045, Russian Federation; [email protected].
For citation: Potapov A.D., Potapov I.A. Inzhenerno-geologicheskie ili geoekologicheskie protsessy i yavleniya, ikh razvitie v sovremennosti [Engineering-Geological or Geoecological Processes and Phenomena; Their Development in the Present-Day Environment]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 9, pp. 191—196.
