Создание и применение экогеотехнологий - как перспектива развития инженерной защиты окружающей среды Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ю.П. Галченко , 2014

УЛК 622.502 Ю.П. Галченко

СОЗДАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЭКОГЕОТЕХНОЛОГИЙ — КАК ПЕРСПЕКТИВА РАЗВИТИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Предложено новое научное направление в развитии геотехнологии, основанное на идее гомеостатического регулирования взаимодействия антагонистических систем био- и техносферы в процессе освоения недр. Даны методологические основы создания экогеотех-нологий, обеспечивающих кардинальное решение экологических проблем при функционировании минерально-сырьевого комплекса за счёт дифференцированного устранения причин возникновения техногенных воздействий на природную среду. Ключевые слова: освоение недр, экологическая безопасность, инженерная защита, техногенные факторы, диапазон толерантности, принципы функционирования, гомеостатика, геоэкология.

Ллительное игнорирование требований сохранения естественной биоты Земли в условиях фактической реализации антропоцентрической концепции в экологии, привело к тому, что реально применяемые геотехнологии и технологические схемы горных предприятий обеспечивали экономическую эффективность разработки с соблюдением требований техники безопасности, но совершенно не учитывали экологических последствий применения этих технологий. Между тем в современных условиях, когда главной отличительной чертой взаимодействия природных и техногенных систем в рамках концепции устойчивого развития, становится экологический императив, в требования к применяемым технологиям вводится обязательное ограничение по условиям безопасности био-ты экосистем природно-территориальных комплексов, в границах которых ведется разработка месторождения [1].

Учитывая реальную структуру исследований в области геоэкологии следует специально отметить, что даже самый полный мониторинг

211

или биологически корректная методика определения допустимых воздействий на биоту не решают основной задачи — её сохранения в условиях развития технократической цивилизации. Эти действия по сути своей дают только масштаб влияния и предельную величину внешних воздействий применяемой на данном производстве технологии. Реальные же возможности сохранения естественной биоты связаны только с таким изменением внутренней структуры или физической сущности этих технологий, которые дали бы возможность осознанного управления уровнем их внешних воздействий в соответствии с требованиями толерантности реальных биологических систем к этим воздействиям.

Вполне очевидно, что в обозримой перспективе, по мере исчерпания запасов наиболее богатых по качеству сырья, простых по строению и доступных по расположению и экономике месторождений, предметом освоения будут становиться объекты со всё более сложной геологической структурой, невысоким качеством извлекаемого сырья и большой глубиной залегания. При этом не менее очевидно, что потребность нашей технократической цивилизации в минеральных и энергетических ресурсах литосферы будет возрастать всё более быстрыми темпами. Т.е. имеет место сложное комплексное противоречие уменьшающихся ресурсов литосферы и возможностей биосферы с нарастающим в количественном и качественном отношении давлением потребностей антропосферы (грант РФФИ № 12-05-00011).

В самом общем случае проблема экологической безопасности при освоении недр имеет два существенных аспекта. С одной стороны, динамичное увеличение потребности в минеральном сырье приводит к постоянному повышению общей техногенной нагрузки на естественную биоту Земли, а с другой — негативное воздействие каждого конкретного добывающего предприятия всегда ограничено во времени, вследствие исчерпаемости запасов любого месторождения. Поэтому при определении смысла и внутреннего содержания понятия экологической безопасности геотехнологий необходимо учитывать как устойчивость биосистем к действию техногенных факторов горного производства, так и возможности биологической релаксации в зонах техногенного поражения экосистем в постэксплуатационный период. Следовательно, инженерная защита окружающей среды, как система действий, обеспечивающих

212

сохранение жизнеспособности этой среды, должна развиваться в двух, существенно различных, направлениях:

• полное или частичное устранение причин техногенного изменения геологической среды, как первоисточника экологических опасностей при освоении недр;

• ликвидация последствий неизбежного изменения литосферы при добыче полезных ископаемых для всех остальных сфер Земли (прежде всего — для биосферы).

До настоящего времени развитие инженерной защиты окружающей среды шло в основном по второму из названных выше направлений, когда применение выбранной только по технико-экономическим критериям геотехнологии сопровождалось целым комплексом мероприятий и технологий, которые были созданы для уменьшения экологической опасности многообразных техногенных воздействий на природную среду. Выполненный анализ структуры и классификация этих воздействий показали, что по причинам своего возникновения все техногенные факторы геотехнологий можно разделить на 2 класса:

• являющиеся прямым следствием антропогенного разрушения литосферы и формирования в ней нового литосферного объекта — техногенно измененных недр (геомеханические факторы);

• зависящие от характера применяемых при техногенном изменении недр геотехнологий (геотехнологические факторы).

При этом, по возможностям снижения экологической опасности реального добывающего предприятия, техногенные факторы (и их воздействия) делятся на:

• устранимые за счет введения в технологию дополнительных мероприятий;

• устранимые за счет замены применяемой технологии;

• неустранимые для данного вида производства [2].

Комплексный характер техногенного воздействия горного производства в сочетании с распространенным утверждением о том, что суммарное воздействие комплекса поллютантов опаснее суммы их воздействий за счет возникновения различных побочных эффектов, является формальным препятствием для использования редукцио-налистких подходов к решению пограничных задач взаимодействия техно и биосферы. Но если при изучении биологических последствий действия тех или иных техногенных факторов это обстоятельство,

213

безусловно, необходимо учитывать, то при поиске путей создания новых геотехнологий, обеспечивающих сохранность естественной биоты Земли, допущение о равенстве (или адекватности) суммарного воздействия и суммы воздействий не только приемлемо, но и просто необходимо.

Такая постановка предопределяет и методологический подход к решению геотехнологических проблем путем предельно дифференцированного рассмотрения внутренних процессов, определяющих количественные и качественные характеристики каждого техногенного фактора, оказывающего влияние на биоту экосистем,

В соответствии с существующими общими представлениями о механизме техногенного загрязнения природных систем, по характеру участия в общем процессе, выделяются три основных экологических блока:

• источники загрязнений — элементы техносферы, в которых воспроизводятся техногенные вещества, поступающие в природную среду;

• транзитные среды, элементы абиоты экосистем, в которых происходит прием, транспортировка и частичная трансформация техногенных веществ;

• депонирующие среды — элементы биоты экосистем, в которых техногенные вещества накапливаются и преобразуются.

Исследование состояния и изменения элементов депонирующей среды должно раскрывать причинно-следственные связи этих изменений и проводиться по схеме:

Общий подход к разработке способов определения биологических ограничений техногенных факторов напрямую вытекает из принятого выше допущения о том, что суммарное воздействие всех факторов на биоту равнозначно по последствиям сумме этих воздействий. В этом случае методология решения проблемы должна строиться на принципе дифференцированного рассмотрения поведения техногенных поллютантов в транзитных и депонирующих средах.

Как следует из логической схемы развития этих процессов [2], применение любой геотехнологии сопровождается появлением

214

каких-либо техногенных факторов (поллютантов). Распространяясь в транзитной среде, они образуют зону техногенного поражения, в границах которой экосистема испытывает техногенную нагрузку. В результате ее появления меняются значения тех или иных жизнеобеспечивающих факторов для объектов биоты, что и приводит к ее последующему нарушению (деградации). Вполне очевидно, что последовательность действий по созданию регламентирующих техногенные воздействия показателей должна строиться на основе обратной логики:

Исключение или биологически обоснованное ограничение действующего фактора

Исходя из положения о содержания понятия экологической безопасности горного производства [3], можно констатировать, что единственная реальная возможность сохранения естественной био-ты Земли при развитии минерально-сырьевого комплекса связана с решением фундаментальной научной задачи по обоснованию путей и принципов развития технической составляющей единого природ-но-технического комплекса освоения недр в условиях ограничений, налагаемых законами развития его природной составляющей.

Из определений понятия технологии вообще [4] и горной технологии, в частности [5], с очевидностью следует, что появление дополнительного ограничения в целевой функции потребует изменения внутренней конфигурации самого понятия. Так как смысл нового ограничения заключается в поддержании уровня значений техногенных факторов горного производства в границах диапазона толерантности видов эдификаторной синузии фитоценоза нарушаемых экосистем, то и принципы видоизменения структуры технологии надо искать в системах, где эти ограничения выполняются, т.е. в системах биологических [3].

Генеральная идея создания подобных технологий в самом общая виде была определена академиком В. И. Вернадским как «...ноосферная» задача встраивания производственных процессов в естественные циклы биогеохимического кругооборота веществ.» [6]. Из самых строгих расчетов мы сегодня уже знаем, что никакие безотходные технологии и иные природоохранные действия, при

215

всей их абсолютной и жизненной необходимости, сами по себе не способны решить проблемы взаимоотношений человека и природы. При нынешней несбалансированности производства и потребления с естественными циклами биосферы подобные меры помогут лишь оттянуть момент, когда кардинальная перестройка основополагающих принципов функционирования техносферы в соответствии с естественными циклами биосферы станет жизненно важной необходимостью [7]. Развивая эти идеи применительно к проблемам освоения недр нашей планеты и опираясь на гипотезу о том, что уровень безопасности техногенных геосистем, по отношению к системам биологическим, пропорционален степени единообразия основополагающих принципов функционирования обоих систем, можно легко перейти к понятию экогеотехнологии освоения земных недр — как технологии добычи минеральных ресурсов, «.. .построенной по типу процессов, характерных для природы.» [4]. Введение этого понятия никак не противоречит принятой классификации горных наук. Оно представляет собой новое научное направление в геотехнологии, направленное на кардинальное решение экологических проблем освоения недр за счёт создания технологий, организованных по тем же принципам, которые обеспечивают экологическую чистоту функционирования естественных биологических систем.

Из определения понятия системы вообще — как «единого целого, функционирующего благодаря взаимодействию определенным образом организованных элементов.», следует, что кроме структуры (.определенным образом организованных элементов.), жизнеспособность и экологичность биологических систем определяется также и характером взаимодействия входящих в нее элементов. Понимание этих особенностей биологических систем, обеспечивающих экологическую чистоту их функционирования, может подсказать пути развития геотехнологий в условиях экологического императива.

Первый принцип функционирования природно-равновесных экосистем вытекает из понятия большого и малого круга биотического обмена — как безостановочного процесса закономерного циклического, но неравномерного во времени и пространстве, перераспределения вещества и энергии, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся биосферные или элементарные биологические системы. Применительно к биогеоценозам, с учетом характера взаимодействия и предназначения основных категорий

216

организмов в экосистеме, его можно сформулировать так: получение ресурсов и переработка отходов происходят в рамках замкнутого кругооборота всех элементов.

Поток энергии в природных экосистемах полностью соответствует началам термодинамики. Энергия солнечного света в результате фотосинтеза превращается в химическую, а химическая — в другие формы при прохождении пищевых цепей. В этом направлении расходуется далеко не самая большая доля общего количества поступающей энергии Солнца, основное количество которой расходуется на нагревание поверхности планеты. Это тепло служит движущей силой циркуляции водных и воздушных масс и в конце концов — рассеивается в космическом пространстве. Отсюда следует второй принцип функционирования экосистем: они существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Основная часть потока солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли, порождает физическую циркуляцию подвижных элементов абиоты, остальная энергия, усваиваемая фотосинтези-рующими живыми системами, и порождает циркуляцию биогенов в природных экосистемах. Если расположить составляющие их организмы в соответствии с пищевыми взаимоотношениями, указав для каждого уровня «вход» и «выход» энергии и биогенов, то станет очевидно, что, чем ниже трофический уровень, тем больше биомасса данной категории организмов. В этом заключается суть третьего принципа функционирования биосистем: на каждом трофическом уровне производится только новая биомасса, количество которой обратно пропорционально длине пищевых цепей.

Важнейшим свойством природных экосистем является их устойчивость, которая обеспечивается тем, что соотношения всех компонентов определяются динамическим равновесием между биологическим потенциалом популяций и сопротивлением окружающей их среды. Изменение внешних условий вызывает развитие сукцессии, которая завершается стадией климаксовой экосистемы. На этой стадии все виды, размножаясь, сохраняют относительно постоянную численность, а экосистема — видовое разнообразие.

В сухопутных экосистемах роль продуцентов выполняют растительные сообщества — фитоценозы. При этом каждый из них имеет совершенно одинаковую внутреннюю структуру, состоящую из трёх систем видов растений, различных по своей ценотической

217

значимости: эдификаторной, ассектаторной и адвентивной, из которых первая определяет видовой состав и направление циклической сукцессии всего фитоценоза. Потому четвертый принцип существования экосистем можно сформулировать ещё и так: устойчивость и жизнеспособность экосистем определяется состоянием их фитоценоза, структура и видовой состав которого зависят от его эдификаторной синузии.

Как известно, все системы обладают пороговым состоянием, переход через которое ведет к резкому, качественному изменению протекающих в них процессов — к изменению их организации. Эта особенность пороговых (бифуркационных) механизмов играет совершенно особую роль в развитии биосистем. При переходе через бифуркационное состояние система как бы забывает (или почти забывает) свое прошлое. В этой точке происходит разветвление путей эволюции, и в силу вероятностного характера перехода через это пороговое состояние, обратного хода эволюции уже нет (точнее сказать, вероятность подобного события равна нулю). Это положение о необратимом характере биологической эволюции (известное как закон Л. Долло) составляет суть пятого принципа функционирования естественной биоты Земли [8].

Устойчивое функционирование биосистемы определяется одновременной реализацией всех приведенных принципов. Нарушение даже одного из них может быть причиной деградации биосистемы, вследствие нарушения её экологической чистоты.

В отличие от традиционной бионики, реализующей стремление воссоздать приборы и устройства, которые копируют по своим функциям и возможностям определённые элементы биоты, построение экологически безопасных геотехнологий или целых природно-техни-ческих систем возможно на основе переноса и смысловой трансформации только принципов взаимодействия элементов биоты. Поэтому, учитывая антагонистический характер противоречий между техно- и биосферой, общую методологию решения проблемы целесообразно строить на основных положениях гомеостатики о способах поддержания жизненно важных параметров взаимодействующих систем путём управления противоречиями [2].

Гомеостатические механизмы при очень сильном упрощении можно представить как результат интеграции («склеивания») по определённым правилам двух антагонистов. Такая система в дальнейшем окажется устойчивой, несмотря на то, что каждый антагонист

218

в системе может являться неустойчивым образованием. Основным условием устойчивости системы является паритет требований и ограничений каждой её составной части. Применительно к рассматриваемой нами проблеме экологической безопасности освоения недр в качестве «антагонистов» выступают естественная биота Земли (биота) и технократическая цивилизация людей (человек), извлекающая из литосферы Земли сырьё. Тогда блок-схема гомеостатического регулирования отношений между ними, выраженная через цели, примет вид, показанный на рис. 1.

Конечный результат такого регулирования — построение природ-но-технической системы, в которой за счёт применения технологий, ограниченных по внешнему воздействию условиями выживания и самовосстановления биологических систем, были бы разрешены противоречия между биотой и техносферой. Модель такой системы для случая антагонистического характера противоречий между её компонентами приведена на рис. 2.

Рис. 1. Блок-схема гомеостатического управления (регулирования), выраженная через цели

219

Рис. 2. Модель природно-технической системы, состоящей из двух антагонистов (Биота и Человек)

Добавим к существующим условиям устойчивости каждого компонента этой системы параметры У1 и у2), определяющие паритет при функционировании системы. В норме, на выходе такой системы в правой полуплоскости, целевая функция (у2) должна стремиться к нулю:

у^ = Ы - Ы = 0.

То есть, негативное влияние Человека (у1) будет компенсироваться толерантностью (у2) нарушаемой части биоты (рис. 3).

Свойства биологических систем являются объективной реальностью и не поддаются какому-либо антропогенному регулированию. Поэтому выходная кривая 3 является продолжением кривой 1, характеризующей свойства биосистемы. Линия же 2, отражающая качество геотехнологии, может перейти в выходную кривую 3 только при наличии перегиба в точке нулевого воздействия. Это означает, что в любой природно-технической системе единственная возможность достижения паритета интересов составляющих эту систему компонентов (в нашем случае — это Биота и Человек) заключается в целенаправленном создании и применении технологий, отвечающих по свойствам условиям толерантности биоты. В этом случае система приобретает свойства типового гомеостата с правой активностью именно в области взаимодействия её компонентов.

220

В общеметодологическом плане гомеостатический подход даёт возможность синтеза противоположностей. Применительно к проблеме взаимоотношений человека и природы это означает, что эти два антагониста не противопоставляются друг другу, а объединяются в единую систему, в которой управляемая гармония между обеими компонентами достигается за счёт ограничения уровня техногенных воздействий диапазоном толерантности структурообразующих элементов биоты этих экосистем. Используя такой подход можно перенести биологическую информацию в техносферу путём поэтапного формирования геотехнологического гомеостата на основе структуры гомеостата биологического с заменой содержательных элементов на геотехнологические целевые аналогии.

Первый и второй из обозначенных выше принципов функционирования биосистем входят в состав биологического гомеостата, обеспечивающего поддержание динамического постоянства такого жизненно важного параметра системы, как экологическая чистота протекающих в ней процессов. При этом первый принцип отражает характер использования ресурсов, а второй — качество этих ресурсов.

Трансформируя первый принцип в геотехнологию, можно легко сформулировать такое её свойство, как замкнутый цикл обращения твердых, жидких и газообразных отходов. Твердые отходы горного

221

производства представлены отвальными породами, хвостами обогащения и пылью, выносимой на поверхность при проветривании горных работ. При подземной добыче различных видов минерального сырья всегда возникает необходимость складирования на поверхности того или иного количества твёрдых отходов. По степени воздействия на природную среду отвалы и хвостохранилища относятся к категории катастрофического ее нарушения, когда на площади, занятой ими, происходит полное уничтожение биоты. Достижение экологической безопасности горного производства по этому фактору потребует кардинальных горнотехнических решений, исключающих накопление твердых отходов на земной поверхности. Одним из наиболее реальных путей решения этой экологической проблемы при подземной и открытой разработке является перевод выработанного пространства из категории потенциального ресурса в категорию ресурса реального путем изменения порядка разработки месторождения и перехода от последовательной выемки горизонтов сверху вниз, к отработке их снизу вверх. Несложный расчет показывает, что для большинства геологических типов рудных месторождений (за исключением тонкожильных) в пустотах, образованных при отработке запасов одного горизонта, можно разместить весь объём пустых пород и 40-45% хвостов обогащения, полученных при отработке предыдущего горизонта. Преимущества такого порядка развития горных работ очевидны, так как он позволяет ликвидировать хранилища отходов на поверхности и тем самым снижает общие затраты на охрану окружающей среды.

Также очевидны и негативные последствия. Изменение порядка развития горных работ потребует увеличения объемов капиталовложений на первой стадии строительства предприятия (но без увеличения их общей величины), сделает необходимым тщательное исследование геомеханических последствий этого изменения и ряда других технических и экономических вопросов.

Пылевидные твердые отходы (выдаваемый из шахт воздух) и жидкие отходы (шахтные воды) горного производства целесообразно рассмотреть совместно, так как они имеют одинаковую структуру. Есть носитель загрязнения (воздух или вода), который сам по себе не представляет экологической опасности, и есть загрязнитель (пыль, соли металлов, илы и т.д.), который собственно и является отходом горного производства, в той или иной степени опасным для окружающей среды. Поэтому в данном случае проблема обеспечения

222

замкнутого цикла обращения отходов сводится к выделению загрязнителей из воздушного или водяного потока и их локализации.

Подавляющее большинство горных предприятий являются источниками пассивной пыли. Распространение её в атмосфере и формирование ареала осаждения на земной поверхности происходят за счет адвективного переноса воздушными массами и диффузии, обусловленной турбулентными пульсациями воздуха. Следует особо отметить, что экологическая проблема устранения источников пыли, загрязняющих природные экосистемы, тесно связана с проблемой пылевой безопасности труда человека в подземном пространстве, через стремление к уменьшению количества пыли во внутришахтных воздушных потоках. Кардинальное решение пылевой проблемы, наряду с продолжением развития методов локального пылеподавления, может дать только целенаправленное изменение геотехнологии, систем и порядка разработки запасов, обеспечивающее разделение пы-ленесущих и свежих воздушных потоков в сочетании с возможностью периодической очистки вентиляционной струи от пыли после прохождения ей мощных технологических источников пылеобразования.

Газообразные отходы горного производства представлены, главным образом, взрывными газами, продуктами разложения органики (древесины, например, в подземных условиях) и газами, выделяемыми из руд и пород. Обращение этих отходов всегда замкнуто через атмосферу. Поэтому природоохранные задачи здесь сводятся к улавливанию или нейтрализации газов, представляющих реальную опасность для внешних биологических систем. Эти вопросы давно прорабатываются специалистами, особенно в области утилизации шахтного метана.

В целом, можно сказать, что первый биогенный принцип организации и функционирования горного производства прорабатывается в виде отдельных научных, технических и технологических задач достаточно давно, однако реализуется он в масштабах, явно не соответствующих важности рассматриваемой проблемы. Современная горная наука располагает достаточно широким диапазоном возможностей построения таких технологий, но практическое применение этих идей носит пока локальный по месту и времени характер. И главной причиной такого положения вещей является не только отсутствие технологий, но и полное отсутствие, материализованной в законы и другие управляющие акты, заинтересованности Общества в реальном сохранении естественной биоты Земли.

223

Трансформация в техносферу второго биотического принципа возможна на основе замены понятия «продуцированной биомассы» его целевым геотехнологическим аналогом — «полезное ископаемое». Тогда принцип построения геотехнологии формулируется, как требование добывать и выдавать из шахты в чистом виде только то полезное ископаемое, ради которого создан техногенный объект. В практике горных работ эта идея в той или иной мере эксплуатируется достаточно давно под названием избирательной (селективной) выемки. Общая концепция развития этого направления заключается в том, что уровень избирательности добычных работ, путем целенаправленного выбора или создания технологических решений, приводится в соответствие с характером и уровнем изменчивости естественного распределения полезного ископаемого в литосфере. При этом ключевым моментом является возможность сегрегации горной массы на руду и породу, по естественным или искусственным признакам, до выдачи её на поверхность. В геотехнологии эти идеи разрабатываются достаточно давно, но пока без видимого успеха. В подавляющем большинстве случаев удорожание работ за счет усложнения технологии превышало выигрыш от повышения качественных показателей очистной выемки. Эта ситуация может кардинально измениться в условиях нарастающего экологического императива. При ужесточении экологических ограничений данное технологическое направление обретет значение, как одно из наиболее действенных средств снижения техногенной нагрузки на естественную биоту Земли.

Третий из обозначенных выше биологических принципов отражает тот факт, что ресурсы, получаемые из вне и используемые биосистемой для своего развития, не нарушают первого принципа — экологической чистоты происходящих в этой биосистеме процессов. Перенос этой позиции в техносферу позволяет сформулировать не свойство геотехнологии, а обязательное требование к методологии экологической оценки результатов её применения. Эта оценка должна включать в себя не только прямой ущерб, наносимый природе горным предприятием по месту его размещения, но и ущерб, нанесенный другим регионам при производстве оборудования, энергии и материалов, которые используются в рамках применяемой геотехнологии добычи полезного ископаемого. Сущность предлагаемого подхода заключается в том, чтобы наряду со стоимостными показателями, отражающими в денежном выражении

224

труд о-, энерго- и материалоёмкость производства, его конечный продукт должен иметь характеристику (назовем её экологической ценой), отражающую прямой и привнесённый экологический ущерб. Общество же, заинтересованное в сохранении природы, должно всеми доступными ему средствами декларировать и стимулировать необходимость минимизации экологической цены. Только в этом случае может появиться постоянно действующий побудительный импульс к поиску геотехнологий, не затрагивающих эволюционное развитие естественной биоты Земли. На современном уровне наших знаний измерение экологической цены можно производить в физических показателях, отражающих изменение состояния биоты (снижение продуктивности либо биоразнообразия; площадь поражения и т.п.), отнесенных к единице продукции производства. При создании кадастра различных типов первичных экосистем, такой показатель легко превращается в денежный.

Четвертый принцип функционирования биологических систем, в рамках рассматриваемой нами проблемы, относится не к внутреннему содержанию технологических решений, а представляет собой еще один, дополнительный, критерий, регулирующий их создание и выбор. Это означает, что наряду с экономической эффективностью, соответствующей требованиям рынка, и технической безопасностью, определяемой законодательством, применяемая горная технология должна обеспечивать уровень техногенного воздействия (в комплексе или по отдельным факторам), находящейся в пределах диапазона толерантности автохтонных видов-эдификаторов фитоценоза той экосистемы, в границах которой расположено данное горное предприятие. Главной научной проблемой при реализации этого принципа является выявление общих методологических подходов к созданию системы биологически значимых ограничений уровня техногенных воздействий с учетом индивидуальных особенностей экосистем, а также разработка ограничивающих критериев и методов их определения.

И, наконец, последний из приведенных выше принципов функционирования биологических систем можно легко трансформировать в принцип превентивности при принятии технологических решений. Этот принцип давно реализован в горной промышленности в виде опережающего проектирования всех технологических процессов, видов горных работ и добывающих предприятий.

Применительно к проблемам сохранения естественной биоты использование этого принципа означает обязательную опережающую

225

количественную оценку изменений абиоты экосистем при использовании выбранных геотехнологий и приведение этих изменений в соответствие с биологически допустимыми их значениями (рис. 4).

Большинство из сформулированных выше биогенных принципов функционирования горного производства в той или иной мере применяются на практике. Это вполне естественно, так как человек всегда искал в природе пути решения своих технологических проблем. Здесь важно то обстоятельство, что в биологических системах экологическая чистота их функционирования достигается при одновременном действии всех функциональных принципов. Точно также и необходимый для сохранения биоты экосистемы уровень техногенного изменения горным производством её абиоты может быть достигнут только путем одновременного задействования в геотехнологии всех обозначенных выше функциональных биогенных принципов.

Любая технология, созданная человеком, нарушает естественный оборот вещества и энергии в экосистеме нашей планеты самим фактом создания какого-либо продукта, которого ранее не было в

Принципы функционирования Принципы формирования

природно-равновесных экологически безопасных

экосистем техногенных геосистем

Использование ресурсов и избавление от отходов в рамках замкнутого кругооборота элементов ,

{ N

На каждом трофическом уровне воспроизводится только новая биомасса,

количество которой обратно пропорционально длине пищевых цепей

\___/

-

Биомасса воспроизводится за счет экологически чистых компонентов абиоты и энергии Солнца

—

Устойчивость экосистем определяется видами первого трофического уровня

Однонаправленность эволюции

Принцип превентивности при принятии и реализации технологических решений

1=> 1=>

Рис. 4. Биотехнологические принципы формирования экогеотехно-логии

226

природе, Поэтому часто применяемое пока словосочетание «экологически чистая технология» не имеет никакого смысла. Можно говорить только о степени опасности той или иной технологии для какой-либо экосистемы. Сформулированные в этой работе биогенные принципы построения экотехнологии освоения недр следует рассматривать как те направления развития геотехнологии, реализация которых позволит снизить техногенное воздействие на внешнюю среду до неизбежного уровня, обусловленного самим фактом искусственного изъятия части материала литосферы в хозяйственных целях. Так как основным фактором, определяющим выбор горной технологии, является его геологическое строение, то дальнейшее развитие биоинженерных идей должно идти по пути поиска и создания конкретных вариантов систем разработки и технологии очистной выемки, соответствующих не только общим экосистемным требованиям, но и конкретным горно-геологическим условиям.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Галченко Ю.П., Сабянин Г.В. Проблемы геотехнологии жильных месторождений. — М.: Научтехлитиздат, 2011. — 408 с.

2. Чаплыгин H.H., Галченко Ю.П., Папичев В.И., Жулковский В.Г., Сабянин Г.В., Прошляков А.В. Экологические проблемы геотехнологий: новые идеи, методы и решения. — М.: Научтехлитиздат, 2009. — 320 с.

3. ТрубецкойK.H., Галченко Ю.П., Бурцев Л.И. Экологические проблемы освоения недр при устойчивом развитии природы и общества. — М.: Научтехлитиздат, 2003. — 260 с.

4. Реймерс И.Ф. Природопользование. — М.: Мысль, 1990. — 638 с.

5. Горная энциклопедия. Т. 5. — М.: изд. СЭ, 1991. — С. 148.

6. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. — М.: Наука, 1969. — 365 с.

7. Моисеев H.H. Человек и ноосфера. — М.: Молодая гвардия, 1990. — 351 с.

8. АндерсонДж.М. Экология и науки об окружающей среде. — Л.: Гидро-

метеоиздат, 1965. — 165 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Галченко Юрий Павлович — доктор технических наук, чл.-корр. РЭА, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, [email protected]

227