История изучения техногенеза на Урале

Исследование техногенных процессов на колчеданных месторождениях имеет длительную историю, которая началась вместе с их промышленным освоением. Серноколчеданные пожары на Калатинском руднике - одном из первых горных предприятий по добыче колчеданных руд на Урале - можно рассматривать как первый этап изучения техногенеза колчеданных месторождений. Описание А. В. Бричкиным [11] всех обстоятельств и событий, предшествующих пожару 1923-1927 гг., ого вывод о естественных причинах пожара направили уральскую науку по верному пути исследования геодинамических процессов, активизированных при разработке месторождений.

Калатинский пожар привлек внимание минералогов: благодаря этому обстоятельству именно на Урале были выполнены первые исследования по минералогии техногенеза. Г. Н. Вертушков [12] рассмотрел основные стадии развития пожара как минералообразующего процесса, Истоки этого нового научного направления связаны со школой В. И. Вернадского, завершившего к тому времени создание основ геохимии и учения о биосфере. В 3О-х годах Г. К. Вертушков (устное сообщение) обращался непосредственно к В. И. Вернадскому с просьбой о содействии в исследовании минералогии колчеданных пожаров, недостаточность средств не позволила осуществить планируемые исследования.

Минералогическое изучение продуктов техногенеза на колчеданных месторождениях было продолжено В. Н. Авдониным [1]. И. В. Я. Монаков [43] разработал методику оценки пожара- опасности колчеданных руд, основываясь на минеральном составе и текстурном анализе. Б. Г. Башкиров [4] описал новейшее минералообразованне в условиях современного колчеданного пожара. Логическим завершением этих работ, отражающих вое состояние природы в рамках традиционной науки, явилось формулирование принципов минералогии техногенеза Б. В. Чесноковым и его блестящие работы по минералогии горящих угольных отвалов [70, 71].

Геохимия техногенеза получила свое продолжение в исследованиях учеников В. И. Вернадского. Сам термин «техногенез» по А. Е. Ферсману [67], ограничивался сначала геохимическим смыслом. Новый импульс геохимия техногенеза получила в работах А. И. Перельмана [47], М. А. Глазовской [171], В. В. Добровольского [20]. Развивая идеи и методы геохимии ландшафтов и общей геохимии гипергенеза, эти исследователи включили в область научного изучения и техногенные процессы. Применение принципов общей и прикладной геохимии, к исследованию техногенеза оказалось полезным при описании миграции химических элементов в условиях промышленных регионов.

Наука о ландшафтах основана на системном подходе, внедренном в географические науки Р. Чарли и Б. Кеннеди [79]. Интересной попыткой распространения системного подхода в геологическом знании является работа И. В. Крутя «Введение в общую теорию Земли» [37]. Учение о системах создает методологическую основу изучения техногенеза различными науками. Таким образом, наряду со специализацией классических наук Земле, пытающихся отразить новое состояние природы в рамках традиционных принципов понятий (геохимия и минералогия техногенеза, инженерная и рудничная геология, геотехнология), наметилась тенденция интеграции естественных наук, и проявляющаяся в появлении междисциплинарных объектов исследования, объединяющих интересы географов, геологов, экологов и экономистов. К таким объектам относятся геосистемы и геотехнические системы.

ОБЪЕМ ПОНЯТИЯ «ТЕХНОГЕНЕЗ»

Термин «техногенез» впервые был употреблен А. Е. Ферсманом для обозначения группы геохимических явлении, входящих в широкий класс гипергенных процессов. Гипергенез, согласно Ферсману, включает в себя педогенез, седиментогенез, диагенез, катагенез, гидрогенез, биогенез и, наконец, техногенез. При этом техника представляется в ряду обычных агентов гиперге- неза, таких как живые организмы, воды, газы атмосферы. Термин «техногенез» (от греч. techne - искусство, мастерство и genes - рождающий) с самого начала не отвечал его буквальному смыслу. «Под именем техногенеза мы подразумеваем совокупность химических и технических процессов, производимых деятельностью человека и приводящих к перераспределению химических масс земной коры... Техногенез есть геохимическая деятельность человечества» (67.1, с. 715). В дальнейшем значение термина было расширено, и техногенез сейчас объединяет класс геологических процессов, обусловленных деятельностью человека, вооруженного техникой. В отличие от других геологических процессов, эндогенных и экзогенных, характер которых кардинальным образом не меняется в течение геологического времени, техногенез - новое, современное явление, не имеющее аналогов в геологической истории. Длительность техногенных процессов невелика и соответствует периоду развития цивилизации, т. е. нескольким тысячелетням. Но уже сейчас по общему объему земного вещества, вовлеченному в техногенную миграцию, мы можем поставить техногенез в ряд с великими революциями в истории Земли, такими как зарождение жизни или образование наземной растительности.

Едва ли целесообразно ограничивать техногенез классом только экзогенных процессов, так как уже сейчас установлено воздействие техногенных процессов на эндогенные системы. Примером могут служить землетрясения, вызванные заполнением водохранилищ, или повышение сейсмической активности при разработке газовых и рудных месторождений.

Техногенез есть взаимодействие техники и природы. Техника в этом случае выступает как геологический фактор, преобразующий земную кору, модифицирующий физические поля, формирующий новые структуры. Так создается техносфера - преобразованная технической деятельностью человека природа, геотехническая система высшего уровня. Техносфера может быть представлена как совокупность геотехнических систем более низкого порядка.

Необходимость исследования ГТС, возникающих при техногенезе месторождений, определяется актуальностью таких проблем:

1. Разработка принципов рационального природопользования и создание системы контроля и управления качеством природных ресурсов в горнодобывающих районах.

2. Повышение эффективности геологических исследований в промышленно освоенных районах.

3. Уменьшение ущерба, связанного с неконтролируемым рассеянием рудных элементов, увеличение уровня комплексного и рационального использования минеральных ресурсов.

4. Создание методологической основы для комплексного (междисциплинарного) исследования техногенеза месторождений.

Техногенез, как новейшее геологическое явление, охватывающее классическую провинции развития месторождений, еще не получил адекватного отражения в научной литературе.

На примере колчеданных руд уральского региона промышленное освоение месторождений началось сравнительно поздно: в конце XV111 - н ачале X1X в. Единичные рудники в настоящее время объединены в крупные горнодобывающие центры. Отчетливо проявляется тенденция слияния месторождений, охваченных техногенезом, в единую Уральскую провинцию геотехнических систем.

Объемы перемещаемой горной массы, количество мобилизуемых рудных элементов, быстротечность минералообразования ставят эту провинцию в один ряд с мощными геологическими системами, такими как вулканические островные дуги или тектонически активные горноскладчатые области. Длительность релаксации гсосистем, измененных техногенезом, сравнима с циклами экзогенных процессов.

Поэтому техногенез на Урале по временным и но пространственным параметрам - один из ведущих современных геологических процессов.

Техногенез модифицирует физические и химические поля: это затрудняет применение оперативных геофизических и геохимических методов поиска рудных месторождений в освоенных районах. Познание техногенной миграции химических элементов окажет столь же глубокое воздействие на методы поисковой геологии, как и внедрение в ее практику принципов гипергенной геохимии.

Приложение принципа Харвея [68] к природе Земли позволяет представить ее как иерархию геосистем. В этой иерархии сама Земля есть геосистема самого высокого уровня. В качестве подсистем она включает в себя сложно организованные системы второго глобального уровня, или геосферы: литосферу, гидросферу, атмосферу, биосферу и др. В отличие от первого и второго, геосистемы третьего уровня уже не являются планетарными и могут быть представлены как региональные геосистемы. К ним относятся шельфовые зоны и эпиконтинентальные моря, горноскладчатые области, гидротермальные системы региональных разломов, зоны субдукции и спрединга океанической коры или их экзогенные проявления - срединноокеанические хребты и островные дуги. Примером геосистем четвертого локального уровня могут служить единичные вулканы, речная дельта, горный массив, магматический очаг. Условно, как элементарные, могут быть представлены геосистемы n-уровня: элементарный ландшафт, тундровый медальон, старица, любая локальная минералообразующая система (миндалина, жила, гнездо).

Геосистемы, объединяющие природные и технические компоненты, называются геотехническими. Геотехническая система есть результат взаимодействия природной геосистемы (ГС) и технической системы (ТС):

ГС+ТС=ГТС

По определению, геотехнические системы принадлежат к классу биокосных, сложных, способных к развитию, открытых управляемых геосистем.

Геотехнического системы могут быть представлены в общем ряду геосистем, различающихся по времени образования:

Геосистема Земли - 4.5 млрд. лет

Биосфера - 3.0 млрд. лет

Антропогенные системы - 18 тыс. лет

Техносфера (геотехнические системы) - 15 тыс. лет.

Несмотря на кратковременность развития, техногенез внес заметный вклад в строение и состав геологических оболочек планеты, не только таких динамичных и уязвимых, как атмосфера, гидросфера и биосфера, но и осадочная оболочка и лито сфера в целом. Поэтому ГТС нужно рассматривать как геологические объекты; с тем же основанием они могут быть предметом исследования географов, экологов, экономистов и пр.

В класс геотехнических систем географы включают «эдементы, приуроченные к земной поверхности», т. е. территориальные и акваториальные объекты. Для нас ГТС могут быть экзо- и эндогенные системы. Размеры ГТС соответствуют геосистемам различного уровня: от высшего (глобальная ГТС - техносфера) до элементарного (единичная локальная ГТС, например, буровая скважина и зона ее воздействия на горный массив и горизонт подземных вод. Диапазон размеров ГТС: n-n х 10¹⁵ см³.

Развитие ГТС определяет содержание техногенеза как геологического процесса. Техногнез - это геологическая история ГТС, включающая в себя не только развитие техногенной составляющем, но и историю геосистемы.

Техносфера, как ГТС высшего уровня, как новая геологическая оболочка планеты, включает в себя множество ГТС, а также продукты их деятельности.

Мы находимся в начале нового этапа геологического развития Земли. Осознание законов, определяющих динамику новой геосферы, необходимо для решения важнейшей задачи современной геологии - прогноза будущих геологи­ческих процессов.

Таким образом, при рассмотрении процессов техногенеза мы руководствуемся геологическими принципами. Это предполагает рассмотрение техногенных геохимических явлений в геологическом масштабе пространства и времени.

Дата добавления: 2014-01-04