Автор: доктор техн. наук, Большеротов А.Л.
При использовании данных материалов в любых целях, ссылка на автора обязательна.
Критерии устойчивости природных экосистем естественного происхождения
Важное значение при оценке экологической безопасности объекта строительства, как элемента системы, имеет характеристика самой системы, в которой находится объект строительства, а также существующее экологическое состояния системы, как элемента биосферы.
Воздействие строительного объекта может иметь место только на те элементы окружающей среды, которые в ней есть. В связи с этим все экологические системы можно разделить на две группы: природные экосистемы естественного происхождения и искусственные экосистемы антропогенного происхождения, созданные человеком.
Обязательным компонентом любой экосистемы является биотоп (территория обитания) и, населяющий его, биоценоз (сообщество живых организмов). Любая экосистема состоит из множества биотопов. Границы биотопа определяются минимально необходимой территорией для обитания и пропитания всех представителей биоценоза биотопа. Как правило, границы биотопа определяет доминирующее, самое крупное животное (например, медведь) или вид животных (например, оленье стадо).
Для каждой климатической зоны, биома, экосистемы имеющей характерный состав биоценоза доминирующее животное (или вид животных) своё. На рисунке ниже представлена иерархическая структура биосферы, показывающая взаимосвязь составляющих её элементов.
Природные экосистемы естественного происхождения
В свою очередь природные экосистемы естественного происхождения можно классифицировать как на-земные, водные, подземные, воздушные и космические.
Природные наземные экосистемы различаются по наличию, количеству и характерному видовому разнообразию живых природных элементов, свойственных соответствующим климатическим биомам (макросистема климатической зоны), например, тундровая экосистема, лесная, травянистая, пустынная.
В качестве основной единицы измерения, для оценки экологической безопасности строительства, примем биотоп местного биоценоза и резистентную способность экосистемы сопротивляться антропогенному воздействию, а также способность восстанавливаться после нарушения её структуры и функций за счёт упругой устойчивости экосистемы.
Для различных климатических зон, для различных континентов одной климатической зоны, для различных элементов биосферы, резистентная и упругая устойчивость экосистем различны.
В первую очередь рассмотрим природные зоны нетронутые техногенным влиянием человеческой цивилизации. Это территории, где человек является естественной составляющей среды обитания (пигмеи в Африке, индейцы в джунглях Амазонки, кочевые народы Севера) или человек и элементы техноструктуры отсутствуют совсем.
Природных зон с такими характеристиками становится всё меньше, но пока они есть на всех континентах и во всех элементах биосферы.
На Крайнем Севере и Крайнем Юге - это территории Арктики и Антарктики. В этих природных зонах отсутствует почти полностью растительность, а животный мир малочислен. Биотоп в данных зонах, это место обитания белого медведя в Арктике, некоторых морских млекопитающих, нескольких видов птиц, в частности пингвинов в Антарктиде.
Искусственного вторжения в эту природную зону в виде значимых элементов техноструктуры пока нет. Малочисленные научные исследовательские станции не вызывают нарушения какого-либо биотопа. У местной фауны вполне достаточно территории для пропитания и существования, а резистентная и упругая устойчивость всей экосистемы обеспечивается климатическими особенностями этих районов планеты. Однако вполне вероятно, что в ближайшем будущем потребности человечества приведут к освоению природных месторождений и в этих природных зонах. Тогда на повестке дня возникнет вопрос существования биотопов северных животных и птиц.
Зона тундры уже имеет незначительную и характерную растительность и обширный животный мир. Освоение зоны тундры в части добычи полезных ископаемых ведётся уже несколько десятилетий. Основными объектами строительства являются объекты газа - и нефтепромысла, временные вахтовые посёлки, транспортные трубопроводы, дороги. В зоне тундры имеются и постоянные поселения, есть небольшие города, промышленные объекты местного значения. Биотоп зоны тундры это места обитания наиболее крупных животных тундры – северных оленей, и места обитания более мелких млекопитающих и птиц.
Размер биотопа для одного вида животных значительно больше, чем в более южных территориях, так как в тундре скуден и растительный, и животный мир, соответственно территория для пропитания и обитания требуется значительная. В связи с этим, уже сегодня, большую проблему для оленей составляют магистральные трубопроводы, которые ограничивают территорию их биотопа, а также низкая упругая устойчивость экосистемы. В связи с этим, проблему для оленей составляет и нарушенный транспортом верхний слой тундры, который очень медленно восстанавливается и из пастбища превращается в болото.
Зона нетронутых лесов в средней климатической полосе практически отсутствует, но на территории Сибири, Канады, Южной Америки это ещё достаточно обширные массивы леса. В этой зоне в качестве биотопа необходимо принять биотоп наиболее крупного животного или вида животных, достаточный для их пропитания и обитания.
Свободными от человека и связанной с ним техноструктуры являются труднодоступные и/или непригодные для проживания людей районы пустыней, гор, болот, степей, саванн и др. Биотопы местной фауны имеют свои размеры в соответствии с территорией обитания наиболее крупного или многочисленного вида животных и имеют свои характеристики устойчивости.
Деятельность и жизнь человека связана в основном с сушей, но и водные объекты имеют важное значение для человека. Они источник пищи, места отдыха, транспортные пути. Как таковое непосредственное строительство на воде для проживания и производственной деятельности пока единично, но даже застройка прибрежной части водных объектов является серьёзным воздействием на водную флору и фауну, изменяет биотоп водных животных, изменяет водный биоценоз. Биотоп самых крупных водных животных, к которым относятся, в первую очередь, морские млекопитающие, огромен, практически весь мировой океан. Любое вмешательство в среду обитания водной флоры и фауны должен иметь серьёзную экологическую проработку на безопасность.
Подземная часть биосферы важна не менее, чем любая другая. Освоение подземного пространства ведётся давно и активно. В первую очередь это полезные ископаемые. Самым распространённым подземным ресурсом является вода. Практически в любом населённом пункте есть скважины на воду. Кроме того, подземное пространство осваивается для нужд транспорта, для прокладки коммуникаций. Экосистема характеризуется низкой упругой устойчивостью.
Воздушное пространство является также частью биосферы и на него также распространяются проблемы экологии. Активное освоение воздушного пространства начато чуть более 100 лет назад, но проблема загрязнения атмосферы одна из главнейших на сегодняшний день. Экосистемы атмосферы имеет высокую упругую устойчивость, за счёт способности быстрого самоочищения.
К последней естественной экосистеме следует отнести космическое пространство, доступное человеку и осваиваемое им в последние 50 лет. Проблема загряз-нения и этой экосистемы уже актуальна и требует внимания.
Таким образом, природные естественные экосистемы, имеющие характерные «болевые точки» можно классифицировать следующим образом:
экосистема Арктики и Антарктики;
экосистема тундры;
экосистема нетронутых массивов лесов;
экосистема пустынь;
экосистема горных массивов;
экосистема степей и саванн;
экосистема болот;
экосистема водных объектов;
экосистема подземного пространства;
экосистема воздушного пространства;
экосистема космоса.
Для каждой экосистемы есть, характерные только для неё, проблемные элементы, воспринимающие в первую очередь воздействие антропогенного вмешательства, в частности строительной деятельности. Кроме того, каждая экосистема обитаема живыми существами - от бактерий до высших животных, и для благополучия человечества, крайне важно, сохранение природного баланса (устойчивости) всех видов живой жизни, обеспечивающих, в конце концов, существование и самой человеческой жизни.
Исходя из постулата «устойчивого развития», принятого мировым сообществом в 80-х годах прошлого века, следует всемерно сохранять естественную природную среду обитания человека, а при вынужденном воздействии на неё, для обеспечения важных потребностей людей, давать окружающей среде и элементам её составляющим, возможность адаптации к негативным антропогенным воздействиям. Причём, как было сказано ранее, основным критерием оценки устойчивости и экологической безопасности антропогенного воздействия, в соответствии с экологической доктриной РФ от 2002 г., должно быть повышение качества жизни и здоровья человека.
В связи с этим, определим основные воздействующие факторы для выше названных естественных природных экосистем, от строительной деятельности, потенциально возможной при освоении новых природных ресурсов для удовлетворения потребностей цивилизации.
За основной критерий устойчивости и безопасности экосистемы примем нерушимость естественного биотопа основного биоценоза для рассматриваемой экосистемы и её способность к восстановлению при антропогенном воздействии на неё.
Искусственное внедрение в экосистему любого объекта, в том числе строительного, нарушает естественный биотоп. Основными факторами воздействия на биотоп являются:
- нарушение целостности территории биотопа;
- техногенное загрязнение водной сферы, воздушной сферы, почвы;
- негативное воздействие на животный и растительный мир биотопа шумом, запахами, вмешательством в среду обитания;
- уничтожение естественной природной среды обитания флоры и фауны биотопа, уничтожение растительности, ландшафта, привычного состояния биосферы.
В связи с этим, для обеспечения существования биоценоза животных и растительности необходимо увеличение территории биотопа, на величины, обеспечивающие компенсацию внедрения объекта техноструктуры на территорию биотопа, а также обеспечивающие целостность территории биотопа. То есть, биотоп, с внедрённым в него объектом техноструктуры, должен так увеличиться в размерах, чтобы обеспечить привычную самому крупному животному или виду животных, территорию обитания и, самое главное, пропитания.
Увеличение биотопа до оптимального в месте антропогенного воздействия автоматически уменьшает биотоп вида животных прилегающих территорий. Поэтому, оценивая экологическую безопасность любой деятельности, в том числе и строительства на заданной территории, надо иметь в виду, что обеспечение экологической безопасности в одном месте, на территории строительства, автоматически уничтожает общее количество флоры и фауны в природе.