Литосферу можно рассматривать как сложно построенную открытую геосистему, которая может свободно обмениваться с окружающей средой веществом и энергией. По современным воззрениям, структура литосферы отвечает дискретной блочно-иерархической модели, представленной в виде блоков различных размеров, разделенных прослойками из блоков меньших размеров. Физические свойства прослоек и окружающих их блоков существенно различаются вследствие различий в характере структурных связей, напряженного состояния, особенностей проникновения флюидов, изменения энергии физико-химических связей и др. Размеры прослоек пропорциональны размерам блоков и образуют иерархическую последовательность от присущих крупным (10 - 100 км) мегаблокам (линеары, крупные линеаменты) до прослоек, разделяющих минеральные зерна пород, не превышающих долей миллиметра. Иерархичность и квантованность литосферного пространства предполагает различную энергонасыщенность межблоковых прослоек и узлов, т.е. в энергетическом отношении оно является неравновесным, неустойчивым и нелинейным. В частности, малое энергетическое воздействие на литосферу (геосистему) может вызвать сильный энергетический отклик (триггерный эффект).
При поступлении в геосистему энергии извне, например вследствие техногенного физического воздействия, ее излишек поглощается межблоковыми прослойками. Происходит перераспределение энергии, которое при достаточно сильных воздействиях извне может привести геосистему к неустойчивости. Например, при больших размерах геосистемы (крупные водохранилища, региональное извлечение из недр жидких полезных ископаемых) могут возникать искусственные землетрясения. Если поступление
120
энергии извне невелико, она поглощается (диссипирует) и значительных воздействий на среду не происходит. Таким образом, свойства геосистемы зависят от уровня энергообмена с окружающим пространством.
С эколого-геофизической точки зрения наиболее интересны такие литосферные объекты, как глубинные разломы, зоны трещиноватости, повышенной проницаемости и разуплотнения, геологические и геофизические границы, разделяющие породы, существенно различающиеся по своим физическим свойствам. В частности, вдоль разломов распространяются упругие сейсмические колебания и объемные волны медленных деформаций, происходит вынос тепла, концентрация радиоактивных элементов, изменяется напряженность и структура магнитного, электрического и электромагнитного полей.
Особое значение в распределении параметров геофизических полей имеет отмечаемая рядом исследователей общая структурная организация литосферного пространства, выражающаяся в определенной иерархичности линейных и кольцевых дислокаций, характеризующих распределение физических свойств по вертикали и горизонтали (Кузнецов и др., 1995). Иерархичность дислокаций отражает как описанную выше квантованность литосферного пространства, так и особенности структурных связей слагающих его элементов, поэтому сама литосфера может рассматриваться как геосистема, обладающая новыми свойствами по сравнению с входящими в нее элементами. Эти свойства носят название эмерджентных (возникающих) и проявляются на всех иерархических уровнях геосистемы. Они же определяют структуру геофизических полей, поэтому при их изучении (например, при оценке эколого-геофизической обстановки и эколого-геофизическом районировании) необходимо сопоставлять масштабы геофизических наблюдений и интересующие исследователя объемы литосферного пространства.
Еще одной важной особенностью литосферы, определяющей распределение геофизических полей, является анизотропность физических свойств массивов горных пород по разным направлениям. Именно анизотропия может в ряде случаев явиться причиной возникновения экологически значимых геофизических аномалий.
Так, например, анизотропность электрических и сейсмических свойств скальных массивов бывает непосредственно связана с их трещиноватостью, поэтому увеличение коэффициента анизотропии (соотношение векторов наибольшего изменения значений физических свойств вдоль направления трещиноватости и перпендикулярно ему) может свидетельствовать о большей разрушенности и проницаемости массива. В свою очередь, именно
121
это обстоятельство контролирует особенности пространственного загрязнения трещиноватых скальных массивов продуктами техногенеза, проникающими в литосферу вместе с подземными водами.
122
