5.2.1. Физико-геологические и геофизические модели. Наиболее эффективным способом отображения сложных объектов при любых исследованиях является моделирование, т.е. мысленно представляемое или материально реализованное упрощенное отображение объекта исследования. Различают графическое, объемно-макетное, физическое и математическое моделирование. При проведении эколого-геофизических исследований широко используют несколько видов моделей, имеющих различное назначение и описывающих как экологически значимые особенности строения литосферы и геологической среды в природных условиях и в условиях техногенеза, так и воздействие физических и геофизических полей на геологическую среду и живые организмы. Среди этих моделей следует назвать: физико-геологическую модель (ФГМ) объекта исследований, применяющуюся при проектировании, проведении работ и интерпретации результатов; физико-геологическую модель предельно допустимой экологической нагрузки (ФГМ-ПДЭН), служащую для оценки загрязнения природных экосистем; физико-геоэкологическую модель (ФГЭМ) окружающей среды и модель экофизических полей (МЭФП). Последние две модели используются для оценки физического воздействия на экосистемы, биоту и человека (Вахромеев, 1995).
Под ФГМ геологических объектов понимается обобщенное и формализованное описание пространственно-временной структуры параметров геологических и геофизических полей, с определенной степенью вероятности отражающее реальные литосферные объекты. Подобная модель дает возможность перехода от характеристики конкретного массива к его образу. Концепция физико-геологической модели (ФГМ) была разработана в конце 60-х - начале 70-х гг. в развитие известного представления о возмущающем теле как источнике геофизической аномалии. Любой геологический объект, будь то рудное тело, месторождение полезного ископаемого, геоструктура или блок земной коры, как правило, состоит из нескольких совершенно разных возмущающих тел, каждое из которых характеризуется специфическими размерами, формой, глубиной залегания, физическими свойствами и образует определенное физическое поле. Именно это и отражает
122
ФГМ, которая с позиций теории подобия и моделирования представляет собой общую модель, состоящую из нескольких частных моделей или возмущающих тел. Теория и методика физико-геологического моделирования подробно изложены в специальной литературе (Вахромеев, Давыденко, 1987).
В последние годы для моделирования эталонных территорий с предельно допустимой экологической нагрузкой (ПДЭН), под которой понимается уровень загрязнения (физического воздействия), превышающий ассимиляционную емкость экосистем, было выдвинуто понятие ФГМ-ПДЭН (Вахромеев, 1995). При обосновании ПДЭН выбирают наиболее чувствительные к данному типу загрязнения организмы или популяции (так называемые манифестные виды организмов, или экологические мишени). Для каждого из манифестных видов организмов существуют и могут быть установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ или предельно допустимые дозы (ПДД) физического воздействия, при которых изменения даже наиболее чувствительных показателей жизнедеятельности организмов будут минимальными. При концентрации загрязнителей ниже ПДК и при физическом воздействии ниже ПДД их присутствие в литосфере можно считать безопасным. Построение ФГМ-ПДЭН связано с необходимостью учета в ФГМ предельно допустимых концентраций вредных химических элементов, опасных амплитуд и частот физических полей, превышение которых приводит к необратимым процессам в биосфере и в организме человека.
При проведении эколого-геофизических исследований важна оценка экологически значимых (оказывающих заметное экологическое воздействие) геофизических аномалий, создаваемых природными и техногенными объектами. Целью такой оценки должно быть определение способности этих объектов создавать, трансформировать (преобразовывать) или транслировать (передавать) экофизические поля как в естественных условиях, так и в условиях техногенеза. Поэтому параллельно с физико-геологической моделью (ФГМ) объекта геофизических исследований используется понятие физико-геоэкологической модели (ФГЭМ).
ФГЭМ - это упрощенно-обобщенное представление структуры и физических свойств природных и природно-техногенных тел и создаваемых ими экологически значимых геофизических аномалий, совокупность которых аппроксимирует реальную экологическую обстановку в пределах верхней части литосферы на региональном, локальном и объектном уровнях. В отличие от ФГМ физико-геоэкологическая модель призвана описывать воздействие литосферных объектов на экосистемы и живые организмы.
123
При изучении воздействия физических полей на геологическую среду и живые организмы необходимо различать понятия экофизических и экогеофизических аномалий, понимая при этом, что первые могут быть не связаны непосредственно с геологической средой, а вторые являются ее составной частью. Экофизические аномалии - это аномалии физических полей природного или техногенного происхождения, составляющие неотъемлемую часть окружающей среды и оказывающие экологически значимое воздействие на экосистемы, биоту, здоровье человека. Экогеофизические аномалии можно рассматривать как более частное явление по отношению к экофизическим. К ним относятся аномалии физических полей, создаваемые природными или природно-техногенными литосферными объектами, а также аномалии техногенных физических полей, трансформированные литосферой.
Поясняя различия между терминами "экофизическая" и "экогеофизическая" аномалия, укажем только, что об экофизических аномалиях следует говорить в тех случаях, когда влияние литосферы на измеряемое физическое поле не учитывается. Чаще всего экофизические аномалии выделяют в пределах локальных объектов, территорий, производственных помещений, а также в искусственно созданных средах обитания человека, не взаимодействующих с литосферой непосредственно.
Источники экофизических и экогеофизических аномалий можно разделить на два типа: 1) излучатели (месторождения радиоактивных руд, зоны резкого изменения физических свойств, связанные с разломами, радары, линии электропередач и др.); 2) источники рассеяния вещества (дымящие трубы заводов, ТЭС, транспортные средства, складируемые отходы, радиоактивные выбросы и т.п.).
По особенностям проявления источники экофизических и экогеофизических аномалий подразделяются на функционирующие постоянно (мегаполисы, промышленные и горные предприятия, геопатогенные разломные зоны, свалки, хвостохранилшца); периодически с низкой частотой (цикл сельхозработ) и с высокой частотой (аэродромы, транспортные магистрали, теле- и радиостанции); эпизодически (радары, космодромы, полигоны для испытания ядерного оружия).
Поскольку аномалии экофизических полей могут изучаться как самостоятельные феномены, определяющие условия существования биоты и человека, экологическую устойчивость и санитарно-гигиенические характеристики приграничной области литосферы, гидросферы и атмосферы, в практике эколого-геофизических исследований используется понятие модели экофизических полей (МЭФП). Под моделью этого вида понимается обобщенное представление пространственно-временной структуры,
124
интенсивности, частотных характеристик природных и техногенных физических полей, оказывающих региональное и локальное экологически значимое воздействие на природные и природно-технические экосистемы литосферы, биоту и здоровье человека. При изучении санитарно-гигиенических условий окружающей среды МЭФП отображают прежде всего предельно допустимые уровни таких воздействий.
125
