Определение, функционирование, взаимосвязи, иерархия

Анализируя причины каких-то изменений, произошедших в природе, или прогнозируя их, всегда приходится рассматривать не менее двух взаимосвязанных компонентов, образующих единую систему взаимодействия: природную основу системы и ее техногенное ядро, т.е. технологические, технические и инженерные средства, сооружения и комплексы, эксплуатация которых приводит или может привести к изменениям ландшафта. Такие образования получили названия природно-технические геосистемы (ПТГС). Соответственно, под ПТГС понимается: совокупность взаимодействующих природных и искусственных объектов, образующихся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств, взаимодействующих с природной средой.

Классическим примером техногенной, искусственной экосистемы является космический корабль, взаимосвязь которого с внешней средой близкого космоса лимитируется многими факторами, обеспечивающими возможность космонавтам жить и работать внутри замкнутого пространства корабля.

Структура ПТГС включает подсистему природных объектов: геологические тела, почва, растительный покров, водные источники, воздух, животные, составляющую природную основу ПТГС и подсистему искусственных объектов: наземные и подземные сооружения, плотины, водохранилища, технические средства, например бульдозеры и т.п.

Очевидно, что ПТГС являются сложными иерархическими образованиями, содержащими в себе взаимосвязанные компоненты различного уровня воздействия на природные объекты и по-разному воспринимающие эти воздействия. Очевидно также, что совокупность воздействий всех компонентов системы будет определяться ее назначением, ее функцией. Поясним сказанное примерами.

В строительной практике постоянно анализируется система, образованная грунтами основания и зданием, которое на нем возводится. В зависимости от нагрузки на эти грунты, определяющиеся массой и конструкцией здания, составом и свойствами грунтов, рассчитывается и проектируется фундамент. В результате строительства возникает ПТГС здание - грунты основания. Однако в городских условиях взаимодействие этим не ограничивается, поскольку возводится не одно, а многие здания, образующие кварталы, расчлененные проспектами и улицами и взаимосвязанные инженерными коммуникациями. Возникает второй уровень взаимодействия: квартал - геологические тела основания квартала. И третий уровень: город - геологические тела основания города. Совокупный уровень воздействия инженерных сооружений города определяется не только их массой и динамикой эксплуатации, но также температурным воздействием, измененным режимом питания и разгрузки подземных вод, наведенными электромагнитными колебаниями. Одним из результатов такого взаимодействия является понижение поверхности всей территории города (Таллин, Лондон, Осака, Токио, Мехико), иногда с изостатическим подъемом поверхности по периферии города (Москва). Коренным образом меняются под воздействием города мерзлотные условия. Воздействие на природную среду горно-обогатительного комбината будет определяться горно-геологическими условиями и масштабом горных разработок (шахты или разрезы, шахтное хозяйство) - технологией и объемом передела полученного сырья (обогащение, металлургический передел), энергетическими и транспортными коммуникациями, водоканализационным хозяйством, включая очистные сооружения, социально-культурными комплексами, вплоть до каждого здания в отдельности. В подсистеме природной среды это воздействие может распространяться на отдельные геологические тела (например рудные), урочища, бассейны рек, охватывая разные природно-территориальные комплексы, а то и ландшафтные зоны или регионы.

Направленность воздействия техногенного ядра на природную основу интегрально определяется назначением ПТГС. Иначе говоря, в сходных по назначению системах и близких по параметрам природных условиях можно достаточно обосновано ожидать и сходных воздействий ядра на природную среду. И, соответственно, сопоставимой реакции природных объектов на это воздействие или совокупность воздействий, предопределенную назначением техногенного ядра. Сказанное позволяет при прогнозировании развития ПТГС и разработке проектов природоохранных мероприятий широко использовать принцип актуализма или подобия, конечно, с учетом природных особенностей и темпов (динамики) воздействия на природные комплексы. С этих позиций представляется возможным наметить следующие категории ПТГС, обладающие рядом аналогичных свойств:

1) добывающие природные ресурсы;

2) перерабатывающие добытые ресурсы и выпускающие промежуточную или окончательную продукцию;

3) обеспечивающие функционирование двух первых типов ПТГС.

В свою очередь, в ПТГС, добывающих природные ресурсы, должны быть вычленены системы, предназначенные для добычи минерально-сырьевых ресурсов, в т.ч. твердых полезных ископаемых, подземных вод, нефти, и газа. Если следовать далее, то ПТГС, функционирующие для добычи твердых полезных ископаемых, должны быть подразделены на подземные и открытые разработки, а далее по видам и свойствам добываемых руд, углей и т.п. Очевидно, что воздействия на природную среду горных комбинатов, обеспечивающих добычу калийных солей, каменного угля, железных или сульфидных руд цветных металлов будут существенно различны. И столь же различны должны должны быть направления наших усилий при решении природоохранных вопросов.

Нередко добывающие и перерабатывающие комплексы объединяются в единые системы высокого ранга. Например системы Газпрома охватывают комплексы добывающих скважин, трубопроводов и тепловых электростанций, перерабатывающих значительную часть добываемого топлива в электрическую энергию, являющуюся конечной продукцией предприятий.

В зависимости от характера и режима воздействия техногенного ядра на природную основу, стадии формирования ПТГС, последние могут быть неравновесными (динамичными) или квазистационарными.