Геосистема

ГЕОСИСТЕМА природно-техническая (а. natural-engineering geosystem; и. naturte- chnisches Geosystem; ф. systeme geologique naturel et technique; и. geosistema natural у tecniсо) — совокупность взаимодействующих природных и искусственных объектов. Формируется в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств, взаимодействующих с природной средой.

Структура геосистемы включает подсистему природных объектов (геологические тела, почва, растительные покровы, водные источники), составляющих природную основу геосистемы (окружающую природную, в т.ч. геологическую среду) и подсистему искусственных объектов (наземные и подземные сооружения, водохранилища и т.п.). Обычно геосистемы представляют собой сложные образования, в иерархии которых различаются по значимости следующие компоненты. В подсистеме искусственных объектов выделяют совокупность объектов, определяющих назначение геосистемы (например, в геосистеме по добыче полезных ископаемых — шахта и всё шахтное хозяйство); совокупность вспомогательных объектов (обеспечивающих обогащение руд, подведение энергии, транспортировку сырья, материалов); совокупность объектов культурно-бытового назначения и др. В свою очередь, в каждой из этих совокупностей могут быть выделены отдельные объекты (например, отдельная горная выработка и др.). В подсистеме окружающей природной среды выделяют природно-территориальные комплексы, урочища, в пределах последних — отдельные природные объекты (геологические тела, почва, растительность, водные объекты и др.). Системообразующие свойства геосистемы проявляются в процессе взаимодействия подсистем и могут быть разрушающими, возбуждающими, регулирующими и управляющими. Последние позволяют оптимизировать функционирование геосистемы.

Направленность воздействия на окружающую среду определяется народно-хозяйственным назначением геосистемы, видом, энергетикой, условиями строительства и эксплуатации сооружений и технических средств и проявляется в динамике потоков вещества и энергии между подсистемами. Характер изменений и процессов техногенеза, возникающих в окружающей среде под воздействием искусственных объектов, определяется, кроме того, свойствами и взаимодействием природных объектов в границах природно-территориальных комплексов.

В зависимости от характера и режима взаимодействия, стадии формирования геосистемы являются динамичными, неравновесными или квазиравновесными системами с открытыми границами. Примером геосистемы может служить Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс (КАТЭК), народно-хозяйственным назначением которого является обеспечение энергией юга Сибири за счёт переработки углей. Направленность и интенсивность воздействия искусственных объектов геосистем определяются наряду с народно-хозяйственным назначением КАТЭК, характером окружающей среды, в первую очередь геологической среды, строением и составом геологических тел, глубиной, условиями залегания, мощностями и свойствами пластов угля, их обводнённостью, составом, строением и мощностью вскрышных пород и почв.

Перечисленные особенности определили добычу угля открытым способом, технологию их переработки, методы восстановления (рекультивации) земель, обеспечивающие возможность их дальнейшего сельско-хозяйственного использования, технические средства ведения работ, характер инфраструктуры и вспомогательных объектов. В свою очередь, воздействия искусственных объектов (карьеров, тепловых электростанций, подсобных производственных транспортных артерий и др.) на окружающую среду проявляются в изъятии массы вещества (уголь, подземная вода) из геологической среды, перемещении вещества (вскрышные породы, почвенный слой, шлак и зола и др.), рассеивании вещества с отходящими газами тепловых электростанций и сбросом загрязнённых вод, рассеивании энергии (тепловой сток). Преобразования окружающей среды проявляются в изменении характера и свойств геологических тел (новообразованные массивы восстановленных земель), рельефа, биологической продуктивности природно-территориального комплекса, водного и химического баланса земной поверхности и почв, активизации ряда экзогенных геологических процессов (эрозии, суффозии, заболачивания и др.).

Если геосистемы граничат друг с другом и взаимосвязаны сырьевыми, энергетическими и иными потоками, они могут образовывать функциональное или пространственное сообщество, территориально отвечающее крупным городам или агломерациям (мегаполисам).

Изучение структуры, закономерностей функционирования и развития геосистемы осуществляется с целью прогноза состояния окружающей среды в условиях эксплуатации геосистемы и при разработке мероприятий по охране природы, проектирования геосистемы, основная задача которого — определение оптимальной структуры, свойств, динамики и условий функционирования подсистем. Проектирование включает исследование состояния окружающей среды и отдельных природных объектов и процессов (геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических, геокриологических, биологических и др.); исследование направленности и интенсивности взаимодействий искусственных объектов с окружающей природной средой и взаимодействия между образующими её подсистемами; исследование и прогноз изменений процессов, возникающих в окружающей среде при взаимодействии с искусственными объектами геосистемы. Исследования геосистем — комплексные, содержат социально-экономические, экологические, технологические и другие аспекты, включают постановку режимных наблюдений, математический расчёт взаимодействия подсистем и моделирование.