Все более ясное понимание того, что в рамках используемой технократической модели развития общества защита и сохранение Природы скорее носит характер борьбы со следствиями, чем с причинами, предопределило назревшую необходимость поиска качественно противоположной модели взаимодействия техно- и биосферы. Очевидная необходимость этого впервые была принципиально обозначена в докладе Всемирной комиссии ООН по окружающей среде и развитию (1987 г.) и предложена как основная перспектива когнитивного развития мирового сообщества на конференции в Рио-де-Жанейро (1992г.). В основу этих предложений были положены принципы «sustainable development», которые в нашей стране трактуются как стратегия устойчивого развития Природы и Общества. Одновременно была четко определена неразрывность решения социально-экономических и природоохранных задач [1,2]:
– экономическое развитие в отрыве от экологии ведет к превращению Земли в пустыню;
– примат экологии без экономического развития закрепляет нищету и несправедливость.
В такой постановке очевидна настоятельная необходимость создания равных возможностей для развития как техносферы, так и биосферы [3,4]. Эти методологические подходы легли в основу Экологической доктрины Российской Федерации (принятой распоряжением Правительства РФ от 31.08.02 г. № 1225-р), в которой четко обозначены цели, задачи и общие приоритеты природоохранной деятельности в нашей стране [5]. Среди многочисленных положений этой доктрины, принципиальное значение имеет предельно ясное декларирование приоритета сохранения естественной биоты Земли при определении перспектив существования технократического общества. В этой доктрине затронуты все аспекты взаимоотношений хозяйствующего человека и естественной биоты Земли и определен тот круг важнейших проблем, совместное решение которых позволит достичь сформулированных общих целей. Вполне очевидно, что воплощение этой доктрины в жизнь потребует для каждой области знаний или типа хозяйственной деятельности создания и научно-методического обеспечения локальных концепций экологической безопасности.
Главной отличительной особенностью нашей современной технократической цивилизации является ее практически полная зависимость от количественных и качественных показателей комплексного освоения минеральных ресурсов литосферы нашей планеты. Бурное и непрерывное развитие научно-технического процесса не только не освобождает нас от необходимости освоения богатств земных недр, но во все большей степени увеличивает нашу зависимость от них. Поэтому от того, как в обозримой перспективе будет организовано горное производство, какие ограничения и допуски будут наложены на его модернизацию в самом широком смысле зависит сохранение или необратимое разрушение подвижного равновесия в Природе, сложившегося в течение прошедших геологических эпох.
В отличие от большинства других отраслей промышленности воздействие горного производства на окружающую среду носит объемный характер, существенно видоизменяя не только литосферу, но и гидросферу, атмосферу, а также поверхность Земли, включая ее естественную биоту. При этом, очевидно, что разрушение литосферы при добыче минерального сырья абсолютно неизбежно и пропорционально объемам извлекаемых полезных ископаемых.
В результате огромные участки земной коры переходят в совершенно новое качественное состояние. Познанием законов внутреннего развития этих техногенно измененных недр Земли занимаются горные науки. В том числе и горная экология – как сумма знаний о взаимодействии человека, добывающего минеральные ресурсы литосферы, с экосистемой планеты Земля. Обозначенный выше комплексный характер техногенного воздействия горного производства предопределяет и специфику внутреннего строения горной экологии. В ней достаточно ясно выделяются две равнозначные составные части, кардинально отличающиеся друг от друга, как конечными целями и задачами, так и методами их достижения:
– сохранение и защита недр в процессе их техногенного изменения;
– защита естественной биоты Земли от последствий техногенного изменения недр.
Интегральное единство этих компонентов составляет на современном этапе развития содержание понятия экологической безопасности освоения недр. Поэтому изучение закономерностей изменения недр, структуры этого процесса, условий экологической безопасности литосферы и законов трансформации изменения ее состояния в техногенные факторы нарушения естественной биоты Земли является для горной экологии фундаментальной проблемой, по мере решения которой мы будем переходить от сегодняшней экологической парадигмы в виде борьбы со следствиями к определению путей устранения причин экологических опасностей за счет целенаправленного изменения применяемых технологий.
На протяжении последнего тысячелетия (а это лишь мгновение в истории биосферы) человек перестал довольствоваться годовым поступлением солнечной энергии и начал со все нарастающей интенсивностью проживать литосферные запасы низкоэнтропийного материала (минерального топлива и сырья), которые можно расходовать на развитие антропосферы с любой необходимой для этого развития интенсивностью [6]. Поэтому сегодня практически весь антропогенный материальный мир построен и функционирует за счет прямого или косвенного разрушения определенных участков литосферы и последующего использования полученного при этом вещества. Добытое из литосферы сырье дает исходные материалы и энергетическую основу производству болеем чем 70% всей номенклатуры конечной продукции человеческого общества, а также – основное количество потребляемой энергии. Несмотря на большое внимание, уделяемое развитию энергетики, использующей возобновляемые источники, ее доля в общем производстве энергии считается равной 28 %. Но если учесть то обстоятельство, что все сооружения, материалы и оборудование, применяемые в «альтернативной» энергетике, произведены в основном из вещества добытого за счет разрушения литосферы с огромным расходом «углеводородной» энергии, то реальное значение предлагаемых вместо нее решений может сократиться многократно. Поэтому освоение энергетических ресурсов литосферы вместе с ее минеральными ресурсами останется практически безальтернативной основой и для существования нашей технократической цивилизации в обозримой перспективе, и для поиска путей развития энергетики будущего.
В настоящее время общая масса вещества, извлекаемого из литосферы за год, равна уже половине сухого веса биомассы всех материковых экосистем или 19% от живого веса всей сухопутной флоры и фауны нашей планеты. На каждый среднестатистический квадратный метр поверхности суши ежегодно приходится в среднем 4,92 кг твердых отходов от деятельности минерально-сырьевого комплекса, что более чем в 5 раз превосходит среднюю удельную годовую биопродуктивность сухопутных экосистем и в 2,6 раза выше продуктивности естественной биоты Земли в целом [6,7]. Все это можно рассматривать как следствие действия фундаментального противоречия между Человеком и Природой, которое заключается в том, что Человек, будучи частью живой природы, изменил свою экологическую нишу таким образом, что все ресурсы для своего существования он получает путем разрушения биоты и абиоты естественных экосистем, включая и литосферу нашей планеты, то есть – стал биологическим антагонистом живой природы. Полностью преодолеть это противоречие, являющееся первопричиной глобального экологического кризиса, мы не можем. Однако придать ему в каждой сфере деятельности Человека неразрушительную для живой природы форму– вполне реально, если перейти от стратегии экономического императива, основанной на абсолютном приоритете потребления ресурсов Природы к стратегии экологического императива, основанной на принципах коэволюции антагонистов [8], обеспечивающих параллельное неразрушающее функционирование несовместимых систем техно- и биосферы в процессе освоения минеральных ресурсов земных недр.
При этом экологическую нагрузку на другие геосферы Земли необходимо рассматривать совместно с воздействием на биосферу, так как эти воздействия, изменяя абиотическую составляющую природных экосистем, нарушают условия существования их биологической компоненты со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Парадоксальность складывающейся сегодня ситуации заключается в том, что ускоряющаяся деградация природы сопровождается быстрым ростом расходов на ее сохранение. Это обстоятельство наглядно свидетельствует о том, что в основе принятой модели взаимодействия техно- и биосферы имеются собственные внутренние противоречия, влияние которых делает неэффективными с точки зрения декларированных целей усилия, затрачиваемые на защиту природы от техногенных воздействий. Определяющее значение здесь имеет проблема построения методологии оценки экологической опасности факторов техногенного воздействия (а значит и степени экологической безопасности горного или иного производства), учитывающей не только величину воздействия, но и реакцию биологической системы, воспринимающей это воздействие. Для возможного решения этой проблемы необходимо рассмотреть два подхода– общестуктурный и экосистемный.
Первый подход определяется назревшей необходимостью дифференциации понятия экологической безопасности в соответствии с реальной функциональной структурой нарушаемых экосистем.
Эволюционно обоснованные способы получения человеком энергии Солнца и формирование среды его обитания создают условия, при которых сам факт существования и процветания человека на нашей планете предопределяет неизбежное и уже фактически сложившееся разделение ее поверхности (первичной биоты) на три территориальных комплекса:
– естественная биота Земли, не затронутая деятельностью Человека;
– антропогенные экосистемы хозяйственного назначения;
– урбанизированные земли искусственной среды обитания человека и промышленного производства.
Каждая из этих территорий имеет свои внутренние законы развития, различные целевые функции этого развития и потому – совершенно различное содержание понятия экологической безопасности производства. Отсюда следует очевидный вывод о том, что, рассматривая взаимодействие горного производства с окружающей средой, следует в рамках единой концепции экологической безопасности, дифференцированно рассматривать три принципиально различных типа задач:
1. Воздействие добывающего предприятия на природно-равновесные системы естественной биоты Земли, под которыми понимается «…совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой таким образом, что вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время…» [6]. Из этого определения следует, что конечной целью охраны природы экосистем от техногенного воздействия является сохранение как биологических видов, так и условий их взаимодействия. Каждая природно-равновесная экосистема изменяется во времени по законам циклической сукцессии и имеет соответствующий потенциал естественного самовосстановления. Поэтому, учитывая неизбежность исчерпания запасов любого месторождения, проблема обеспечения экологической безопасности производства сводится к поиску и технологическому обеспечению такой меры неизбежного техногенного нарушения биоты в период эксплуатации месторождения, при которой биота постоянно сохраняет способность к естественному самовосстановлению после завершения эксплуатации.
2. Техногенное воздействие добывающего предприятия на экосистемы антропогенного происхождения с искусственными биогеохимическими циклами, под которыми обычно понимаются биологические системы сельскохозяйственного назначения, и которые не способны существовать без постоянного прямого или опосредованного вложения труда человека, а также всегда функционируют с нарушением основного принципа существования природно-равновесных экосистем – принципа замкнутого обращения вещества и энергии.
В таком случае, при решении экологических проблем конечной целью становится не сохранение видов или условий их взаимодействия (так как все это формируется искусственно), а сохранение хозяйственной эффективности этой искусственной экосистемы и, прежде всего, – плодородия почвы как основного средства производства. Тогда и содержание понятия экологической безопасности при воздействии того или иного техногенного фактора можно определить как обеспечение такого уровня изменения состояния, при котором экосистема (и, прежде всего, почва) сохраняет свой хозяйственный потенциал.
3. При экологической оценке взаимодействия производства с урбанизированной экосистемой искусственной среды обитания человека не стоит задача сохранения каких-либо видов или плодородия почвы как средства производства. В этих условиях определяющее значение приобретает здоровье человека, а также сохранение зданий, сооружений и коммуникаций, необходимых для жизнеобеспечения человека. Именно эти положения и составляют здесь основное содержание понятия экологической безопасности промышленного производства.
Кардинальное различие конечных целей и физического содержания самого понятия экологической безопасности свидетельствует о том, что решение экологических проблем при развитии производства для каждого из обозначенных выше типов экосистем должно идти совершенно различными путями. При этом выбор этих путей определяется не только свойствами экосистем, но и, в равной мере, – типом производства и применяемой технологией.
Наиболее остро экологические проблемы стоят при освоении земных недр, так как, с одной стороны, вследствие геологической предопределенности дислокации месторождений добыча минеральных ресурсов всегда будет связана с неизбежным антропогенным вторжением в природно-равновесные экосистемы, а с другой – технологический комплекс горнодобывающего производства устроен так, что при добыче полезных ископаемых из литосферы активно нарушаются все остальные геосферы Земли. Проецируя в область горных наук идеи устойчивого развития в виде создания равных возможностей развития двух несовместимых по функциональной структуре систем на основе принципа согласования уровня техногенных нагрузок на биоту с порогом ее устойчивости, можно сформулировать фундаментальную проблему горной экологии – определение и обеспечение возможности коэволюции природных и горно-технических геосистем на основе изучения законов их внутреннего развития и особенностей взаимодействия в рамках единой природно-технической системы освоения недр.
Методологически решение такой комплексной проблемы должно строиться на трансформации глобального антагонистического противоречия между техно- и биосферой в цепь локальных противоречий между добывающими предприятиями и реальными экосистемами, преодолеваемых путем целенаправленного создания и выбора технологических решений, уровень внешнего воздействия которых не выходит за рамки диапазонов толерантности структурообразующих элементов этих экосистем.
В рамках общей методологии специфика методических подходов должна быть связана с тем, что все критерии, регулирующие взаимодействие техногенных и природных объектов, а также регламентирующие характер и величину техногенных факторов, строятся на основе законов развития биологических систем, а все возможности выполнения этих ограничений связаны исключительно с изменением применяемых горных технологий. Поэтому можно выделить два формально независимых друг от друга, но фактически тесно связанных через единство конечной цели научных направления.
Первое из них можно сформулировать как создание методов определения биологически обоснованных нормативов техногенных воздействий на биоту и технических норм, регламентирующих геотехнологии. Вполне очевидно, что разные биологические системы и сообщества по-разному реагируют на одно и то же внешнее воздействие. Следовательно, для каждого типа экосистем должен существовать свой предел величины каждого техногенного фактора, который может вызвать необратимые изменения в экосистеме. Поиск этих пределов, включая методики их определения применительно к разным техногенным воздействиям и разным типам экосистем, является сегодня фундаментальной проблемой промышленной экологии вообще и горной экологии в частности, решаемой на стыке биологии и технологии. В научно-методическом плане это означает, что допустимый уровень техногенного возмущения абиоты конкретной экосистемы должен определяться из условий сохранения ее биоты, а критерии, ограничивающие уровень воздействия антропогенных факторов, должны формироваться только на основе биологических последствий этого воздействия независимо от интересов человека и возможностей применяемых им технологий.
Информационной основой этого научного направления, безусловно, являются достижения современной биологии, привнесение в которую технократических подходов позволит на основе использования накопленных и вновь получаемых биологических знаний создать единообразную систему конкретных показателей, регламентирующих техногенное воздействие на биологические системы по условиям их сохранения, а также методики определения этих показателей. Определение биологически обоснованного уровня ограничения воздействия техногенного фактора сводится, по своей сути, к определению границ интервала толерантности каждого из автохтонных видов-эдификаторов фитоценоза той экосистемы, на которую распространяется это воздействие [7].
Очевидная важность развития этого научного направления обусловлена тем, что вся существующая сегодня система регулирования взаимоотношений техно- и биосферы базируется на принципе выстраивания логических построений с подменой цели. Сначала мы, декларируя в качестве цели оптимальное состояние природы, применяем экономические критерии и показатели, не связанные по своей сути с биологическими особенностями объекта защиты, и добиваемся фактически оптимального состояния экономики, а не природы. Точно также, когда степень опасности техногенного воздействия на биоту экосистем во всей ее сложности оценивают по нормативам, характеризующим опасность этих воздействий только для здоровья человека, декларированная охрана природы фактически сводится к охране человека в ней. В результате возникает неразрешимое в рамках антропоцентрического подхода внутреннее противоречие между разнообразием объектов защиты (множеством типов экосистем) и единообразием критериев, регламентирующих для них каждый вид техногенного воздействия, без преодоления которого любые природоохранные мероприятия всегда будут биологически неэффективны. Для преодоления этого противоречия недостаточно только создания методов определения биологически значимых нормативов, необходимо также коренное изменение иерархических принципов организации государственного контроля за экологическими последствиями развития производства. На федеральном уровне должны разрабатываться единые для всей страны методики определения биологически обоснованных нормативов техногенных воздействий, а на стадии проектирования предприятия – определяться по этим методикам количественные значения показателей, регламентирующих техногенное воздействие реального производства на конкретную экосистему. Только тогда разнообразие управляющих критериев всегда будет соответствовать разнообразию условий.
Второй из обозначенных выше подходов – экосистемный – связан с необходимостью создания методологии трансформации биологически значимых ограничений уровня воздействия на биоту в технические нормативы, регламентирующие создание и применение геотехнологий освоения недр.
Необходимость методического развития в этом направлении определяется тем, что никакой биологический норматив нельзя использовать в качестве технической нормы, так как у этих двух показателей всегда разная размерность. Допустимое по биологическим законам воздействие всегда будет определено в единицах измерения техногенного фактора, отнесенных на единицу какого-то параметра биологического объекта. В то же время, техническая норма может быть задана только в виде тех же единиц измерения техногенного фактора, но отнесенных к единице какого-либо технологического параметра. Любой техногенный фактор, как свойство геотехнологии, становится техногенной нагрузкой на биоту экосистем только в границах зоны его воздействия. Поэтому вполне допустимо методологическое положение о том, что преобразование биологической нормы в техническую должно быть основано на использовании установленных законов транзита техногенных поллютантов. В такой постановке в качестве технической нормы как свойства горной технологии можно принять такую интенсивность техногенного воздействия, при которой ни в одной точке зоны его воздействия на экосистему не будет превышен биологически обоснованный предел [9]. При такой форме взаимодействия компонентов природно-технической системы освоения недр решение технологических проблем, связанных с обеспечением безопасности производства путем соблюдения биологически обоснованных ограничений воздействия, потребует изменения системы информации об окружающей среде как объекте защиты при осуществлении производственной деятельности. Эта информация должна существовать в форме, позволяющей использовать характеристики окружающей среды в технических расчетах, должна отличаться высокой определенностью и адекватно описывать свойства биологического элемента, на который распространяется реальное техногенное воздействие. Это требование вступает в очевидное противоречие с огромной сложностью строения естественной биоты Земли. Разрешение этого противоречия путем создания научно обоснованных принципов дифференциации окружающей среды на элементы, свойства которых достаточно постоянны и определенны, также является одной из важнейших научных задач горной экологии.
Исходя из обозначенной выше функциональной структуры горной экологии следует, что сохранение всех типов биоты Земли при освоении ее недр возможно только посредством создания и применения горных технологий, уровень воздействия которых на окружающую среду в период разработки месторождения сбалансирован со способностью этой среды восстанавливаться в постэксплуатационный период. Для этого необходимо решить две фундаментальные проблемы:
– разработка научных основ построения геотехнологий освоения недр с заданным и управляемым уровнем внешнего воздействия;
– обоснование принципов формирования системы мотивации использования экологически безопасных геотехнологий.
В области развития горных технологий очевидные перспективы имеет идея трансформации в техносферу принципов, обеспечивавших экологическую чистоту функционирования биологических систем, путем создания и применения природоподобных технологий горного производства [6,10].
Появление биологически обоснованных ограничений уровня техногенного воздействия придаст целенаправленность и конкретность исследованиям по созданию реальных геотехнологий, свойства которых обеспечивают безусловное выполнение этих ограничений и создают технологическую базу для обеспечения экологически сбалансированного взаимодействия минерально-сырьевого комплекса с экосистемами естественной биоты Земли на основе принципов коэволюции антогонистов [8].
Современный уровень знаний о развитии горных технологий позволяет выполнять практически любые биологические условия, но ценой того или иного увеличения издержек производства. В условиях рыночной экономики любые изменения технологии в интересах безопасности человека или окружающей среды снижают экономическую эффективность производства. Поэтому необходимым условием для реализации этих технических возможностей является декларированная в виде конкретных законодательных, экономических и других актов заинтересованность общества в сохранении естественной биоты Земли. Создание методических основ построения законодательства, стимулирующего применение экологически безопасных технологий, является еще одним необходимым компонентом, входящим в исполнительную структуру понятия экологического императива [8], который представляет собой сложную совокупность технологических, биологических, законодательных и некоторых других принципов и решений, взаимно детерминированных таким образом, что только совместное их применение может обеспечить сохранение условий функционирования и эволюции естественной биоты Земли при развитии технократической цивилизации.
