Сайт для специалистов, занимающихся практическим решением проблем в области прикладной экологии, а также магистров, бакалавров и студентов, обучающихся по специальностям: инженерная экология, техногенная безопасность, геоэкология, природообустройство, водное хозяйство.
На нашем сайте размещены материалы, описывающие различные аспекты возникновения и функционирования природно-технических систем. Большинство страниц сайта посвящено отдельным темам, входящим в сферу рассматриваемой проблемы. Для получения дополнительной информации по данным вопросам на каждой из этих страниц приводятся ссылки для бесплатного скачивания научных публикаций по соответствующей тематике.
Определение термина «природно-техническая система»
Термин «природно-техническая система» широко употребляется в научно-технической литературе и ряде нормативных документов (см. СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства»). Вместе с тем, его официальное определение в настоящее время отсутствует. На нашем сайте принято следующее определение данного термина: Природно-техническая система (ПТС) – это совокупность природных, природно-техногенных и техногенных объектов, условия существования которых взаимозависимы и взаимообусловлены.
Очевидно сходство этого определения с определением понятия «окружающая среда», данного в статье 1 Федерального закона «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г. N7-ФЗ
(окружающая среда – совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов).
В связи с этим обращаем внимание на три принципиальных различия между содержанием данных терминов:
– ПТС – это не набор компонентов природной среды и объектов различного генезиса в окружающем нас мире, это конкретная система, состоящая из взаимосвязанных элементов; эта система имеет определенные границы и структуру;
– под понятием техногенный объект мы понимаем объект, являющийся продуктом именно технической деятельности, а не деятельности человека вообще или результат его жизнедеятельности, т.е. термины «техногенный объект» и «антропогенный объект» не рассматриваются как синонимы;
– понятие природный объект понимается нами более конкретно – мы подразумеваем под ним элемент среды естественного происхождения, в т.ч. живые организмы, возникшие в процессе естественной эволюции.
Таким образом, природно-технические системы – это любые формы взаимосвязанного сосуществования природных и технических объектов, а также природно-техногенных объектов – объектов, возникших в процессе их взаимодействия. Следует подчеркнуть принципиальное различение между содержанием понятий «природно-техническая система» и «природно-техногенный объект»: природно-техническая система – это динамичная система, в отличие от нее природно-техногенный объект – это фрагмент окружающей среды, ее структурный элемент, образовавшийся в результате совокупного воздействия природных и техногенных факторов.
В научной литературе употребляется близкий по своему содержанию термин «природно-техническая геосистема» (ПТГС). Геосистема – это базовое понятие геоэкологии, которая изначально рассматривалась как система, формирующаяся на основе ландшафта. Поэтому, как правило, под ПТГС понимают подвергшийся техногенной трансформации (техногенезу) участок какой-то территории, соответствующий по площади элементам ландшафтной структуры. В отличие от этого под понятием «природно-техническая система» подразумевается весь спектр систем, возникших и развивающихся под воздействием процессов техногенеза, от временных скоплений воды на асфальтобетонных покрытиях до трансформированных акваторий Мирового океана.
Механизмы образования природно-технических систем
Существует два основных механизма образования ПТС. Во-первых, они формируются в результате преобразования человеком природной среды, в ходе различных видов технической деятельности, т.е. деятельности, осуществляемой с применением специально созданных для этой цели орудий и средств. В совокупности процессы и явления трансформации среды обозначаются термином «техногенез». Формы техногенеза не менее разнообразны, чем обусловливающие его виды человеческой деятельности. Но, как бы ни была велика степень техногенной трансформации, практически всегда какая-то часть компонентов природной среды продолжает существовать и в новых условиях. Более того, человек, изменяя окружающую среду, по мере возможности сохраняет ее пригодной и для своего собственного существования. Не уничтоженные техногенезом компоненты природной среды, в т.ч. живые организмы, вступают во взаимодействие с внедренными в нее новыми техническими элементами. Формируются образования смешанного происхождения (природно-техногенные объекты). В результате на участке ранее существовавшей естественной экосистемы возникает новая система – природно-техническая (рис. 1А).
|
Возможен и иной механизм образования ПТС. Адаптационный потенциал живых организмов настолько велик, что позволяет им проникать и развиваться в различных видах оборудования и сооружениях, создаваемых человеком. Подобный механизм образования ПТС можно обозначить как «инвазионный» (от лат. invasio – нашествие, нападение) (рис. 1Б). Некоторые из организмов-вселенцев или «инвайдеров», в массовом количестве поселяясь в технических узлах и конструкциях, затрудняют их эксплуатацию и становятся причиной значительных материальных ущербов. Эти явления получили название «биологические помехи» или «биопомехи». В других случаях организмы, заселяя технические объекты, вызывают разрушение их материалов, т.е. вызывают «биопровреждения».
Масштабный и хорошо известный пример инвазионной ПТС – это заброшенная стройплощадка, интенсивно зарастающая рудеральной растительностью.
И несколько неожиданный пример. Микроорганизмы-инвайдеры способны существовать даже на внешних узлах космических аппаратов, вокруг которых могут образовываться тонкие газовые оболочки, обозначаемые термином «собственные внешние атмосферы» (СВА). Питательным субстратом для существующих в этих условиях организмов служат технические масла и другие органические вещества, оседающие на поверхность космических аппаратов. Эти системы, состоящие из биологических объектов и среды, способной поддерживать их жизнедеятельность, также следует рассматривать как особый вид ПТС.
Структурно-функциональная организация ПТС
Любая ПТС включает набор структурных элементов (материальных объектов различного генезиса) и функциональные связи, обусловливающие их системное единство. Рассматривая структурно-функциональную организацию подобных систем, следует обратить особое внимание на необходимость непредвзятого и многостороннего подхода к их восприятию. На практике анализ состояния ПТС нередко носит односторонний характер и заключается в констатации ухудшения экологических условий в результате техногенных воздействий. Вместе с тем, существует и обратные связи, значимость которых в современном мире неуклонно возрастает (рис. 2).
|
Растет спрос на продукцию, произведенную на объектах, функционирующих в экологически чистых условиях. Повышается озабоченность людей воздействием неблагоприятной среды на здоровье, обозначаемая термином «экологический страх». Протестные настроения, причиной которых является существование техногенных элементов ПТС (рассматриваемые населением как источники загрязнения), затрудняют работу предприятий, которым они принадлежат. Руководящие кадры становятся все более заинтересованы в положительном экологическом имидже своей организации, а ее персонал – в благоприятных для здоровья условиях на рабочих местах. Это все чаще заставляет производственные организации предпринимать меры по улучшению состояния окружающих их природных и природно-техногенных объектов.
Природно-техногенные элементы ПТС могут выполнять различные функции, в том числе использоваться в качестве мест массового отдыха – «резортов». Их рекреационный потенциал может снизиться в результате воздействия техногенных объектов. Но условия в них могут также ухудшиться и в том случае, когда расположенные рядом природные объекты деградируют и теряют возможность очищать воздушную среду от загрязнителей. Например, создаваемый вокруг населенного пункта городского типа пояс зеленых насаждений (природно-техногенный объект) может утратить свои оздоровительные свойства, если примыкающий к нему лесной массив (природный объект) будет уничтожен. Однако характер связи между природными и природно-техногенными объектами также не однозначен. Например, многие природно-техногенные объекты могут оказывать неблагоприятное воздействие на природные элементы ПТС. На занятых ими участках иногда происходит массовое развитие нежелательных организмов (вредителей, паразитов и др.), которые затем мигрируют на участки сохранившейся природной среды. Некоторые из этих организмов могут негативно воздействовать и на техногенные объекты, становясь источниками биопомех и биоповреждений.
Таким образом, исследование ПТС должно концентрироваться не анализе ее отдельных элементов, а на изучении ее структурно-функциональной структуры, исключающей априорное разделение элементов системы на «хорошие» и «плохие».
Следует отметить, что схема на рисунке 2 не отражает всего многообразия функциональных связей, объединяющих структурные элементы ПТС в единую систему. На ней представлены лишь отдельные аспекты взаимосвязи основных элементов.
Природно-техническая система – структурно-функциональная единица биотехносферы
В ходе освоения человеком ресурсов нашей планеты все больше естественных экосистем превращается в ПТС. Развитие глобальных техногенных процессов уже привело к тому, что биосфера Земли трансформируется в биотехносферу. Иными словами, вся биосфера в целом превращается в ПТС планетарного масштаба, состояние которой уже во многом зависит от последствий производственной деятельности человека, например, от «парникового эффекта». Таким образом, масштабы ПТС весьма разнообразны. Выделяют несколько иерархических уровней ПТС: объектный (элементарный), локальный, зональный, ландшафтный, региональный (национальный), межрегиональный и глобальный (рис. 3). Системы более низкого уровня являются элементами ПТС более высокого уровня. Например, существование функциональных связей между локальными ПТС и ландшафтными ПТС позволяет рассматривать их как элементы региональной системы. А появление простейших ПТС на поверхности космических аппаратов в околоземном пространстве указывает на то, что уже в ближайшем будущем может появиться новый, более высокий уровень этих систем.
|
Виды природно-технических систем
Несмотря на бесконечное разнообразие ПТС, среди них можно выделить три основных вида: стихийные, регулируемые и управляемые. Примером стихийной ПТС может являться водно-болотный массив, образовавшийся у выхода городской ливневой канализации (рис. 4). В большинстве случаев развитие таких ПТС идет путем деградации окружающей среды.
Состояние регулируемых ПТС контролируется с помощью специальных инженерно-технических систем. К ним можно отнести пополняемые из системы городского водопровода благоустроенные городские водные объекты вместе с комплексом функционирующих на них гидротехнических сооружений (рис. 5).
Управляемая ПТС – это система, состоянием которой можно манипулировать, создавая в ней условия благоприятные для жизни человека. К подобным ПТС можно отнести системы, формирующиеся на основе крупных гидроэлектростанций (рис. 6), которые в результате экологической оптимизации превращаются в регуляторы условий окружающей среды регионального масштаба. Они способны поддерживать экологически оптимальные параметры стока реки и уровня грунтовых вод, защищают прилегающие территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (наводнений, засух, аварийных разливов токсичных загрязнителей).
Наука о природно-технических системах
Изучение ПТС находится на начальном этапе. Большинство опубликованных ранее работ носит описательный характер, фиксирующий лишь наличие данного феномена. Целенаправленное изучение процесса формирования ПТС, возможности их оптимизации и практического использования для управления состоянием окружающей среды почти не проводилось.
До сих пор не существует и специальной отрасли знаний, предметом которой являлось бы исследование ПТС и разработка методов управления ими. Вместе с тем необходимость этой науки уже назрела и можно сформулировать ее базовые принципы, каковыми являются: системность, междисциплинарность и синкретичность.
Системность подразумевает выделение элементов ПТС и установление связей между ними, что позволяет рассматривать их совокупность как единое целое, обладающее эмержентностью (иными свойствами).
Новое научное направление должно формироваться как междисциплинарное, включающее помимо экологических исследований элементы различных областей знаний, исследующих различные аспекты процессов и явлений, обусловливающих техногенез окружающей среды. Его можно обозначить как «системную техноэкологию» – науку, создающую методологические основы управления техногенезом окружающей среды, гармонично сочетающую комплексное решение экологических, социальных, технических и экономических проблем.
Становление нового научного направления также требует выработки синкретического взгляда на основы осуществляемой деятельности. Синкретичность, в данном понимании, – это отказ от противопоставления техническим задачам – целей и путей решения природоохранных проблем. Изменение в этом вопросе сначала научного, а впоследствии и массового сознания является необходимым условием реализации провозглашенного ООН принципа «устойчивого развития».
Материалы нашего сайта нашли отражение
в учебном пособии,
с которым на следующей странице можно ознакомиться, а также бесплатно и без регистрации скачать
Суздалева А.Л. Управляемые природно-технические системы энергетических и иных объектов как основа обеспечения техногенной безопасности и охраны окружающей среды (темы магистерских диссертаций): учебное пособие. М.: Изд-во ИД ЭНЕРГИЯ, 2015. – 160 с.