Горное дело, окружающая среда и человечество (стр. 2 )

Высокая степень риска гибели людей вне производственной сферы деятельности объясняется, главным образом, отсутствием дисциплинирующих факторов и внешнего контроля, что особенно характерно для России и проявляется на производстве в отраслях промышленности с повышенным числом природных и техногенных опасностей (угольная, нефтяная, химическая и др.) или с низким уровнем организации охраны труда (сельское хозяйство). В них уровень риска травмирования и смертельного исхода может быть на порядок выше среднего в производственной сфере (табл.1.6).

Таблица 1.6

Удельный смертельный травматизм в отраслях топливно-энергетического комплекса, число травм на 1 млн кВт произведенной энергии

Стадии производства	Отрасль
угольная	атомная	нефтяная	газовая
Добыча	0,86	0,47	0,05	0,13
Обработка	0,07	0,06	0,05
Транспортировка	0,60	0,01	0,06	0,01
Преобразование	0,23	0,15	0,02	0,01
Снятие с эксплуатации	–	0,04	–	–
___________________ Всего	1,76	0,73	0,18	0,15

Наиболее значительны удельные показатели травматизма в угольной промышленности России, они в 4-6 раз выше, чем в Америке, Англии и Японии, что объясняется сложными горно-геологическими и географическими условиями добычи угля, а также недостаточной технической оснащенностью и организацией охраны труда на предприятиях. В то же время в США вероятность гибели работающих в строительной и сельскохозяйственной отраслях в 1,5-2,0 раза выше, чем в горно-добывающей: риск (3,4-4,8)×10–4 против 2,5×10–4 соответственно.

В России наиболее высокие уровни риска смерти (по данным 1995 г.) характерны для угольной отрасли (4,15×10–4), рыболовства (4,13×10–4), лесной (3,1×10–4) и строительной (2,64×10–4) промышленности, производства строительных материалов (2,64×10–4) и сельского хозяйства (1,96×10–4).

В целом производственный смертельный травматизм в России в 1,5-2,0 раз и более выше, чем в большинстве развитых стран мира [11] (табл.1.7).

Таблица 1.7

Риск смерти в производственной сфере

Страна	Риск, 1/год	Страна	Риск, 1/год
Россия	13,8 × 10–5	Финляндия	3,8 × 10–5
Германия	8 × 10–5	Швеция	3,2 × 10–5
Канада	7,5 × 10–5	Дания	3,0 × 10–5
Норвегия	6,0 × 10–5	Япония	2,0 × 10–5
США	5,4 × 10–5	Англия	1,6 × 10–5

Основные причины смертельного травматизма в России по основным видам опасностей следующие, %:

Дорожно-транспортные происшествия (ДТП)	15-30
Падения с высоты	10-20
Падение предметов и обрушения	10-20
Воздействие экстремальных температур	10-15
Поражение электрическим током	10-15
Воздействие вредных веществ	5-10
Травмы от работающих механизмов и оборудования	5-10
Убийства	< 10

Общий производственный травматизм по отношению к смертельному обычно на один-два порядка выше. Так, в  гг. риск общего травматизма в производственной сфере был около 600 × 10–5, в сельском хозяйстве 1500 × 10–5 [11]. В чрезвычайных ситуациях 1998 г. пострадали 112612 человек, из которых 1275 человек погибли, в том числе в ЧС техногенного характера 1138 человек (табл.1.8).

Соотношение числа травмированных и погибших при различных видах ЧС неодинаково. Так, при ДТП оно достигает 1 : 5 и 1 : 10 соответственно (1998 г. 29021 человек погиб и 183846 человек ранено), при пожарах 1 : 1 и 1 : 3 (1998 г. 13716 человек погибли и 13954 чело­века травмированы).

Таблица 1.8

Данные о ЧС на территории Российской Федерации в 1998 г. [12]

Виды и источники ЧС	Всего	Характер и число ЧС
локальные	местные	территориальные	региональные	федеральные	Транс-граничные
Техногенные	955	674	233	45	2	1	0
Крушения, аварии, сходы грузовых и пассажирских поездов	15	10	2	3	0	0	0
Аварии грузовых и пассажирских судов	24	13	9	2	0	0	0
Авиационные катастрофы	31	25	6	0	0	0	0
Крупные автомобильные катастрофы с числом пострадавших более четырех	124	99	25	0	0	0	0
Аварии на магистральных трубопроводах, внутрипромысловых нефтепроводах	63	43	20	0	0	0	0
Пожары (взрывы) в зданиях, на коммуникациях, технологическом оборудовании про-мышленных объектов	114	85	25	4	0	0	0
Пожары (взрывы) в зданиях и сооружениях жилого, социально-бытового и культурного назначения	265	208	55	1	0	1	0
Обнаружение (утрата) боеприпасов, взрывчатых веществ	33	30	2	0	1	0	0
Аварии с выбросом (угрозой выброса) веществ:
химически опасных	91	82	9	0	0	0	0
радиоактивных	28	23	5	0	0	0	0
Внезапное обрушение производственных зданий, сооружений, пород	4	2	2	0	0	0	0
Продолжение табл.1.8
Виды и источники ЧС	Всего	Характер и число ЧС
локальные	местные	территориальные	региональные	федеральные	трансграничные
Обрушение зданий и сооружений жилого, социально-бытового и культурного назначения	9	8	1	0	0	0	0
Аварии на электроэнергетических системах	25	8	9	8	0	0	0
Аварии на коммунальных системах жизнеобеспечения	120	34	59	26	1	0	0
Аварии на очистных сооружениях	5	2	2	1	0	0	0
Гидродинамические аварии	4	2	2	0	0	0	0
Природные	465	92	214	152	3	4	0
Землетрясения, приведшие к возникновению ЧС, извержения вулканов	1	0	0	1	0	0	0
Опасные геологические явления	19	6	12	1	0	0	0
Повышение уровня грунтовых вод	0	0	0	0	0	0	0
Бури, ураганы, смерчи, шквалы	94	12	57	25	0	0	0
Сильный дождь, обильный снегопад, крупный град	62	9	30	23	0	0	0
Сильный гололед, мороз, метель, туман	3	0	2	1	0	0	0
Заморозки, снежные лавины, засуха	26	8	9	9	0	0	0
Морские опасные гидрологические явления (отрыв прибрежных льдов)	25	16	8	1	0	0	0
Окончание табл.1.8
Виды и источники ЧС	Всего	Характер и число ЧС
локальные	местные	территориальные	региональные	федеральные	трансграничные
Опасные гидрологические явления	46	6	22	13	1	4	0
Крупные природные пожары с площадью очага более 100 га	189	35	74	78	2	0	0
Биолого-социальные	107	56	43	8	0	0	0
Инфекционная заболеваемость и групповые отравления людей	92	50	38	4	0	0	0
Инфекционная заболеваемость сельскохозяйственных животных	10	6	4	0	0	0	0
Поражения сельскохозяйственных растений болезнями и вредителями	5	0	1	4	0	0	0
____________________ Итого	1527	822	490	205	5	5	0

Безусловно, техногенные и природные опасности не являются определяющими в глобальных процессах эволюции жизни и деятельности человека. Основную роль играют социальные и производственные факторы, оказывающие существенное влияние на окружающую среду и самого человека и создающие условия, провоцирующие очередной экологический кризис. Однако каждый десятый житель России в течение своей жизни получает физическую травму, а каждый третий оказывается в экстремальной ситуации, последствия которой снижают потенциальные возможности человека. В этой связи безопасность деятельности человека становится одной из проблем глобального масштаба высокой социальной и экономической значимости.

Рис.1.6. Взаимосвязь образа жизни человека со средой обитания

Актуальным является вопрос о состоянии здоровья людей и его динамике в зависимости от условий жизни, образа жизни (рис.1.6), наследственности и прочих факторов. Здоровье определяет не только продолжительность жизни человека, но и уровень риска его травмирования (гибели) при равноценных условиях, а также вероятность заболеваний, которая, в свою очередь, связана с условиями жизни (табл.1.9).

Здоровье человека, согласно определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), есть состояние полного физического, социального и психического благополучия.

Показатели здоровья населения (общие, отдельных категорий, регионов и анклавов) следующие:

· средняя продолжительность жизни населения и его отдельных категорий (старше i-го возраста), максимальная продолжительность жизни изучаемой категории;

· смертность, в том числе возрастная (по интервалам возраста);

· заболеваемость и трудопотери, в том числе инвалидность и травматизм;

Таблица 1.9

Заболеваемость населения в регионах России (на 100000 человек)

Регион	Болезнь
менингококковая инфекция	туберкулез	гепатит	злокачественные новообразования
А	В
Северо-Восточный	6,3	39	60	32	–
Северный	2,3	54	315	35	221
Северо-Западный	3,8	30	158	29	234
Дальневосточный	7,5	50	135	31	–
Восточно-Сибирский	3,5	35	150	25	–
Западно-Сибирский	4,1	46	100	21	–
Уральский	3,4	35	105	20	–
Поволжский	3,6	36	125	24	–
Западный	4,1	36	92	14	–
Азовско-Прикаспийский	2,5	38	155	21	–
__________________ Россия в целом	4,0	40	150	25	219

· состояние физического развития, изменение потенциала и относительного периода активности;

· специфические нарушения здоровья и патология.

факторы, определяющие состояние человека, и степень их влияния на него следующие:

Фактор	Образ жизни	Среда обитания	Наследственность
Показатель, %	40-50	20-40	20-25

Средняя продолжительность жизни (в числителе) и смертность детей до одного года (в знаменателе) зависит от образа жизни и среды обитания следующим образом (годы и число случаев на 1000 родившихся соответственно):

Неолит (каменный век)	21/450-500
Средние века (Европа, Египет)	26/350-400
Конец ХХ в. по категориям стран:
с максимально благоприятными внешними условиями
Япония	78/5
Швейцария	77/7
Норвегия	76/8
Дания	75/8
Бельгия	74/10
с благоприятными условиями
Польша	71/16
Венгрия	70/16
Китай	68/–
с неблагоприятными условиями	57
Индия
с весьма неблагоприятными условиями
Нигерия	37
Того	35
Чад	32
Гвинея	27

Среднюю продолжительность жизни в России характеризуют следующие данные:

Год	1897	1927	1959	1965	1985	1995
Показатель, годы	32,3	44,4	68,6	70,4	68,1	64,6

Состояние среды обитания в России сегодня трудно назвать благополучным: 66 % территории находится в зоне многолетней мерзлоты, в зонах экологического бедствия проживает 20 % населения страны, в зонах неблагоприятных условий – 40 %.

На основе данных о мировых достижениях в спорте (плавании), зафиксированных для мужчин и женщин в широком возрастном диапазоне (до 90-94 лет) с интервалом в 5 лет, нами установлены в размерной и безразмерной формах (рис.1.7) зависимости относительного потенциала организма человека Пф/Пmах, т. е. отношения фактического для данной возрастной группы потенциала к максимальному (20-30 лет) от относительного возраста t/tmах, где t и tmах – соответственно возраст и максимальная продолжительность жизни. Это позволяет сопоставить данные конкретного человека с «эталоном», оценить «правильность» хода жизни конкретного человека по отклонению от «эталонной», кривой и даже прогнозировать оставшееся время жизни по графической зависимости (пропорциональность отрезков времени t и разности tmах – tф в интервале безразмерных значений от 0 до 1).

Рис.1.7. Изменение относительного потенциала физических возможностей человека в течение жизни

Так, по известному возрасту человека t и данным о его физических возможностях в период расцвета сил Пt’, т. е. в возрасте t', можно определить положение точки к на графике «эталонной» жизни. На оси абсцисс это соответствует отрезку от 0 до [t /tmах]. Тогда

tmах = f(Пф /Пmах, t).

Если при t = 60 лет для мужчины Пф /Пmах = 0,7, то «плановая» продолжительность его жизни будет меньше «эталонной» (60/0,7 » 86 лет).

Соответствие условий среды обитания и образа жизни человека «эталону», т. е. условиям, способствующим максимальной реализации биологического потенциала без изменения самой среды, является признаком устойчивого развития экосистемы и гармоничного сочетания человека и природы. В графической форме это может быть выражено в виде «точки комфорта» (точки К на рис.1.8), соответствующей нулевому риску (R = 0) жизнедеятельности человека со стороны среды обитания или 100-процентному уровню устойчивого развития экосистемы при нулевых затратах на ее поддержание (рис.1.8). Подобные сочетания экосистем – человеческий «рай» – практически не достижимы в реальных условиях, где «разумная» деятельность человека формирует новую биосферу (ноосферу) и новые экосистемы, устойчивость развития которых снижается, а ущерб от воздействия ее на человека увеличивается.

Рис.1.8. График изменения состояния экосистемы в процессе жизнедеятельности человека

В формировании экосистем ноосферы можно выделить ряд этапов, связанных с формами жизнедеятельности человека. Первый и самый простой этап – «человек живущий» – характеризуется минимумом взаимодействия, связанным лишь с оборудованием места обитания и его поддержания (дом человека с привозным снабжением ресурсами и вывозом отходов). Он характеризуется минимальным риском для человека со стороны среды и минимумом затрат на восстановление ее устойчивого развития (точка Ж), обеспечиваемом самой природой.

Следующий этап – «человек потребляющий», т. е. живущий частично или полностью за счет ресурсов среды обитания. Воздействие на среду, как и ее ответная реакция, возрастают, затраты на восстановление также (точка П на рис.1.8). Положение точки определяется плотностью населения и его потребительскими способностями.

Третий этап, типичный для современного состояния экосистемы, – «человек производящий», т. е. не только живущий за счет ресурсов окружающей среды, но и эксплуатирующий их для получения прибыли (благ), транспортируя в другие регионы. На этом этапе способность среды к восстановлению зависит от степени истощения ресурсов и воздействия их на нее (лавинные процессы, логарифмические закономерности). Именно на этом этапе (рис.1.8, точки Пр1, Пр2, …, Пpi) исчерпывается способность среды к восстановлению природных экосистем за реальные промежутки времени и формируются новые экосистемы: «лунные», «пустынные», «солонцовые» и т. д. – с весьма ограниченной биотой, исчезновением живых организмов, как на данной территории, так и на планете в целом («красные» книги, эндемики, реликты и т. д.). Соответственно значительно увеличивается риск потери человеком здоровья, о чем свидетельствует статистика, а затраты на восстановление устойчивости природной экосистемы начинают превышать получаемые человеком эффекты стабилизации на промежуточном уровне новой экосистемы (Пэi) с соответствующими затратами на ее создание. Степень приближения новой экосистемы к базовой (идеальной) оценивается в относительных показателях устойчивости затрат в пределах от 0 до 1.

После прекращения воздействия на экосистему, в направлении как разрушительном (производство и потребление), так и созидательном (санация), возможны ее самопроизвольная дальнейшая деградация (III вариант), стабилизация (II вариант) или нормализация (I вариант).

Изучением процессов, проходящих в окружающей среде на этапах Прi, занимается наука инженерная экология, или экология ноосферы, в которой выделяют геоэкологию, изучающую взаимодействие горного производства и биосферы и создающую теоретическую основу для инженерных решений, направленных на рациональную и безопасную по отношению к биосфере эксплуатацию минерально-сырьевых ресурсов Земли.

2. ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ

Рис.2.1. Алгоритм процесса исследования в геодинамической экологии

В литературе достаточно часто встречается понятие об экосистеме, в которой своеобразно протекают физико-химические процессы и круговороты вещества, как большой, так и малый, обусловленные добычей полезных ископаемых. Область экологической науки, предметом которой являются эти процессы, называют горной экологией [13], или геоэкологией [14]. В рамках последней следует выделить геодинамическую экологию (рис.2.1), изучающую процессы и устанавливающую закономерности формирования экосистем в ходе извлечения и использования ресурсов недр Земли с целью минимизации ущерба окружающей среде и человеку, сохранения природной экосистемы или целенаправленного формирования новой с заданными свойствами.

Основные системообразующие процессы, знание которых необходимо для оценки состояния системы, можно разделить на гелиофизические (внешние) и геофизические (внутренние) по отношению к изучаемому материальному объекту, который является источником ресурсов (недра) (табл.2.1).

Таблица 2.1

Системоформирующие процессы [13, 14]

Среда	Процессы	Элементы среды, способные претерпевать изменения
гелиофизические	геофизические
Атмосфера	термодинамические, радиационные, магнитные, электрические, гравитационные	термодинамические, массообменные, акустические, газодинамические	физические свойства, химический состав, механические примеси, энергетика, климат (облачность, туманообразование, осадковыпадение, влагосодержание, температура, да-вление, скорость воздуха)
Гидросфера	термодинамические, гидродинамические, термохимические, фотосинтез	термодинамические, гидродинамические, газодинамические, акустические, массообменные, термохимические, фотосинтез	физические свойства, химический состав, энергетика, фитология, зоология, рельеф геометрия
Почва	термодинамические, массообменные, фотосинтез, термохимические	термодинамические, гидродинамические, газодинамические, акустические, массообменные, термохимические, фотосинтез	физические свойства, химический состав, рельеф, геометрия, фитология, зоология
Литосфера	термодинамические, радиационные, магнито-электрические, гравитационные	термодинамические, гравитационные, газодинамические, гидродинамические, акустические, термохимические, массообменные, термохимические, фотосинтез	напряженное состояние, температурное поле, газовый режим, гидрологический режим, стратиграфия, тектоника, физико-химические свойства, микробиология

Для растительных форм и экосистем качественные изменения, или сукцессии, начинаются с нарушения баланса потребления и продуцирования энергии и массы вещества (автотрофная и гетеротрофная сукцессии).

Нарушение баланса потребления и расхода энергии и массы человеком также ведет к перестройке его организма, проявляющейся как во внешних формах (дистрофия, тучность), так и во внутренних признаках опасности (генетические изменения, усталость, утомление, стресс, заболевание, травма, смерть).

Системоформирующие (базовые) характеристики (параметры) среды могут быть определены как параметры процессов, протекающих в элементах биосферы и ноосферы (табл.2.1): термодинамические (р – давление, Т – температура, υ – удельный объем), массообменные (рп – парциальное давление и др.), акустические, электрические, магнитные и т. д. Интенсивность развития процессов и возможность реализации состояния сукцессии также зависит от свойств среды (физических, химических и др.).

В сфере интересов геодинамической экологии лежат изменения состояния геологической среды, в которой осуществляется технологический процесс (доступ к объекту практического использования, вовлечение его в хозяйственную деятельность, консервация его после завершения деятельности). Интенсивность воздействия определяется способом и технологией производства, его масштабами и геометрией и почти всегда усиливается дополнительным нарушением и загрязнением окружающей среды размещаемыми на поверхности Земли вспомогательными технологическими объектами. Круговороты массы и энергии в биосфере и ноосфере с вовлечением в процесс всех ее элементов (литосфера, почва, гидросфера, атмосфера) ведет к существенным изменениям гидрологического, газового, теплового режима литосферы, напряженного состояния массива, его силовых характеристик (гравитационное, электрическое, магнитное поля) и т. д. [13, 15, 16].

Классификационными характеристиками природной среды по основополагающему климатическому признаку являются биомы, или макросистемы, определяемые климатом, энергетическими потоками, круговоротом вещества, жизнедеятельностью организмов, типом растительности и т. д. Наземные биомы, в пределах которых преимущественно осуществляется жизнедеятельность человека, имеют в качестве основного признака растительность, которая, в свою очередь, зависит от двух основных абиотических характеристик среды: температуры Т и влагосодержания d [17]. Последний параметр часто заменяется количеством осадков (рис.2.2) [18]. Температура является главным климатообразующим фактором, характеризующим условия протекания биотических процессов в природной среде. Различают среднегодовую температуру воздуха в приземном слое атмосферы и амплитуду изменения температуры Ат. Среднее значение текущей температуры (в градусах Цельсия)

Т =  + Атsin2pτ/8760,

Рис.2.2. Климаграммы шести основных биомов по среднегодовым температурам и среднегодовому количеству осадков

где τ – время от начала периода колебаний, ч. Текущее время изменяется от нуля (в июле) до 8760 ч (годовой цикл), с переходом к минимуму температуры Т =  – Ат в январе (τ = 4380 ч).

Для различных регионов Земли и горно-промышленных регионов России, в частности, значения , Тmax и Тmin зависят от географического положения (широты), близости крупных акваторий и горных систем, высоты местности над уровнем моря и т. д. (табл.2.2).

Влагосодержание характеризует массу влаги, отнесенную к единице сухой части среды, в которой оно определяется. Так, влагосодержание воздуха связано с барометрическим давлением р, относительной влажностью воздуха φ и парциальным давлением насыщенного пара в воздухе Рн. п, зависящем от его температуры Т:

d = 622φ Рн. п /(р – φ Рн. п).

Изменение влагосодержания атмосферного воздуха в приземном слое аналогично средней температуре подчиняется гармоническому закону.

Таблица 2.2

Температурные условия регионов

Город, район	Средняя температура воздуха,0С	Относительная влажность воздуха за год, %	Температура пород на глубине нейтрального слоя, °С
за год	в январе	в июле
Баку	14,6	3,8	25,9	72	17
Ташкент	13,2	–6,3	26,8	60	15
Тбилиси	12,6	0,6	24,1	64	13
Ставрополь	10,7	–4,6	20,6	76	11
Белозерск	9	–4,7	22,3	72	12,5
Кривой Рог	8,7	–5	22,5	61	8
Владикавказ	8,4	–4,4	20,4	80	9
Алма–Ата	7,3	–8,6	22,1	69	8,5
Садон (Северная Осетия)	7,1	–4,2	20,2	69	8
Окончание табл.2.2
Город, район	Средняя температура воздуха,0С	Относительная влажность воздуха за год, %	Температура пород на глубине нейтрального слоя, °С
за год	в январе	в июле
Владивосток	4,6	–13,7	20,6	74	6
Усть–Каменогорск	2,7	–15,4	20,5	75	4
Петрозаводск	2,4	–9,9	16,5	77	5
Екатеринбург	1	–15,6	17,3	74	3
Улан–Удэ	–2,2	–26,7	19,2	64	–1
Чита	–3	–27,4	18,7	–	–1
Хибины	–3	–17,1	10,9	76	–1
Алдан	–6,2	–27	16,8	–	–5
Анадырь	–7,7	–22,7	10,5	82	–5
Норильск	–8,4	–32	22	75	–5
Якутск	–10,4	–43,5	19	74	–8

Температура воздуха Т определяет распределение температуры в почвенном слое и верхней части литосферы, изменяясь в течение года по сложной гармонической зависимости от Т на поверхности до  + 2(3) на глубине нейтрального слоя (15-30 м от поверхности). При  < 0 °С территория, как правило, имеет слой многолетнемерзлых пород, глубина которого может достигать нескольких сотен метров (например, в Якутии), а температуру на глубине нейтрального слоя до –10 °С и ниже. Более 60 % территории России относятся к зоне распространения многолетней мерзлоты.