Геология для общества

Почему геология так важна?

Геология - это наука о структуре и истории Земли. Она обеспечивает ресурсами население и промышленность, охватывает почти все сферы деятельности и, благодаря нашей глубокой базе знаний, образованию и исследованиям, помогает понять, как жить на нашей планете более гармонично.

Геология (часто в более широком смысле, чем просто наука о Земле) - это учение о структуре нашей планеты и о процессах, которые в течение долгой истории Земли влияли и влияют на ее формирование. Большинство ресурсов, от которых зависят жизнедеятельность населения и развитие промышленности в Европе, в частности энергия, полезные ископаемые и еда, зависят от геологии. Целый ряд жизненно необходимых видов работ зависят от геологии: управление производственными отходами; инженерия для строительства зданий, дорог, дамб, туннелей и других крупных инфраструктурных проектов; а также решения широкого спектра проблем по окружающей среде, прежде всего загрязнение земель промышленным производством. Работа геологов по изучению стихийных бедствий и опасностей имеет важное значение для обеспечения готовности к ним и смягчения их последствий. Охрана чистой доступной питьевой воды и предоставление различных экологических услуг зависят как от знания основ геологии региона, так и от многообразия поведения воды в поверхностных процессах. Будущее безопасности энергоснабжения в Европе в значительной мере опирается на геологические знания в самых контекстах - от добычи ресурсов до использования недр для хранения двуокиси углерода и радиоактивных отходов.

Доказательства взаимодействия между изменением окружающей среды и эволюции жизни на протяжении сотен миллионов лет дают геологам ценную информацию об изменениях, которые обусловлены сжиганием горючих полезных ископаемых, а также иным воздействием человеческой деятельности на окружающую среду. Геологи также будут влиять на процессы снижения объемов выбросов углерода при сжигании горючих полезных ископаемых, поместив их туда, откуда они и добыты, - в недра. В то время, когда мы только начинаем полностью понимать наше влияние на планету, ресурсы становятся все более дефицитными, а человечество все более многочисленным. Поскольку мы стремимся жить более стабильно и справедливо, геологи разрабатывают целостный взгляд на использование ресурсов, на отходы и побочные продукты и на наше сложное взаимодействие с недрами, почвами, морем, воздухом и жизнью, которые вместе образуют Земную систему.

Понимание и предоставление всех этих ресурсов и услуг зависит от высококвалифицированных и подготовленных геологов научных и промышленных кругов, которые опираются на развитие прочных геологических знаний, приобретенных в школе и высших учебных заведениях. В Европе, в частности и в Украине, есть мощная геологическая научно-исследовательская база, которая имеет фундаментальное значение для понимания процессов Земли и будущих экологических проблем. Постоянное инвестирование в геологические знания и научные исследования будет способствовать экономическому росту и позволит Европе играть одну из ведущих ролей в решении глобальных проблем.

 

Геология в экономике

Геология играет существенную роль во многих сферах экономики. Экономический рост и стабильность, а также общественное благосостояние требуют надежных поставок энергии и минеральных ресурсов, обеспечения питьевой водой, а также безопасного и устойчивого производства продуктов питания. Все это будет зависеть от постоянных инвестиций в технологии, инфраструктуру, образование и повышение квалификации.

Выявление и изъятие геологических ресурсов являются жизненно важными для ВВП страны, налоговых поступлений и экономического роста. Использование сырья для промышленных или потребительских продуктов и процессов, а горючих полезных ископаемых для получения энергии лежит в основе нашего процветания и является основой экономики. Добыча нефти, газа, угля и строительных и промышленных минералов составляет значительную часть ВВП европейских стран. Рыночная капитализация компаний добывающих отраслей на европейских фондовых биржах в 2012 была более чем 2,3 трлн €.

Тщательная оценка спроса, предложения и расходов (как финансовых, так и экологических) на эти товары крайне важна для эффективного экономического планирования и принятия решений. Европейские и мировые минеральные статистические данные, созданные Британской геологической службой, играют важную роль в решении этой задачи. ЕС определил список критичного минерального сырья, потребление которого может стать "узким местом" и ограничить экономический рост. Например, растет спрос на редкоземельные элементы (РЗЭ) за счет их использования в высокотехнологичных проектах, в том числе для производства плазменных экранов и медицинской визуализации, и на низкоуглеродистые технологии, которые используются для производства ветряных турбин и гибридных транспортных средств.

В будущем, когда ресурсы будут ограничены, мы острее почувствуем последствия их увеличенной добычи и использования. Будет возрастать численность мирового населения, которое будет ожидать большего процветания и более справедливого доступа к ресурсам, что обусловит дополнительное давление на уже "напряженную" цепь "вода-энергия-еда". Трудности, касающиеся надежного и устойчивого обеспечения водой и энергией, углубляются в связи с изменением климата. Увеличение спроса на них будет иметь значительные последствия как для сельского хозяйства, так и для энергетических и водоемких отраслей промышленности, таких как горнодобывающая промышленность и строительство.

Появление всех этих проблем может повлиять на ослабление экономического статуса-кво. Но это также дает возможности для инноваций, связанных с поддержкой будущей экономической стабильности и роста. Осуществляя постоянные инвестиции в инфраструктуру, научные исследования и повышение квалификации и создание правильной среды, чтобы стимулировать появление и развитие инноваций, Европа может стать одним из мировых лидеров в области высокотехнологичных и экологически чистых технологий и их применения. Работу с радиоактивными отходами и геологический секвестр углерода необходимо осуществлять по всему миру, потому что мы стремимся декарбонизировать нашу энергетическую систему, предоставляя возможности для развития отечественных технологий, знаний и опыта, так что в конечном счете они могут быть экспортированы за рубеж. Европейские высокоразвитые научные исследования и сектор высшего образования также ориентируются на получение ведущего места в глобальной экономике знаний.

 

Энергия

Промедление в переходе к низкоуглеродной экономике невозможно. Однако когда нам удастся это изменение, мы еще много лет будем зависеть от горючих полезных ископаемых. Геологические знания необходимы на каждом этапе энергетического цикла - от нахождения энергоресурсов до их безопасной и надежной добычи и использования, а также дальнейшей утилизации или повторного использования отходов.

Чтобы удовлетворить свои будущие потребности в энергии, Европа должна решить тройную проблему: резко сократить выбросы CO2, чтобы избежать опасных изменений климата; обеспечить безопасность поставок; доставить энергию по доступной цене промышленным предприятиям и потребителям.

Горючие полезные ископаемые

Горючие полезные ископаемые будут продолжать составлять важную часть энергетического баланса Европы, по крайней мере, в течение следующих нескольких десятилетий. Нетрадиционные виды горючих полезных ископаемых, такие как сланцевый газ, сланцевая нефть и метан угольных пластов, могут внести весомый вклад в наш энергетический баланс, когда мы начнем их разрабатывать. Если мы не будем развивать наши внутренние ресурсы горючих полезных ископаемых, мы станем более зависимыми от импорта топлива, что может негативно повлиять на нашу энергетическую безопасность. Большая часть электричества в Европе, как и раньше, генерируется в результате сжигания угля.

Сланцевый газ

Углеводороды (нефть и газ) образуются из органического вещества, отложенного миллионы лет назад в слоях осадочных пород, которые затем были подвергнуты воздействию температуры и давления. В "традиционных" резервуарах, нефть и газ мигрируют с места, где они были сформированы, в ловушку с непроницаемым слоем - крышкой. Когда газ образован и сохранен в непроницаемых сланцах и не может дальше мигрировать, то он не добывается с использованием обычных методов бурения (и следовательно, называется "нетрадиционным" источником).

Сейчас есть возможность для извлечения сланцевого газа экономно, используя горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта, в котором используются вода, песок и небольшие количества химикатов, чтобы образовать трещины в породе, которые дадут возможность газу свободно течь. Геологические знания очень важны для поиска залежей сланцевого газа, а также для осознания и предотвращения возможных рисков, связанных с добычей. Например, индуцирования сейсмичности или загрязнения водоносного горизонта за плохого состояния скважин.

Геологический секвестр углерода

В среднесрочной перспективе горючие полезные ископаемые будут играть значительную роль, поэтому необходимо принять срочные меры, чтобы избежать опасного изменения климата в результате выбросов CO2. Геологический секвестр углерода может достичь этой цели, работая в достаточно широком масштабе, путем хранения CO2 под землей.

Геологи уже работают над поиском и техническим совершенствованием мест, пригодных для хранения. Например, природные резервуары нефти и газа, которые истощаются, сейчас являются наиболее перспективными для хранения углерода. Далее основной задачей геологов будет контроль утечек СО2 и мониторинг подземных деформаций.

Другие источники энергии

Возобновляемые источники энергии играют все большую роль в энергетической системе, поскольку мы движемся к декарбонизованной экономике. Глубокое понимание геологии того, что нас окружает, и того, что у нас под ногами, имеет важное значение при строительстве различных объектов возобновляемой энергетики, в частности ветровых электростанций, плотин, геотермальных и приливных электростанций. В состав многих видов сырья, необходимых для возобновляемых источников энергии, таких как ветровые турбины, гибридные двигатели и солнечные батареи, входит критическое сырье (редкоземельные элементы), выявление и безопасное извлечение которого опирается на геологические исследования и зависит от квалифицированных работников.

Вероятно, ядерная энергия будет занимать весомую часть в будущей структуре энергетики. Это зависит от надежного источника урана - восстановительной урановой руды, добыча которой является экономически выгодной. Но, опять-таки, все зависит от результатов геологических исследований. Нам нужно создать безопасную и долгосрочную утилизацию радиоактивных отходов из существующих атомных электростанций, даже если новые не будут построены. В большинстве европейских стран политика правительства по ядерной энергетике должна направляться на захоронение этих отходов в геологических хранилищах.

Геологическое захоронение радиоактивных отходов

Геологическое захоронение - это изоляция отходов в подземном хранилище, построенном в пригодной для этого горной породе, как правило, на глубине от 200 до 1000 м, с гарантией, что никакие вредные радиоактивные вещества не достигнут поверхности. Это многобарьерных способ размещения отходов в инженерных и отсыпного туннелях, где слои пород обеспечивают дополнительный барьер, чтобы сохранить радионуклиды в ловушке в течение десятков тысяч лет. Различные горные породы могут быть пригодны для хранилищ - граниты, глины и соли. Поиск подходящих мест будет зависеть от взаимодействия и партнерства с местными общинами, а также от геологических факторов. Геологи играют важную роль в определении мест для создания и обустройства потенциальных хранилищ.

Геотермальная энергия

Некоторые европейские страны имеют отличный потенциал для развития высокотемпературных источников геотермальной энергии, как для выработки электроэнергии, так и для обеспечения тепла. Даже в тех областях, где породы на глубине не такие горячие, есть возможность для гораздо более широкого использования радиаторов и геотермальных тепловых насосов, с использованием меньших перепадов температур вблизи поверхности. Современные системы отопления, использующие тепло из недр земли, могут до 10% снизить выбросы CO2. Разработка этих систем требует геологических знаний для нахождения и проверки геотермальной мощности и знания строения недр земли для проектирования и сооружения необходимой инфраструктуры.

 

Вода

Поставка безопасной и высококачественной пресной воды является жизненно важным для человека. В Европе и во всем мире геологи помогают удовлетворить эту потребность посредством изучения движения воды и поведения водоносного горизонта, а также определения и уменьшения уровня загрязнения воды.

Водная безопасность

Пресная вода на поверхности земли существует как часть более широкой системы, которая охватывает грунтовые воды, океаны, воды в атмосфере и воду, которая хранится в виде льда.

В Европе более 75% общественного водоснабжения получается из грунтовых вод, что является важным, но шатким ресурсом, который требует эффективного управления. Остальную воду получают из поверхностных вод - рек, озер и морей.

Уровень подземных вод меняется в зависимости от местных осадков, скорости инфильтрации (скорость, при которой земля способна поглощать воду) и объема. В некоторых местах грунтовые воды являются фактически возобновляемыми источниками пресной воды, поскольку время, необходимое для пополнения водоносных горизонтов, может варьировать от нескольких сезонов до многих тысячелетий.

Что такое подземные воды?

Подземные воды — это воды, которые фильтруются вниз сквозь землю ниже уровня грунтовых вод, где они содержатся в пористых породах. Эта вода находится в "насыщенной зоне". Она течет под землей (часто очень медленно), пока не достигнет точки разгрузки, как, например, источник, река или море.

Геологические образования, содержащие подземную воду, которая может быть изъята, называют водоносными горизонтами, что является важным источником питьевой воды. Однако не все воды в водоносных горизонтах питьевые - они могут быть сильно засолены. Пористость и проницаемость горной породы влияет на продолжительность хранения воды и на текучесть, а следовательно, на качество водоносного пласта.

Качество и круговорот воды

Вода может быть естественно загрязнена, но чаще всего это происходит в результате деятельности человека. Сильное загрязнение происходит от диффузных источников, например, из-за применения пестицидов и удобрений на сельскохозяйственных землях. Дождь, падающий на эту землю, смывает загрязняющие вещества с поверхности почвы и переносит их в водотоки или нижние водоносные горизонты. Существует также много точечных источников загрязнения, таких как утечка химических веществ с промышленных объектов, канализации или мусорных свалок.

Загрязнение может накапливаться медленно и оставаться долгое время, в соответствии с медленными темпами инфильтрации, пополнения и миграции грунтовых вод. Санация может быть дорогой как финансово, так и с точки зрения использования энергии. Чтобы свести к минимуму будущие затраты на очистку и быть обеспеченными чистой водой, необходимо знать поведение грунтовых вод и геохимические циклы потенциальных загрязнителей.

Связь вода-энергия

Энергетический сектор требует больших затрат воды для многих своих основных процессов. Добыча ресурсов, транспортировки топлива, преобразования энергии на электростанциях составляют около 35% глобального использования воды. По прогнозам, к 2050 году потребление воды для выработки электроэнергии возрастет более чем вдвое. Современная тенденция по диверсификации источников энергии, в частности использование альтернативных видов топлива, скорее всего, потребует более водоемных процессов. Например, добыча нефти из нефтеносных песков требует в 20 раз больше воды, чем обычное бурение, а биотопливо может потреблять в тысячи раз больше воды, чем обычные горючие полезные ископаемые, за счет обильного орошения.

В то же время энергия необходима для производства и доставки чистой воды. Она очень важна на каждом этапе цепочки поставок, в том числе при скачивании, обработке, транспортировке и бытовом нагревании подземных вод. Использование энергии для очистки воды возрастает с увеличением новых технологий и мероприятий по очистке, особенно если снижается доступность пресной воды. Компании, занимающиеся поставками воды в Великобритании, с 1990 года увеличили более чем на 60% потребление электроэнергии в связи с передовыми системами очистки воды и увеличением уровней подключения; с целью удовлетворения требованиям к качеству воды, предусматривается увеличение еще на 60-100% в течение 15 лет.

Влияние изменения окружающей среды

Последствия влияния изменения климата на подземные и поверхностные воды отличаются в разных странах, и поэтому не так легко их предвидеть. Во многих европейских странах зафиксировано падение уровня грунтовых вод в водоносных горизонтах, что связано с засухой в последние годы, и угроза безопасности воды, скорее всего, будет расти. Во всем мире эта проблема уже является критической. Все чаще неустойчивые погодные условия угрожают пополнению водоносных горизонтов и водоснабжению. Низкий уровень грунтовых вод в сочетании с медленным пополнением может иметь очень серьезные последствия для будущей безопасности водоснабжения. Изменение климата, как ожидается, приумножит эффект, и экстремальные погодные условия могут поставить под угрозу экономическую деятельность и национальную инфраструктуру.

Геологическое изучение

Знание местной гидрогеологии и экологических условий имеет важное значение для управления водоснабжением и качеством воды. Гидрогеологи и другие геологи разведывают и картируют недра для моделирования и изучения движения воды, подсчитывают ее запасы и характеризуют водоносные горизонты. Сезонное и долговременное наблюдение за подземными водами помогает прогнозировать и управлять периодами истощения водоносного горизонта при малом количестве осадков. Эта информация затем может быть использована для подготовки к периоду засухи, наводнения и при построении плана водоснабжения.

 

Запасы полезных ископаемых

Современное производство, технологии и потребительские товары требуют широкого спектра полезных ископаемых как широко распространенных, так и редких. Их добыча и торговля составляет основную часть мировой экономики. В связи с тем, что численность населения увеличивается, а спрос на ресурсы постоянно растет, необходимы инновационные технологии для поисков и добычи полезных ископаемых, а также более эффективного их использования.

Ресурсы

Горнодобывающая промышленность поставляет широкий спектр ресурсов. К ним относятся строительные материалы, такие как природный и дробленый камень, пески; фосфаты и калийные удобрения; много полезных ископаемых с особым промышленным применением, такие как флюорит (используется в оптическом оборудовании) и барит (используется в буровых растворах для добычи нефти и газа); и полезные ископаемые, из которых добывают все виды металлов.

Некоторые минеральные ресурсы широко распространены и активно используются, например, породы и некоторые металлы, включая медь, никель, алюминий и железо. Другие, хотя и используются в значительно меньших количествах, достаточно поставляются для удовлетворения глобального спроса. Однако некоторые минералы являются экономически или стратегически важными, но добываются не в достаточном количестве для удовлетворения текущего спроса (или их поставка была под угрозой). Они известны как «критические» виды сырья. Нет окончательного списка, но ЕС определил 14 критических полезных ископаемых. К ним относятся две группы металлических элементов: редкоземельные элементы и металлы платиновой группы. Существует также интерес к предстоящим поставкам фосфатов и калийных солей, которые используются в больших количествах для производства удобрений.

Редкоземельные элементы

Редкоземельные элементы (РЗЭ) представляют собой группу из семнадцати металлических элементов: пятнадцать лантаноидов, с атомными номерами от 57 до 71, вместе с Итрием и Скандием. Их использование в высокотехнологичных продуктах, таких как плазменные экраны, электроника, медицинская визуализация, и низкоуглеродистых технологиях, включая ветровые турбины и гибридные транспортные средства, привело к росту мирового спроса на них на 50% за последнее десятилетие. Ожидается, что эта цифра будет увеличиваться и дальше. Исследование, проведенные Европейским Союзом в июне 2010 года, поместили РЗЭ в список 14 критических полезных ископаемых. На данный момент Китай доминирует в мировом производстве РЗЭ. Большинство других крупных месторождений расположены за пределами Европы - в основном в Китае, странах СНГ (в России, Кыргызстане и Казахстане), США и Австралии.

Рост цен на РЗЭ и глобальные опасения по поводу безопасности поставок вызвали разработку крупных месторождений за пределами Китая, поскольку количественный дефицит, вероятно, не является проблемой. Но технические, финансовые, экологические и нормативные проблемы, которые необходимо преодолеть, сделали добычу РЗЭ длительным и дорогим процессом. Это может привести к перебоям в поставках в течение следующего десятилетия и может также выступать как сдерживающий фактор при разработке и внедрению низкоуглеродистых технологий, которые напрямую зависят от РЗЭ.

Сектор полезных ископаемых в Европе

В девятнадцатом веке рост крупных европейских национальных экономик был обусловлен добычей и использованием угля, металлических руд и других полезных ископаемых. Европа уже не является основным поставщиком большинства полезных ископаемых, но многие страны, по-прежнему остались крупными производителями и экспортерами отдельных товаров - например, серебро в Польше и титан в Норвегии, а также строительные материалы и некоторые промышленные минералы, такие как соли.

В результате роста цен на сырье и новые добывающие и перерабатывающие технологии месторождения, которые ранее были нерентабельными для разработки, могут стать экономическими резервами страны. Ряд рудных горных работ выходят на поток по этой причине, например, перезапуск добычи вольфрама в Шахте Хемердон, Великобритания, в 2014 году. Совсем небольшое количество критических минералов, используемых в Европе, производятся на ее территории. В производстве определенных минералов часто преобладает одна или две страны (Демократическая Республика Конго в случае кобальта), и это может потенциально поставить под угрозу их поставки в страны ЕС.

Инновационные исследования могут привести к экономически выгодному извлечению металлов из отходов, производимых промышленными процессами, и к переработке старых горнопромышленных отходов для получения полезных ископаемых, которые не были изъяты сначала. Энергоэффективность и снижение экологических последствий использования ресурсов также способствует развитию исследований в этой сфере.

Страны, граничащие с Северным морем, пользуются большим спросом на песок и гравий с морского дна. Более глубокие части, например вокруг некоторых гидротермальных источников, считаются потенциально значимыми будущими источниками металлов, в частности, нескольких критических материалов.

Как прокормить постоянно растущее население?

Без геологии не было бы сельского хозяйства. Земледелие напрямую зависит от хорошего грунта (который состоит из выдохшейся породы вместе с органическим веществом, водой и газами), как от питательного субстрата. Рост мирового населения неустанно влияет на ресурсы продовольственных товаров. Поставка фосфатов и калийных солей, используемых в удобрениях, испытывает большее давление, одновременно с ростом напряженности между производством продовольственных товаров, энергетической и водной безопасностью и экологическими изменениями.

Мировой рост уровня использования удобрений привел, с одной стороны, к высокому спросу, с другой - к опасениям по поводу будущей безопасности поставок фосфатов и калийных солей. Несколько стран, среди которых Китай, поставляют большую часть фосфатов в мире. Уменьшаются поставки калийных солей. Постоянное использование фосфора (в отличие от калия) также может иметь разрушительные последствия для окружающей среды, вызывая эвтрофикацию (увеличение содержания биогенных веществ в водоеме).

 

Строя будущее

Знание строения Земли и процессов взаимодействия инфраструктуры и людей с их геологической средой имеет важное значение для обеспечения общественной безопасности и благосостояния; стабилизации цены и решения проблем жизни в окружающей среде, которая претерпевает изменения.

Искусственная среда

Инженерная геология включает в себя геологические знания и специальности наряду с соответствующими инженерными дисциплинами в самых различных контекстах. В секторе строительства задействовано большое количество гидрогеологов, инженерных, экологических и других геологов, для обеспечения лучшего понимания геологического строения и процесса взаимодействия с элементами искусственной среды, в том числе со зданиями, дорогами, железными дорогами, дамбами, туннелями, трубопроводами и кабелями. Основная часть этой работы - планирование последствий изменения состояния окружающей среды для устранения загрязнения почвы / земли, особенно если ранее она использовалась под производственную деятельность, а также оценка и преодоления последствий всех видов геологических опасностей от землетрясений до оползней и расширения и сжатия глин.

Недооценка важности такой работы в крупных проектах или невыполнение их надлежащим образом часто приводят к значительным дополнительным затратам денег и времени. Выявление и эффективное управление проблемами, связанными с почвой/землей, также имеет важное значение для обеспечения здоровья и безопасности населения и качества нашей антропогенной среды. Высокие профессиональные стандарты должны быть определены и поддержаны геологами, инженерами и другими лицами, участвующими в решении этих проблем, в общественных интересах. Инженерно-геологический риск может повлиять на всех, кто занимается строительством, в том числе на клиента (которым, впрочем, может быть правительство, особенно для национальных инфраструктурных проектов), дизайнера, архитектора и общественность.

Геологи также будут играть важную роль в развитии инфраструктуры в зависимости от продвижения к низкоуглеродной экономике, например, в установлении приливно-отливных плотин и ветряных турбин, а также проведении анализа сейсмической опасности при планировании новых атомных электростанций.

OneGeologyEurope

Национальные европейские геологические исследования всегда играли важную роль в поиске природных ресурсов. Сейчас необходимо понять и справиться с последствиями стихийных бедствий, удовлетворить большой спрос на недра и внедрять инновации в картировании и моделировании геосферы. Геология не ограничивается национальными границами, и данные могут использоваться многими странами.

Портал OneGeologyEurope является работой 20 национальных геологоразведочных организаций, EuroGeoSurveys (ассоциацией геологических служб Европы) и других заинтересованных сторон. Впервые она создает карты, которые хранятся в национальных службах и имеют легкий доступ через единую многоязычную онлайн-платформу, доступную с одной лицензией. Уже завершен набор геологических карт масштаба 1: 1,000,000 для стран-участниц. Ведутся работы по увеличению масштаба 1: 250,000, для чего уже есть соответствующие данные.

OneGeologyEurope представляет собой большой вклад как в глобальную инициативу OneGeology, так и в INSPIRE - общую европейскую инфраструктуру для пространственных данных об окружающей среде. Это будет иметь большое практическое значение для ученых научных и промышленных кругов, а также для планирования правительственных лиц, принимающих решения в правительстве, касающихся будущих потребностей в ресурсах, регуляции засух и наводнений, городского планирования и развития крупных инфраструктурных проектов.

Проектирование города завтрашнего дня

Доля населения мира, живущего в крупных городах и городах со сложной инфраструктурой, постоянно растет. Работа геологов в управлении несколькими параллельными (а иногда и конкурирующими) видами пользования поверхностью и недрами будет особенно важной в городских районах, если города будущего будут придерживаться устойчивого развития.

Пространство на первом месте, и поэтому недра активно используются для транспорта, строительства и поставок ресурсов и услуг. Поставка воды и энергии, утилизация отходов создают определенные проблемы в крупных городах, а также дают возможности для инноваций. Искусственная среда должна быть направлена на максимальное повышение эффективности энергопотребления, а также на управление (и использование) эффекта "городского тепла". Масштабные подземные проекты транспортной инфраструктуры, такие как Crossrail в Лондоне, являются технически сложными и зависят от квалификации широкого круга инженеров и ученых, прежде всего инженерных геологов и гидрогеологов. Так становится более понятной сложность строения Земли и параллельно разрабатываются новые технологии, в некоторых случаях в городских условиях становится возможным изъятие геологических ресурсов, включая породы, подземные воды и энергию.

В формировании экологической политики в Европе преобладает подход "экосистемных услуг". Важно помнить, что экосистемы, окружающая среда и взаимодействие между различными частями природных и антропогенных систем не ограничиваются только сельской местностью. Подземные и неживые аспекты экосистем являются фундаментальными, как в сельских, так и в городских районах.

Использование недр

Геологи имеют большой список способов пользования недрами, многие из которых упоминаются в этом документе. Эти способы пользования включают извлечение энергии, воды и полезных ископаемых; использование порового пространства в породах для содержания введенного CO2 или природного газа, хранящегося в геологических формациях; захоронение радиоактивных отходов, свалок и другая утилизация отходов; фундаменты и подвалы зданий; размещение транспортной инфраструктуры, кабелей и труб.

Если мы обратимся к геосфере, чтобы обеспечить еще больший спектр услуг, такие действия должны быть тщательно спланированы. Любой данный объем земли может выполнять несколько различных функций, последовательно или одновременно. Иногда даже может быть конкуренция между несовместимыми функциями за использование места. Геологи могут консультировать по указанным вопросам, но решение о том, как мы используем геосферу, в конечном счете, принадлежит политике и экономике.

 

Качество окружающей среды

Столетия промышленного и городского развития в Европе сказались на нашей земле, воде и атмосфере. Загрязнение может распространиться через геосферу, биосферу, атмосферу и гидросферу, которые связаны между собой.

Качество земли и воды

Большие участки земли по всей Европе были загрязнены в результате промышленной деятельности прошлых лет. Для того чтобы сделать такие заброшенные участки пригодными для дальнейшего использования, нужно их изучение и восстановление. Участки могут быть очищены на добровольной основе их владельцами через систему планирования в процессе разработки, а наиболее загрязненные участки с помощью правового регулирования.

При проектировании схемы рекультивации важно рассмотреть, какие нарушения возможны в результате будущего изменения окружающей среды. Методы восстановления, такие как проницаемые реактивные барьеры и инкапсуляции загрязнений могут быть нестабильными вследствие увеличения эрозии, засухи, наводнений или подтопления, что, в свою очередь, может привести к попаданию загрязняющих веществ в окружающую природную среду.

Высокое качество почвы и воды имеет важное значение для надежного и устойчивого снабжения пищевыми продуктами. Почва также выступает как важный поглотитель углерода в атмосфере и фиксирует прошлое и настоящее изменений в окружающей среде, что делает ее важным инструментом в осознании такого изменения. Защита и улучшение наших водных ресурсов и питьевой воды зависит от четкого понимания поведения и взаимодействия воды, почвы, литосферы, биосферы, и геологического строения.

Наше промышленное наследие и его влияние на качество земель

Восстановление и управления загрязненной землей может быть сложным и дорогим, особенно если есть длительная нерегулируемая утилизация отходов и загрязненных материалов. Долговременное устойчивое восстановление загрязненных земель в Европе требует новаторских инженерных и управленческих подходов к безопасному удалению загрязнений, которые опираются на геологические знания.

Восстановление подземных вод

Геология действует как первичный контроль качества поверхностных и подземных вод. Восстановление загрязненных подземных вод реализуется в различных формах, в том числе используя физические барьеры, химическую рекультивацию и, как правило, самый экономный - естественное угасание загрязнения. Инженерные решения зависят от прочности грунта и модели его поведения, а использование таких материалов, как адсорбенты и окислители, требует знания геохимии пород и воды. Методы природного угасания загрязнения основываются на естественных физических, химических и биологических процессах, чтобы разрушить загрязнители. Их использование зависит от знаний в области химии и гидрогеологии.

В дополнение к повышению эффективности рекультивационных работ, хорошая изученность геологического строения может сэкономить много времени и денег, потраченных на проектирование и реализацию.

 

Ценность и защита нашей окружающей среды

Экологическая политика и управление основаны на подходе «экосистемных услуг», который зависит от принятия по-настоящему целостного взгляда на экосистемы и окружающую среду. Важность геологии и геосферы при предоставлении экосистемных услуг для охраны окружающей среды слишком часто игнорируется, хотя на самом деле они формируют ландшафт, взаимодействуют с атмосферой и гидросферой и поддерживают живые системы.

Геосистемные услуги

Широкий спектр экосистемных услуг - путей, которыми мы получаем социальную и экономическую выгоду от окружающей среды, - зависит от геосферы, и они могут называться в обществе «геосистемными услугами». К ним относятся:

  • услуги обеспечения продовольствием - поставка энергии, воды, полезных ископаемых и земли, на которой или в которой построена наша городская и транспортная инфраструктура;
  • регулятивные услуги - потенциальные хранилища для хранения радиоактивных отходов и СО2 и естественная буферизация атмосферного СО2, поглощенного почвой;
  • дополнительные услуги, которые поддерживают экосистемы, - геохимические циклы, геоморфологический эффект разрешения среды и социальное неравенство, необходимое для биоразнообразия;
  • культурные услуги, поскольку геологическое наследие и его разнообразие являются ценным ресурсом в плане образования, туризма и качества жизни.

Очень важно, чтобы геологически важные объекты были надлежащим образом защищены, например, назначены на роль объектов особого научного значения.

Буферные функции, которые выполняют геосфера, гидросфера и атмосфера, имеют огромную экологическую ценность, и общество только сейчас начинает осознавать это надлежащим образом. Возможность природных систем выдерживать изменения частично зависит от критических нагрузок загрязняющих веществ, которые они могут поглощать. Скоро они будут подвержены высокому давлению, поскольку увеличивается уровень CO2 в атмосфере, растет общая температура и увеличивается кислотность океанов в результате растворения CO2. Например, коралловые рифы, в которых обитает огромное количество видов в некоторых из наиболее биологически разнообразных экосистем мира и которые обеспечивают экосистемные услуги: туризм, рыбалку и прибрежную охрану среды, особенно уязвимы к изменениям химического состава океана. Их состояние стремительно ухудшается.

Охрана морской среды

"EuropeanMarineSites" (EMS) - это зоны, покрытые приливными водами, и доходы от охраны которых, как правило, сосредоточены на защите диких животных - биотических аспектах экосистем, пренебрегая абиотическими элементами. Необходим целостный подход к морским экосистемам и экологическим процессам, чтобы защита уязвимых видов и сред была эффективной.

Круговорот питательных веществ в качестве вспомогательного ресурса зависит от геохимического взаимодействия между различными компонентами морской/речной систем - коренными породами, поверхностными отложениями, биотой, толщей воды и атмосферой.

 

Геологические опасности

Геологические опасности, такие как землетрясения, извержения вулканов, оползни и цунами, могут иметь разрушительные последствия для людей, экономики и ландшафтов по всему миру. Изучение и эффективное прогнозирование рисков от их последствий, смягчение и предотвращение опасностей имеют важное значение для уменьшения страданий людей.

Землетрясения

Землетрясения являются основным типом опасностей, особенно в Южной и Восточной Европе, что приводит к потерям жизней, убыткам в инфраструктуре и экономике и общественным/социальным изменениям/эксцессам. Влияние землетрясений зависит не только от их интенсивности и глубины, но и от человеческого фактора - густоты проживания, уровня экономического развития, подготовленности и образования населения. Например, гораздо больше смертей были вызваны землетрясением на Гаити в 2010 году, чем некоторыми более сильными землетрясениями . Сильное землетрясение вблизи мегаполиса в развивающейся стране может быть еще более разрушительным по сравнению с таким же по силе землетрясением в стране с развитой экономикой. Наиболее эффективными способами уменьшения влияния последствий землетрясений на людей является снижение уровня бедности; улучшение образования, подготовленности к стихийным бедствиям и инфраструктуры; проектирование и строительство новых зданий с учетом последствий и повышенной утойчивостью к катастрофическим явлениям. Модернизация старых зданий возможна, но гораздо более дорогая.

Прогнозирование вероятности землетрясений, происходящих в той или иной местности в течение определенного периода, значительно улучшилось за последние десятилетия в результате геологических исследований. Однако в настоящее время невозможно сделать точное предсказание, когда и где произойдет землетрясение, и большинство геологов не верит, что это является реальной перспективой. Отображение риска землетрясений и моделирование их последствий необходимы для повышения готовности к опасностям. Проект SHARE (Согласование сейсмической опасности в Европе) установил стандарты и методологию и будет поддерживать развитие общих стандартов для смягчения последствий землетрясений.

Вулканы

По оценкам, 500 миллионов людей во всем мире живут достаточно близко к действующим вулканам. Многие города образовалось на плодородных землях вблизи вулканов. Действующие вулканы, которые могут навредить населению, это Везувий, недалеко от Неаполя, и Попокатепетль, около Мехико.

Все усилия должны быть направлены на уменьшение потерь от извержений вулканов, но по сравнению с некоторыми другими опасными природными явлениями, на самом деле их последствия были относительно скромные (около 300 тысяч человек погибли за последние 200 лет). Однако экономические потери, повреждения инфраструктуры и изменения в обществе могут быть значительными.

Как и цунами, вулканы также могут иметь влияние на людей гораздо дальше от предполагаемого места, поскольку кажется, что опасность далеко. Современный глобализированный мир уязвим для очень больших вулканических извержений, что делает изучение периодов их повторяемости и воздействия на окружающую среду темой активных исследований вулканологии.

Вулканический пепел

В 2010 году извержение Эйяфьядлайёкюдль в Исландии значительно усложнило функционирование гражданской авиации в Северной и Западной Европе. Правительствам и авиационному руководству необходимо было защитить население, но были постоянные звонки с требованиями возобновить рейсы побыстрее. Геологи работали вместе с метеорологами, чтобы понять взаимодействие пепла и погодных систем, предоставляя информацию и советы при принятии решений, касающихся авиации.

Другие вулканы в Исландии и в других местах могут вызвать подобные проблемы, даже в значительно большем масштабе. Основные воздушные маршруты, особенно те, которые проходят над полярными регионами, были нанесены на карту распределения активных и недавно спящих вулканов - это очень важно, например, для оценки потенциальной опасности, которую несут вулканы на западном побережье Северной Америки и Аляски, особенно - цепь Алеутских вулканов.

Вулканы, такие как горы Сент-Хеленс и Везувий, окружены широкими наземными сейсмическими сетями, которые должны предупреждать о начале возможного извержения. Но многие вулканов не поддаются контролю и могут активизироваться практически без выявления предупредительных маркеров.

Оползни и цунами

Одним из самых опасных и широко распространенных природных явлений являются оползни - это смещение вниз по склону больших грунтовых масс под воздействием сил тяжести. 15% цунами в мире возникают в результате оползней. Они могут быть вызваны как природными (увеличение крутизны склонов, подмыв их основы морской или речной водой, сейсмические толчки), так и антропогенными причинами (разрушение склонов дорожными канавами, чрезмерным выносом грунта, вырубкой лесов, неправильным выбором агротехники для сельскохозяйственных угодий на склонах). Согласно международной статистике, до 80% современных оползней вызваны деятельностью человека.

Как и вулканы, цунами могут иметь серьезные последствия далеко от места событий. Геологическая летопись показывает, что большая часть береговой линии Европы подверглась значительному воздействию цунами в недавнем прошлом, и это может произойти вновь.

Другие геологические опасности

К другим, менее драматическим опасностям относятся расширения и уплотнения глинистых образований, которые могут повредить здания и инфраструктуру из-за разуплотнения определенных пород и наличия слабой и сжатой почвы. Несмотря на то что такие «тихие опасности» редко вызывают потери жизней, их влияние на экономику может быть значительным.

Есть также «антропогенные опасности», вызванные деятельностью человека, например, загрязнением почвы, добычей полезных ископаемых и утилизацией отходов. Деятельность человека может также усиливать действие опасностей, таких как наводнения, в частности наводнения подземных вод. Геологи играют ведущую роль в консультировании по вопросам строительства противопаводковых сооружений, зная и контролируя природную защиту и обеспечивая эффективное планирование землепользования.

 

Изменение климата

Геологическая летопись содержит многочисленные свидетельства того, как климат Земли менялся в прошлом. Эти свидетельства весьма актуальны для понимания того, как климат может измениться в будущем в связи с вероятным влиянием антропогенных выбросов углерода.

Геологические данные прошлых климатических изменений

Данные изучения ископаемой фауны и флоры и изменений осадконакопления показывают, что за последние 200 миллионов лет Земля пережила много колебаний климата различной продолжительности, от более теплых по сравнению с нынешними условиями до гораздо более холодных. В соответствии с циклической сменой, вызванной изменением орбиты Земли и солнечной активностью, были случаи быстрого изменения климата, что связано с увеличением содержания атмосферного углерода, такие как тепловой максимум палеоцен-эоцена 55 миллионов лет назад.

Доказательства изменения климата в прошлом хранятся во многих различных геологических образованиях, в том числе в морских и озерных отложениях, ледяном покрове, ископаемых кораллах, сталагмитах и в годовых кольцах ископаемых деревьев. Достижения в области полевых наблюдений, лабораторных методов и численного моделирования дают возможность геологам показывать с постоянным ростом точности, как и почему произошло изменение климата в прошлом. Эти базовые знания о прошлом обеспечивают важные предпосылки для оценки возможных изменений в будущем.

Уроки на будущее

По данным об изменениях климата в прошлом геологи все больше убеждаются, что СО2 является основным модификатором климатической системы. Данные подтверждают основу физического принципа, что выбросы большого количества парниковых газов, таких как СО2, в атмосферу, вызывают повышение температуры. Это также, вероятно, может привести к повышению уровня моря, росту кислотности океана, снижению уровня кислорода в морской воде и существенным изменениям погодных условий.

Жизнь на Земле в прошлом пережила серьезные изменения в климате, но они вызвали массовые вымирания и существенное перераспределение видов. В современном человеческом обществе влияние сравнительно небольшого, на несколько градусов, увеличения средней температуры будет, как ожидается, огромным.

Точные причины последних примеров стремительного изменения климата являются предметом постоянных исследований, но вполне вероятно, что спусковым механизмом были события геологического происхождения - например, в период интенсивной вулканической деятельности. Стремительный рост СО2 в атмосфере за последние несколько десятилетий не может быть отнесен к какой-либо такой геологической причине. Из более 500 млрд тонн углерода (отсюда - свыше 1850 млрд тонн CO2), которые с 1750 года попали в атмосферу в результате деятельности человека, около 65% приходятся на сжигание горючих полезных ископаемых. При современных темпах роста экономики к концу текущего столетия содержание СО2 в атмосфере может достигать шестисотмиллионных долей (пропромилле). Кажется, что такого значения не было 24 миллиона лет.

Геологи играют важную роль в обществе, разъясняя причины изменений климата и возможность избежать этого путем снижения будущих выбросов CO2 (за счет развития геологического секвестра углерода и альтернативных источников энергии), адаптации к последствиям изменения климата в будущем.

 

Антропоцен

Деятельность человека имела драматические последствия для ландшафта, недр и систем Земли, что вызывало значительные атмосферные, химические, физические и биологические изменения. Являются ли эти изменения настолько значительными и постоянными, чтобы отметить начало новой геологической эпохи - Антропоцена?

Антропогенное изменение

Международная стратиграфическая комиссия, которая определяет Международную хроностратиграфическую шкалу и устанавливает глобальные стандарты классификации геологического времени, в настоящее время рассматривает возможность определить новую геологическую эпоху - «эпоху человека», или Антропоцен, чтобы отметить масштаб влияния людей на нашей планете. Некоторые стратиграфы предлагают в качестве отправной точки Антропоцена взять промышленную революцию, признавая, что влияние 1850 млрд тонн CO2, которые человечество выбросило в атмосферу после этой даты, заметно даже в геологических временных рамках. Другие утверждают, что длительное воздействие человека на планету может быть датировано ранее, во время развития сельского хозяйства и оседлых культур около 8000 лет назад. Независимо, какую дату выберут, человеческое общество несет ответственность за значительное изменение формы рельефа земли и ландшафтов вследствие своей деятельности, что обусловлено широким спектром процессов, включая сельское хозяйство, строительство, вырубку лесов, рост городов и индустриализацию.

Мы также оказали значительное влияние на загрязнение воздуха на поверхности земли, в океанах, водных путях и в недрах. К маркерам относятся свинцовое загрязнение, возникающее прежде всего на заводах во время обработки и выплавки металла, и обнаружено, что оно достигло более отдаленных мест, таких как полярные льды. Так же, как и активное сжигание топлива, вследствие промышленной революции появились значительные уровни загрязнения от добычи, металлургической переработки руд и распространения загрязняющих веществ в результате другой производственной деятельности и утилизации отходов.

Работа по изучению диапазона, типа, масштаба и величины антропогенного воздействия на землепользование и процессы в системе Земли, их последствия и геологическое значение, а также влияние этих изменений на химию, биологию и геоморфологию поверхности, недр, океанов и атмосферы может помочь разграничить Антропоцен и его уникальную экологическую подпись.

Важно ли это?

Независимо от того, признает ли Международная стратиграфическая комиссия Антропоцен как новую геологическую эпоху, термин быстро получил распространение в геологическом сообществе и за его пределами. В нем содержится идея, что кумулятивные и комбинированные последствия деятельности человечества на нашей планете (в частности, изменение климата, но не только) могут сохраняться в течение длительного геологического времени, и их изучение будет полезным для поиска нашей ответной реакции на эти изменения.

Будущее

В связи с возрастанием численности населения, которая, по оценкам, достигнет девяти миллиардов к 2045 году, будет увеличено давление на ресурсы, окружающую среду и недра, особенно в населенных пунктах, где они пользуются большим спросом и где есть сложная инфраструктура. Жизнь в Антропоцене будет вызовом для обществ и правительств по всему миру.

 

Преподавание геологии: время, неопределенность и риск

Геологические вопросы выходят на передний план в повседневной жизни людей по всей Европе, и поэтому профессиональные геологи должны научиться излагать свою науку лучше, чтобы широкие слои населения приобщались к участию в информационных обсуждениях.

Начиная от принятия решений о добыче сланцевого газа и других углеводородов, дозакачивания воды в недра для создания геотермальной энергии, хранения углерода и радиоактивных отходов, геология лежит в основе некоторых ключевых вопросов, с которыми людям придется столкнуться для обеспечения будущих потребностей в ресурсах, чтобы понять технические риски и их социальные последствия и ввести регулирование технологий защиты здоровья людей и окружающей среды. Наряду со сложными научными и техническими проблемами, которые принесет реализация этих технологий, геологические недра являются неизведанным царством для большинства людей. Если общество приобщится к информационным обсуждениям и принятию решений о таких технологиях, для профессиональных геологов важно разработать эффективные стратегии для доступного разъяснения того, что они знают и делают, и понять, в каких направлениях люди могут проводить свою деятельность и какие проблемы их могут коснуться.

Некоторые из основных устоявшихся идей и знаний геологов (которые могут быть само собой разумеющимися для них) - не знакомы для большинства людей. Для геологов очень длительные периоды времени дают представление о планете и процессах, которые ее сформировали. Но у негеологов совсем другое видение и понимание времени. Если для большинства людей, например, 100 тысяч лет может показаться очень долгим периодом для хранения радиоактивных отходов в геосфере, то для геолога - это очень короткое время. Если геологи не будут работать над пониманием общественных перспектив и проблем, это может снизить общественную уверенность и доверие к их советам по захоронению радиоактивных отходов.

Геологи часто уверенно работают, имея дело с неопределенностью и с неполными данными, нужными для изучения того или иного вопроса, это даже может стать ключевым элементом их исследования. Однако и с неполными данными геологи работают просто и эффективно, они стремятся ограничить неопределенность и сделать оценки вероятности, например ресурсов и рисков, от стихийных бедствий. Важно, чтобы эти данные были признаны как таковые, которые имеют реальное значение.

 

Вклад геологии в будущее

Общество ХХІ века сталкивается с беспрецедентными вызовами в обеспечении потребностей в ресурсах населения, численность которого растет и которое стремится к повышению уровня жизни, в то же время учась жить в гармонии с природой на нашей планете. Обеспечение квалифицированной геологической рабочей силой и хорошей исследовательской базой поможет подготовить нас к решению этих проблем, и очень важно, если Европа будет конкурентоспособной на международном уровне.

Образование

Геология является жизненно важной для жизни людей. В большинстве европейских стран она не является основным предметом в школьной программе или вообще не преподается в большинстве школ. Поэтому очень важно, чтобы молодые люди изучали ключевые процессы и этапы развития Земли во время освоения основных дисциплин (химии, физики, биологии и географии), чтобы они стали хорошо информированными гражданами ХХІ века, которые готовы участвовать в дебатах о глобальных проблемах, стоящих перед человечеством. Учебная программа европейских школ должна это отражать. Базовый уровень школьных знаний наук о Земле необходим и для стимулирования нового поколения геологов, которые будут играть фундаментальную роль в решении современных проблем. Квалифицированные советы в выборе будущей профессии очень важны для того, чтобы ученики знали о широком диапазоне специальностей в геологии и понимали, какие предметы для изучения они будут выбирать на каждом этапе их школьного образования и затем в университете.

Во многих отраслях промышленности большинство работодателей, стремящихся набрать геологов, требуют от них наличия степени магистра по соответствующей специализации, например нефтяной геологии, инженерной геологии, гидрогеологии и геофизики. Эти программы часто имеют сильное профессиональное направление. Докторские программы также играют жизненно важную роль, как в подготовке тех, кто желает продолжить исследовательскую карьеру в области наук о Земле, так и в формировании специалистов, имеющих докторскую степень в отдельных отраслях промышленности. Очень важно, чтобы европейские страны обеспечили адекватное финансирование изучения наук о Земле на всех уровнях, если они хотят быть экономически конкурентоспособными, и если они хотят развивать и поддерживать национальный потенциал для решения задач будущего.

Исследование

Экономическая конкурентоспособность и наша способность к выполнению будущих задач будет также зависеть от поддержки геолого-исследовательской базы. Очень важно, чтобы мы продолжали поддерживать исследования как из любопытства, так и для собственных нужд, и чтобы общество было максимально подготовлено к еще не предвиденным новым будущим рискам и чрезвычайным ситуациям. Поддержка и развитие нашей исследовательской базы потребует от нас контроля на всех этапах работы и инвестирования в научные исследования, чтобы молодые специалисты могли построить стабильную карьеру.

Обеспечение профессиональных стандартов для общественного блага

Европейская федерация геологов (EFG) вместе с национальными ассоциациями присуждает профессиональное звание Европейского Геолога (EurGeol) практикующим геологам с высоким уровнем образования, профессиональной компетентностью в своей области по соблюдению профессиональной этики и постоянного профессионального развития. Многие национальные ассоциации также награждают профессиональными званиями на национальном уровне. Такие звания не только добавляют уверенность работодателям в правильном выборе, но и убеждают других, что работа людей, от которых зависит общественная/экологическая безопасность и благосостояние, будет осуществляться грамотно, профессионально и этично.

Аккредитация студентов и магистров гарантирует, что они получат основные навыки и знания на благо потенциальных работодателей и общественности. Системы аккредитации различаются в разных странах, и могут быть под контролем национальной профессиональной организации или правительственного департамента. Проект Евро-столетие, финансируемый Европейской комиссией, разработал общую основу для критериев аккредитации, чтобы облегчить сопоставление этих различных систем.

 

 

Этот документ был разработан Геологическим обществом Лондона вместе с Европейской федерацией геологов и Союзом геологов Украины.

Вы можете найти программные документы, статьи, аудио-, видеоресурсы и больше информации, связанной с вопросами, поднятыми в данном отчете, на нашем интернет-портале Геология для Общества Геологического общества Лондона или обратиться к списку ниже и найти ресурсы, связанные с той или иной темой.