矿山对生态环境的“黑洞与白洞”效应假说

赵文廷

（河北农业大学，河北 保定 071051）

宇宙中存在黑洞和白洞〔1，2〕，它们以不同的方式干扰和影响宇宙场。黑洞是一种引力极强的天体，它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，就再也不能逃出。白洞则是科学家在黑洞学说的基础上，根据爱因斯的广义相对论和牛顿的万有引力理论提出的另一个非常重要的天文学概念。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去，而白洞可以把这些东西都吐出来。科学家们还设想过，黑洞与白洞是连在一起的，黑洞把物质吸进去，物质在里面会经过一个叫做奇异点的东西，然后物质就到达了白洞的：“管辖范围”，会“吐”出来。

矿山对生态环境的影响是否像“黑洞和白洞”干扰宇宙场一样破坏了自然生态场呢？自然生态场就是影响生物生存与发展的地球物理场，包括地温、地磁、地应力、重力、水、气等物理场。矿山就是矿产资源开发建设与施工在自然生态面（包括生物圈和部分岩石圈、水圈和大气圈）上挖除了一块，使完整的自然生态面出现一个“空洞”，而这种“空洞”有可能吸收生态系统的物质和能量，此时称之为生态环境的“黑洞”；也有可能向生态系统吐出物质和能量，此时称之为生态环境的“白洞”。

1 探索矿山对生态环境“黑洞与白洞”效应的科学命题

如果“黑洞和白洞”对生态环境存着很大的影响作用，那么矿山对生态环境的“黑洞与白洞”效应到底如何？为探索之，需进行下列命题的研究。

1.1 矿山对生态环境是否存在“黑洞与白洞”效应？

生态环境是生态系统的外部表征，由于生态系统的结构十分复杂，其内、外部条件或要素受到强烈破坏时，生态环境就会随之产生具大的破坏，如同天体中的“黑洞与白洞”一样。其理由如下：

1）矿山建设与生产对生态环境的破坏和影响是不争的事实。矿山建设与生产活动就是一种人为地质作用，同自然地质作用一样改变了自然地形地貌特征和植被，改变了动植物的生存条件，污染了自然生态环境等，都属不争的事实。由于科学技术的发展及人口数量的剧增，人类对矿产资源的需求量越来越大，因此矿山建设与生产对生态环境的破坏和影响也随之愈演愈烈。

矿山能够释放物质，也能释放能量，如辽宁抚顺西露天煤矿〔3〕，由于开采释放大量的能量，在采场内部形成逆温层。该逆温层始于坑底，增强于-196m 水平，在采场坑口地面附近形成一个暖盖，厚度达200～400m，逆温梯度平均为-2.5℃/100m，采场-196m 水平年平均气温为9.7℃，比正常地面温度高2.2℃。这种现象在夏季的白天更为显著，平均气温比地面温度高3.1℃，极端气温平均高7.4℃。

2）同动物有机体一样，山也有血脉和气脉〔4〕，而山的血脉和气脉是决定山区生态的重要因素。有古人云：“山以水为血脉，以草木为毛发，以烟云为神彩。故山得水而活，得草木而华，得烟云而秀媚。” 哪么是谁动了山之血脉和气脉，除自然地质作用之外，主要是矿山建设及其生产活动所形成的人为地质作用。如太行山和燕山地区，历史上水系曾经很发达，水资源也很丰富。近十几年来，两大山脉地区的河流几乎都成为干河，水资源日渐枯竭，其主要原因在于两大山脉地区矿山数量增加和过量开采。这些矿山就象一个一个的“黑洞”或“白洞”，改变或破坏了两大山脉地区的生态平衡，进而影响和破坏了下游地区，即华北平原地区的生态平衡。

3）通常情况下，在一个完整的生态系统中，物质、能量和信息保持着稳定的循环状态〔5〕。但受外部条件的影响、破坏及生态结构变化，生态系统中的物质、能量和信息循环也随之发生变化，因此产生生态失调，自然生态环境受到一定程度的影响。生态系统都有自净能力和自我调节能力，当这种变化超出生态系统的自净能力和自我调节能力时，生态环境发生破坏，因此会产生生态灾难。

矿山建设与生产活动就是通过改变生态系统的物质、能量和信息传输模式影响生态平衡的。同自然地质作用相比，来自矿产资源开发的人为地质作用往往属突发性的，因此其对生态平衡的破坏也是突然的，超出了生态环境的自我调节能力和自净能力。

1.2 矿山对生态环境有怎样的“黑洞与白洞”效应？

简单的讲，矿山对生态环境的“黑洞”或“白洞”效应就是指矿山建设与生产活动对生态环境的影响作用及其作用强度。但是，矿山对生态环境的“黑洞”和“白洞”效应归根结底是什么呢？到目前为止，还没有人进行过研究。

1.2.1 单个矿山对生态环境有怎样的“黑洞与白洞”效应？

单个矿山对生态环境的“黑洞与白洞”效应取决于矿山的规模和开采强度，以及矿山所在地区的自然生态结构。即：

其中，z为单个矿山对生态环境的“黑洞与白洞”效应；r为矿山的规模；f(x)为矿山开采强度；f(y,t)为矿山所在地区的自然生态结构。

1.2.2 矿山集群对生态环境有怎样的“黑洞与白洞”效应？

单个矿山视为自然生态面上的一个“黑洞”或“白洞”，当某区域有多个矿山时，则在自然生态面上的就有多个“黑洞”或“白洞”。它们之间应存在这样一种关系，使多个（可能是指6个或者是9个以上）矿山对生态环境的“黑洞”或“白洞”效应相互叠加，并起集群作用。如果用相邻矿山的距离表这种关系，那么当任意相邻矿山之间的距离在一定范围时，这群矿山（称为矿山集群）对生态环境的“黑洞”或“白洞”效应不再是单个矿山对生态环境“黑洞”或“白洞”效应的简单叠加，而是一定会存一种放大效应。即：

各单矿山对生态环境的“黑洞”或“白洞”效应之和；n 一定区域的自然生态面上的矿山个数。

1.2.3 矿山生态环境可人为优化吗？

矿山建设与生产活动影响和破坏了自然生态环境，为保护和治理矿山生态环境，需要一些科学技术和方法。这些科学技术与方法应是基于“矿山对生态环境的‘黑洞与白洞’效应猜想”命题之解基础的科学技术和方法。以此为前题下的矿山生态环境保护和治理是可以产生最优生态系统的。自然界中生态系统种类很多，有的可以通过人工改造而进行优化，有的则不可以进行人工改造。矿产资源开发过程对自然生态环境产生影响或破坏，人工对矿山生态环境进行治理，目的在于优化生态系统。而如何通过人工优化生态系统，取决于矿产资源开发对生态环境的“黑洞与白洞”效应的研究程度。

2 结论

矿山对生态环境存在“黑洞与白洞”效应，矿山就是在自然生态面上开除的破洞，它对生态环境的影响就像天体中的黑洞和白洞一样。单个矿山对生态环境的“黑洞与白洞”效应取决于矿山的规模、开采强度和自然生态结构等因素。当一区域有多个矿山，且它们之间满足一定关系时，这些矿山对生态环境的影响和破坏作不再是单个矿山的简单叠加，而存着一种放大作用。

当解开矿山对生态环境的“黑洞与白洞”效应并形成一定理论之后，人们就可依据这个理论对矿山生态环境进行人为优化，因此从根本上解决资源开发与环境保护之间的矛盾问题。

[1]李兆远.白洞与黑洞[M].北京：北京时代弄潮文化发展有限公司,2009.

[2]传奇书系编委会.星空奥秘[M].北京：北京理工大学出版社,2009.

[3]武强，刘伏昌，李铎.矿山环境研究理论与实践[M].北京：地质出版社,2005.

[4]王其亨,等.风水理论研究（第2 版）[M].天津大学出版社,2005.

[5]刘瑞芳,赵安芳,庞春华.生态学[M].北京：地震出版,2009.