Антропогенное и техногенное воздействие на литосферу

Техногенная деятельность человека порождает новые инже­нерно-геологические процессы, которые раньше на данной террито­рии не отмечались. Одним из примеров такой деятельности человека может быть «наведенная сейсмичность», которая приводит к возникновению таких опасных геологических явлений, как земле­трясения. Чаще всего землетрясения техногенного происхождения возникают в связи с созданием крупных и глубинных водохранилищ.

Техногенные геологические процессы отличаются интенсивно­стью и глубиной воздействия, проникающего на десятки километров в недра Земли. Например, при добыче полезных ископаемых и выполне­нии строительных работ количество породы, извлекаемой человеком, превышает 120 миллиардов тонн в год, что примерно в 4,5 раза больше массы породы, смываемой водами рек в океаны в процессе денудации (от лат. denudatio - обнажение) и размыва суши (табл. 6)

Ежегодный объем материала литосферы, перемещаемого все­ми текучими водами на земной поверхности, в 30 раз меньше, чем перемещается горных пород при строительстве и добыче полезных ископаемых. Структура нашей планеты уже не успевает сбаланси­ровать эти процессы.

Таблица 6 Масштабы техногенных воздействий на верхние горизонты литосферы

Техногенные перемещения и изменения масс горных пород, а также геохимического состава верхних горизонтов литосферы, вклю­чая подземную гидросферу, привели к техногенному изменению геофизических полей Земли (гравитационного, магнитного, элект­рического, радиационного, теплового), что неблагоприятно сказы­вается на всех живых организмах.

В процессе инженерно-хозяйственной деятельности человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры, претерпевают в той или иной степени сжатие, растяжение, сдвижение, водонасыщение, осушение, вибрации и другие воздействия.

Серьезные изменения поверхности литосферы наблюдаются при прокладке инженерных коммуникаций, линий электропередачи и связи, строительстве железных и автомобильных дорог. В настоя­щее время общая протяженность железных дорог на Земле состав­ляет более 1400 тыс. км, то есть в 3,5 раза больше, чем расстояние от Земли до Луны. И на всем этом протяжении нарушается почвенный покров, меняются геологические условия прилегающих к дороге территорий, возникают новые геологические процессы. Протяжен­ность автомобильных дорог в мире еще больше. Вдоль автотрасс также происходит нарушение геологических условий, так как при прокладке 1 км дороги нарушается около 2 га растительного и по­чвенного покрова.

Общая площадь поверхности литосферы, нарушенной город­ской застройкой и хозяйственной инфраструктурой на территории России, составляет около 4,3 млн.км². Причем на каждого жителя в среднем приходится 6 тыс.м² нарушенной поверхности. Основные нарушения расположены в зонах наиболее плотного заселения, поэтому в этой зоне уровень нарушения поверхности литосферы, приходящийся на 1 км², составляет в среднем 10-25% , а на урбани-зованной территории - 75-100%.

С каждым годом интенсивность воздействия человека на ли­тосферу все более и более возрастает. Если в 1985 году суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооруже­ний (здания, дороги, водохранилища, каналы и т.п.), составляла око­ло 8%, то к 1990 году она превысила 10%, к 2000 году возросла до 15%, а к 2010 может возрасти до 25%. Вместе с площадями, исполь­зуемыми на Земле под сельское хозяйство, техногенной деятельнос­тью затронуто около половины суши (без Антарктиды).

Нарушения поверхности литосферы приводят к активизации опасных стихийных явлений: оползней, обвалов, просадок грунтов, создают условия для формирования селей и снежных лавин, способ­ствуют увеличению поверхностного стока, меняют условия инфильт­рации и движения флюидов в грунтах, нарушают почвенный биоценоз.

Мощным фактором воздействия на литосферу явились ядерные подземные взрывы, в результате которых произошли значительные геодинамические изменения на больших территориях, сопровождавшиеся повышением уровня грунтовых вод, учащением выбросов грязевых вулканов, падением нефтедобычи.

При оценке техногенного и антропогенного воздействия чело­века на литосферу используют такие понятия, как источник воздей­ствия, интенсивность воздействия, реакция геологической среды, область приложения воздействия, время приложения воздействия.

Под источником воздействияподразумевают любой вид ин­женерной или хозяйственной деятельности человека. Практически все виды деятельности человека сопровождаются загрязнением по­чвы. К основным источникам загрязнения почв относятся:

1. Жилые дома и бытовые предприятия.В числе загрязня­ющих веществ преобладают бытовой мусор, пищевые отходы, фе­калии, отходы отопительных систем, больниц, столовых, гостиниц, магазинов и пр.

2. Промышленные предприятия.В газообразных, жидких и твердых промышленных отходах присутствуют те или иные вещества, которые загрязняют и существенно изменяют химический состав почв. Промышленное загрязнение почв происходит в основном через атмос­феру путем осаждения на поверхность паров, аэрозолей, пыли или ра­створенных веществ непосредственно или с атмосферными осадками.

3. Теплоэнергетика.Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля, с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц оксидов серы и других веществ, которые со временем попадают в почву. Выделение в атмосферу ок­сидов серы способствует образованию кислых атмосферных осад­ков, способствующих подкислению почв.

4. Сельское хозяйство.Основными загрязнителями почвы являются удобрения и ядохимикаты.

5. Транспорт.При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и дру­гие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. При эксплуатации автомобильных дорог в воздух по­ступают значительные количества минеральной пыли, нефтепродук­тов и солей тяжелых металлов, которые оседают на прилегающие земли.

Основными загрязнителями почвы являются: 1) пестициды;

2) минеральные удобрения;

3) отходы и отбросы производства;

4) газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

5) нефть и нефтепродукты.

Все техногенные вещества, являющиеся загрязнителями по­чвы, объединяют в две группы.

1. Педохимически (pedos - почва) активные техногенные ве­щества, способные влиять на кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия в почвах. К ним относятся минераль­ные кислоты, щелочи, карбонаты, сероводород, метан.

2. Биохимически активные техногенные вещества, действующие непосредственно на живые организмы. Это тяжелые металлы, радионуклиды, токсические микроэлементы, пестициды и др.

Воздействие химически активных веществ на организмы зависит от их доступности растениям, подвижности в почвах, поэтому оценку устойчивости почв к химическим загрязнителям следует проводить в зависимости от их подвижности в почвах.

Одной из форм химического загрязнения почв является акку­муляция в них тяжелых металлов и других токсичных элементов, поступающих с промышленными и транспортными выбросами. Сре­ди этих элементов широко распространенными являются кобальт, мышьяк, цинк, никель, медь, ванадий, марганец, ртуть, свинец, кад­мий и некоторые другие. Токсичные металлы, поступая в почву, всту­пают в различные химические реакции, сорбируются органическим веществом, глинистыми минералами. Из почвы они поступают в грун­товые воды и поглощаются растениями, поэтому наблюдения за их содержанием должны проводиться повсеместно.

Одной из серьезных экологических проблем России является загрязнение почвы и литосферы в целом нефтью и нефтепродукта­ми, особенно в нефтедобывающих регионах. К основным причинам такого загрязнения следует отнести аварии на магистральных и внут-рипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии неф­тедобычи, аварийные и технологические выбросы и т.д. В результа­те, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоно­вые значения в 150-250 раз. На Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5%. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га территорий, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее пяти сантиметров.

При добыче нефти и газа почвы подвергаются механическо­му нарушению, загрязнению сырой нефтью и пластовыми водами, поступающими из скважин. В качестве загрязнителей выступают так­же буровые растворы, химические реагенты, применяемые в нефте­добыче. При разработке газовых месторождений газовые потоки меняют состав почвенного воздуха и стимулируют эмиссию газооб­разных углеводородов в атмосферу. Загрязнение почв нефтью и неф­тепродуктами приводит к ухудшению их физических свойств. При этом наблюдается снижение биологической активности, и создают­ся условия для накопления в почве токсических, в том числе канце­рогенных, соединений. Такие явления наблюдаются не только при нефте- и газодобыче. Они наблюдаются и на территориях автозап­равочных станций. Например, в США до 70% цистерн на автозап­равках имеют течь.

В загрязнении почв существенную роль играет нерациональ­ное применение агрохимии, основоположником которой считается Юстус фон Либих (1840). Учение Либиха открыло путь широкому применению минеральных удобрений. В настоящее время на полях России бесполезно теряются около 20-60% азотных, 70-80% фосфорных, свыше 50% калийных удобрений. Выносимые с внут-рипочвенным и поверхностным стоком нитраты загрязняют природ­ные воды, а снос фосфорных удобрений с полей является главной причиной загрязнения водоемов фосфатами, вызывая эвтрофикацию озер, рек, водохранилищ.

Загрязнение почвы различными токсикантами пагубно влияет на жизнедеятельность почвенных организмов. При этом теряется способность почвы к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов, что чревато тяжелыми последстви­ями для человека, растительного и животного мира. Например, в сильно загрязненных почвах возбудители тифа и паратифа могут сохраняться до полутора лет, тогда как в незагрязненных - лишь в течение двух-трех суток.

Интенсивность воздействиязависит от его источника. Она может изменяться в широких пределах от незначительной, бесслед­но исчезающей в течение нескольких дней или даже часов, до гло-бальной, пронизывающей всю планету. Примером глобальной ин­тенсивности воздействия могут служить извержения вулканов, стол­кновения с космическими телами, мощные ядерные взрывы, вызывающие колебания горных пород, несколько раз проходящие через всю Землю, отражаясь от её внутренних границ.

Реакция геологической среды представляет собойпроцесс ее возвращения после техногенного воздействия в равновесное со­стояние. При относительно слабом воздействии нарушенная геоло­гическая среда может восстановиться. Такое воздействие можно считать обратимым. При значительных техногенных воздействиях формируется новый природно-техногенный необратимый геодина­мический комплекс.

Область приложения воздействиятехногенного или антро­погенного воздействия проявляется в том, что воздействие может быть оказано на один или несколько элементов геодинамического комплекса на территории, охватывающей большее или меньшее ко­личество его компонентов. Такие воздействия могут быть прямыми, когда деятельность человека непосредственно направлена на тот или иной компонент литосферы, и косвенными, когда человек воздей­ствует на литосферу через другие компоненты биосферы.

По масштабу воздействия могут иметь локальный, регио­нальный и глобальныйуровни. Эта градация условна, так как вы­деляемые уровни не имеют чётких границ.

Время приложения воздействияможет быть кратковремен­ным,не превышающим нескольких лет, длительным,сопоставимым со временем жизни человека и сроком реального планирования тех или иных социально-экономических программ, а также постоянным.

Кратковременные воздействия могут быть непериодическими,проявляющимися единожды, и периодическимис различным време­нем повторяемости. Примером периодических воздействий служат ре­гулярные испытания взрывных устройств, различные виды сезонных работ, периодическое прохождение транспорта и тому подобное.