Антропогенное воздействие на литосферу. 7

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Человек и природа неотделимы друг от друга и тесно взаимосвязаны. Для человека, как и для общества в целом, природа является средой жизни и единственным источником необходимых для существования ресурсов. Природа и природные ресурсы — база, на которой живет и развивается человеческое общество, первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей людей. Человек – часть природы и как живое существо своей элементарной жизнедеятельностью оказывает ощутимое влияние на природную среду.

Преобразующее влияние человека на природу неизбежно. Вносимые его хозяйственной деятельностью изменения в природу усиливаются по мере развития производительных сил и увеличения массы веществ, вовлекаемых в хозяйственный оборот.

Антропогенное воздействие – (от греч. anthropos - человек и genes - рождающий) влияние на природную среду деятельности человека, прямо или косвенно вызывающее ее изменение. [4]

В настоящее время последствия антропогенного воздействия на биосферу можно свести к изменениям структуры земной поверхности, химического состава биосферы, состава биоты, теплового баланса планеты.

Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию. Оно ведет к существенным изменениям состояния литосферы и трансформации её эколого-геодинамических функций.

Экологические последствия при этих изменениях имеют как позитивные, так и негативные стороны. Позитивные изменения обычно проявляются сразу и носят кратковременный характер, а негативные проявляются, как правило, через некоторый интервал времени.

В процессе преобразования литосферы человек (по данным на начало 90-х гг.) извлек 125 млрд т угля, 32 млрд т нефти, более 100 млрд т других полезных ископаемых. Распахано земель в мире более 1500 млн га, заболочено и засолено 20 млн га. Эрозией за сто лет уничтожено 2 млн га, площадь оврагов превысила 25 млн га. Высота терриконов достигает 300 м, горных отвалов ¾ 150 м, глубина засыпанных шахт для добычи золота превышает 4 км (Южная Африка), нефтяных скважин ¾ 6 км. [1]

Нельзя усомниться в актуальности данной темы, так как сегодня техногенное воздействие человека на литосферу по интенсивности развития значительно превосходит скорость изменения естественных условий на Земле. Например, 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.

Целью работы является подробное изучение вопроса об антропогенном воздействии на литосферу и детекция возможных методов предотвращения грядущих последствий.

АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЛИТОСФЕРУ

Масштабы техногенного влияния человека на литосферу достигли колоссальных величин, которые превышают интенсивность естественных потоков вещества и подтверждают вывод В. И. Вернадского о том, что человек сегодня является главной геологической силой планеты. Влияние человека на литосферу продолжает возрастать: если к 1985 г. суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, волохранилища, каналы и т. п.), составляла около 8%, то к 2000 г. возросла  до 15%, т. е. примерно до 1/6 площади суши Земли. [2]

Антропогенное воздействие на литосферу включает в себя изменение рельефа, перемещение и реструктуризацию горных пород, разрушение и преобразование геологических тел, перераспределение напряжений в верхних областях земной коры, мощное динамическое и сейсмическое воздействие, концентрацию естественных и техногенных веществ и другие.

Рассмотрим более детально техногенные изменения основных составляющих литосферы:

1) почв;

2) горных пород и их  массивов;

3) недр. [1]

Воздействие на почву

Почва — один из важнейших компонентов окружающей природной среды. Следует помнить, что почва является невозобновимым природным ресурсом. Все основные ее экологические функции основываются на одном обобщающем показателе — почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, не дает почве возможность выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т. е. ухудшать свои свойства.

Деградация почвы - это постепенное ухудшение ее свойств, которое сопровождается уменьшением содержания гумуса и снижением плодородия (свойства почвы обеспечивать потребности растений в питательных веществах и воде). Почву называют «мостом между живой и неживой природой». Она - биологический адсорбент и нейтрализатор загрязнений.

К деградации почв приводит эрозия, загрязнение, вторичное засоление, заболачивание, опустынивание и отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.

Эрозия почв (от лат. erosio - разъедание) - разрушение и снос верхних, наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия).

По аналогии выделяют также промышленную эрозию (разрушение почв при строительстве и при разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивном выпасе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др.

Эрозия оказывает существенное негативное влияние на состояние почвенного покрова, а во многих случаях разрушает его полностью. Падает биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи и качество выращиваемых культур.

Кроме того, поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных химических соединений — токсикантов пагубно влияют 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.

Основные загрязнители почвы: 

1)  пестициды (ядохимикаты);

2) минеральные удобрения;

3) отходы и отбросы  производства;

4) газодымовые выбросы  загрязняющих веществ в атмосферу;

5) нефть и нефтепродукты.

В настоящее время влияние пестицидов на здоровье населения многие ученые приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ. Достоверно установлено, что при применении пестицидов, наряду с некоторым увеличением урожайности, отмечается рост видового состава вредителей, ухудшаются пищевые качества и сохранность продукции, утрачивается естественное плодородие.

Воздействие пестицидов оказывается весьма негативным не только для человека, но и для всей фауны и флоры. Растительный покров оказался очень чувствительным к действию пестицидов, причем не только в зонах его применения, но и в местах, достаточно удаленных от них, из-за переноса загрязняющих веществ ветром или поверхностным стоком воды.

Также, почвы загрязняются минеральными удобрениями, если их используют в неумеренных количествах, теряют при производстве, транспортировке и хранении. Экологические последствия этого нарушения в наибольшей степени проявляются в водной среде, в частности при формировании эвтрофии, которая возникает при смыве с почв избыточного количества азота, фосфора и других элементов. Неумеренное потребление минеральных удобрений и в первую очередь нитратов снижает содержание кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов — закиси азота и метана. Неумеренное потребление минеральных удобрений вызывает в ряде районов нежелательное подкисление почв.

К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В нашей стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, в том числе и токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к самоочищению, как известно, ограничена.

Огромный вред для нормального функционирования почв представляют газо-дымовые выбросы промышленных предприятий.

Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и др. Причины загрязнения — аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы и т. д.

В процессе хозяйственной деятельности человек может усиливать природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного засоления, и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.

Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах. Заболачивание ухудшает свойства почв и снижает производительность лесов.

Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной среды в целом, является опустынивание. По Б. Г. Розанову, опустынивание – это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности. «Если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание - это его смерть» (Доклад ФАО ООН). [1]

Воздействие на горные породы и их массивы

В процессе инженерно-хозяйственной деятельности человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры в той или иной степени, претерпевают сжатие, растяжение, сдвижение, водонасыщение, осушение, вибрации и другие воздействия. Как результат – ряд неблагоприятных последствий. Например, в июле 2017 года в американском штате Флорида под землю ушли сразу два дома. И это далеко не единственный пример, подобные случаи происходят довольно часто по всему миру. Поэтому, изменения, происходящие в породах при различных воздействиях, детально изучают. Это необходимо для прогноза возможного развития опасных геологических процессов, негативно влияющих на экологическую обстановку.

К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относят: статические и динамические нагрузки, тепловые, электрические и другие воздействия.

Статические нагрузки - наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений образуется зона активного изменения горных пород примерно на глубине 70-100 м.

Динамические нагрузки - вибрации, удары, толчки и другие динамические нагрузки, типичные при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов и т.д.

Другим видом динамических нагрузок являются взрывы, действие которых сходно с сейсмическими. Горные породы разрушают взрывным способом при строительстве дорог, гидротехнических плотин, добыче полезных ископаемых. Очень часто взрывы сопровождаются нарушением природного равновесия - возникают оползни, обвалы и т.п.

Тепловое воздействие - повышение температуры горных пород, наблюдающееся при подземной газификации углей, в основании доменных и мартеновских печей и др. В ряде случаев температура пород повышается до 40-50°С, а иногда и до 100 °С и более (в основании доменных печей). В зоне подземной газификации углей при температуре 1000-1600°С породы спекаются, «каменеют», теряют свои первоначальные свойства.

Как и другие виды воздействия, тепловой антропогенный поток влияет не только на состояние горных пород, но и на другие компоненты окружающей природной среды. Изменяются почвы, подземные воды, растительность.

Электрическое воздействие. Создаваемое в горных породах искусственное электрическое поле (электрифицированный транспорт, ЛЭП и др.), порождает блуждающие токи и поля. Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивляемость и другие электрические свойства пород.

Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое «загрязнение» окружающей природной среды.[1]

Массивы горных пород в ходе инженерно-хозяйственного освоения также подвергаются мощному антропогенному воздействию. При этом развиваются такие опасные геологические карстово-суффозионные процессы, как сели, оползни, обвалы, карст, подтопление, просадки и др.

Сель (селевый поток) — бурный грязевый или грязекаменный поток, состоящий из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек.

Характеризуется резким подъемом уровня воды, волновым движением, кратковременностью действия (в среднем от одного до трех часов), значительным эрозионно-аккумулятивным разрушительным эффектом.

Селевые потоки создают угрозу населенным пунктам, железным и автомобильным дорогам и другим сооружениям, находящимся на их пути.

Непосредственными причинами зарождения селей служат ливни, интенсивное таяние снега, прорыв водоемов, реже землетрясения, извержения вулканов.

Оползни — это скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести.

Образуются они в различных породах в результате нарушения их равновесия или ослабления прочности. Вызываются как естественными, так и искусственными (антропогенными) причинами. К естественным относятся: увеличение крутизны склонов, подмыв их оснований морскими и речными водами, сейсмические толчки. Искусственными являются разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерным выносом грунта, вырубкой леса, неразумным ведением сельского хозяйства на склонах. Согласно международной статистике, до 80 % современных оползней связано с деятельностью человека. 

Обвалы (горный обвал) — отрыв и катастрофическое падение больших масс горных пород, их опрокидывание, дробление и скатывание на крутых и обрывистых склонах.

Обвалы природного происхождения наблюдаются в горах, на морских берегах и обрывах речных долин. Они происходят в результате ослабления связанности горных пород под воздействием процессов выветривания, подмыва, растворения и действия сил тяжести. Образованию обвалов способствуют: геологическое строение местности, наличие на склонах трещин и зон дробления горных пород. Чаще всего (до 80 %) современные обвалы связаны с антропогенным фактором. Они образуются в основном при неправильном проведении работ, при строительстве и горных разработках.

Под подтоплением территорий подземными водами понимают повышение уровня подземных вод до критических величин (менее 1—2 м от поверхности земли). В результате массивы горных пород переувлажняются и заболачиваются, активизируются вышеупомянутые процессы, такие как оползни, карст, просадки и другие. В результате сооружения испытывают деформацию, это ухудшает экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях, снижает производительность труда и даже может вызывать болезни и травмы людей. При подтоплении возрастает сейсмическая балльность. Возможно химическое и бактериальное загрязнение грунтовых вод.

Причины изменения уровня грунтовых вод различны: утечки воды из подземных водонесущих коммуникаций, засыпка при строительстве естественных дрен-оврагов, асфальтирование и застройка территории, накопление поверхностных вод в строительных котлованах, траншеях и выемках и др. Сейчас в нашей стране подтопление городских территорий приняло массовый характер.

Снижение уровня грунтовых вод также может нести за собой негативные последствия, например, это способствует опустыниванию (см. раздел «Воздействие на почву»).

Карст − совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легкорастворимыми в воде горными породами — гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью. Развитию карста способствует наличие, как уже было сказано, большой толщи растворимых пород, а также ровной или слабо наклонной поверхности (чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам), низкий уровень подземных вод (чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод). Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа.

Карст осложняет промышленное, жилищное и транспортное строительство, сооружение ГЭС, водохранилищ и др. При добыче полезных ископаемых в закарстованных массивах особое внимание уделяется выбору системы разработки месторождений, водному режиму работ

Под суффозией понимают процесс выщелачивания, выноса мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой, фильтрующейся в толще рыхлых пород. Этот процесс вызывает оседание всей вышележащей толщи с образованием на земной поверхности мелких и крупных замкнутых понижений (блюдец, западин, воронок, провалов и т.п.) диаметром до 10, редко до 100-500 м. Суффозия часто сопровождает карстовые процессы в закрытом типе карста, формируя карстово-суффозионные воронки и провалы, но может протекать и как самостоятельный процесс.

Карстово-суффозионные процессы опасны для различных зданий и сооружений, а также для поглощения поверхностного стока.

Просадки – неравномерное опускание площадок уступов и поверхности отвалов, сложенных высокопористыми рыхлыми породами естественной и нарушенной структуры под слиянием собственного веса, вышеупомянутых динамических нагрузок и т.п. При просадках обычно не образуется сплошной поверхности скольжения. Особым видом просадочных явлений считаются провалы под влиянием карстовых процессов и подземных разработок.

Вышеперечисленные процессы, если они вызваны деятельностью человека и нарушают природное равновесие, называют ущербообразующими, т. е. наносящими экологический и экономический ущерб окружающей природной среде.[3] Например, основными поражающими факторами оползней, селей и обвалов являются удары движущихся масс горных пород, а также заваливание и заливание этими массами свободного ранее пространства. В результате происходит разрушение зданий и других сооружений, скрытие толщами пород населенных пунктов, объектов экономики, сельскохозяйственных и лесных угодий, перекрытие русел рек и путепроводов, гибель людей и животных, изменение ландшафта. Так, оползень в Италии в 1963 г. объемом 240 млн м3 накрыл 5 городов, погубив при этом 3 тыс. человек. В 1982 г. селевой поток протяженностью 6 км, шириной до 200 м обрушился на поселки Шивея и Аренда Читинской области. В результате были разрушены дома, автомобильные мосты, 28 усадеб, размыты и занесены 500 га посевных площадей, а также погибли люди и сельскохозяйственные животные. Экономический ущерб от этого селя составил около 250 тыс. рублей.

Воздействие на недра

Недра - верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых. Экологические и другие функции недр как природного объекта достаточно многообразны. Являясь естественным фундаментом земной поверхности, недра активно влияют на окружающую природную среду. В этом состоит их главная экологическая функция.

Основное природное богатство недр - минерально-сырьевые ресурсы, т.е. совокупность полезных ископаемых, заключенных в них. Добыча (извлечение) полезных ископаемых с целью их переработки - главная цель пользования недрами.

Недра - источник не только минеральных ресурсов, но и энергетических запасов (геотермальная энергия). Недра являются не только источником полезных ископаемых или резервуара для захоронения отходов, но и частью среды обитания человека в связи со строительством метрополитенов, подземных городов, объектов гражданской обороны и т.д.

Экологическое состояние недр определяется характером воздействия на них горнодобывающей, строительной и иной деятельности. В современный период масштабы антропогенного воздействия на земные недра огромны.

Недра нуждаются в постоянной экологической защите, в первую очередь от истощения запасов сырья, а также от загрязнения их вредными отходами, сточными водами и т.д.

С другой стороны, разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее качество в целом. Нет другой отрасли хозяйства, которую можно было бы сравнить с горнодобывающей промышленностью, по силе негативного воздействия на природные экосистемы, исключая разве что природные и техногенные катастрофы.

Окружающая среда испытывает значительные негативные изменения и при транспортировке минерального сырья, его переработке, строительстве горнорудных предприятий, подземных сооружений и т.д. [1]

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ЛИТОСФЕРЫ ОТ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

 Говоря о защите и охране литосферы, стоит отметить, что антропогенное воздействие на природную среду может быть не только разрушительным (деструктивным), но и стабилизирующим и конструктивным. Если разрушительное воздействие приводит зачастую к необратимой утрате качеств природной среды, то стабилизирующее антропогенное воздействие –целенаправленное, с просчетом возможных негативных последствий и продуманным планом их предотвращения, воздействие на природные комплексы. Конструктивное антропогенное воздействие подразумевает целенаправленное восстановление утраченных качеств окружающей среды.

Наиболее рациональным способом защиты литосферы от отходов производства и быта является освоение специальных технологий по сбору и переработке отходов. В некоторых случаях производство отдельных видов товарной продукции из вторичного сырья (отходов) значительно проще и дешевле, чем из первичного природного сырья. Рациональной решение проблем защиты литосферы от промышленных отходов возможно при широком применении безотходных и малоотходных технологий и производств.

Малоотходная и безотходная технология должны обеспечить:

• комплексную переработку сырья с использованием всех его компонентов на базе создания новых безотходных производств;
• создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;
• переработку отходов производства и потребления с получением товарной продукции или любое полезное их использование без нарушения экологического равновесия;
• использование замкнутых систем промышленного водоснабжения;
• создание безотходных территориально-производственных комплексов и экономических регионов. [5]

К основным направлениям по защите почв от деградации относятся следующие мероприятия: защита почв от заболачивания и засоления, водной и ветровой эрозии, загрязнения, предотвращение необоснованного изъятия земель из сельскохозяйственного оборота, рекультивация нарушенного почвенного покрова.

Для борьбы с заболачиванием в результате нарушения природного водного режима применяют различные осушительные мелиорации для понижения уровня грунтовых вод, например, устройство дренажей, открытых каналов, водозаборных сооружений и т.д.

Для предупреждения засоления почв необходимо предусматривать промывку орошаемых земель, с перехватом и отведением промывных вод с помощью дренажных систем, соблюдать нормы полива, выполнять гидроизоляцию оросительных каналов, для исключения фильтрации оросительных вод и подъема уровня грунтовых вод.

Для борьбы с водной эрозией необходимо проводить комплекс противоэрозионных мероприятий:

• предупреждение эрозии, которое заключается в отведении поверхностного потока с помощью специальных канав, устроенных в верховье склона;
• закрепление почвы корневой системой растительности, которая способствует фильтрации осадков в почву, снижает скорость поверхностного потока;
• распашка поперек склона;
• террасирование склонов, создание на них валиков, бороздок.

Для борьбы с ветровой эрозией предусматривают:

• высадку защитных лесных полос уменьшающих скорость ветра в приземном слое;
• агротехнические методы: минимальную обработку почвы (распашка без переворачивания почвы), полосное чередование культур, оставление стерни на полях и др.
• закрепление почвы растительностью или специальными полимерами.

Для предотвращения загрязнения почв пестицидами применяют природные методы борьбы с вредителями: использование естественных врагов, например, божья коровка питается тлей, насекомыми, опасными для цитрусовых культур, с многими сорняками борются с помощью растительноядных насекомых. Проблема состоит в том, чтобы выявить этих врагов и использовать их, не нанося ущерб другим видам.

Отчуждение земель при строительстве, складировании отходов, добыче полезных ископаемых необходимо сводить к минимуму:

• минимально использовать ценные сельскохозяйственные и лесные угодья для строительства, привязывать дорожные трассы, коммуникации к существующим трассам;
• соблюдать нормы отвода земель при строительстве;
• сохранять плодородный слой почвы при выполнении земляных работ;
• проводить рекультивацию нарушенных земель.

Для борьбы с образованием обрывов, обвалов, селей, карста и т.п. также проводят рад мероприятий.

Для борьбы с селями закрепляют поверхность земли посадками леса, расширяют растительный покров на горных склонах, особенно в местах зарождения селя, периодически пропускают воду с горных водоемов, устраивают противоселевые плотины, дамбы и другие защитные сооружения.

В районах развития карста применяются различные способы противокарстовой мелиорации. К ним относятся: регулирование поверхностного и подземного стока; тампонирование карстовых пустот путём нагнетания цементного, глинистого и битумного растворов; специальные устройства и сооружения (фундаменты с учётом специфики территории, армирование, ограничение этажности и плотности застройки и др.); устройство противофильтрационных завес и др.

Для предотвращения обвалов и оползней используются, например, специализированные металлические кольчужные и оцинкованные сетки двойного кручения. Это одно из самых эффективных решений для защиты скально-обвальных участков. Чтобы обломки горных пород не наносили ущерб автомобильным дорогам, защитные сетки монтируют таким образом, чтобы обломки падающей породы собирались в специализированных накопителях.