Глобальные негативные эффекты техногенного воздействия на верхние слои литосферы и пути их преодоления

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

« ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ  » 

Кафедра «Техносферная и экологическая безопасность» 
 
 
 

Реферат по Экологии на тему:

«Глобальные негативные эффекты техногенного воздействия  на верхние слои литосферы и пути их преодоления» 
 
 
 
 

Выполнил 

студент группы ЭУТ-009

                                                                                                      Кузминас Н.А. 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010 
 
 
 

Содержание 

Введение……………………………………………………................. .3 

Понятие литосфера…………………………………………………….4 

Экологические функции литосферы………………………………….4 

Основные экологические  проблемы………………………………….8 

Изменения в  литосфере………………………………………………..9 

Поверхностные нарушения верхнего слоя литосферы……………..11 

Основные причины  возникновения техногенных опасностей……..13 

Основные техногенные  воздействия на литосферу…………………14 

Пути решения  экологических проблем………………………………18 

Список используемой литературы……………………………………19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

 
Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли  и состоит из осадочных, изверженных  и метаморфических пород. Нижняя граница литосферы нечеткая и  определяется резким уменьшением вязкости пород, изменением скорости распространение  сейсмических волн и увеличением  электропроводности пород. Толщина  литосферы на континентах и под  океанами различается и составляет в среднем соответственно 25- 200 и 5-100км.  
Рассмотрим в общем виде геологическое строение Земли. Третья за отдаленностью от Солнца планета - Земля имеет радиус 6370 км, среднюю плотность- 5,5 г/см3 и состоит из трех оболочек - коры, мантии и ядра. Мантия и ядро делятся на внутренние и внешние части.  
Земная кора - тонкая верхняя оболочка Земли, которая имеет толщину на континентах 40-80 км, под океанами - 5-10 км и составляет всего около 1 % массы Земли. Восемь элементов - кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий - образовывают 99,5 % земной коры. На континентах кора трехслойная: осадочные породы укрывают гранитные, а гранитные залегают на базальтовых. Под океанами кора "океанического", двухслойного типа; осадочные породы залегают просто на базальтах, гранитного пласта нет. Различают также переходный тип земной коры (островно-дуговые зоны на окраинах океанов и некоторые участки на материках, например Черное море). Наибольшую толщину земная кора имеет в горных районах (под Гималаями - свыше 75 км), среднюю - в районах платформ (под Западно-Сибирской низиной - 35-40, в границах Русской платформы - 30-35), а наименьшую - в центральных районах океанов (5-7 км). Преобладающая часть земной поверхности - это равнины континентов и океанического дна. Континенты окружены шельфом - мелководной полосой глубиной до 200 г и средней шириной близко 80 км, которая после резкого обрывчатого изгиба дна переходит в континентальный склон (уклон изменяется от 15-17 до 20-30°). Склоны постепенно выравниваются и переходят в абиссальные равнины (глубины 3,7-6,0 км). Наибольшие глубины (9-11 км) имеют океанические желоба, подавляющее большинство которых расположенная на северной и западной окраинах Тихого океана.  
Основная часть литосферы состоит из изверженных магматических пород (95 %), среди которых на континентах преобладают граниты и гранитоиды, а в океанах-базальты.  
К концу ХХ века произошли огромные изменения и в технологии, появились новые средства связи и информационные технологии, что резко изменило возможности обмена информацией и сблизило самые отдаленные точки планеты. Мир буквально на наших глазах стремительно изменяется, и человечество в своих действиях не всегда поспевает за этими изменениями.  
 
 

     И на национальном, и на международном уровнях все еще преобладают краткосрочные, а не долгосрочные политические доминанты, региональные и национальные интересы продолжают преобладать над глобальными. Экологические проблемы возникли не сами по себе. Это результат естественного развития цивилизации, в которой сформулированные ранее правила поведения людей в их взаимоотношениях с окружающей природой и внутри человеческого общества, поддерживавшие устойчивое существование, пришли в противоречие с новыми условиями, созданными научно-техническим прогрессом. В новых условиях необходимо формирование и новых правил поведения, и новой морали с учетом всех естественнонаучных знаний. Наибольшая трудность, которая определяет многое в решении экологических проблем - все же недостаточная озабоченность человеческого общества в целом и многих его лидеров проблемами сохранения окружающей среды.  

Литосфе́ра (от греч. λίθος — камень и σφαίρα — шар, сфера) — твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.

    Блоки литосферы — литосферные плиты — двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений посвящен раздел геологии о тектонике плит.

     Литосфера под океанами и континентами значительно различается.     Литосфера под континентами состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев общей мощностью до 80 км. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами, в основном состоит из дунитов и гарцбургитов, её толща составляет 5—10 км, а гранитный слой полностью отсутствует. 

Экологический функции литосферы

     Основные функции литосферы - ресурсная, геодинамическая, геофизическая и геохимическая. 

Определение экологических функций  литосферы

     Экологические функции литосферы – функции, определяющие (отражающие) роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней природные и антропогенные геологические процессы, в жизнеобеспечении и эволюции биоты , главным образом, человеческого сообщества;  
 
 
 
 

Классификация экологических функций  литосферы

     Классификация экологических функций литосферы включает:

     • Геодинамическую экологическую функцию литосферы - отражает свойство литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные геологические процессы и явления. Она изучается экологической геодинамикой.

     • Геохимическую экологическую функцию литосферы - отражает свойство геохимических полей (неоднородностей) природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты в целом и здоровье человека в частности. Она изучается экологической геохимией.

     • Геофизическую экологическую функцию литосферы - отражает совокупность свойств геофизических полей полей (неоднородностей) литосферы влиять на состояние биоты и человека. Она изучается экологической геофизикой.

     • Ресурсную экологическую функцию литосферы - определяет роль минеральных органических и органоминеральных ресурсов литосферы, а также ресурсов геологического пространства, необходимых для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры (человеческое сообщество). Она изучается экологическим ресурсоведением.

     Можно выделить четыре класса состояния литосферы:

     • удовлетворительное или благоприятное;

     • условно удовлетворительного или неблагоприятное;

     • неудовлетворительное или весьма неблагоприятное;

     • катастрофическое - ему соответствует четыре зоны нарушения экосистемы – нормы, риска, кризиса и бедствий. 

Геодинамическая функция

литосферы - это  функция, отражающая способность литосферы  влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные (техногенные) геологические процессы и явления.

     Объект изучения эколого-геодинамических исследований - геологические процессы и геодинамические зоны и аномалии.

Предмет изучения – знания о воздействии этих компонентов литосферы на биоту. Их проявление связано как с факторами извне (космическими), так и с разрядкой напряжений в геофизических полях Земли, а влияние геологических процессов на биоту – с преобразованием рельефа.

     Реализация геодинамической функции проявляется как непосредственно -через негативное по отношению к биоте явления, так и опосредованно - через геофизическую, ресурсную, или геохимическую функции. Например, оценку эрозии можно рассматривать через интенсивность процесса и количественную охват ею определенной территории

(геодинамический  критерий оценки), или через потерю  или сокращение земельных ресурсов  и запасов гумуса (ресурсный критерий  оценки).

     Существует два подхода к оценке воздействия геодинамического фактора литосферы на биоту.

     Первый подход связан с анализом и оценкой воздействия отдельных геологических процессов на человека и проявляет экологические последствия этих процессов.

     Второй связан с изучением современных геодинамических зон и аномалий литосферы и их воздействием на биоту. Эти факторы определяют состояние массивов горных пород, участков повышенной трещиноватости, проницаемости, влияющих на особенности циркуляции подземных вод, увеличение количества геологических и экологически опасных техногенных процессов.

     Геодинамические аномалии влияют на процесс проникновения физических и химических загрязнителей в литосферу, окружающий ландшафт, биологические объекты, на здоровье человека и снижают ценность почвенных ресурсов.

     Иерархия структуры геодинамической экологической функции литосферы:

     Первый уровень - все геологические процессы и геодинамические зоны.

     Второй уровень - группы геологических, других природных и техногенных процессов, различающихся по характеру проявления и воздействия на экосистему и человека, и геодинамические аномалии.

Особенностью  эколого-геодинамической функции  литосферы является проявление негативных и позитивных свойств к развитию и пространственному распространению  биоты. Некоторые геодинамические  процессы не проявляют прямого воздействия  на биоту, а другие оказывают катастрофическое воздействие на растительный покров, животный мир и человека. 

Геофизические функции

     Геофизическая экологическая функция литосферы – это влияние геофизических полей литосферы на состояние биосферы.

     Объект изучения - геофизические поля, их аномальные проявления вплоть до образования геопатогенных зон.

     Предмет исследования – взаимодействие полей с биотой и их влияние на состояние биоты.

     Любое отклонение от естественных условий несет с собой опасность возникновения негативных для биоты последствий. В ответ на такое воздействие живые организмы могут адаптироваться или патологически измениться.

     Геофизические поля – естественные физические поля космического и земного (ионосферного, атмосферного, гидросферного, литосферного, глубинного) происхождения, а также техногенные поля, действующие в пределах литосферы, преобразованные и распределенные ею.    

     Геофизические поля делятся на:

     - гравитационное (поле силы тяжести);

     - магнитное;

     - электрического тока (постоянного, переменного и медленно меняющегося);

    - температурное;

     - сейсмическое (поле упругих механических колебаний);

    - радиационное (поле ионизирующего излучения).

Наиболее экологически значимые - гравитационное, температурное, геомагнитное, электрическое и радиационное поля.

     Геофизические поля (естественные и техногенные), накладываясь друг на друга, создают вблизи земной поверхности (по обе стороны от нее по вертикали) энергосферу (область существования избыточного энергетического потенциала). В пределах этой сферы происходит энергообмен между Землей и космическим пространством, объектами живой и неживой природы. Естественные и техногенные геофизические поля не существуют раздельно, они накладываются друг на друга в соответствии с принципом суперпозиции (наложения).

     Проблемы геофизической экологической функции литосферы:

1. экологическое воздействие геофизических полей на природные и природно-технические экосистемы;
2. техногенное физическое загрязнение литосферы;
3. геопатогенез.

Геохимические функции

     Геохимическая экологическая функция литосферы – это влияние геохимических полей литосферы на состояние биоты в целом.

    Объект исследований - вещественный, химический состав компонентов литосферы (горные породы, минералы, донные осадки, почвы, подземные воды, нефть, газы) и формируемые ими поля природного и техногенного происхождения.

     Предмет исследований – знания о геохимической экологической функции и геохимических свойствах литосферы.

     Геохимические неоднородности литосферы – это геохимические зоны, геохимические провинции и геохимические аномалии, являющиеся функциональными территориальными (точнее объемными) единицами эколого-геохимических исследований.

     Геохимические неоднородности литосферы делятся на:

• литохимические, обусловленные составом горных пород, почв, донных осадков, техногенных грунтов;
• гидрохимические – подземных вод;
• атмохимические – газовым составом почв, горных пород, подземных вод;
• сноухимические – снегового покрова;
• биохимические – биоты.

     По генезису среди геохимических неоднородностей литосферы следует выделять:

• природные (естественно-исторические), сформировавшиеся в ходе геологической жизни планеты;
• природно-техногенные (новообразованные), формирование которых произошло в эпоху техногенеза вследствие использования высокоотходных технологий при низком уровне внедрения средозащитных мероприятий.

     Выделяются три пути воздействия химических элементов литосферы на биоту и человека :

– воздушный  – через попадание токсикантов  в виде газа или аэрозолей в  организм человека; – водный – через  подземные воды, употребляемые для

питьевого водоснабжения;

– пищевой  – через трофическую цепь от загрязненных растений к животным и человеку.

     Чаще всего они проявляются совместно, усугубляя негативное воздействие на население, проживающее в зоне воздействия геохимических факторов. Принятие природоохранных мер не может быть основано лишь исключительно на оценке загрязнения местности через медико-статистические показатели (заболеваемость, смертность населения и т. д.), а требует установления среды и источников загрязнения и путей попадания токсикантов в организм человека. 

Ресурсные функции

     Ресурсная функция – это способность литосферы обеспечивать потребности биоты минеральными органическими и органоминеральными ресурсами.

     Потребности человека при этом не должны вступать в противоречие с потребностями биоты. В современном мире отмечается ресурсная напряженность, обусловливающая необходимость перехода человечества к системному ресурсному мышлению. Этот переход должен совершиться в ближайшие годы, поскольку человечество для этого имеет, по оценкам экспертов, всего 3—4 десятилетия. Важнейшая проблема экологической геологии - выработка теоретического фундамента, описывающего ресурсы литосферы. 

ОСНОВНЫЕ  ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ.

     Проблема загрязнения природной среды становится столь острой как из-

за роста объемов  промышленного и сельскохозяйственного  производства, так и в связи  с качественным изменением производства под влиянием научно-

технического  прогресса.

      Многие металлы и сплавы, которыми  пользуется  человек,  неизвестны

природе в чистом виде, и, хотя они в какой-то мере подвластны утилизации  и вторичному употреблению, часть их рассеивается, накапливаясь в  биосфере  в виде отходов. Проблема загрязнения природной  среды  в  полный  рост  встала после  того,  как  в  XX  в.  человек   существенно   расширил   количество используемых  им  металлов,  стал  изготавливать   синтетические   волокна, пластмассы и другие вещества, имеющие  свойства,  не  только  не  известные природе, но вредные  для организмов биосферы. 

      Эти  вещества  (количество  и разнообразие которых постоянно растет) после их использования не  поступают в природный кругооборот. Отходы производственной  деятельности  все  больше загрязняют литосферу, гидросферу и атмосферу Земли.  

Адаптационные механизмы биосферы не могут справиться с нейтрализацией  увеличивающегося  количества вредных для ее нормального функционирования веществ, и естественные системы начинают разрушаться. 

Изменения в литосфере

     Литосфера — это верхняя твердая оболочка Земли. В результате взаимодействия геологических, климатических, биохимических факторов верхний тонкий слой литосферы превратился в особую среду – почву, где происходит значительная часть обменных процессов между живой и неживой природой.

Неразумная хозяйственная  деятельность человека привела к  уничтожению плодородного слоя почвы, ее загрязнению, изменению состава. Различают несколько видов изменения  состава почв.

     Интенсивная деградация почв — ухудшение свойств почвы под влиянием хозяйственной деятельности человека (неправильная агротехника; многоразовая вспашка; загрязнение пестицидами, отходами промышленных предприятий, содержащими яды свинца и ртути, радиоактивные изотопы; истощение; засоление).

     Эрозия почвы — разнообразные процессы разрушения почв (ветровая, водная и антропогенная). Из-за ветровой и водной эрозии, засоления и других причин в мире ежегодно теряется 5–7 млн га пашен. Только ускоренная эрозия почвы за последнее столетие повлекла за собой потерю 2 млрд га плодородных земель.

     Опустынивание — деградация земель, вызванная как деятельностью человека (антропогенными причинами), так и природными факторами и процессами; характеризуется иссушением земли, увяданием растительности, снижением связанности почвы, в результате чего становится возможной быстрая ветровая эрозия и образование пылевых бурь.

     По оценкам ООН, опустынивание в перспективе может затронуть более миллиарда человек и около трети всех земель, использующихся в сельскохозяйственных целях. Опустынивание относится к трудно компенсируемым последствиям, так как на восстановление одного условного сантиметра плодородного почвенного покрова требуется в среднем от 70 до 150 лет.

     Кроме промышленности, транспорта и сельского хозяйства, источниками загрязнения почвы являются жилые дома и бытовые предприятия. Загрязняющими веществами являются бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода, мусор и т. д. 
 
 
 
 
 

Загрязнение литосферы.

     Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент

биосферы. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы,

происходящие  в биосфере.

     Несовершенство  сельскохозяйственных  приемов   приводит  к  быстрому

истощению почв, а применение крайне вредных,  но  дешевых  ядохимикатов  для борьбы с вредителями растений и в  целях  повышения  урожайности  усугубляет эту проблему. Не менее  важной проблемой является экстенсивное  использование пастбищ, превращающее в пустыни огромные участки земли.

     Огромный вред почвам наносит вырубка лесов. Так,  если  под  влажными

тропическими  лесами  вследствие  эрозии  теряется  ежегодно  1  кг  почвы  с

гектара, то после  вырубки этот показатель увеличивается  в 34 раза.

С вырубкой лесов, а также с крайне  неэффективными  методами  ведения сельского хозяйства  связано такое угрожающее явление  как  опустынивание. 

     В Африке наступление пустыни составляет порядка 100 тыс. га в год, на  границе Индии и Пакистана полупустыня Тар надвигается со скоростью 1 км  в  год.  Из 45 выявленных причин опустынивания  87%  являются  результатом  хищнического использования ресурсов.

     Так же существует проблема возрастающей кислотности атмосферных

осадков и почвенного покрова.(Кислотными называют любые  осадки-дожди,

туманы, снег, -кислотность  которых выше нормальной. К ним  также относят

выпадение из атмосферы  сухих кислых частиц, более узко называемых

кислотными отложениями.) Районы кислых почв не знают засух, но их

естественное  плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотность с нисходящими  потоками воды

распространяется  на весь почвенный профиль и вызывает значительное

подкисление грунтовых  вод. Дополнительный ущерб возникает  в связи с тем,

что  кислотные  осадки, просачиваясь сквозь почву, способны выщелачивать

алюминий и  тяжелые металлы. Обычно присутствие  этих элементов в почве не создает  проблем, так как они связаны  в нерастворимые соединения и,

следовательно, не поглощаются организмами. Однако при низких значения pH их соединения растворяются, становятся доступными, и оказывает  сильное токсичное  воздействие, как на растения, так  и на животных.     Например, алюминий, довольно обильный во многих почвах, попадая в озера, вызывает аномалии развития и гибель эмбрионов рыб.

     В современную эпоху колоссальных созидательных и разрушительных возможностей общества насущной необходимостью становятся знания о взаимодействии человечества с литосферой – не только источником ресурсов, но и вещественно-морфологическим фундаментом жизнедеятельности людей. Активная производственная деятельность человека непосредственно связана с верхней частью литосферы, характеризующейся, прежде всего, свойствами горных пород.

Как известно, подземное  строительство (тоннели, метрополитен, АЭС и т.п.) осуществляют на глубинах до 100 и более метров, максимальная глубина карьеров достигает 1 км, шахт – 4 км, эксплуатируемых скважин  – 7 км, промышленных подземных ядерных взрывов – 2,4 км.  Бурение самой глубокой в мире Кольской скважины было приостановлено на отметке 12 262 м. 

Поверхностные нарушения литосферы.

     Человек  существует   в   определенном   пространстве,   и   основной

составляющей  этого пространства  служит  земная  поверхность  -  поверхность литосферы. В процессе эволюции человек начал  изменять  земную  поверхность, но особо крупных  масштабов эти  изменения достигли в  последние  сорок  лет.

Это хорошо иллюстрируют данные о  строительстве  крупных  водохранилищ:  90% крупных водохранилищ мира были построены после 1950 г.,  а  в  СССР  в  этот период построено 94% крупных водохранилищ.

     Нарушения поверхности  литосферы  начинаются  с  самого  малого  -  со

строительства жилища, когда необходимо выравнивание поверхности  и  закладка фундамента. Основной рост подобных нарушений происходил  именно  после  1950 г., когда во всем  мире,  и  в  том  числе  в  России  шел  быстрый  процесс  урбанизации, приведший к удвоению численности городского  населения.  В  это же  время   интенсивно   развивалась   хозяйственная   инфраструктура,   что сопровождалось серьезными  изменениями  поверхности  литосферы  -  строились железные  и  автомобильные  дороги,  прокладывались  продуктопроводы,  линии

электропередачи и связи. Общая  площадь  нарушений  городской  застройкой  и хозяйственной  инфраструктурой  на  территории  России  составляет   порядка 3,5 млн. км2.

     Помимо водохранилищ, занимающих в России     5,5  млн.  га,  построены

каналы  большой  протяженности,  сети  мелких  каналов,  а  также  дренажные  системы. В сетях каналов, как  оросительных,  так  и  дренажных,  которые  в большинстве  своем  не  облицованы,  идут  активные   эрозионные   процессы. Подобные нарушения поверхности занимают на территории  России  более    12,3 млн. га, из которых примерно половину составляют осушенные земли.

На  многих осушенных  землях сейчас наблюдаются понижения  и осадка грунта  в  результате "выгорания" торфа и разрушения подземных дренажных систем.

      Перегороженные плотинами реки  оказываются нарушенными  практически   на всем протяжении, так как  выше водохранилища меняется  баланс  стока  наносов, значительная  часть  которых  задерживается   в  верхнем  бьефе  плотины.   В результате  ниже  водохранилища   идет  эрозия  русла,  а  в   устье  начинают происходить  изменения, обусловленные нарушением  баланса  наносов.  Особенно  это заметно на  краснодарском   побережье  Черного  моря,  где  в  результате нарушения  естественного стока наносов  идет быстрый  размыв  пляжей,  поэтому вся полоса побережья  застроена бетонными  шпорами. 

Здесь  зону  поверхности литосферы от предгорий, занятых дорогами и  городами,  до  прибрежной  части моря следует признать полностью нарушенной.