Способы защиты литосферы от антропогенного воздействия

 

Уже сегодня воздействие человека на литосферу приближается к пределам, за которыми возможны необратимые процессы. По данным на начало 90-х годов человек извлек 125 млрд т угля, 32 млрд т нефти, более 100 млрд т других полезных ископаемых. Распахано более 1500 млн га земель, заболочено и засолено 20 млн га, эрозией за последние 100 лет уничтожено 20 млн га, площадь оврагов более 25 млн га. Глубина нефтяных скважин до 6 км, шахт для добычи золота (Южная Африка) до 4 км.

Литосфера – базовая подсистема биосферы, основной поставщик минерально-сырьевых и энергетических ресурсов.

Литосфера загрязняется в основном от действия таких отраслей народного хозяйства, как промышленность, транспорт, энергетика. Основными веществами, загрязняющими почву, являются CO₂, CO, SO₂, NO_x, H₂S, металлы и их соединения, удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве, наиболее опасны тяжелые металлы (ртуть, свинец, железо, медь, цинк, никель, алюминий, кадмий и др.), из неметаллов – марганец, циклические углеводороды, бенз(а)пирен, радиоактивные вещества,. Кроме того, к твердым отходам, размещаемым на почве, относятся шлак, окалина, зола, шламы, флюсы, абразивы, древесные отходы, пластмасса, бумага, картон, мусор и др.

Загрязнения литосферы возникают не только при непосредственном внесении в почву твердых и жидких отходов, но и опосредованно при выпадении атмосферных осадков и взаимодействии с загрязненными водами водоемов.

Основные составляющие литосферы: почвы, горные породы и их массивы, недра.

Основные виды воздействия человека на почвы:

- эрозия (ветровая и водная);

- загрязнение;

- вторичное засоление и заболачивание;

- опустынивание;

- отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.

Обобщающий показатель экологических функций почвы – почвенное плодородие. Антропогенное воздействие вызывает снижение плодородия, потерю гумуса и ведет к деградации (ухудшению свойств). Создание человеком агроэкосистем, выращивание монокультур приводит к снижению саморегуляции, снижению устойчивости к стрессу. Громадные площади плодородных земель утрачиваются при горнопромышленных работах, при строительстве предприятий и городов. Уничтожение леса, распашка почвы без соблюдения правил агротехники приводит к эрозии почв.

2.6.1. Эрозия

 

Эрозия (от лат. erosio – разъедание) – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая) или потоками воды (водная), бывает также промышленная эрозия (разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке карьеров (овражная), военная (воронки, траншеи), пастбищная (перевыпас), ирригационная (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм полива).

В России водной эрозии подвержены 31 % суши, ветровой - 34 %. В США эродировано 40 % всех земель, в засушливых районах мира 60 %, из них 20 % сильно эродировано.

Эрозия ведет к снижению урожайности, биопродуктивности растений, качества культур.

Пыльные бури, в которых скорость ветра достигает 20 – 30 м/с, могут развеять до 500 т почвы с 1 га за несколько часов.

Территории, подверженные ветровой эрозии в России: Нижнее Поволжье, Северный Кавказ, Башкирия, Черные земли Калмыкии.

Наиболее крупные эрозийные процессы на территории бывшего СССР:

1928 г. – с земельных площадей от Дона до Днепра снесено 15 млн т черноземной пыли, произошло выдувание почвы слоем от 10-12 см до 25 см, т.е. на глубину вспашки.

1960 г. – на Северном Кавказе, Нижнем Доне, Южной Украине снесен слой почвы до 10 см, повреждены озимые, засыпаны оросительные каналы, в зоне железнодорожных насыпей, лесонасаждений образовывались земляные валы высотой 2-3 м.

Крупный источник пыли – Арал – общая масса переносимой пыли – 90 млн т в год.

Овражная эрозия (водная): площадь оврагов на Русской равнине 5 млн га, ежедневные потери почв из-за оврагов 100-200 га вызывают огромный экологический ущерб. Причины: применяются тяжелая почвообрабатывающая техника и отвальная обработка почв, разрушающие структуру почвы и уничтожающие растительность и лес; не успевает восстанавливаться растительность из-за перевыпаса домашних животных на пастбищных землях.

2.6.2. Загрязнение почв

Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие концентрации токсикантов (различных химических соединений) пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов. В сильно загрязненных почвах возбудители тифа сохраняются до 1,5 лет, а в незагрязненных в течение 2-3 суток.

Основные загрязнители почвы: пестициды (ядохимикаты), минеральные удобрения, отходы и выбросы производства, газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, нефть и нефтепродукты, патогенные микроорганизмы.

Пестициды: в мире ежегодно производится более 1 млн т пестицидов, в России 100 тыс. т (наиболее загрязнены Краснодарский край и Ростовская область – около 20 кг на 1 га).

В России на каждого жителя в год приходится около 1 кг пестицидов, а в других промышленно развитых странах может быть и существенно выше. Производство постоянно растет. Влияние пестицидов на здоровье многие ученые приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ.

Наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения (ДДТ, ГХБ), сохраняющиеся в почве много лет и даже малые концентрации их опасны (подавляют иммунитет, мутагены и канцерогены).

Применение ДДТ в нашей стране запрещено.

Минеральные удобрения: использование в неумеренных количествах, потери при производстве, транспортировке и хранении – до 20- 50 % (азотные удобрения), что приводит к нарушению круговоротов.

Большое количество нитратов в почве снижает содержание кислорода в почве, что способствует выделению в атмосферу “парниковых газов” – закиси азота и метана. Нитраты концентрацией выше 50 мг/л на человека действуют общетоксически.

Газо-дымовые выбросы: почва обладает способностью накапливать опасные вещества для здоровья (тяжелые металлы). Значительное количество свинца - у автодорог (30-кратное превышение содержания свинца по сравнению с незагрязненными участками).

В России почти 0,4 млн га загрязнены медью, свинцом, кадмием. Еще больше земель загрязнены радионуклидами и радиоактивными изотопами в результате Чернобыльской катастрофы.

Нефть и нефтепродукты: наиболее загрязнены районы Западной Сибири, Среднее и Нижнее Поволжье.

Причины загрязнения – аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы.

В отдельных районах Тюменской и Томской области концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150 – 250 раз. В Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5 %, т.е. на 6 млн га, замазученными оказались 30 тыс. га. В Западной Сибири более 20 тыс. га загрязнены нефтью с толщиной слоя не менее 5 см.

Патогенные микроорганизмы: значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв различными патогенами, которые проникают в организм человека тремя путями: цепь “человек – почва - человек” (через пищу – холера, бациллярная дизентерия, брюшной тиф, паратиф, черви-паразиты), цепь “животные – почва - человек” (лептопсориаз, сибирская язва, туляремия, лихорадка Ку), через прямой контакт с почвой, цепь “почва - человек” (столбняк, ботулизм, микозы).

2.6.3. Вторичное засоление и заболачивание почв

Вторичное засоление развивается при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах (подвержено около 30 % орошаемых земель в мире).

В России площадь засоленных почв составляет 36 млн га (18 % от общей площади орошаемых земель). Засоление вызывает исчезновение многих видов растительных организмов, уменьшается генофонд, появляются новые виды (солянка), миграционные процессы.

Заболачивание почв – наблюдается в сильно переувлажненных районах (Нечерноземная зона России, Западно-Сибирская низменность, зоны вечной мерзлоты), вызывает деградационные процессы в биогеоценозах, появление признаков накопления на поверхности неразложившихся остатков, снижаются агрономические свойства почв, производительность лесов.

 

2.6.4. Опустынивание

 

Это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижение биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню. Всего в мире подвержено опустыниванию 1 млрд га. Признаки опустынивания – ухудшение физических свойств почв, гибель растительности, засоление грунтовых вод, резкое падение биопродуктивности, подрыв способности экосистемы восстанавливаться.

“Если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание – это его смерть” (Доклад ФАО ООН).

Опустынивание – это одновременно социально–экономический и природный процесс, угрожает около 3,2 млрд га земель, на которых проживает более 700 млн человек (в Африке особенно опасно в зоне Сахеля: страны Сенегал, Нигерия, Буркина-Фасо, Мали, приводит к массовому голоду населения). Длительные засухи (изменяющиеся метеоусловия) тоже влияют на опустынивание. Интенсивная распашка, выпас скота, массовое выжигание сухой травы, снижение уровня грунтовых вод. На территории стран бывшего СССР опустыниванию подвержены Приаралье, Прибалхашье, Черные земли Калмыкии и Астраханской области – это зоны экологического бедствия. Вследствие опустынивания в Калмыкии площадь подвижных песков увеличилась за последние несколько лет на 50 тыс. га.

 

2.6.5. Отчуждение земель

Происходит при строительстве промышленных объектов, поселков, прокладке линейно-протяженных систем (дорог, трубопроводов, линий связи), открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Ежегодно в мире безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель при строительстве городов и дорог.

 

2.6.6. Воздействие на горные породы и массивы

 

Основные антропогенные воздействия на породы:

1. Статические – нагрузки от зданий и сооружений до 2 МПа и более вызывают зону активного изменения горных пород до глубины 70 – 100 м.

2. Динамические – вибрации, удары, толчки при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов.

Прочность рыхлых неуплотненных пород (пески, торф) заметно снижается, они уплотняются, структурные связи нарушаются, возможно образование оползней, отвалов, плывущих выбросов. Взрывы при строительстве дорог, гидротехнических плотин, добыча полезных ископаемых тоже могут вызывать оползни, обвалы.

3. Тепловые – повышение температуры пород при подземной газификации углей (1000 – 1600 °С), в основании доменных, мартеновских печей повышение до 40 – 50 °С.

4. Электрические – создаваемое искусственное электрическое поле (электрифицированный транспорт, ЛЭП) порождает блуждающие токи и поля, особенно в городах, изменяются электропроводность, электросопротивляемость пород.

Динамическое, тепловое и электрическое воздействие создает физическое загрязнение ОС.

При антропогенном воздействии для массивов горных пород характерно образование оползней, провалов и оседание земной поверхности, связанное с активизацией карста (образование подземных пустот из-за растворения водой горных пород – известняков, гипса, доломитов, каменной соли, особенно заметны карстовые процессы в Москве, Московской области), подтопление – любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин (менее 1-2 м от поверхности земли). Результат подтопления – неравномерный подъем зданий и сооружений, возрастание сейсмической активности на подтопленной территории, вторичное засоление почв. Причины – утечки воды из подземных водонесущих коммуникаций, засыпка естественных дренажей – оврагов, асфальтирование, застройка территории, полив улиц, фильтрации их водохранилищ, прудов-охладителей АЭС.

В России подтоплено свыше 700 городов и поселков (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Ростов-на-Дону, Волгоград, Новосибирск, Саратов).

 

2.6.7. Воздействие на недра

Недра – верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых.

Освоение недр вызывает:

- изменение рельефа местности;

- активизацию опасных геологических процессов (карст, оползни), оседание горных пород;

- изменение физических полей;

- химическое загрязнение почв;

- ухудшение качества подземных и поверхностных вод;

- снижение расходов малых рек, чрезмерное осушение болот;

- загрязнение атмосферного воздуха (газовые, нефтяные пожары, выбросы пыли при взрывах);

- вырождение растительности, гибель рыбы, нарушение растительного покрова.

 

 

2.6.8. Защита литосферы от антропогенного воздействия

 

Почвы защищают от водной и ветровой эрозии, организуют севообороты и системы обработки почв в целях повышения их плодородия, мелиоративные мероприятия (борьба с заболачиванием, засолением), проводят рекультивацию нарушенного почвенного покрова, применяют меры защиты от загрязнения, а животный и растительный мир от уничтожения, меры для предотвращения необоснованного изъятия земель из сельскохозяйственного оборота.

2.6.9. Рекультивация нарушенных почв

Рекультивация — комплекс работ, проводимых в целях восстановления нарушенных почв.

Негативные изменения состояния земель происходят в основном при откры­той разработке месторождений полезных ископаемых, а также в процессе строительства. Нарушенные земли теряют первона­чальную ценность и отрицательно влияют на окружающую при­родную среду.

Объектами рекультивации являются: карьерные выемки, терриконы, отвалы и другие карьерно-отвальные ком­плексы; земли, нарушенные при строительных работах; территории полигонов твердых отходов; земли, нарушенные в результате загрязнения их жидки­ми и газообразными отходами (нефтезагрязненные земли).

Рекультивация (восстановление) осуществляется последо­вательно, по этапам. Различают техническую, биологическую и строительную рекультивации.

Техническая рекультивация означает предварительную под­готовку нарушенных почв для различных видов исполь­зования. В состав работ входят: планировка поверхности, сня­тие, транспортировка и нанесение плодородных почв на рекуль­тивируемые земли, формирование откосов выемок, подготов­ка участков для освоения и т. п.

Биологическая рекультивация проводится после техниче­ской для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность на­рушенных земель, формируют зеленый ландшафт, создают ус­ловия для обитания животных, растений, микроорганизмов, ук­репляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и ветро­вой эрозии, создают сенокосно-пастбищные угодья и т. д.

Очень сложно рекультивировать нефтезагрязненные зем­ли, так как они имеют обедненную биоту и содержат канцеро­генные углеводороды типа бенз(а)пирена. Для этого необхо­димы рыхление и аэрация почвы, использование бактерий, деградирующих нефть, посев специально подобранных трав и др.

При необходимости выполняют также строительный этап рекультивации, в ходе которого на подготовленных террито­риях возводят здания, сооружения и другие объекты.

Работы по рекультивации нарушенных территорий обеспечиваются нормативно-инструктивными материалами и ГОСТами. Например, действует ГОСТ 17.5.3.04-83. «Охрана природы. Зем­ли. Общие требования к рекультивации земель».

Сегодня уже нельзя ограничиваться только восстановлени­ем нарушенного массива, плодородия земель, созданием рас­тительного покрова, а важно восстанавливать и все другие ком­поненты природной среды. Необходима рекультивация природной среды.

 

ªВопросы для самопроверки

1. Каковы экологические функции литосферы ?

2. Каковы причины деградации почв ?

3. Каковы результаты применения пестицидов в сельском хозяйстве ?

4. Какой экологический ущерб наносят ветровая и водная эрозии ?

5. Почему эрозию называют “недугом”, а опустынивание - “смертью” ландшафта?

6. Почему разработка недр оказывает негативное воздействие на окружающую среду ?

7. Перечислите виды физического загрязнения литосферы.

8. Как защищают почвы от эрозии и заболачивания, загрязнения и вторичного засоления ?

9. Каковы экологические принципы рационального использования недр ?

10. Что такое оползни, сели, карстовые массивы горных пород ?

11. Что такое рекультивация земель ?