Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Экология

ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ИНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАЛИТОСФЕРУ

В современном понимании биосферу можно представить как глобальное геологическое тело, играющее определенную роль в эволюции Земли, включающее совокупность всех живых организмов и органического вещества, а также область планеты, находящуюся во взаимодействии с живыми организмами или измененную ими.

По мере развития биосферы, увеличения видового разнообразия, усложнения строения организмов, их поведения, расширения жизненного пространства возрастают интенсивность и степень взаимодействия организмов с окружающей их средой, одним из наиболее важных компонентов которой является литосфера. Следовательно, растет и область планеты, находящаяся во взаимодействии с живыми организмами. Сдругой стороны, изменения, внесенные жизнью в окружающую среду, развиваются и после снятия непосредственного воздействия, вовлекаясь в геологические процессы более крупного масштаба. В качестве примера достаточно напомнить о процессе постепенного накопления мощных толш скелетов кораллов, раковин, панцирей ит. п., которые затем могут быть вовлечены в метаморфизм и образовывать мраморы, скарны. Так, равнинные области континентов, многие горные сооружения нашей планеты состоят преимущественно из метаморфизованных органогенных пород — преобразованных остатков организмов, живших многие сотни миллионов лет назад.

Биосфера, являясь результатом проявления комплекса процессов развития Земли, этапом ее планетарного развития, формирует широкий спектр экзогенных факторов геологических процессов, во многом определяя характер развития приповерхностных областей планеты. Ее влияние охватывает всю поверхность Земли, непрерывно, в течение большей части времени существования планеты и распространяется на значительную глубину, что обусловливает огромную значимость биосферы даже в процессах тектогенеза.

Интенсивное развитие техногенеза как процесса технической (геологической) деятельности человека повлекло за собой многократное усиление интенсивности и глубины взаимодействия человека с окружающей средой за счет возрастания потребностей и привлечения для удовлетворения их различных технических средств. В совокупности с «демографическим взрывом» и локализацией областей взаимодействия это привело к тому, что роль человека в эволюции планеты вышла за рамки роли биологического вида.

В настоящее время плоды деятельности человека становятся не только одним из ведущих геологических факторов по своим масштабам, ной качественно отличаются от всехдоантропогенных видов экзогенного воздействия на Землю. Сюда можно отнести такие крупномасштабные и специфические виды геологической деятельности человека, как строительство, сельское хозяйство, синтез новых химических соединений, концентрация естественных и техногенных веществ, перемещение и реструктуризация горных пород, изменение рельефа, разрушение и преобразование геологических тел, перераспределение напряжения в верхних областях земной коры (даже до глубины в первые десятки километров); мощное динамическое и сейсмическое воздействие (сопоставимое по мощности с извержением не очень крупного вулкана) и т. д.

Другое важное свойство техногенеза — его интенсивное развитие, по темпам значительно превышающее скорость изменения естественных условий на Земле, т. е. структура планеты не успевает преобразоваться, чтобы включить в свои циклы и сбалансировать техногенные геологические процессы (здесь под геологическими процессами будем понимать физические и химические процессы как составляющие того или иного уровня процесса эволюции Земли).

С другой стороны, быстрое техногенное непропорциональное изменение отдельных компонентов системы, подобно изменению всего рисунка в калейдоскопе при его малейшем повороте, приводит к деформации всего комплекса природных процессов, направленной на уравновешивание изменений. Это уравновешивание часто сопровождается неожиданными и нежелательными процессами или возникновением условий (т. е. новой структуры системы), неблагоприятных для человека.

Таким образом, геологическая роль человека характеризуется интенсивностью и глубиной воздействия, проникающего на десятки километров в недра Земли и влияющего даже на ход эндогенных процессов столь глубоких уровней, что реакция системы может длиться десятки и сотни лет. В целом по отношению ко всей истории планеты, к истории биосферы человечество — довольно молодое образование. Активное развитие техногенеза фактически началось на рубеже XIX— XX ни. Учитывая масштабность, глубину и сверхинтенсивное по отношению к времени существования планеты нарастание техногенного воздействия, можно утверждать, что результаты техногенеза еще в общем-то не проявились. Нынешние проявления реакции Земли на действия человека только лишь первые провозвестники грядущих геологических потрясений — перестройки структуры планеты, направленной на уравновешивание нового фактора, образовавшегося за счет техногенеза (табл. 27, 28).

Таким образом, человек, являясь закономерным этапом развития биосферы, а значит, и планеты в целом, взаимодействуете ней как непосредственно через основу своей жизнедеятельности — литосферу, так и через факторы ее развития, т. е. через компоненты природной среды: атмосферу, гидросферу, биосферу.

Этот подход, впервые обозначенный еще в 40-е гг. XX в. К. Троллеи, в виде геоэкологии или экологии ландшафтов в аналитическом современном виде сформулирован акад. В. И. Осиповым в 1993 г.

При рассмотрении взаимоотношений человека с литосферой их область распространяется исключительно в границах геологической среды.

Рост технических возможностей увеличивает границы проникновения человека в геологическую среду, например нефть в промышленных целях добывается с глубин в несколько километров. Ярким примером техногенного воздействия на эндогенный геодинамиче-ский комплекс могут служить проявления наведенной сейсмики — увеличение сейсмической активности некоторых областей планеты вследствие разрядки тектонических напряжений, спровоцированной техногенным перераспределением внутренних напряжений земной коры, вызванным заполнением крупных водохранилищ, динамическим воздействием мощных взрывов, перемещением больших масс горных пород, извлечением полезных ископаемых и рядом других.

Другим аспектом расширения границ геологической среды является интенсифицирующееся производство устойчивых в земной коре веществ, требующих для своего рассеяния и разложения длительного (даже в геологическом масштабе) времени и вовлечения в этот процесс глубоких структурных уровней планеты.

Масштаб проявления опасных геологических процессов на урбанизированных территориях России в конце XX в. (А.Л. Рагозин, 2001, с изменениями автора, 2001)

Экономический район, урбанизированная территория

Степень пораженное™ опасным процессом, %

Подтоплен не

Оползни

Карст

Геокр ^логические

процессы

1989 г.

1998 г.

Относительное увеличение плошали за 10 лет,%

Северный

14

16

14

21

5

4

Северо-Западный, в том числе

28

33

18

1

16

Санкт- Петербургская

29

34

17

15

Центральный, атом числе

13

23

77

6

20

Московская

12

22

83

3

23

Тульская

36

40

11

10

24

Волго-Вятский, в том числе

23

27

17

9

14

Кировская

8

9

13

9

8

Нижегородская

32

37

13

8

26

Центр-Черноземный, в том числе

10

12

20

9

25

Воронежская

8

9

13

9

17

Поволжский, в том числе

20

26

30

6

20

Казанская

18

21

17

8

44

Волгоградская

21

24

14

2

3

Северо-Кавказский, в том числе

12

17

33

4

4

Краснодарская

19

22

16

4

5

Ростовская

8

14

75

3

2

Уральский, в том числе

13

15

15

5

16

Пермская

28

29

33

5

20

Свердловская

4

4

5

6

12

Западно-Сибирский

22

25

14

3

1

<1

Новосибирская

19

34

79

3

1

Тюменская

9

20

11

8

2

-—

Восточно-Сибирский, В том числе

5

6

20

5

10

26

Красноярская

7

8

14

6

12

21

Иркутская

6

7

17

5

10

43

Дальневосточный, в том числе

7

8

14

4

2

10

Владивостокская

7

8

14

5

4

1

Хабаровская

8

12

50

4

44

Всего:

15

20

35

5

13

2

Сравнительная характеристика риска от наиболее распространенных опасных природных и техноприродных процессов на территории России

(АЛ. Рагозин, 2001)

Процессы

Риск на освоенных территориях

Место по степени риска

социа

льный,

чел/год

индивидуальный, л »10*

чел/<чел гол)

экономический, млрд руб./год

удельный экономический, руб/(га гол)

индивиду

ального

экономи

ческого

Геологические:

ОПОЛЗНИ,

обвалы

10-30

2

1,5-2

3384

4

2

сели

2-5

1,8

0,001

4,2

5

17

лавины

10-20

11

0,01

34,2

2

14

карст

0,5-1

661

9

6

суффозия

0,5

266

9

Просадки

лёссовых

0,4

246

11

пород

Эрозия

речная

2

<100

13

Эрозия

плоскостная

4-4,5

356

7

Эрозия

овражная

5—Ш

1,0

2-2,5

1800

8

3

Переработка берегов морей и водохранилищ

2,5-3,0

279

8

Подтопление

территорий

0,3-0,5

0,91

18

Пучение

О о

26,8

15

Термокарст,

термоэроэия,

солифлюкция

0,03

0,07

20

Землетрясения

200

8.2

1-1,5

950

3

4

Гидрологи ческие:

цунами

1-2

0,03

238

6

12

наводне

ния

20-50

16

3-4

3529

1

1

Процессы

Риск на освоенных территориях

Место по степени риска

социа

льный

чел/год

индивидуальный, л ІСҐ

чел/(чел год)

эконо

мический,

млрд

руб/год

уделвнеэкономический, руб/(га год)

индивидуа

льного

экономи

ческого

над еде -образование

гм

г*

о

о

263,1

10

Метеороло

гические;

засухи

0,1-0,3

699

5

ураганы,

смерчи

10-20

1,1

0,6

23

7

16

сильнейшие морозы,

метели

10-40

0,16

1-2

0,9

10

19

Итого

(средние

значения):

264

1,8

20-24

11,7-14,1

Как и любой компонент биосферы, человек забирает из литосферы определенные вещества, преобразует их и возвращает в литосферу с измененным составом, концентрацией и местоположением. В соответствии с этим могут быть выделены воздействия на человека со стороны литосферы и воздействия со стороны человека на литосферу. Первые формируют минерально-сырьевую базу человека, условия его жизни и деятельности или инженерно-геологические условия, а также условия развития взаимосвязанных компонентов — атмосферы, гидросферы, биосферы как составляющих окружающей человека среды, участвующих в формировании и регенерации ее свойств. Сюда следует отнести как благоприятные с точки зрения человека условия, так и неблагоприятные, сложные для того или иного вида освоения либо для жизни человека, включая проявления опасных и катастрофических геологических процессов.

С общеэкологических позиций представляется необходимым рассмотреть воздействия на литосферу (геологическую среду) со стороны человека и ее ответной реакции.

Техногенные воздействия на литосферу можно характеризовать, используя терминологию инженерной геологии и геоэкологии.

Техногенное воздействие в данном случае представляет собой изменение структуры геодинамического комплекса — его компонентов или взаимосвязей между ними. Это может быть изменение каких-либо факторов геологических процессов или условий их протекания,

например изменение крутизны склона, нарушение почвенно-растительного покрова, изменение состава и сложения массивов горных пород и т. д. Источник воздействия — любой вид инженерной или хозяйственной деятельности человека. Здесь следует отметить, что, несмотря на то что отдельные виды или источники воздействия, например автодорога, здание, плотина, промышленное предприятие и т. д., действуют раздельно, геологическая среда испытывает комплексное воздействие от всех источников, сосредоточенных на данных территориях.

Это обусловлено тем, что один вид хозяйственного освоения территории влечет за собой целый ряд сопутствующих — создание необходимой инфраструктуры. Например, сооружение промышленного предприятия сопровождается созданием сети дорог, трубопроводов и других коммуникаций, автотранспортных предприятий, жилых поселков, объектов хозяйственно-бытового назначения и т. п. Помимо непосредственного влияния они обусловливают и развитие своеобразных воздействий, таких, как «вытаптывание» прилегающих территорий, твердые бытовые отходы, промышленные отходы, сведение растительности и почвенного слоя; с другой стороны, этот результат совместного воздействия нескольких источников может значительно превышать сумму результатов их одиночных проявлений (в биологии и медицине это отражается понятием синергизма, в системном анализе — как эмерджентность).

По данным экспедиции Международного независимого эколого-политологического университета (1966), в Восточных Хибинах в результате процессов на сформированной подработанной территории возникли глубокие просадки над подземными горными выработками. Вследствие этого началось образование техногенного селевого очага. Вначале обнажившиеся после просадок коренные породы подверглись активному выветриванию и создали «запасы» большого количества мелкообломочного материала в верхних частях склонов. Эти продукты выветривания и собственно выветрелые породы «поступили» в распоряжение таких геологических процессов, как суффозия и эрозия, которые постепенно выполаживают склоны. В результате совместного действия этих двух факторов формируются условия для аккумулирования обломочного материала и образования «маршрута» для его перемещения вниз по склону. Создается предпосылка к снегокаменным селям — быстрому движению вниз по склону большой массы переувлажненного мелкообломочного материала, перемешанного со снегом. Проявление эмерджент-ности в развитии ландшафта приводит здесь к изменению характера его развития с относительно спокойного на бурный, связанный с катастрофическими процессами, приводящими к значительно более быстрому разрушению склона.

Р1нтенсивность воздействия зависит от его источника и может изменяться в ощутимых пределах от незначительных, следы которых бесследно исчезают в течение нескольких дней или даже часов, до глобальных, пронизывающих всю планету. Примером последних могут служить мощные ядерные взрывы, вызывающие колебания горных пород (сейсмические волны), несколько раз проходящие сквозь всю Землю и отражающиеся от ее внутренних сфер. Сила таких воздействий сопоставима даже с некоторыми эндогенными процессами, такими, как извержения вулканов и землетрясения. Так, взрыв наиболее мощного термоядерного устройства соответствовал приблизительно 50 мегатоннам тротилового эквивалента. Это «удельная» или «мгновенная» мощность «посредственного» вулкана, т. е. мощность этого вулканического взрыва, если принять все вулканические извержения как серию такого рода взрывов. В целом это очень похоже, например, на извержение вулкана Исалько в Центральной Америке, действующего с 1770 г. Для сравнения: при извержении вулкана Кракатау (в 1В83 г.) в Зондском проливе выброс пепла достиг высоты 80 км, а звук взрыва был слышен на расстоянии 5000 км; образовавшиеся же волны цунами имели высоту до 30 м. В истории Земли были столкновения с космическими телами, оставившие кратеры-воронки диаметром в десятки километров.

Реакция геологической среды — процесс возвращения техногенно измененной структуры геодинамического комплекса в равновесное состояние. При этом в случае относительно слабых воздействий, структура геодинамического комплекса может вернуться в исходное состояние подобно тому, как исчезает в прибое след, оставленный в мокром песке. Такое воздействие можно считать обратимым.

Для уравновешивания более значительных техногенных нарушений геодинамический комплекс вынужден изменить свою структуру на большую или меньшую глубину. В этом случае формируется новый природно-техногенный или техногенно измененный геодинамический комплекс. Это необратимый процесс или необратимое воздействие, подтверждением которого могут служить, например, широко распространенные процессы термоэрозии, которые обычно развиваются до тех пор, пока не охватят те структурные уровни массива выветривающихся вечномерзлых пород, в пределах которых произведенные изменения могут быть уравновешены.

Строго говоря, обратимость изменения структуры системы — понятие относительное. Обратимо или необратимо изменение, зависит от структурного уровня, с позиций которого производится рассмотрение. Так, естественное или техногенное понижение рельефа со временем заполняется сносимым в него рыхлым материалом. При этом рельеф может полностью восстановиться, так что на уровне ландшафта это изменение можно считать обратимым. Если же рассмотрим реакцию геологической среды в этом примере с позиций более

низкого уровня — взаимного расположения частиц породы или ее текстуры, то увидим, что после заполнения понижения полностью изменяется первоначальное сложение частиц: исчезают слоистость и другие признаки сортировки материала, нарушаются структурные связи между частицами породы. Текстурные изменения, как известно, служат причиной изменения свойств рыхлых отложений, в частности таких важных для строительной практики и естественной устойчивости склонов, как прочность, деформируемость, просадоч-ность и др. Очевидно, что эти изменения необратимы и они, несмотря на локальность проявления, вызывают сложности при строительном использовании грунтов вследствие того, что, во-первых, они носят скрытый характер и трудно различимы с поверхности, а во-вторых, при опирании сооружения на неоднородное основание возможно его деформирование вплоть до разрушения.

Однако при дальнейшем развитии ландшафта или геодинамиче-ского комплекса все рыхлые отложения могут подвергнуться транспортировке речными потоками или другими процессами, что может уничтожить техногенные изменения в массиве. Таким образом, оценка обратимости воздействия зависит и от продолжительности временного интервала, на протяжении которого происходит рассмотрение реакции геологической среды.

Область приложения воздействия — воздействие может быть оказано на один или несколько факторов развития геодинамического комплекса на территории, охватывающей большее или меньшее количество его компонентов — геологических процессов. Воздействия могут быть подразделены на прямые, происходящие непосредственно между человеком и компонентом литосферы, и косвенные, осуществляющиеся через компоненты гидросферы, атмосферы и биосферы.

По масштабу воздействия могут иметь локальный, региональный и глобальный уровни. Эта градация условна, выделяемые уровни не имеют абсолютно четких границ, но отражают результаты и время развития реакции на него. Очевидна прямая зависимость масштаба воздействия, глубины его проникновения в структурные уровни планеты, а следовательно, времени и масштабы реакции. Примером глобальных воздействий может служить потепление климата планеты, обусловливающее изменение экзогенных факторов геологических процессов, а следовательно, и структуры всего экзогенного геодинамического комплекса — механизма развития приповерхностных зон планеты. Локальные и региональные воздействия охватывают большие или меньшие области Земли, но не имеют заметного проявления в масштабе всей планеты. Экспедиция МНЭПУ (в 1996 г) приводит следующие примеры: следы уничтожения растительности даже на небольших территориях в условиях весьма ранимых зон Приполярного Урала, например (при рубках узких просек для геодезических работ и

др.), могут «зарасти» и исчезнуть бесследно только за несколько лет или по крайней мере за пару десятилетий. В этом случае, как это случилось п Национальном парке «Югьщ ва» в Приполярном Урале, уничтожение растительности на значительных площадях при разработке прирусловых россыпных месторождений золота активизирует самосдерживаюшиеся разрушительные в целом геологические процессы изменений в развитии геодинамического комплекса — это процессы курумообразования, термоэрозии, суффозии, солифлкж-ции. В этом случае в результате перестройки структуры геодннамиче-ской системы может начаться устойчивая деградация существующего природного комплекса, охватывающая значительные площади и приводящая к формированию нового (вторичного) ландшафта. Процесс стабилизации воздействия может затянуться на сотни и даже тысячи лет. В целом же на описываемой территории на обширных полигонах не только уничтожен почвенный субстрат, но и созданы условия для его восстановления за счет сноса из вышележащих по течению рек мелкозема и органики. Это все ведет к дальнейшему самопроизвольному расширению нарушенных площадей, т. е. к устойчивой деградации всего природного комплекса и формированию «промышленной пустыни» или «лунного пейзажа» за счет беспорядочной эксплуатации инфраструктуры приисков — дорогами, поселками, вырубками и базами. Реакция геологической среды распространяется здесь далеко за пределы полигонов: вымываемый в русло рек мелкозем (отходы при промывке золота) формирует донные отложения, которые перекрывают кладки икры ценных промысловых рыб. В результате нарушается их репродукция, что уже является экологическим и экономическим фактором в масштабах Печорского региона (рис. 120—123).

Время приложения воздействия характеризует продолжительность его влияния. Можно выделить кратковременные воздействия, не превышающие нескольких лет, длительные, сопоставимые с временем жизни человека и сроком реального планирования и эксплуатации тех или иных хозяйственных проектов, а также стабильные, которые в прогнозируемом отрезке будущего времени могут быть приняты как постоянные. Это также достаточно условные градации и отражают масштабность, время проявления и глубину развития реакции на него. Примером кратковременных воздействий могут служить геологические изыскательские и поисковые работы, сейсморазведочные взрывы, разработка карьеров местных строительных материалов, обычно после завершения этих работ, длящихся от нескольких месяцев до нескольких лет (2—3 года), т. е. после снятия воздействия. Конечно, при учете интенсивности, масштаба и обратимости реакции геологической среды возможно восстановление исходных условий или изменение структуры геодинамического комплекса.

Рис. 120. Начало деградации лесотундры

Эти воздействия носят характер периодических и непериодических (однократных). Период также имеет значение, если период короткий, то реакция среды на них не успевает достичь полной стабилизации до следующего воздействия. Длиннопериодные воздействия характеризуются тем, что реакция среды на них достигает полной стабилизации до появления следующего цикла. Примером длительного воздействия может служить разработка месторождений полезных ископаемых, причем принципиально безразлично, что подлежит добыче, более важным является объем месторождения. Однако как бы ни были велики запасы полез-

Р и с. 123. Полная деградация лесотундры НОГО ископаемого, ОНИ через

несколько, пусть даже десятков,

лет заканчиваются, и воздействие снимается. Как правило, вокруг месторождений, особенно крупных, создается хорошо развитая инфраструктура и обычно промышленность бывшего рудника или карьера переориентируется и воздействие возобновляется, но уже в измененном виде. Новое воздействие оказывается уже на измененный природно-техногенный геодинамический комплекс, который может быть в стабилизированном или еще в неустановившемся состоянии.

Примером, наиболее ярко показывающим постоянные воздействия, является градостроительство, которое обычно прогнозируется как непрекращающееся. Развитие городов происходит разными темпами и во многом обусловлено социально-экономическими причинами, хотя географические и климатические факторы имеют серьезное значение. Некоторые города существуют на протяжении многих веков, а отдельные из них вырастают до огромных размеров, превращаясь в мегаполисы. Надо отметить, что наряду с колоссальным ростом численности населения Земли тенденция к повсеместной урбанизации представляет собой факторы, существенно усугубляющие развитие глобального экологического кризиса. Россия является высокоурбанизированной страной — примерно до 70 % нашего населения живет в городах (это примерно соответствует значениям по

всему миру). Характерная черта воздействия градостроительства — постоянный рост всех рассмотренных параметров: интенсивности, области и времени приложения воздействия. Возрастает и область проявления реакции геологической среды, причем глубина изменения последней такова, что в сформированном природно-техногенном геодинамическом комплексе преобладает уже техногенная составляющая. Многие города, особенно крупные, такие, как Москва, и их центральные так называемые исторические центры (ядра) построены на техногенных (искусственных) грунтах, натак называемых культурных слоях, обладающих по сравнению с естественными рядом специфических свойств, таких, как значительная, резко изменчивая неоднородность состава и свойств в плане и в разрезе, значительная изменчивость свойств во времени, активные геохимические процессы и т. п.

Гидрогеологические условия (динамика, химический состав, температура) в городских условиях существенно изменены вследствие откачек водозаборами, дренирования и водопонижения вокруг подземных сооружений (метрополитенов, подземных гаражей, шахт ит. п.); подтопления за счет водопотерь из водонесущих коммуникаций (подтоплено до 70 % городов России); уменьшения областей питания за счет «закрытия» земной поверхности мостовыми, зданиями, другими инженерными объектами; изменения химического состава в результате питания дождевыми и талыми снеговыми водами, «промывающими» свалки, склады, дороги и прочие промышленные и хозяйственные объекты, поверхностными водами, загрязненными промышленными и бытовыми сбросами и загрязненными дождевыми и талыми снеговыми водами; утечками из городских коммуникаций, а также под действием ряда других факторов. Это влечет за собой активизацию ряда специфических процессов, таких, как развитие карстово-суффозионных воронок, оврагообразование, оползневые процессы и некоторые другие, к сожалению, как правило, усложняющие инженерно-геологические условия и влекущие деградацию всех компонентов природной среды.

Таким образом, развитие мегаполисов и сопутствующих им промышленных комплексов определяет необходимость создания человеком искусственной среды жизнеобитания, которая развивается под влиянием техногенеза [67].

Деградация почв. В тесной, точнее, непосредственной связи и взаимодействии с приповерхностной частью литосферы находятся почвы. Значимость почв в функционировании экосистем нами была описана выше.

Экологические функции почвы весьма изменчивы, а в целом они обладают высокой степенью динамичности свойств и состава, что делает эту важнейшую для биосферных процессов субстанцию чрезвы-

чайно чувствительной (сенсибильной) к влиянию хозяйственной деятельности человека. Изменения могут быть как позитивными, так и негативными вплоть до полной утраты тех или иных функций при деградации почв или полного ее уничтожения. Деградация почв в об-щем-то всегда сопровождала сельскохозяйственную деятельность человека, иными словами, «благодатное возделывание почвы всегда разрушало эту данную природой благодать». Еше больший вред почвам наносила индустриальная деятельность человека, которая почти всегда просто-напросто уничтожала почвы. Общая площадь разрушенных и деградированных за всю историю человечества почв составляет 20 млн км2, что значительно превышает всю пахотную площадь современного мира — 15 млн км2 (Б.Г. Розанов, 1977). Деградация почв проявляется в разных формах. По данным глобального экофорума в Рио-де-Жанейро (1992), распределение площадей деградированных почв (%) следующее: крайняя степень деградации — 1, сильная —15; умеренная —46; легкая — 38. Соотношение наиболее распространенных нидов деградации почв (%) выглядит следующим образом: водная эрозия — 56; ветровая эрозия — 28; химическая деградация — 12; физическая деградация — 1.

Эрозия почв обычно определяется как разрушение почв временными водными потоками и ветром, т. е. собственно водная и ветровая (дефляция) эрозия. Различают три вида водной эрозии: дождевая, эрозия при снеготаянии и ирригационная (возникающая при поливе) (табл. 29, 30).

Таблица 29

Оценка эрозии верхнего слоя почвы на пахотных землях отдельных стран и всего мира (Л. Браун и дрм 1989; с дополнениями автора, 2001)

Страна

Ойшая плошаль пахотных земель, млн акров

Невосполнимые потери почвы, млн т

США

440

1 600

Бывший СССР

601

2 700

Индия

370

4 800

Китай

260

3 500

Итого:

1672

12 600

Остатьные страны мира

1605

11 800

Всего:

3278

24 400

Эрозия почв при снеготаянии отличается небольшой интенсивностью, но значительной продолжительностью — потери почвы при снеготаянии обычно не превышают с 1 га нескольких тонн.

Продолжительность дождевой эрозии невелика (минуты или часы), но интенсивность выше — количество смываемой почвы достигает десятков тонн с гектара.

Таблица 30

Расчетный смыв на пахотных землях, подверженных эрозии, т/га

(с дополнениями автора, 2000)

1-—— --------—"

Регион

Смыв на пашне

Решай

Смыв

Н2 пашне

Мурманская область

2,7

Краснодарский край

6,4

Архангельская область

4.8

Ростовская область

10,1

Карелия

2,9

Самарская область

3,1

Республика Коми

7,1

Волгоградская область

2,4

Псковская область

6,0

Астраханская область

0,8

Московская область

7,8

Калмыкия

2,9

Ставрополье

11,1

Оренбургская область

10,3

Воронежская область

9,0

Республика Алтай

2,1

Ирригационная эрозия изменяет свою «агрессивность» в зависимости от способа полива: наибольший смыв происходит при поливе по бороздам; меньший — при поливе по полосам; при дождевании эрозия возникает очень редко: только при авариях, а при капельном орошении водная эрозия почв не проявляется никогда.

Ветровая эрозия (дефляция) бывает повседневной и в виде пыльных бурь. Повседневная эрозия вызывается постоянными^не очень сильными ветрами и поэтому пространственно ограничена. Практически все пахотные почвы подвержены этой эрозии. К сожалению, классическим примером стала эрозия распаханных почв целинных и залежных земель в Северном Казахстане в середине 50-х гг. XX в., когда было разрушено несколько сотен тысяч гектар плодородных земель. Пыльные бури возникают при больших скоростях ветра, который поднимает почвенные частицы на высоту нескольких сотен метров и переносит их на значительные расстояния (до сотен и тысяч километров).

Ускоренная эрозия, когда процесс почвообразования запаздывает по отношению к эрозии, почти всегда сопровождает хозяйственную деятельность человека и не обязательно она связана с агрономическими работами, чаще это происходит при строительных, планировочных и горнодобывающих процессах.

Эрозия почв имеет серьезное негативное влияние не только на экономические параметры, но и на экологическую составляющую: снижение плодородия почв влечет за собой уничтожение развития растительности и последующих трофических уровней; сносимая поч-

ва заиливает водоемы, создает запыленность воздуха; утяжеляет поверхностный сток — это не что иное, как потерянная влага, которая не впиталась в почву и не будет использована растениями. С усиленным поверхностным стоком с полей выносятся удобрения и пестициды, что активно загрязняет природные воды.

Физическая деградация почв выражается прежде всего в ее активном переувлажнении, в разрушении макроструктуры. Возникает она при пастбищном скотоводстве и использовании при пахоте тяжелой техники, но еще более активна при строительных работах и не столько под самими будущими сооружениями, сколько под строительной инфраструктурой: дорогами, бытовками, складами материалов и конструкций и т. д.

Процесс дегумификации почв — потери почвами гумуса за счет его некомпенсируемой минерализации, удаления гумусированного слоя или его части эрозионными процессами — известен весьма давно, но значимость его начала оцениваться лишь в последнее время. В целом дегумификация связана с изменением биогеохимического цикла углерода за счет уничтожения естественной растительности на пахотных землях, застраиваемых территориях или других отчуждаемых участках земли при их хозяйственном освоении. Обычно в течение первых лет после распашки запас гумуса в почве снижается на 25 — 50 % от исходного. Однако следует сказать, что в условиях научно обоснованной агротехники возможно даже увеличение плодородия почв, но количественно таких земель достаточно мало.

Специально проведенные исследования показали, что в почвах черноземной зоны России запасы гумуса за 100 лет уменьшились в среднем на 25—30 %. Ориентировочно потери гумуса на пашнях колеблются в пределах от 1,5 до 8 т/га в год.

Потеря гумуса обусловливает снижение водо- и воздухоемкости, ухудшение структуры почв, снижение запаса биогенов. Дегумификация почв, минерализация гумуса играют значительную роль в повышении концентрации диоксида углерода в атмосфере. Вероятная прибавка запасов диоксида углерода в атмосфере за счет дегумификации почв составляет 1000 млрд т, что является весьма существенным для формирования «парникового эффекта».

Потеря органического вещества происходит и при мелиорации торфяных почв и в ежегодном выражении это составляет 6 — 7 т/га с пашни и 36 т/га — с лугов и пастбищ.

Орошение почв является мощным фактором воздействия на природные экосистемы. При достаточно ясных положительных результатах возникает ряд негативных экологических последствий:

• вторичное засоление почв, приводящее к снижению продуктивности земель либо к полной ее потере (ежегодно в мире теряются СОТ-

ни тысяч гектар за счет бездренажною орошения, фильтрационных потерь из каналов, повышенной минерализации поливной воды);

• осолонцевание (проявление солонцовых свойств) и солитиза-ция почв;

• образование растущих соляных водоемов в местах сброса дренажно-коллекторных вод;

• резкое ухудшение качества речных вод в результате сброса в них дренажно-коллекторных вод;

• засоление и деградация ландшафтов в низовьях рек вследствие большого водозабора в верховьях;

• загрязнение поверхностных и подземных вод избытком солей, минеральных удобрений (в том числе нитратами), пестицидов, ядохимикатов;

• дефицит водоснабжения, особенно питьевого, на больших территориях;

• загрязнение токсикантами местообитаний дикой фауны, особенно перелетных водоплавающих птиц, ведущее к исчезновению видов;

• распространение болезней среди населения, как живущего непосредственно среди орошаемых территорий, так и в местах сброса дренажного стока;

• загрязнение нитратами сельскохозяйственной продукции вследствие усиленного применения азотных удобрений на орошаемых полях;

• необратимые гидрологические и гидрогеологические изменения, в частности исчерпание подземных водных ресурсов, местами сопровождающееся просадочными явлениями в грунтах;

• формирование неблагоприятных социально-экономических последствий.

Даже при орошении доброкачественными водами деградирует структура черноземов, образуется слитность почвенной массы, выносится кальций, уменьшается количество гумуса и изменяется его состав, снижается воздухо- и водопроницаемость почв.

Промышленная эрозия почв в наибольшей степени проявляется в местах добычи полезных ископаемых и при строительстве. Добыча полезных ископаемых открытым способом, проходка строительных котлованов, траншей для коммуникаций, дорожное строительство приводят не только к нарушению почвенного покрова, но и разрушают ландшафт в целом. При этом происходит перемещение, захоронение, уничтожение, загрязнение почв, нарушение гидрологического, гидрогеологического и гидрохимического режима, что влечет за собой изменение или разрушение биохимических циклов.

Главными источниками химического загрязнения почв служат отходы сельскохозяметенного производства и переработки сельскохозяйственной продукции; отходы животноводства, особенно стойлового содержания животных; минеральные удобрения; отходы и продукты предприятий добычи и переработки нефти и газа; атмосферные выпадения в районах действия промышленных предприятий (особенно химических, металлургических, микробиологических) и добычи полезных ископаемых, а также выбросы тепловых электростанций (в том числе кислотные выпадения); выбросы автотранспорта; химические вещества; твердые бытовые отходы; сточные воды; детергенты и химические удобрения.

По данным А.Н. Тетиора (1992), до 4—5 тыс. т ртути попадает в почву с пестицидами и промышленными отходами. Из каждой тонны добытого свинца примерно 25 кг попадает в почву. Вблизи автодорог на расстоянии до 200 м содержание свинца в 30 раз превышает ПДК. На перекрестках улиц содержание свинца в 300 раз больше фонового.

Промышленные предприятия за счет нахождения своих отходов в хвостохранилишах, шламохранилищах и накопителях жидких технологических стоков «поставляют» в почву цианиды, арсениды, фенолы, бензолы.

Аккумуляции поступающих в почву химических загрязнителей способствуют особенности гранулометрического состава почв, высокое содержание гумуса и карбонатов, нейтральность по pH, высокие емкости катионного обмена, склонность к хемосорбции ионов.

Выделяют две группы техногенных загрязнителей почв:

• педохимически активные техногенные вещества, способные влиять на кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия в почвах. К ним относятся минеральные кислоты, щелочи, карбонаты, сероводород, метан;

• биохимически активные техногенные вещества, действующие непосредственно на живые организмы; токсические микроэлементы, пестициды и др.

Воздействие последних зависит от их доступности растениям и подвижности в почвах. Значительный вред почвам наносят кислотные осадки (выпадения), нерациональные поливы и сточные воды.

Одной из форм химического загрязнения почв является аккумуляция в них тяжелых металлов, поступающих с промышленными и транспортными выбросами. Набор этих элементов весьма велик: наиболее же распространенными являются ртуть, свинец, кадмий, медь, никель и др. Металлы-токе и канты, поступая в почву, вступают в различные химические реакции, сорбируются органическим веществом, глинистыми минералами. Из почвы они поступают в грунтовые воды, поглощаются растениями и начинают движение по трофическим цепям со всеми вытекающими из этого последствиями.

При добыче нефти и газа помимо механического нарушения почв последние загрязняются сырой нефтью, «пластовыми водами», поступающими из скважин. В качестве загрязнителей выступают также применяемые в нефтедобыче буровые растворы и химические реагенты. При разработке газовых месторождений газовые потоки меняют состав почвенного воздуха и стимулируют эмиссию газообразных углеводородов в атмосферу. Весьма распространенным является нефтехимическое загрязнение почв на автозаправочных станциях, базах горючесмазочных материалов, при транспортировке и особенно авариях с разливом нефтепродуктов. Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами ухудшает их физические свойства, ингибирует биологическую активность, обусловливает накопление в почве токсичных, в том числе канцерогенных, соединений.

В загрязнении почв и природных вод существенную роль играют минеральные удобрения. На полях при существующих агротехнологиях теряется от 30 до 50 % вносимых минеральных удобрений. Выносимые с внутрипочвенными водами и поверхностным стоком нитраты загрязняют водные соединения азота, способствуют развитию «парникового эффекта» и создают угрозу озоновому экрану. Снос с полей фосфорных удобрений являются главной причиной загрязнения водоемов фосфатами, вызывая эвтрофикацию озер, рек, водохранилищ (рис. 124, 125).

Среди загрязнителей, которые воздействуют на почвы и образуются при строительных процессах, в первую очередь следует выделить сыпучие строительные материалы. Эти материалы, будучи складированными в открытом виде на стройплощадках, на пунктах перегрузки и при транспортировке, подвергаются ветровому выдуванию и разносу, а также действию атмосферных осадков. Под влиянием этих транспортирующих факторов они перемещаются на поверхность почвы и в зависимости от своего состава могут оказать значительное отрицательное влияние на структуру, состав и свойства почв. Самое негативное воздействие имеют строительные вяжущие вещества: цемент, известь, строительный гипс, крошка асбеста и др. Но самое значительное количество выбросов цементной и другой «строительной» пыли образуется при производстве цемента, достаточно упомянуть такие города, как Новороссийск, Вольск и др. В определенной степени к числу загрязнителей почв можно отнести и строительный мусор, который в существенных объемах образуется при строительных работах и обычно просто разбрасывается по ближайшей территории, либо в лучшем случае закапывается вблизи стройплощадки. Еще большее количество строительных отходов образуется при разборке старых строений, ремонте и реконструкции зданий и сооружений. До последнего времени должного внимания загрязнению почв строительными отходами не уделялось. Особое

Нидерланды

Франция

Дания

Болгария

Вышний СССР

(—] 2

ГГГГТ

Ч.;>. -

США

О

Рис. 124. Структура применения отдельных типов минеральных удобрений на 1 га

пашни в некоторых странах (%):

1 — азотные; 2 — фосфорные; 3 — калийные; в центре — общее количество

внимание следует обратить на загрязнение почв вынутым из котлованов грунтом при его временном складировании близ стройплощадки или при перемещении в другие полезные насыпи. Как правило, специального контроля за экологическим состоянием грунтов при их укладке в насыпи не производится, что при использовании загрязненных грунтов может привести к образованию новых зон экологического загрязнения.

Одним из самых серьезных загрязнителей почв в последнее время являются отходы производства и потребления. Их колоссальные объемы, которые только на весьма малую часть утилизируются, да и во многом не полностью, скапливаются как на организованных полигонах хранения, так и на «полуночных» свалках. Твердые бытовые отходы, не говоря уже о токсичных, да и нетоксичных промышленных отходах, подвергаются выдуванию, промачиванию атмосферными осадками на пунктах первичного сбора, сортировки, при транспортировке и захоронении. Образовавшиеся загрязненные фильтраты в

Рис. 125. Негативные последствия недостаточного или избыточного внесения азотных удобрений в почвы (В, Шуман, с дополнениями автора, 2000)

первую очередь попадают на почвенный покров и далее с водой в рас-тения и следующие трофические уровни. При мусоросжигании, к сожалению, в рамках действующих технологий выбрасывается в атмосферу ряд химических соединений, из которых такие, как диоксины, весьма опасны. Эти выбросы выпадают на почвы вместе с атмосферными осадками со всеми вытекающими последствиями.

При рассмотрении негативных воздействий на почвы и их загрязнение нельзя обойти вниманием факт интенсивного засоления почв в рамках городских территорий при решении проблем снегоудаления с транспортных и пешеходных магистралей. Естественно, эта проблема касается только крупных городов, расположенных в гео:ра-фо-климатических зонах, где достаточно велики снежные осадки и существен период времени года с отрицательными температурами. Применение различных хлорсодержащих реагентов «а priori» имеет отрицательный экологический эффект, который прежде всего сказывается на почвах, так как загрязненный снег (и не только солями, а даже песком и дресвой) при уборке с улиц и дорог попадает на их обочины, где при снеготаянии в концентрированном виде разрушает

структуру почв, дегумифицирует их, а образовавшиеся соединения с почвенной влагой впитываются растениями и попадают в трофические цепи. Надо отметить, что прежде всего страдает травянистая растительность и во многих городах травы поддеревьями нет даже в парках, если, конечно, она ежегодно не подсеивается и не культивируется специально.

Подводя итог далеко неполного рассмотрения нарушения экологических функций почвы, следует еще раз подчеркнуть следующие обстоятельства. Почва является одним из наиболее консервативных компонентов биосферы. Под влиянием внешних воздействий она изменяется медленнее других частей биосферы и эти изменения не всегда могут быть легко замечены. Однако и восстановление почв идет столь же медленно, поэтому многие последствия их негативных изменений могут быть ликвидированы лишь за десятки, сотни и тысячи лет, а некоторые из них вообще являются необратимыми. Это определяет одну из главенствующих ролей почвы в формировании экологической ситуации на Земле в целом и в отдельных ее частях и необходимость учета всех, весьма далеко идущих последствий нарушения экологических функций почвы. Это имеет и одну важную отчасти утилитарную деталь: для выживания растущего человечества и обеспечения его пищей немаловажным является не снижение плодородия почвы или обеднение почвенных ресурсов биосферы, а наоборот, создание условий для наращивания этих ресурсов, что принципиально возможнодаже при имеющихся научно-технических достижениях (А.С. Владыченский, 1997).

Некоторые экологические проблемы сельского хозяйства. В значительной степени экологические проблемы, характерные для почв, имеют отношение к агроэкологии. Эта отрасль знаний изучает экологическое состояние окружающей среды при воздействии сельскохозяйственного производства, законы, правила и принципы земледелия и агропочвоведения с экологических ПОЗИЦИЙ.

Практическая значимость решения агроэкологических проблем заключается прежде всего в повышении биопродуктивности агрофитоценозов и сохранении при этом устойчивости природных и антропогенных экосистем.

Сущность экологических противоречий в сельскохозяйственном производстве состоит в следующем:

• массовое вовлечение в активный сельскохозяйственный оборот земель в сухостепной и полупустынной зонах привело к развитию загрязнений, снижению влажности («обсыханию почв»), дегумификации, антропогенной аридизации;

• расширение посевов зерновых в связи с большой долей «пара» (времени без посевов) привело к усилению нагрузки на пастбищах и последующей их деградации на значительных площадях;

• искусственное смещение границы рискованного земледелия в южном направлении резко ухудшило условия для местного животноводства, усилило контрастность почвенных условий;

• нерациональная по масштабам распашка солонцовых, засоленных, различных литогенных и других неблагоприятных для земледелия почв привела их к часто необратимым изменениям;

• экстенсивное орошение и осушение в «погоне за освоением» площадей способствовало их заболачиванию, осолонцеванию;

• создание крупных животноводческих комплексов усугубило проблему утилизации отходов животноводства; в ряде случаев навоз из отличного удобрения превратился в источник активного загрязнения;

• при усилении интенсификации производства в большей степени стали проявляться негативные последствия отсутствия полноценной научной базы по расчету равновесия в системе «почва — растение — среда», по моделированию процессов и прогнозу эволюции почв при их сельскохозяйственном использовании.

В значительной степени экологические издержки экстенсивного земледелия связаны с несовершенством структуры посевных площадей, нерациональным размещением возделываемых культур, шаблонной организацией территории и севооборотов, технической отсталостью, нарушающим воздействием на почвы тяжелой техники, неграмотным применением удобрений и так называемых мелиорантов («улучшителей свойств почв»).

Существует разработанный и достаточно научно обоснованный подход к экологическому нормированию сельскохозяйственных угодий, который выделяет аналогичные природным их градации:

• относительное экологическое благополучие, когда состояние компонентов системы обеспечивает традиционные формы хозяйствования без ущерба для природы и здоровья человека;

• экологический риск способствует такому нарушению экологического равновесия, когда наблюдается достоверное изменение свойств комплексов агрофитоценозов, приводящее к негативным для природы и человека последствиям;

• экологический кризис соответствует такому нарушению экологического равновесия, когда изменение свойств агроценоза представляет вред для ведения хозяйства и здоровья;

• экологическое бедствие характеризует негативные изменения, приводящие к тяжелым последствиям, для устранения которых требуется сложная специально разработанная система мероприятий;

• экологическая катастрофа характеризует негативные изменения, приводящие к невозможности ведения хозяйства и проживания людей.

К числу наиболее научно проработанных направлений по «экологическому использованию» сельскохозяйственных угодий относится мелиорация. Под мелиорацией в рассматриваемом аспекте понимается проектируемое изменение естественных и изначальных функций ландшафтов для оптимизации условий жизни населения в регионе, рационального использования его ресурсов. Надо отметить, что в целом это наиболее технически разработанное и научно обоснованное интенсивное средство управления функционированием агроландшафтов, увеличения их природно-ресурсного потенциала, повышения надежности, устойчивости, эстетичности.

В настоящее время «потребительского давления» населения Земли в 6 млрд человек индустриальное потребление природных ресурсов (воздуха, воды, почвы, ископаемого топлива, других полезных ископаемых и т. п.) становится критическим по отношению к способности саморегуляции природы. В случае превышения «потребительским давлением» этой нормы должно начаться прогрессирующее разрушение природных экосистем и всей биосферы в целом. Определенное значение в данном аспекте имеют рассмотренные выше проблемы деградации почв, а также деградация ландшафтов.

При сельскохозяйственном освоении территорий возникают нижеследующие тенденции к деградации ландшафтов:

• упрощение пространственной структуры, разрушение геохимических барьеров, нарушение природных циклов химических элементов, высвобождение или накопление токсичных веществ;

• разрушение функциональных связей в ландшафте, проявляющееся в перераспределении жидкого и увеличении твердого стока, соответственно уменьшение самоочищающей способности ландшафта, увеличение активности денудационных процессов;

• появление новых антропогенных элементов (в том числе неуправляемых).

Большинство агроэкологических проблем имеет интернациональный характер. В частности, это обусловлено миграцией удобрений, мелиорантов, тяжелых металлов, ядохимикатов как по рекам, так и при транспортировке сельскохозяйственной продукции, а также выделением в воздушную среду из сельскохозяйственных угодий диоксида углерода, «недоокисленных» соединений азота, сероводорода, аммиака, метана, ацетилена и др.

В целом можно говорить об экологической ответственности сельскохозяйственного производства, причем в глобальном масштабе. Н.Ф. Реймерс (1987) отмечает, что интегральными результатами деятельности человечества, передаваемыми из одного поколения к другому, являются демографический, культурный и научно-технический потенциал, бытовое обеспечение, состояние среды существования.

Ухудшение любого из этих результатов по сравнению с его состоянием при получении от предшествующего поколения означает ухудшение условий существования человечества, а при долговременной тенденции к его ликвидации.

Сельскохозяйственное использование изменяет биопродуктивность системы, а следовательно, и накопление в ней энергии. Процессы деградации почв и ландшафтов чаще соответствуют увеличению энтропии или мере беспорядка системы, а также уменьшению ее долговечности. Развитие почв определяется трансформацией и миграцией не только вещества, но также энергии и информации. Необходимым условием является ограничение максимальной продуктивности агроценозов в связи с техногенной нагрузкой, токсичными по составу и величине потоками вещества и энергии, предельный допустимый уровень которых обусловлен «буферными» свойствами почв и ландшафтов. Вследствие этого нельзя создавать почву с высоким фоном элементов питания, но загрязняющую грунтовые воды, воздух, сельскохозяйственную продукцию. Избыток каких-либо элементов в почве, уменьшение степени разнообразия экологических ниш приводит и к уменьшению степени самоорганизации системы, что в дальнейшем требует и гораздо большей энергии для ее оптимизации.

В агрофитоценозах в отличие от природных естественных сообществ нарушаются взаимосвязи, они испытывают постоянную антропогенную нагрузку. Для их регулирования существуют определенные «земледельческие» закономерности, например, такие, как незаменимость и равнозначность факторов жизни растений, закон оптимального развития и комплексного воздействия оптимального состояния факторов; закон лимитирующих факторов; закон необходимости возврата в почву питательных веществ; закон соответствия растительного сообщества своему местообитанию и необходимости соблюдения правильного чередования сельскохозяйственных культур во времени и пространстве.

Чем разнообразнее видовой состав фитоценоза, тем он более жизнеспособен и связан со средой обитания и в том числе с почвой.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
 
Популярные страницы