Наверно, некоторые вещи нужно знать. Чтобы жить. Предупрежден - значит, вооружен.
Глава из книги Н.В.Короновского «Общая геология»
ЧЕЛОВЕК И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА
Прошедший век ознаменовался небывалым наступлением человека на природную, в том числе, и геологическую среду, под которой понимается самая поверхностная часть земной коры, подверженная техногенному воздействию. Это воздействие нарастало постепенно, но в ХХ веке, особенно в его второй половине, скорость техногенного воздействия превысила естественные скорости многих геологических процессов и стала носить катастрофический характер. Успехи человечества в технике и технологии позволяют вовлекать в использование гораздо большую часть земной коры, чем это было раньше, причем данное положение касается как континентов, так и океанов.
В.И.Вернадский назвал поверхностную часть земной коры, атмосферу, гидросферу и биосферу ноосферой («ноос» – греч. «разум»), в которой действует человеческий разум. Каждые 15 лет в мире ровно вдвое увеличивается общая мощность производства.
Уже в начале ХХ в. начались глобальные изменения окружающей среды, которые не были замечены из-за потрясших мир социальных катастроф – двух Мировых войн, экономического кризиса. Во второй половине ХХ в. уже начались катастрофы, связанные с загрязнением окружающей среды. В 1952 г. в Лондоне от смога погибло 4000 человек и 20000 заболело. В 1958 г. в Японии от загрязнения ртутью в городке Минамата пострадало почти 2000 и сотни умерло. Этот список можно продолжать бесконечно.
Нас интересует, как техногенная деятельность человека изменяет геологическую среду – приповерхностную часть земной коры, и как скорости этого процесса соотносятся со скоростями естественных процессов. Данные В.А.Королева и В.Н.Соколова (2000) показывают, что добыча минерального сырья в год превышает 100 млрд.тонн, тогда как вынос обломочного материала реками в моря и океаны, морская абразия (механическое разрушение волнами и течениями коренных пород) и денудация (снос, удаление продуктов выветривания) составляют 17,4 млрд. т. Иными словами, искусственный отбор материала с поверхности Земли в 4 раза превышает естественный.
Масштабы некоторых природных и техногенных потоков веществ в верхних горизонтах земной коры (в год)
Извлечение из литосферы (верхняя твердая оболочка Земли):
Добыча минерального сырья - 100 млрд.т
Добыча металлов - 800 млн.т
Водозабор - 560 км3
Твердый сток в моря, морская абразия и денудация - 17,4 млрд.т
Выброс нефти в моря - 10 млн. т
Вулканические выбросы - 3,0 млрд.т
Поступление в литосферу
Внесение удобрений в почву - 500 млн. т
Внесение пестицидов в почву - 5 млн. т
Отвалы золы - 350 млн.т
Промышленные и коммунальные стоки (сточные воды) - 500 млрд.т
Перемещение пород при строительстве и добыче ископаемых - 4000 км3
Техногенные грунты - 43 км3
Перемещение горных пород при различных строительных работах в 30 раз больше (∼4000 км3), чем объем осадков,ежегодно перемещаемых всеми текучими водами по земной поверхности (около 13 км3 ).
Из недр Земли не только извлекаются полезные ископаемые – руда, нефть, газ, уголь (примерно 110 млрд. тонн ежегодно), но и вносится в нее и выбрасывается в атмосферу большое количество вредных веществ. Так, каждый год в атмосферу сейчас поступает 200 млн. т оксида углерода, 50 млн. тонн углеводородов, 146 млн. т диоксида серы, 53 млн. т оксидов азота, 250 млн. т пыли, а в водоемы сбрасывается 32 млрд. м3 неочищенных вод и 10 млн. т нефти. Ежегодно для земледелия становятся непригодными 6-7 млн. гектаров почвы, для восстановления лишь 1 см которой требуется не менее 100 лет. Выброс чистого углерода за последние 120 лет возрос в 50 раз, составив 5,3 млрд. т. За это же время содержание СО 2 – главного парникового газа - возросло на 15%, а метана – СН 4 - ежегодно увеличивается на 0,8%.
Средняя температура на Земле медленно, но неуклонно возрастает, что приводит к быстрой деградации ледников и повышению уровня океана. Только в 1989 г. в атмосферу было выброшено 5,8 млрд. т веществ, создающих парниковый эффект, а население Земли уже перевалило за 6 млрд. человек.
Во многих районах земного шара поверхность изуродована огромными, глубиной более 0,5 км, карьерами; «продырявлена» бесчисленными шахтами до нескольких километров глубины; покрыта гигантскими отвалами, результатом переработки руды; терриконами пустой породы, оставшимися после разработки угольных месторождений. При этом шахты, штольни, штреки и другие горные выработки постепенно испытывают обрушение.
Большие площади заняты искусственно созданными водохранилищами – «рукотворными морями», которые полностью изменили естественный гидрологический режим рек, характер их стока, формирования дельт.
Рис. 1. Регионы мира со значительными негативными экологическими нарушениями (по С.П.Горшкову, 1987). 1 – с резко выраженным опустыниванием, 2 – с сильным опустыниванием, 3 – с умеренным опустыниванием, 4 – сведение сухих разреженных вечнозеленых и частично листопадных лесов, 5 – сведение влажнотропических лесов
На огромных пространствах развития криолитозоны (зона мерзлоты) нарушен естественный, тысячелетиями сохранившийся баланс, т.к. поверхностный, деятельный слой очень раним. Достаточно посмотреть на Западную Сибирь.
Перечень техногенного воздействия на геологическую и окружающую среды можно продолжать и продолжать. Важно понять, что довольно широко распространено мнение о том, что «земля» может выдержать все, что угодно, а вот биосфера очень чувствительно к техногенному воздействию. Это, конечно, ошибочное мнение.
Техногенное воздействие на геологическую среду
Хозяйственная деятельность человека настолько разнообразна, что ее влияние на поверхностную часть земной коры с трудом поддается учету. По мнению В.А.Королева и В.Н.Соколова, эти воздействия можно подразделить на: 1) физические, 2) физико-химические, 3) химические и 4) биологические.
Физическое воздействие определяется горно-технической, инженерно- строительной, сельскохозяйственной и военной деятельностью. Гигантские горнообогатительные комбинаты (ГОК) или топливно-энергетические комплексы (ТЭК) способны в короткое время изменить геологическую среду так, что восстановлению она уже не подлежит. Большое воздействие на геологическую среду оказывали подземные и наземные ядерные взрывы, проводившиеся в различных местах земного шара. В настоящее время около 15% суши, т.е. 1/6 всей ее площади покрыта инженерными сооружениями – дорогами, каналами, водохранилищами, промышленными комплексами, зданиями и др., что соответствует 2-х кратному увеличению за последние 15 лет.
Из-за этой деятельности изменяется рельеф, происходит изменение свойств пород – уплотнение – разуплотнение, разрушение, изменяется режим и уровень грунтовых вод и т. д.
Рис. 2. Схема техногенной измененности территории Центрального Мосбасса (по материалам ПЛОГСа Геологического факультета МГУ). 1 – площади деформированных земель (мульды оседания, провалы, трещины, уступы); 2 – граница областей речных бассейнов с изменившейся структурой водного балланса; 3 – 5 – границы (на 1979 г.) депрессионных воронок водоносных горизонтов ( 3 – упинского, 4 – яснополянского); 6 – горящие терриконы; 7, 8 – участки техногенного загрязнения грунтовых и поверхностных вод соответственно; 9 – участки рек с инверсией подземного стока; 10 – изменение речного стока (более 50%) под влиянием сточных вод; 11 – техногенное заболачивание; 12 – техногенная активизация карстово-суффозионных процессов; 13 – Шатское водохранилище
Физико-химическое и химическое воздействие на земную кору оказывает организация свалок твердых бытовых отходов (ТБО), промышленные и коммунальные стоки вод, в результате которых оказываются загрязненными запасы питьевых вод.
В настоящее время 1 человек обеспечивает в год около 1 тонны коммунальных отходов. Большие площади отводятся под складирование разнообразных отходов, как от горного производства, так и от других видов хозяйственной деятельности человека. Сюда надо добавить и неутилизированные токсичные отходы, которых только в России ежегодно образуется больше 20 млн. т. Все это разрушает верхнюю часть земной коры – геологическую среду и приводит к ее необратимым изменениям.
Техногенное воздействие сейчас проникает и в более глубокие горизонты земной коры, благодаря огромному количеству нефтяных и газовых скважин, подземному строительству в городах, прокладке глубокопогруженных трубопроводов, тоннелей и др. Одних только железных дорог на Земле 1 млн. 400 тыс. км, что составляет 3,5 расстояния от Земли до Луны, а автомобильных дорог намного больше. Каждый километр дорог нарушает 2 гектара почвы и растительности.
Геологическая среда, ландшафты быстро изменяются из-за большого количества крупных водохранилищ, общая длина берегов которых в СССР равнялась 40000 км, т. е. длине окружности экватора Земли. Эти берега усиленно перерабатываются, изменяя рельеф, вызывая оползни, обвалы, подтопление, заболачивание.
Крупные объемы воды в водохранилищах, откачка нефти и газа из месторождений, нарушают устойчивость горных пород, вызывая землетрясения, т.н. «наведенную сейсмичность», впервые выявленную в 1932 г. в Алжире при строительстве плотины на р. Уэд-Фодда, когда сила толчков достигла 7 баллов.
55% территории суши уже покрыты искусственными грунтами, мощность которых может достигать десятков метров. Почвы загрязняются тяжелыми металлами, атомная масса которых больше 50 – свинцом, кадмием, ртутью, цинком, молибденом, никелем, кобальтом и другими. Следует подчеркнуть, что токсичные вещества в почве сохраняются в ней очень долго, а пахотно-пригодные земли стремительно сокращаются с 1,5 га на душу населения в 1900 г. до 0.5 га в 2000 г.
Существуют научно обоснованные климатический, биологический и экологический пределы энергопотребления человека. Дело в том, что современная биота приспособлена к тем особенностям природной среды, включая и климат, которые сегодня существуют на Земле. А человек стремится потреблять все больше энергии. Только одни США потребляют 40% всей энергии и производят 60% всех мировых отходов. В конце 20-го века антропогенное возмущение парникового эффекта уже в 10 раз превысило пороговое значение по сравнению с биологическим.
В первой половине 21-го века человечество приблизится к опасной черте возмущения биосферы, если уровень потребления не изменится, а численность населения не уменьшится до такого уровня, при котором может сохраняться устойчивое, сбалансированное развитие.
Все больше природных ресурсов необходимо человечеству, чтобы выжить. Мы научились использовать громадное количество природного сырья, но нельзя отбирать у Земли одни из видов ресурсов, делая вид, что он независим от других. На протяжении истории человечества мы только потребляли во все возрастающих количествах, не думая о последствиях. Задача геологов как раз и состоит в том, чтобы минеральные ресурсы Земли стали бы доступны каждому, и человечество в своем познании Земли достигло бы уровня, позволившего ему осознать, что оно стоит на самой границе такого состояния планеты, за которым для его существования уже нет будущего. И как бы нам не потерять уникальность нашей планеты в ряду других, заключающуюся в наличии на ней жизни.