Преобразование земной коры

Антропогенный геологический процесс преобразования земной коры со­вершается в связи с тремя направлениями деятельности человека: извлечени­ем из недр Земли полезных ископаемых, сельскохозяйственной деятельно­стью и проведением различных инженерно-технических мероприятий.

В результате добычи полезных ископаемых человек изменяет химический состав земной коры; количество многих химических элементов в ней резко сокращается. Особенно активно истощает человек запасы углерода, накоп­ленные в земной коре в виде угля, нефти, природного газа. Сжигая эти видытоплива, человек обогащает атмосферу углекислотой в большем объеме, чем вулканы. Академик Ферсман А.Е. подсчитал, что (при масштабах сжигания горючих на 1938 г.) количество углекислоты в атмосфере через 500 лет должно удвоиться, а, следовательно, температура Земли повысится на 4°. В результате должно произойти таяние льда и увеличение уровня океана на не­сколько десятков метров, а вода океана будет более насыщена СаСОз- При­нимая во внимание прогрессивное увеличение использования горючих иско­паемых, можно считать, что удвоение количества СОз может произойти очень скоро.

Приведенный пример показывает, насколько велики могут быть измене­ния в геологических процессах при вмешательстве человека.

Одним из важнейших видов полезных ископаемых является подземная вода. Именно про нее сказал академик Карпинский А.П., что нет более дра­гоценного полезного ископаемого.

Человек активно вмешивается и в режим подземных вод. Только в СССР в семидесятые годы прошлого столетия откачивалось свыше 580 млрд. м подземной воды. Это превышает годовой расход самых крупных рек. Осо­бенно большие откачки воды производятся на территории крупных городов. Например, на территории Москвы в прошлом веке ежегодно откачивалось около 120 млн. м³ воды, а в Мехико - в 2,5 раза больше. Эти откачки вызвали резкое снижение уровня подземных вод. Так, уровень артезианских вод в Москве за 50 лет снизился на 40-50 м, в Лондоне за 120 лет —на 100 м.

Откачка воды и снижение уровня подземных вод вызывает уплотнение пород и опускание поверхности Земли в данном районе. На поверхности Земли образуется очень плоская блюдцеобразная впадина, замерить которую легко можно при повторных нивелировках. При интенсивных откачках эти опускания весьма значительны. Так, в районе Токио отдельные участки опускаются до 20 см в год, а в г. Мехико - до 30 см. Эти цифры показывают, что амплитуда антропогенных опусканий не только соизмерима с амплиту­дой колебательных движений, но и значительно превышает ее.

Сильно изменяет человек водоносные горизонты в районе разработок по­лезных ископаемых. Например, при осушении карьеров Курской магнитной аномалии ежегодно откачивалось 120 тыс.м подземной воды. Понижение уровня грунтовых вод не только меняет режим подземных вод, но и влияет на режим источников, ручьев и рек.

Добыча полезных ископаемых сильно нарушает поверхность Земли, пре­вращает природные ландшафты в территорию с ямами и впадинами, с груда­ми отвалов пустой породы. В процессе добычи и обогащения выбрасывается масса отходов, которые во время дождей смываются в реки и озера, что сильно отражается на их органической жизни и водном режиме. Часть отхо­дов развеивается ветром.

В настоящее время добыча минерального сырья в год превышает 100 млрд. т, тогда как вынос обломочного материала всеми реками Земли в моря и океаны, а также морская абразия и денудация составляют 17,4 млрд. т.

Другими словами, искусственный отбор материала с поверхности Земли в 4 раза превышает естественный. Перемещение горных пород при различных строительных работах в 30 раз больше (4000 км³), чем ежегодное перемеще­ние осадков всеми текучими водами по земной поверхности (около 13 км^Л). Объем техногенных грунтов составляет 43 км¹, отвалы золы при работе теп­ловых станций - 350 млн. т, внесение удобрений и пестицидов в почву - 505 млн. т. Из недр Земли не только извлекаются полезные компоненты руда, нефть, газ, уголь (примерно 110 млрд. т ежегодно), но и вносится в нее и ат­мосферу огромное количество вредных для здоровья веществ. Так, каждый год в атмосферу поступает 200 млн. т оксида углерода, 50 млн. т углеводоро­дов, 146 млн. т диоксида серы, 53 млн. т оксидов азота, 250 млн. т пыли, а в водоемы сбрасывается 32 млрд.м³ загрязненных (неочищенных) вод и 10 млн. т нефти. Ежегодно для земледелия становятся непригодными 6-7 млн. га почвы, в то время как для восстановления только лишь 1 см слоя почвы тре­буется не менее 100 лет. Выброс чистого углерода за последние 120 лег воз­рос в 50 раз, составив 5,3 млрд. т. За это же время содержание СО₂ - главного парникового газа - возросло на 15%, а содержание метана (СН₄) ежегодно увеличивается на 0,8%.

В связи с повышением средней температуры на Земле, кроме деградации ледников и повышения уровня Мирового океана, происходит изменение ландшафтов и климатической зональности, что, в свою очередь, приводит к усилению эрозионных процессов, увеличению скоростей выветривания, де­нудации поверхности.

Во многих районах земного шара поверхность изуродована огромными карьерами глубиной более 0,5 км; верхний слой земной коры «продырявлен» бесчисленными скважинами и шахтами глубиной в несколько километров. Земная поверхность покрыта гигантскими отвалами пустой породы. При этом шахты, штольни, штреки и другие горные выработки постепенно обру-шаются, вызывая провалы на земной поверхности. В местах расположения шахт и подземных горных выработок под угрозой разрушения находятся многие промышленные и жилые здания.

Большие площади заняты искусственно созданными водохранилищами, которые полностью изменили естественный гидрологический режим рек, ха­рактер их стока, формирование дельт, микроклимат прилегающей террито­рии.

На огромных пространствах развития криолитозоны нарушен естествен­ный, тысячелетиями сохранявшийся баланс, т.к. поверхностный деятельный слой очень раним. Достаточно посмотреть на Якутию, да и Западную Си­бирь, где широко распространены термокарстовые явления и заболачивание.

Перечень техногенного воздействия на геологическую и окружающую среды можно продолжить. Сегодня важно понять, что «земля» не может вы­держать все что угодно, а биосфера очень чувствительна к техногенному воз­действию. Хозяйственная деятельность человека настолько разнообразна и гранди­озна, что ее влияние на поверхностную часть земной коры с трудом поддает­ся учету. Эти воздействия можно подразделить на физические, физико-химические, химические и биологические.

Физическое воздействие определяется горно-технической, инженерно-строительной, сельскохозяйственной и военной деятельностью. Гигантские горно-обогатительные комбинаты или топливно-энергетические комплексы способны за короткое время изменить геологическую среду так, что восста­новить ее уже будет невозможно. Большое воздействие на геологическую среду оказывают подземные и наземные ядерные взрывы, проводящиеся в различных местах земного шара. В настоящее время около 15% суши, т.е. 1/6 всей ее площади, покрыто инженерными сооружениями - дорогами, канала­ми, водохранилищами, промышленными комплексами, зданиями и др. Их число двукратно увеличивается каждые 15 лет. Вследствие этой деятельно­сти не только меняется рельеф земной поверхности, но и происходит измене­ние свойств пород, уплотнение или разуплотнение и разрушение горных по­род, перенос в огромных масштабах обломочных частиц и изменение режима и уровня поверхностных и подземных грунтовых вод и т.д.

Физико-химическое и химическое воздействие на земную кору оказываю! свалки твердых промышленных и бытовых отходов, промышленные и ком­мунальные стоки вод, в результате которых загрязняются запасы питьевых вод. В настоящее время хозяйственность только одного человека приводит к накоплению в год около 1 т коммунальных отходов. Большие площади отво­дятся под складирование разнообразных отходов от горного производства, а также от других видов хозяйственной деятельности человека. Сюда надо до­бавить и неутизированные токсические 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 в настоящее время проникает в более глубокие горизонты земной коры из-за огромного количества нефтяных и газовых скважин, подземного строительства в городах, прокладки глубоко погружен­ных трубопроводов, тоннелей и др. Протяженность только железных дорог на Земле 1 млн. 400 тыс. км, что соответствует 3,5 расстояниям от Земли до Луны, не считая автомобильных дорог, которых намного больше. Каждый километр дорог нарушает 2 га почвы и растительности.

Геологическая среда, природные ландшафты быстро изменяются из-за большого количества крупных водохранилищ, общая длина берегов которых в бывшем СССР составляла 40 000 тыс. км, т.е. длине окружности экватора Земли. Усиленно переработанные берега изменяют рельеф, вызывают ополз­ни, обвалы, подтопление, заболачивание.

Наличие больших объемов воды в водохранилищах, откачка нефти и газа из месторождений нарушают устойчивость горных пород, вызывая землетря­сения. Это так называемая «наведенная сейсмичность» впервые была выявлена в 1932 г. в Алжире при строительстве плотины на р. Уэд-Фодда, когда сила толчков достигла 7 баллов.

Почвы нашей планеты загрязняются различными токсикантами. В госу­дарственном докладе «О состоянии окружающей природной среды Россий­ской Федерации в 1995 году» отмечается, что локальные ареалы площадью до 1 тыс. км с интенсивным выпадением серы в количестве 1500-300 кг/км" в год зафиксированы вокруг Норильска, Красноярска, Иркутска и других го­родов. Вместе с тем в атмосферу, а затем в почву попадают такие соедине­ния, как формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид азота, бензол, фенол и др.

Верхняя часть земной коры, в особенности почвы, во многих районах России загрязнены радиоактивными изотопами. Источниками радиоактивно­го загрязнения почв естественными радиоактивными элементами являются месторождения радиоактивных и других полезных ископаемых, горные по­роды, содержащие естественные радиоактивные элементы в повышенных количествах, природные воды, в том числе грунтовые. Как отмечает Л.П.Рихванов, в грунтовых водах засушливых степных районов Западной Сибири содержание урана достигает 10⁶ - 10'⁵. При разработке месторожде­ний полезных ископаемых, содержащих радиоактивные элементы, в резуль­тате ветрового переноса происходит накопление тех или иных радиоактив­ных элементов в почвах и водах.

Особенно сильное влияние на радиационное состояние почв оказывают крупные предприятия ядерного топливного цикла, такие как электрохимиче­ские заводы в г. Ангарске и Красноярске, горно-химический комбинат (Же-лезногорск - Красноярск, 26), Сибирский химический комбинат в г. Северске Томской области, завод химических концентратов в Новосибирской области и др. Кроме того, на территории Сибири сосредоточены громадное количест­во радиоактивных отходов (97% всех радиоактивных отходов России), а поч­вы ряда районов сильно загрязнены радиоизотопами после чернобыльской аварии, испытаний ядерного оружия в атмосфере на Семипалатинском, Но-воземельском и Тоцком полигонах.

Наиболее опасным радиоактивным элементом является плутоний. Он имеет 15 изотопов. В природе встречается в виде следов только в урановых рудах. Если 50-60 лет назад мы практически не знали о его существовании в ощутимых количествах, то в настоящее время только в атмосфере его распы­лено до 10 т. Около 650 т плутония наработано атомной энергетикой и 300 т военным производством. Большая часть произведенного плутония на Земле находится в России.

Из всех изотопов наиболее опасным является ²³⁹Ри, период полураспада которого 24110 лет. Попадая в биосферу, плутоний мигрирует по земной по­верхности и включается в биогеохимические циклы. Его удельная активность в 200 000 раз выше, чем у урана. Миграция плутония в природной среде тес­но связана с растворимостью его соединений. Соединения плутония в выбро­сах предприятий ядерного топливного цикла представлены в основном рас­творимыми формами. В результате этих выбросов плутоний накапливается в почвах и донных отложениях. Так, на острове Городской вблизи г. Енисейска активность плутония аллювиальных почв достигает 48,8 Бк/кг, а в почвах острова Искупский в низовьях Енисея - 22 Бк/кг.

Почвы России на больших площадях загрязнены тяжелыми металлами, особенно вокруг крупных промышленных центров.

Сжигание угля, нефтепродуктов, газа сопровождается поступлением в атмосферу, почву и водные источники, кроме углекислоты, значительного количества концерогенных веществ, среди которых наиболее опасны поли­циклические ароматические углеводороды и бенз(а)пирен. Автотранспорт, авиация, коксохимические и нефтеперегонные заводы, нефтепромыслы спо­собствуют загрязнению почв и водной среды. Известно, что каждая нефтяная скважина выводит из строя как минимум 4 га земель. На севере Сибири неф-теразработки ведутся в больших масштабах. При этом установлено, что, на­пример, в составе нефти Советского нефтяного месторождения Каргасокско-го района Томской области содержится до 16% сернокислых и 9,4% селика-гелевых смол, 2% асфальтенов, 1,6% парафинов, 0,9% серы, 105 мг/л солей и целый спектр тяжелых металлов. В условиях Севера Западной Сибири, где ведется интенсивная добыча нефти, происходит сильное загрязнение земель, которое приводит к катастрофическим последствиям.

Загрязнение почв нефтью приводит к ухудшению структуры и сложения почв, усилению развития восстановительных процессов, ухудшению водно-воздушных свойств почв и особенно режима аэрации; в почвенном погло­щающем комплексе появляется обменный натрий, который способствует развитию процесса осолонцевания. Верхние горизонты почв, загрязненные нефтью, содержат значительные количества легкорастворимых солей; в поч­вах резко убывает фракция 2 гуминовых кислот, обменно-связанная с каль­цием, уменьшается степень гумификации органического вещества. Нефть оказывает негативное влияние на калийный режим почв - увеличивается не­обменная адсорбционная способность, уменьшается содержание обменного калия, снижается концентрация и уменьшается в почвенном растворе актив­ность ионов калия. Все эти отрицательные явления, вызванные нефтезагряз-нением почв, приводят к резкому падению плодородия, а часто и невозмож­ности использования их в сельском хозяйстве. Следует помнить, что пахот-нопригодные земли в результате деятельности человека стремительно со­кращаются с 1,5 га на душу населения в 1900 г. до 0,5 га в 2000 г.