Возрастающее внимание во всем мире к проблемам экологии вызвано обостряющимися экологическими проблемами глобального масштаба. Острота этих проблем еще не осознана человечеством. Нередко острейшие экологические проблемы сводятся лишь к загрязнению и изменению атмосферного воздуха, водной среды, сохранению растительных сообществ и животного мира. В то же время все эти компоненты природы тесно взаимосвязаны с внешней оболочкой планеты – литосферой. Решение экологических проблем невозможно без изучения литосферы – внешней оболочки Земли. Литосфера является материальной литогенной основой биосферы – сферы живого вещества. Именно в литосфере формируются почвы, ландшафты, биосообщества. В настоящее время литосфера существенно изменяется в процессе хозяйственной деятельности человека. По этой причине в геологии сформировалось новое направление – экологическая геология или экогеология, изучающая качества литосферы в совокупности с ее экологическими функциями.
Экологическая геология
До 80-х годов прошлого столетия об экологических проблемах литосферы не упоминалось. Однако вскоре глобальный экологический кризис все более стал проявляться в верхних слоях земной коры. По этой причине в геологии постепенно стали акцентировать внимание на экологических проблемах. Экологическая геология зародилась в недрах инженерной геологии, изучающей свойства и динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека (по определению И.В. Попова). Задачи инженерной геологии первоначально охватывали достаточно узкий спектр вопросов, например, в сфере строительства, в т.ч. геологическое обоснование проектов зданий, дорог, карьеров, плотин, ГЭС, и т.д. Поэтому инженерная геология была чрезмерно антропоцентричной, учитывала только экономическую прибыльность того или иного хозяйственного проекта, оставляя без внимания экологическую составляющую вопроса.
Большой вклад в формирование экологической геологии внесли работы В.И. Вернадского по геохимии биосферы. Учение Вернадского о геосферах Земли привнесло серьезный стимул для дальнейших исследований в развитии новой науки.
И, наконец, только к концу 20-века появилось осознание того, что методами инженерной геологии нельзя решить глобальных экологических проблем литосферы. Появилась необходимость в разработке следующих наук:
- экологической геохимии: для изучения вопросов загрязнения литосферы и миграции в ней элементов с точки зрения их влияния на экосистемы;
- экологической геофизики: для изучения физических полей литосферы Земли с точки зрения их влияния на экосистемы;
- экологической гидрогеологии: для изучения вопросов загрязнения подземных вод.
Все вышеперечисленные науки объединились сегодня в одну большую науку – экологическую геологию.
Объект изучения экологической геологии – верхние горизонты литосферы как абиотическая компонента природных и антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации. Она изучается биотопы экосистем, их экологическую роль и экологические функции литосферы. Тесно связанные основные функции литосферы – ресурсная, геодинамическая, геофизическая и геохимическая.
Экологические функции литосферы
Определение экологических функций литосферы
Экологические функции литосферы – функции, определяющие (отражающие) роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней природные и антропогенные геологические процессы, в жизнеобеспечении и эволюции биоты , главным образом, человеческого сообщества; [2]
Классификация экологических функций литосферы
Классификация экологических функций литосферы включает:
- Геодинамическую экологическую функцию литосферы – отражает свойство литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные геологические процессы и явления. Она изучается экологической геодинамикой. Объект изученияэколого-геодинамических исследований – геологические процессы и геодинамические зоны и аномалии.
Предмет изучения – знания о воздействии этих компонентов литосферы на биоту. Их проявление связано как с факторами извне (космическими), так и с разрядкой напряжений в геофизических полях Земли, а влияние геологических процессов на биоту – с преобразованием рельефа.
Объект изучения эколого-геодинамических исследований – геологические процессы и геодинамические зоны и аномалии.
- Геохимическую экологическую функцию литосферы – отражает свойство геохимических полей (неоднородностей) природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты в целом и здоровье человека в частности. Она изучается экологической геохимией.
Объект исследований – вещественный, химический состав компонентов литосферы (горные породы, минералы, донные осадки, почвы, подземные воды, нефть, газы) и формируемые ими поля природного и техногенного происхождения.
Предмет исследований – знания о геохимической экологической функции и геохимических свойствах литосферы.
Выделяются три пути воздействия химических элементов литосферы на биоту и человека:
– воздушный – через попадание токсикантов в виде газа или аэрозолей в организм человека; – водный – через подземные воды, употребляемые для
питьевого водоснабжения;
– пищевой – через трофическую цепь от загрязненных растений к животным и человеку.
- Геофизическую экологическую функцию литосферы – отражает совокупность свойств геофизических полей полей (неоднородностей) литосферы влиять на состояние биоты и человека. Она изучается экологической геофизикой.
Объект изучения – геофизические поля, их аномальные проявления вплоть до образования геопатогенных зон.
Предмет исследования – взаимодействие полей с биотой и их влияние на состояние биоты.
Проблемы геофизической экологической функции литосферы:
- экологическое воздействие геофизических полей на природные и природно-технические экосистемы;
- техногенное физическое загрязнение литосферы;
- геопатогенез.
- Ресурсную экологическую функцию литосферы – определяет роль минеральных органических и органоминеральных ресурсов литосферы, а также ресурсов геологического пространства, необходимых для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры (человеческое сообщество). Она изучается экологическим ресурсоведением.
Можно выделить четыре класса состояния литосферы:
- удовлетворительное или благоприятное;
- условно удовлетворительного или неблагоприятное;
- неудовлетворительное или весьма неблагоприятное;
- катастрофическое – ему соответствует четыре зоны нарушения экосистемы – нормы, риска, кризиса и бедствий.
Антропогенное воздействие на литосферу
Широко распространено заблуждение, что в отличие от живых организмов, чутко реагирующих на техногенные воздействия, сама Земля может выдержать техногенные загрязнения и катастрофы (подземные ядерные взрывы, захоронение токсичных отходов, хищническую эксплуатацию недр и т.д.). Это глубоко ошибочное мнение приводит к бесконтрольному превышению предельно допустимых уровней техногенных воздействий на литосферу. Невзирая на запреты подземных ядерных испытаний, некоторые страны (Франция, Китай) все еще продолжают их проводить, тем самым совершая экологические преступления против всего человечества.
К стрессовым факторам литосферы еще относится создание свалок твердых бытовых отходов, загрязнение промышленными стоками подземных вод и вследствие этого сокращение запасов на Земле питьевой воды, а также механическое, термическое, электромагнитное и другие виды воздействий на верхние слои литосферы.
Количество коммунальных отходов, приходящихся за год на одного человека, в некоторых странах достигает огромных величин, а их утилизация представляет серьезную проблему во всем мире. В результате антропогенного воздействия Земля превращается в гигантскую свалку, литосфера испытывает необратимые экологические изменения, последствия которых катастрофичны.
Негативные экологические последствия антропогенного воздействия на горные породы, их массивы и недра
Недра — верхняя часть земной коры, в пределах которой возможно осуществление добычи полезных ископаемых, захоронения вредных веществ и отходов производства, создания хранилищ нефти и газа, организации особо охраняемых территорий в виде карстовых пещер и др. Основное природное богатство недр — заключенные в них минерально-сырьевые ресурсы. Добыча или извлечение полезных ископаемых с целью их переработки — главная цель пользования недрами. Недра — источник не только минеральных, но и огромных энергетических запасов. По расчетам, в среднем из недр к поверхности поступает 32,3 х1012 Вт геотермальной энергии.
Разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее состояние в целом. Горнодобывающая промышленность по мощности негативного воздействия на природные экосистемы занимает первое место. К негативным последствиям освоения недр относятся:
- изменение рельефа местности в результате образования карьерных выемок, породных отвалов, хвостохранилищ и др.;
- активизация опасных геологических процессов (карст, оползни), оседание земной поверхности и сдвижение горных пород;
- изменение физических полей — теплового, электромагнитного и др., особенно в районах вечной мерзлоты;
- истощение и ухудшение качества подземных и поверхностных вод, снижение расходов малых рек, чрезмерное осушение болот, почв и горных пород;
- загрязнение атмосферного воздуха выбросами метана, оксидов серы, углерода и других загрязнений из горных выработок при горении породных отвалов, газовых и нефтяных пожарах;
- выбросы пыли при буровзрывных работах в карьерах, вентиляции шахт, обогащении минерального сырья, транспортных операциях;
- нарушение растительного покрова при строительстве карьеров, захоронение плодородных и потенциально-плодородных почв под отвалами и др.
К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относятся статические и динамические нагрузки, тепловые и электрические воздействия и др. Статические нагрузки — наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений, достигающих 2 МПа и более, образуется зона активного изменения горных пород, достигающих глубин 70-100 м. Динамические нагрузки — вибрации, удары, толчки при работе транспорта, строительных машин, заводских механизмов, взрывные работы и др. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплот-ненные породы — пески, водонасыщенные лессы, торф и др., прочность которых заметно снижается из-за неравномерного уплотнения, нарушения структурных связей, в результате чего возможно внезапное разжижение, образование оползней, обвалов, плывунных выбросов и других неблагоприятных процессов.
Создаваемые в горных породах искусственные электрические поля при воздействии электрофицированного транспорта, ЛЭП и других электрообъектов порождают блуждающие токи и поля. Наиболее заметно, они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивление и другие электрические свойства пород. Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое загрязнение окружающей природной среды.
Под воздействием мощного антропогенного воздействия в массивах горных пород развиваются такие опасные процессы, как оползни, карст, подтопление, просадочные процессы и др. Особенно легко подвержены опасным процессам массивы вечномерзлых пород, так как они весьма чувствительны к тепловому антропогенному воздействию.
Оползни представляют собой скольжение горных пород вниз по склонам под действием сил гравитации. Оползни — частое явление на склонах долин рек, оврагов, берегов морей, искусственных выемок. Для оползней характерно отсутствие вращения и опрокидывания смещающихся масс. Они нарушают устойчивость массивов горных пород, негативно влияют на многие другие компоненты окружающей природной среды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов подземных вод при их вскрытии, образование заболочен-ностей, нарушение почвенного покрова, гибель деревьев и т. д.).
Карст – геологическое явление, связанное с растворением водой горных пород (известняков, доломитов, гипса, каменной соли) и образованием при этом подземных пустот (пещер, каверн), сопровождаемым нередко провалами земной поверхности. Массивы горных пород, в которых развивается карст, называются закарстованными. Одним из важнейших направлений в сохранении окружающей природы является охрана карстовых пещер—уникальных памятников природы. При массовых туристических посещениях в них нарушаются тепловой и водный режимы, наблюдается «таяние» сталактитов и сталагмитов и другие негативные изменения геологической среды.
Подтопление — любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин (менее одного-двух метров от поверхности земли), в результате чего массивы горных пород и почва переувлажняются и заболачиваются, при этом активизируются оползни, карст и другие неблагоприятные процессы. В лессовых глинистых грунтах возникают просадки, в глинах — набухание. Просадка в лессовых грунтах приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание в глинах — к неравномерному подъему зданий и сооружений, в результате чего сооружения испытывают деформации вплоть до полной непригодности к эксплуатации. Это ухудшает экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях, что снижает производительность труда и даже может вызвать травмы и болезни людей. На подтопленной территории возрастает сейсмическая опасность. Кроме того, в результате вторичного засоления почв при подтоплении угнетается растительность, возможно химическое и бактериальное загрязнение грунтовых вод, ухудшается санитарно-эпидемиологическая обстановка.
В ряде районов земного шара (север Европы, Америки и Азии) толщи верхней части земной коры постоянно находятся в мерзлом состоянии: их температура всегда ниже 0°С. Такие породы называют вечномерзлыми (или многолетнемерзлыми), а территория — областью вечной мерзлоты. Происхождение вечной мерзлоты связывают с оледенением четвертичного периода. Хозяйственное воздействие человека на вечную мерзлоту приводит к разрушению почвенно-растительного слоя, изменению рельефа, режима снегового покрова, возникновению болот, нарушениям взаимосвязи и взаимодействия экосистем.
Эндогенные геодинамические процессы — землетрясения и вулканизм — вызывают весьма значительные смещения в массивах горных пород земной коры, уничтожают животный и растительный мир, приводят к многочисленным, а нередко к катастрофическим человеческим жертвам и другим тяжелым последствиям.
Заключение
Пока человек не в состоянии предотвратить многие опасные и катастрофические геологические процессы. Однако в арсенале методов инженерной геологии накоплен огромный научный опыт по прогнозу геологических и инженерно-геологических процессов, направленным на инженерную защиту территорий и снижение ущерба. Таким образом, в обостряющемся на Земле экологическом кризисе роль различных геологических и инженерно-геологических процессов, происходящих в литосфере, огромна, что необходимо иметь в виду при решении экологических проблем. В связи с этим в современных условиях значение инженерной и экологической геологии в жизни общества неизменно возрастает.
