Лекции по "Геоэкология"

Геодинамическая функция литосферы более сжата в геологическом времени по сравнению с ресурсной и в качестве таковой рассматривается с момента альпийского орогенеза и особенно новейшего этапа его проявления, когда сформировался современный рельеф планеты, а в голоцене – и основные черты ее ландшафтно-климатической зональности. Более ранний период, когда этапы активизации геологических процессов сменялись этапами относительного покоя, не имеет четкого выражения в закономерностях пространственного развития современных геологических процессов. За рамками рассмотрения остается и оценка влияния прошлых геологических процессов на органический мир. И хотя сам факт такого влияния сомнений не вызывает, значимость этого фактора разными учеными трактуется далеко не однозначно и до сих пор остается предметом острых дискуссий. Это касается и крупномасштабных, и глобальных катастроф. Их связывают как с земными, так и с космическими причинами.

На втором, природно-техногенном этапе развития, ведущая роль в становлении геодинамической функции переходит к техногенному воздействию, с которым связана не только интенсификация деструктивных процессов, но и их динамика. Можно уверенно говорить о резком возрастании роли геодинамической функции литосферы на современном этапе развития и о принципиально новом, более интенсивном, уровне ее влияния на биоту и комфортность существования человека. Одновременно следует учитывать, что техногенез не только вызывает к жизни новые негативные процессы или активизирует природные, но в ряде случаев позволяет снижать их активность и осуществлять локализацию. Последнее можно рассматривать как отличительную, специфическую черту геодинамической функции, открывающей возможность управления экзогенными геологическими процессами с помощью мер инженерной защиты объектов, сооружений и территорий.

Геофизическая и геохимическая функции литосферы как продукт эволюции Земли занимают свою геоэкологическую нишу. Первый этап их становления охватывает весь период развития Земли до начала техногенеза и является временем формирования подавляющей части аномалий геохимических и геофизических полей, включая геопатогенные. Динамика и масштабы этого процесса тесно связаны с этапами эволюции Земли и определялись только природными факторами.

На природно-техногенном этапе развития эти функции получили четкую техногенную обусловленность и часто являются ведущими при оценке современного состояния геосистем. На урбанизированных территориях, в промышленных и горнодобывающих районах, в зонах интенсивного земледелия именно они стали во многом определять комфортность существования, а часто и медико-санитарные условия жизни человека. По сути, такое качество рассматриваемые функции приобрели только в эпоху техногенеза, когда стали формироваться техногенные геохимические и физические аномалии. По площади распространения и глубине воздействия на биоту, включая человека, они значительно опаснее многих природных аномалий.

Ресурсная геоэкологическая функция литосферы определяет роль минеральных, органических и органоминеральных ресурсов, геологического пространства литосферы для жизнедеятельности биоты и человеческого общества. Она включает в себя минеральные ресурсы литосферы, необходимые для жизни биоты; минеральные ресурсы, необходимые для человеческого общества как социальной структуры; ресурсы геологического пространства – площадные и объемные ресурсы литосферы, необходимые для расселения и существования биоты, включая человека как биологический вид и человечество как социальную структуру. Первые два аспекта связаны с изучением и оценкой минеральных, органических и органоминеральных ресурсов литосферы, в том числе подземные воды. Последний вид ресурсов обусловлен геоэкологической емкостью геологического пространства, охватывающего приповерхностную часть литосферы как в площадном, так и объемном измерении.

Ресурсы литосферы, необходимые для жизни биоты, включая человека как биологический вид, представлены четырьмя составляющими:

1) горными породами, включающими в себя элементы биофильного ряда – растворимые элементы, жизненно необходимые организмам и называемые биогенными элементами;

2) кудюритами – минеральными веществами кудюров, являющихся минеральной пищей животных – литофагов; 3) подземными водами.

Элементы и их соединения, составляющие основу биофильного ряда и требующиеся биоте в больших количествах, называют макробиогенными (углерод, кислород, азот, водород, кальций, фосфор, сера), а в малых количествах – микробиогенными.

Для растений это Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, V, Ca, которые обеспечивают функции фотосинтеза, азотного обмена и метаболическую функцию. Для животных требуются как перечисленные элементы (кроме бора), так и дополнительно селен, хром, никель, фтор, йод и олово. Несмотря на малые количества, все  эти  элементы  необходимы для жизнедеятельности биосистем и выполнения живыми  организмами биогеохимических функций.

Важным аспектом, связанным с пониманием жизнедеятельности биоты, являются биогеохимические циклы. Это в большей или меньшей степени замкнутые пути циркуляции химических элементов, входящих в состав клеточной протоплазмы из внешней среды в организм и опять поступающих во внешнюю среду. В таком круговороте вещества различают два фонда – резервный и обменный.

Первый, как правило, небиологический компонент – большая масса медленно движущихся веществ, второй – быстрый обмен между организмами и их окружением.

На этой основе выделяются два типа биогеохимических циклов:

1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и океане;

2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре, который является предметом изучения геологических наук. Он включает в себя такие элементы, как фосфор, железо, сера и др.

Минеральные вещества кудюров являются эпизодической пищей травоядных и всеядных животных, употребляемой ими два раза в год с целью регуляции солевого состава организма. В основном это минералы группы цеолитов. Эта группа минеральных ресурсов включает в себя так называемые «нетрадиционные» источники минерального сырья, к которым относятся цеолиты, бентониты, полыгорскиты, глаукониты, диатомит. Все они являются стимуляторами роста растений, животных и рыб.

Подземные воды как основа существования биоты пояснений не требуют. Как отмечал В. И. Вернадский, «живое вещество в течение всего 7–10 млн лет пропускает через себя такое количество воды, которое равно по объему и количеству Мировому океану».

Минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества относятся к категории исчерпаемых ресурсов и группе невозобновляемых, за исключением пресных подземных вод. Особенно важную роль они играют в социально-экономическом развитии человеческого общества. По сути, минеральные ресурсы являются базисом пирамиды, отражающей социально-экономические и геоэкологические проблемы развития материальной основы современного общества. Эти проблемы взаимосвязаны между собой и в сумме определяют роль ресурсной функции литосферы (состояние ее минерально-сырьевой базы) в функционировании геосистем высокого уровня организации.

В настоящее время из недр извлекается около 200 видов полезных ископаемых, включающих все элементы таблицы Менделеева, а годовой объем мировой добычи минерального сырья достигает порядка 17–18 млрд т. горной массы в год. По прогнозам некоторых экономистов запасы многих видов минерального сырья иссякнут к 2050 г., а свинца и цинка хватит лишь до начала XXI в.

Геоэкологическое значение подземных вод определяется объемами и направлениями их использования. Основными из них являются: хозяйственно-питьевое водоснабжение, техническое водоснабжение, орошение земель, обводнение пастбищ, лечебное (использование минеральных вод в бальнеологических целях), геотермальные (использование геотермальных вод для отопления и получения электроэнергии), промышленное (использование подземных вод для извлечения ряда полезных компонентов – йода, брома, бора, лития, стронция, поваренной соли и др.).

Рассматривая геологическое пространство как ресурс, необходимый для расселения и существования биоты, можно констатировать, что и здесь его резервы лимитированы. В настоящее время на нашей планете освоено 56 % поверхности суши. Интенсивно осваивается подземное пространство литосферы на урбанизированных территориях и в местах захоронения и складирования экологически опасных (токсичных и радиоактивных) отходов.

Геодинамическая геоэкологическая функция литосферы отражает свойства литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные процессы и явления. Отличительной чертой геодинамической функции является возможность ее реализации как непосредственно, в виде негативного по отношению к биоте явления, так и опосредованно, через ресурсную, геофизическую или геохимическую функции.

Все катастрофические и неблагоприятные природные и антропогенные геологические процессы по негативному воздействию на биоту можно подразделить на две принципиально различные группы.

Процессы и явления первой группы представляют непосредственную угрозу существованию биоты и в том числе человека. Они образуют следующий классификационный ряд (по убыванию негативного воздействия): землетрясение, извержение вулканов, цунами, оползни, сели, лавины, отвалы и провалы.

Процессы и явления второй группы не несут непосредственной угрозы существованию биоты, но влияют на изменение условий ее жизнедеятельности, комфортность проживания человека: новообразования и деградация мерзлоты, дефляция и ветровая эрозия, заболачивание, термокарст, водная площадная эрозия, суффозия. Такие геологические процессы, как абразия, линейная водная эрозия, карст и некоторые другие, в зависимости от характера проявления  могут  быть  отнесены  как к первой, так и ко второй группам.

Геохимическая геоэкологическая функция литосферы отражает свойство геохимических полей (неоднородностей) литосферы природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты и человека.

Под геохимической аномалией понимается участок территории, в пределах которого хотя бы в одном из слагающих его природных тел статистические параметры распределения химических элементов отличаются от геохимического фона (средней величины природной вариации содержания химических элементов). По природным средам они могут быть литохимическими (в почвах, горных породах, донных осадках), сноухимическими (в снеговом покрове), гидрохимическими (в поверхностных и подземных водах), атмохимическими (в воздухе), биохимическими (в живых организмах). Кроме этого, различают аномалии избытка и аномалии дефицита.

Зона загрязнения – часть техногенной геохимической аномалии, в пределах которой загрязняющие вещества достигают концентрации, оказывающей неблагоприятное воздействие на живые организмы.

Региональные геохимические поля (металлогенические зоны) с концентрацией нескольких элементов на уровне 2–3 кларков в меньшей мере, но тоже обусловливают некоторые эндемические заболевания человека и животных (медно-цинковая провинция Южного Урала, сурьмяные провинции Ферганской долины, молибденовые провинции Северной Америки) и требуют к себе внимания и оценки с геоэкологических позиций.

Недостаток ряда биогенных элементов в природной среде также может быть причиной эндемических заболеваний растений, животных и человека. Например, в Белоруссии отмечается полегание злаков (недостаток Cu), гнили корня (недостаток B), заболевания щитовидной железы (недостаток J), акобальтозы (недостаток Co).

Зоны техногенного загрязнения чаще всего связаны с извлечением из недр Земли токсичных элементов; накоплением в процессе переработки и обогащения первичного минерального сырья высокотоксичных подвижных соединений. В ряде случаев зоны загрязнения связаны с низкой культурой производства: небрежным хранением и технологически необоснованным использованием в сельском хозяйстве химических соединений, ядохимикатов. Специфические многокомпонентные и высокотоксичные загрязнения территории формируются в местах захоронения промышленных и бытовых отходов.

Особую опасность для биоты и здоровья людей представляют собой зоны загрязнения, связанные с авариями на промышленных объектах (прорывы ограждающих дамб со сбросом токсичных отходов в реки и водоемы, аварии на продуктопроводах и емкостях хранения и т. д.). Таким образом, зоны техногенного загрязнения имеют четкую социально-техническую обусловленность и территориальную привязку к районам интенсивного промышленного и сельскохозяйственного производства, транспортным артериям и населенным пунктам.

Кроме рассмотренных выше литогеохимических в составе геохимических аномалий выделяют гидрогеохимические и атмогеохимические (газовые) аномалии.

Геофизическая геоэкологическая функция литосферы отражает свойства геофизических полей (неоднородностей) литосферы природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты, включая человека.

Геофизическая аномалия – отклонение значений физического поля Земли от нормального, обусловленное различием физических свойств горных пород и неоднородностью ее состава и строения. Выделяются естественные физические поля – магнитное, гравитационное, геотермическое – и искусственно возбужденные – электрические поля постоянных токов.

Геопатогенные зоны – области аномального проявления свойств атмосферы, гидросферы, литосферы и глубинных недр планеты, негативным образом отражающегося на состоянии фито-, биоценозов и человеческого организма. Геопатогенез – совокупность геолого-геофизических условий, сопутствующих развитию патологических отклонений в живых организмах.

Аномалии геофизических полей связаны с зонами тектонических нарушений, повышенной трещиноватостью, погребенными речными долинами, рифтовыми структурами и другими неоднородностями литосферы, влияющими на биоту. К таким аномалиям относятся очаги повышенной заболеваемости и проявления функциональных расстройств живых организмов. По сути, это зоны с дисбалансом ряда геофизических полей, которые негативно воздействуют на человека в целом или его отдельные органы, являющиеся генераторами этих полей, что и приводит к заболеваниям или развитию «социоповеденческого» синдрома.