Лекции по "Геоэкология"

Половодье на реке происходит в период с июля по октябрь, в сезон дождей, когда выпадает 60 – 80% от годовой нормы осадков (480 мм). Это время называют сезоном наводнений, во время которых максимальные расходы воды могут превышать меженные более чем в 200 раз. В сезон наводнений с речным стоком транспортируется 85% массы наносов.

Контрольные вопросы

 

1. Абиогенные факторы экосистем и биосферы Земли.
2. Крупнейшие экосистемы Земли.
3. Факторы формирования материковых экосистем.
4. Принципы организации земной поверхности по В.И. Вернадскому.
5. Прямые и обратные связи геосфер в экосистеме Земли.
6. Особенности выделения материковых экосистем.
7. Функционирование речных экосистем.
8. Экологическая зональность морских водоемов.
9. Экологические факторы мирового океана.
10. Углекисло-карбонатная система «атмосфера – океан».
11. Сгущения жизни в морях и океанах.
12. Бентосные экосистемы океана.
13. Формирование бассейновых экосистем.
14. Динамика развития крупнейших речных бассейнов Земли.
15. Факторы и результаты антропогенного влияния на бассейновые экосистемы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛЕКЦИЯ 3. ЛОКАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОСФЕР

 

3.1. Изменение литосферы  урбанизированных территорий

 

Преобразование литосферы на урбанизированных территориях осуществляется очень интенсивно. Оно происходит при подземном и поверхностном перемещении вещества человеком, а также вследствие различного рода воздействий на литосферу. Это прежде всего: статическая нагрузка сооружений; динамические нагрузки типа вибрации, толчков и др.; непреднамеренное или преднамеренное изменение запасов подземных вод; тепловой поток от коллекторов, отапливаемых зданий, цехов и др.

Строительные и ремонтные работы, а также благоустройство городов включают такие виды деятельности, как искусственное укрепление грунтов путем их обжига, уплотнения и др. Широко применяется восстановление на оголенных территориях почвенно-растительного слоя. Наиболее распространенными изменениями литосферы урбанизированных территорий являются: накопление культурного слоя, уплотнение, подтопление, выветривание, овражная эрозия, поверхностный смыв и оползни.

Накопление культурного слоя и аккумуляция антропогенного вещества происходили во всех городах в прошлом и происходят в настоящее время. Сейчас особенно активная аккумуляция происходит фрагментарно на заводских дворах, в заброшенных карьерах и в других местах.

Уплотнение грунтов сопровождается уменьшением влажности и пористости, а также увеличением объемного веса грунтов. Удельное давление от веса зданий, сооружений, насыпей и отвалов в современных городах колеблется от 0,1 до 20 кг/см2 и более.

Осадка илов, сапропелей или торфяников может достигать очень больших величин. Динамические нагрузки (вибрации, удары и толчки) уплотняют раздельно-зернистые, рыхлые и неуплотненные грунты, могут разрушать структуру непрочных грунтов. Песчаные грунты, например, значительно больше уплотняются при пульсирующей нагрузке, нежели при статической.

В Москве здания, расположенные вдоль улиц с интенсивным движением транспорта, осели в среднем на 3 – 8 мм больше, чем находящиеся в переулках и тупиках. Среди зданий в зоне вибрационного влияния метро есть такие, которые подверглись дополнительной осадке на 5 – 20 см. Мульды проседания над линиями метро образуются вследствие совокупного действия нескольких основных процессов: гравитационного уплотнения сжимаемых пород под основаниями сооружений; гидродинамического уплотнения при дренаже; уплотнения под действием вибрации от движения поездов.

Уплотнение грунтов происходит при обезвоживании их корнями деревьев в городах – там, где распространены глины. Деревья забирают содержащуюся в них влагу даже из очень мелких пор, а по мере осушения глин корни деревьев прорастают дальше и осушают новые участки. В результате обезвоженные грунты уплотняются, происходит их неравномерное оседание, что вызывает деформацию расположенных на них уличных покрытий и даже зданий.

Подтопление в городах обычно связано с созданием вблизи них водохранилищ или из-за значительных утечек воды из городской сети. Оно может приводить к разрушению дорог, мостов, каналов, зданий, подземных магистралей и др.

Воздействие загрязненного воздуха и атмосферных осадков обнаруживается при изучении изменений, происходящих с архитектурными памятниками. По наблюдениям ученых, греческий Акрополь в Афинах подвергается следующим вредным атмосферным воздействиям:

1) коррозия в результате  ударов твердых частиц;

2) накопление и перемещение  твердых частиц, наличие которых  усиливает многие реакции с  участием загрязняющих газообразных  веществ;

3) прямое химическое разрушение, в особенности при реакциях серного и сернистого газа с материалами из мрамора и известняка с образованием легкорастворимого гипса;

4) косвенное химическое  разрушение при адсорбции в  поверхностном слое газообразных  соединений серы, превращающихся  затем в серную кислоту, которая ослабляет этот слой;

5) электрохимическая коррозия  вследствие того, что сернокислые  газы в присутствии влаги увеличивают  электропроводность железа, стали  и других металлов, и тем самым  ускоряют их разрушение.

На урбанизированных территориях ветер поднимает значительное количество пыли со всех поверхностей, не защищенных растительностью. Дымовые трубы, вытяжные устройства, уборочные машины и автотранспорт поставляют в атмосферу большое количество аэрозолей, в результате чего концентрация примесей здесь в десятки и сотни раз выше, чем в воздухе сельской местности. Особенно велика аккумуляция пыли в тех местах, где ведется карьерная разработка полезных ископаемых. Тяжелая в этом отношении ситуация в городах, находящихся в аридных зонах.

Годовой сток с урбанизированных территорий обычно больше, чем в естественных условиях. Это сказывается на поверхностном смыве, который естественным путем формируется при дождях и снеготаянии.

Основными источниками выноса обломочного материала в городах служат стройплощадки, на которых энергично происходит поверхностная эрозия. Со строительных площадок поверхностным смывом обычно удаляется от 100 до 300, а иногда до 500 т/га в год.

 Поверхностный смыв  и сопряженные с ним естественные  и искусственные способы удаления продуктов денудации выполняют важную роль в очищении городов от загрязняющих веществ. Поскольку смыв с урбанизированных территорий происходит в условиях определенного увеличения количества осадков, можно считать, что этим территориям присущ эффект самоочищения.

Овражная эрозия в городах проявляться очень интенсивно, она часто стимулируется увеличением водности временных водотоков за счет утечек из водопроводной сети и каналов ливневого стока.

Оползневые процессы на урбанизированных территориях происходят под воздействием целого ряда факторов. Наиболее обычными из них являются: подрезка склонов; дополнительная нагрузка на неустойчивые массивы пород; обводнение пород; динамические нагрузки. В России оползневые процессы обычны для многих городов. Они имеют место в Москве, Нижнем Новгороде, Ульяновске, Волгограде, Сочи и др.

На территории Москвы выявлены 15 крупных участков развития глубоких оползней мощностью до 100 м и около 200 участков поверхностных оползней. В тяжелом состоянии находятся правый склон долины р. Москва в районе Москворечья и Воробьевы горы.

Города – это самые крупные производители отходов. Так, в Москве ежегодно образуется более 2,5 млн. т твердых бытовых отходов. Количество промышленных отходов в развитых странах в 2 – 3 раза превышает по массе бытовой мусор. Размещение свалок бытовых и промышленных отбросов существенно меняет строение поверхностных отложений в городах и на их окраинах.

 В геологической среде  городов фиксируются вибрационное  и температурное поля, а также  поле блуждающих токов. Вибрационный фон связан в основном с движением транспорта, а другие источники оказывают локальное воздействие. Уровень вибрации составляет 46 дБ, что соответствует среднему уровню воздействия. Однако в ряде случаев техногенная вибрация достигает 86 – 100 дБ. В районе Российской государственной библиотеки уровень вибрации из-за движения поездов метро превышен и составляет 90 дБ.

Электрическое поле блуждающих токов на территории Москвы в сотни раз превышает естественный фон. Оно формируется за счет утечек с электрифицированного рельсового транспорта, заземлений промышленных установок и станций катодной защиты. В результате активизировалась коррозия подземных коммуникаций. Четверть площади Москвы характеризуется по этой причине высокой коррозионной опасностью.

Тепловые поля Москвы формируются в местах нахождения промышленных объектов и утечек из теплотрасс. Москва-река повсеместно в городе подвергается тепловому стрессу. При росте температуры грунтов повышается их коррозионная активность.

Изменение параметров литосферы требует антропогенного вмешательства. Можно выделить три аспекта такой деятельности: 1 – контроль над неблагоприятными проявлениями экзо динамики (мониторинг экзогенных процессов); 2 – разнообразные мероприятия по освоению и использованию подземного пространства; 3 – управление отходами.

В городах действуют различные службы, в функции которых входит мониторинг экзогенных процессов – оценка состояния и прогноз развития неблагоприятных явлений в геологической среде, таких, как оползни, провалы, подмыв берегов акваторий, подтопление, оседание, загрязнение подземных вод.

Работы по контролю над такими событиями проводят геологи, гидрогеологи, геоморфологи. В последнее время активное участие в изучении условий жизни горожан принимают геохимики, оценивающие загрязнение и других компонентов урбанизированных экосистем.

Использование подземного пространства – это своего рода управление литосферой. Земные недра издавна служат человеку в качестве дополнительного жизненного пространства. В настоящее время объем подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, в развитых странах удваивается каждые 10 лет. Расширяются их функции.

Под землей размещают линии метро, крупные промышленные комплексы, огромные хранилища нефтепродуктов и сжиженных газов, машинные залы электростанций, гаражи, грибные плантации, спортзалы, санатории, музеи, хранилища золота, драгоценностей, валюты и даже места, где сохраняют прах людей. Пока подземное пространство используется в основном до глубин 200 м.

Большой экономический эффект дает использование естественных подземных резервуаров для аккумуляции нагретых вод или сжатого воздуха. Накопление обычно ведется при избыточной выработке тепловой или электрической энергии различными установками, а использование приурочивается к периодам повышенной потребности в тех же видах энергии.

Применяемые методы обезвреживания отходов (управление отходами) объединяются в три группы – ликвидационные, частично ликвидационные и утилизационные.

1. Ликвидационные  используются с целью изолировать и уничтожить отходы без извлечения полезного вторичного сырья. Ликвидация отходов на открытых и усовершенствованных (многоярусных, с земляным покрытием) свалках это самый распространенный в настоящее время способ удаления и изоляции отходов.

 В ряде случаев свалки  устраивают для улучшения рельефа  в пределах города (засыпки оврагов, котловин и т. п.) или для наращивания  его площади за счет акватории (засыпка мелководий). Широко практикуется  заполнение отходами заброшенных  шахт, рудников и карьеров, сжигание мусора.

Все больше внедряется сжигание отходов. Существуют субаквальные свалки мусора, при его сбросе на дно внутриконтинентальных водоемов, морей и океанов. На морское дно сбрасывается больше всего грунта, получаемого при землечерпательных работах для очистки судовых путей и гаваней. Такой грунт обычно загрязнен органическими веществами и тяжелыми металлами. По ориентировочным расчетам он составляет 80% веса всех сбрасываемых в море отходов. Остальные 20% составляют строительный мусор, отстой сточных вод, различные промышленные отходы.

2. Частично ликвидационные  методы предусматривают сортировку отходов на специализированных заводах и выделение наиболее легко утилизируемых категорий мусора. Основная часть мусора сжигается.

3. Утилизационные методы, при помощи которых используются все компоненты мусора. Пищевые отбросы после тепловой обработки потребляются на свинофермах. Пластмасса, стекло, металлолом, тряпье, бумага используются как вторичное сырье. Древесина, резина и некоторые другие отходы сжигаются для получения энергии. Это делается на высокомеханизированных мусороперерабатывающих заводах. Полная утилизация отходов достигается в результате сложного законченного цикла производственных процессов: сортировка с применением магнитной сепарации и дробления, биологическая переработка, гидролиз или газификация органических веществ и ряд других технологических процессов.