Литосфера и экология

Существует два подхода к  оценке воздействия геодинамического фактора литосферы на биоту. Первый подход связан с анализом и оценкой воздействия отдельных геологических процессов на человека и проявляет экологические последствия этих процессов. Второй связан с изучением современных геодинамических зон и аномалий литосферы и их воздействием на биоту. Эти факторы определяют состояние массивов горных пород, участков повышенной трещиноватости, проницаемости, влияющих на особенности циркуляции подземных вод, увеличение количества геологических и экологически опасных техногенных процессов.

Геодинамические аномалии влияют на процесс проникновения физических и химических загрязнителей в  литосферу, окружающий ландшафт, биологические  объекты, на здоровье человека и снижают  ценность почвенных ресурсов.

Иерархия структуры геодинамической  экологической функции литосферы:

Первый уровень - все геологические  процессы и геодинамические зоны.

Второй уровень - группы геологических, других природных и техногенных  процессов, различающихся по характеру  проявления и воздействия на экосистему и человека, и геодинамические  аномалии.

 

 

Рис. 2.Структура геодинамической экологической функции литосферы (По А.Д. Абалакову)

 

Особенностью  эколого-геодинамической функции  литосферы является проявление негативных и позитивных свойств к развитию и пространственному распространению  биоты. Некоторые геодинамические процессы не проявляют прямого воздействия на биоту, а другие оказывают катастрофическое воздействие на растительный покров, животный мир и человека. 

3. Геофизическая функция.

Любое отклонение от естественных условий  несет с собой опасность возникновения  негативных для биоты последствий. В ответ на такое воздействие живые организмы могут адаптироваться или патологически измениться.

Геофизические поля – естественные физические поля космического и земного (ионосферного, атмосферного, гидросферного, литосферного, глубинного) происхождения, а также техногенные поля, действующие в пределах литосферы, преобразованные и распределенные ею.

Геофизические поля делятся на:

• гравитационное (поле силы тяжести);
• магнитное;
• электрического тока (постоянного, переменного и медленно меняющегося);
• температурное;
• сейсмическое (поле упругих механических колебаний);
• радиационное (поле ионизирующего излучения).

 

Наиболее экологически значимые - гравитационное, температурное, геомагнитное, электрическое и радиационное поля.

Геофизические поля (естественные и  техногенные), накладываясь друг на друга, создают вблизи земной поверхности (по обе стороны от нее по вертикали) энергосферу (область существования избыточного энергетического потенциала). В пределах этой сферы происходит энергообмен между Землей и космическим пространством, объектами живой и неживой природы. Естественные и техногенные геофизические поля не существуют раздельно, они накладываются друг на друга в соответствии с принципом суперпозиции (наложения).

Проблемы геофизической экологической  функции литосферы:

• экологическое воздействие геофизических полей на природные и природно-технические экосистемы;
• техногенное физическое загрязнение литосферы;
• геопатогенез.

 

4. Геохимическая функция.

Геохимические неоднородности литосферы  – это геохимические зоны, геохимические  провинции и геохимические аномалии, являющиеся функциональными территориальными (точнее объемными) единицами эколого-геохимических  исследований.

Геохимические неоднородности литосферы  делятся на:

• литохимические, обусловленные составом горных пород, почв, донных осадков, техногенных грунтов;
• гидрохимические – подземных вод;
• атмохимические – газовым составом почв, горных пород, подземных вод;
• сноухимические – снегового покрова;
• биохимические – биоты.

По генезису среди геохимических  неоднородностей литосферы следует  выделять:

• природные (естественно-исторические), сформировавшиеся в ходе геологической жизни планеты;
• природно-техногенные (новообразованные), формирование которых произошло в эпоху техногенеза вследствие использования высокоотходных технологий при низком уровне внедрения средозащитных мероприятий.

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.

Чаще  всего они проявляются совместно, усугубляя негативное воздействие  на население, проживающее в зоне воздействия геохимических факторов. Принятие природоохранных мер не может быть основано лишь исключительно  на оценке загрязнения местности  через медико-статистические показатели (заболеваемость, смертность населения  и т. д.), а требует установления среды и источников загрязнения  и путей попадания токсикантов в организм человека. 

5. Ресурсная функция.

Потребности человека не должны вступать в противоречие с потребностями биоты. В современном мире отмечается ресурсная напряженность, обусловливающая необходимость перехода человечества к системному ресурсному мышлению. Этот переход должен совершиться в ближайшие годы, поскольку человечество для этого имеет, по оценкам экспертов, всего 3—4 десятилетия. Важнейшая проблема экологической геологии - выработка теоретического фундамента, описывающего ресурсы литосферы. 

3. Источники загрязнения почвы.

 

Источники загрязнение почвы классифицированы следующим образом.

1. Жилые дома и коммунально-бытовые предприятия.

В составе загрязняющих веществ  этой категории источников преобладают  бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие  в негодность предметы домашнего  обихода и т.п. Все это собирается и вывозится на свалки. Для крупных  городов сбор и уничтожение бытового мусора на свалках превратили в трудноразрешимую проблему. Простое сжигание мусора на городских свалках сопровождается выделением ядовитых веществ. При сжигании таких предметов, например, хлорсодержащих полимеров, образуются сильно токсичные вещества - диоксиды.

2. Промышленные  предприятия.

 В твердых и жидких промышленных  отходах постоянно присутствуют  вещества, способные оказывать токсическое  воздействие на живые организмы  и растения. Например, в отходах  металлургической промышленности  обычно присутствуют соли цветных  тяжелых металлов. Машиностроительная  промышленность выбрасывает в  окружающую природную среду цианиды,  соединения мышьяка, бериллия; при  производстве пластмасс и искусственных  волокон образуются отходы, содержащие  фенол, бензол, стирол; при производстве  синтетических каучуков в почву  попадают отходы катализаторов,  некондиционные полимерные сгустки;  при производстве резиновых изделий  в окружающую среду поступают  пылевидные ингредиенты, сажа, которые  оседают на почву и растения, отходы резинотекстильных и резиновых  деталей, а при эксплуатации  шин - изношенные и вышедшие  из строя покрышки, автокамеры  и ободные ленты. Хранение и  утилизация изношенных шин в  настоящее время являются еще  нерешенными проблемами, так как  при этом часто происходит  сильные пожары, которые очень  трудно тушить. Степень утилизации  изношенных шин не превышает  30% от общего их объема.

3. Транспорт.

При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды, оксид углерода, сажа и другие вещества, оседающие на поверхность земли  или поглощаемые растениями. В  последнем случае эти вещества также  попадают в почву и вовлекаются  в круговорот, связанный с пищевыми цепями. 

4. Сельское  хозяйство.

 Загрязнение почвы в сельском  хозяйстве происходит вследствие  внесения огромных количеств  минеральных удобрений и ядохимикатов. Известно, что в составе некоторых  ядохимикатов содержится ртуть.

5. Загрязнение почвы тяжелыми металлами.

 Тяжелыми металлами называют  цветные металлы, плотность которых  больше плотности железа. К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, хром, ртуть.

Особенностью тяжелых металлов является то, что в небольших количествах  почти все они необходимы для  растений и живых организмов. В  организме человека тяжелые металлы  участвуют в жизненно важных биохимических  процессах. Однако превышение допустимого  их количества приводит к серьезным  заболеваниям.

Тяжелые металлы накапливаются  в почве и способствуют постепенному изменению ее химического состава, нарушению жизнедеятельности растений и живых организмов. Из почвы тяжелые  металлы могут попасть в организм животных и людей и вызывать нежелательные  последствия.

Весьма токсичным для живых  организмов является свинец. Из каждой тонны добываемого свинца до 25 кг его поступает в окружающую среду. Огромное количество свинца выделяется в атмосферу вместе с выхлопными газами автомобилей при сжигании этилированного бензина, так как 1 л бензина содержит до 0,5 г тетраэтилсвинца. Загрязнение почвы и растений свинцом вдоль автомобильных дорог распространяется на расстояние до 200 метров. Предельно допустимая концентрация свинца в почве =32 мг/кг. Превышение этого показателя увеличивает вероятность попадания свинца в организм человека через сельскохозяйственные продукты, что может привести к поражению центральной нервной системы, печени, почек и мозга. В промышленных районах содержание свинца в почве в 25-27 раз больше, чем в сельскохозяйственных.

Большую опасность для человека представляет накопление в почве кадмия. В природе  кадмий находится в почве и  в воде, а также в тканях растений. Всемирная организация здравоохранения  рекомендовала ограничение дозы кадмия, поступающего с пищей в  организм человека, до 70 мкг в сутки. Потребляя пищу, содержащую повышенные дозы кадмия, приводит к деформации скелета, снижению роста и сильным  болевым ощущениям в пояснице.  

6. Загрязнение почвы пестицидами.

Почва загрязняется также при использовании  в сельском хозяйстве пестицидов. Известно, что нормальный рост растений определяется различными физическими, химическими и биологическими процессами, которые протекают в почве. При  попадании в почву пестициды  могут быть включены в эти процессы с их накоплением в растениях. Кроме того, они сохраняют устойчивость в почве длительное время, что  также обуславливает их накопление в пищевых цепях.

Одним из первых пестицидов был печально известный  ДДТ - дифенилдихлортрихлорэтан. Впервые он был синтезирован немецким химиком П.Мюллером. Этот препарат обладал высокоэффективными инсектицидными свойствами и поэтому долгое время успешно применялся против малярийных комаров, клещей, вшей. В 1944-1946 годах с помощью ДДТ успешно подавляли очаги сыпного тифа в Неаполе и малярии в некоторых провинциях Италии. В СССР с помощью ДДТ был уничтожен клещ, переносящий таежный энцефалит. Все это в свое время послужило причиной присуждения П. Мюллеру Нобелевской премии. Однако много позже обнаружилось, что ДДТ обладая высокой устойчивостью в природной среде, способен накапливаться в пищевых цепях и наносить существенный вред животному миру. Попадая в организм человека, ДДТ аккумулируется в мозге и действует как нервный яд. При этом нормальное функционирование мозга может быть нарушено. 

4. Контроль  загрязнения почвы.

 

Установление предельно допустимых концентраций вредных веществ в  почве в настоящее время находится  еще в самом начале разработке. ПДК установлены примерно для 50 вредных веществ, преимущественно ядохимикатов, применяемых для защиты растений от вредителей и болезней. Однако почва не принадлежит к тем средам, которые непосредственно воздействуют на здоровье человека, тогда как воздух и вода вместе с загрязнителями потребляются живыми организмами.

Неблагоприятное влияние загрязнителей  почвы проявляется через трофическую  цепь. Поэтому на практике для оценки степени загрязнения почвы используются два показателя:

• предельно допустимую концентрацию в почве (ПДК), мг/кг;
• допустимые остаточные количества (ДОК), мг/кг массы растительности. Так, для хлорофоса ПДК равна 1,0 мг/кг, ДОК=2,0 мг/кг. Для свинца ПДК=32 мг/кг, ДОК в мясопродуктах составляет 0,5 мг/кг.

Санитарный контроль загрязнения  почвы в условиях городов осуществляется санэпединслужбой. Под ее контролем находятся также транспортировка отходов, согласование мест складирования, захоронения и переработки.