Лекція 16 антропогенні та бiогенні форми рельєфу, вплив господарської діяльності людини на формування рельєфу

Активна діяльність людини призводить до суттєвого перетворення поверхні і приповерхневої частини літосфери. Вона змінює форми рельєфу земної поверхні та створює відклади, які отримали назву антропогенних. Надзвичайно великий вплив здійснюється саме на рельєф земної поверхні. Наслідки цієї діяльності можна порівняти з роботою вітру, льодовиків, плинних вод, вулканів, тектонічних рухів та інших природних явищ. Кожен вид діяльності викликає переміщення значних об'ємів гірських порід та поверхневого шару грунту. При цьому, за короткий час створюються форми рельєфу, аналогічні за величиною і об'ємом природним, що формувались на Землі впродовж тривалих геологічних епох.

Одночасно з діяльністю людини, значний вплив на формування рельєфу здійснюють тварини і рослини. Рослинний світ здійснює значний вплив на гірські породи своєю кореневою системою. Вона, проникаючи в грунт та гірські породи, руйнує і переробляє їх, готуючи матеріал для перенесення та перевідкладення екзогенними процесами. В океанах також міститься надзвичайно велика кількість представників фауни і флори. В процесі їх життєдіяльності накопичуються і переносяться на значні відстані різноманітні речовини та відмерлі залишки, що відіграють важливу роль у формуванні рельєфу верхньої частини літосфери океанів.

Таким чином, діяльність людини, тварин і рослин створює нові різновиди рельєфу - антропогенні форми. При цьому, крім геологічного середовища, значного антропогенного впливу зазнає ландшафтна оболонка Землі. Антропогенний вплив призводить до появи і розвитку природно-антропогенних форм рельєфу і ландшафтів. Він порушує природні закономірності геологічних процесів, що в свою чергу обумовлює зміну складу, стану і властивостей навколишнього середовища.

Геологічна та рельєфотворна діяльність людини проявилась ще в глибокій давнині. Вже на початку господарської діяльності людина почала свідомо спрямовувати або несвідомо збуджувати розвиток геологічних і рельєфотворних процесів, які змінювали середовище існування.

Розрізняють позитивний і негативний антропогеновий вплив, який формує різноманітні форми рельєфу. Так, наприклад, позитивними антропогеновими процесами вважають осушування, зрошування, обводнення, розсолення грунтів тощо, спрямовані на збереження екологічної рівноваги. Однак, вплив антропогенних факторів на природу часто призводить до негативних наслідків - скорочуються площі лісів, зникає багато видів рослин і тварин, розвивається ерозія грунтів, забруднюються атмосферне повітря та води. В результаті на планеті створилась складна екологічна ситуація загалом і для окремих її регіонів зокрема.

Антропогенні форми рельєфу - це новоутворення на земній поверхні, пов'язані з діяльністю людини. За походженням розрізняють форми рельєфу, утворені прямими і непрямими діями людини на земну поверхню. За спрямуванням господарська діяльність людини поділяється на інженерно-будівельну, гірничотехнічну, сільськогосподарську тощо.

З інженерно-будівельною діяльністю людини пов'язане переважно вирівнювання поверхні Землі або зміна її рівня для будівництва різноманітних об'єктів. Господарські об’єкти різноманітні за розмірами, призначенням, застосуванням матеріалів та впливом на рельєф. До таких споруд належать дороги і дорожні насипи, виїмки, тунелі, мости, різноманітні дорожні покриття, житлові та виробничі комплекси, іригаційні та гідротехнічні споруди тощо. Будівництво міст переважно супроводжується виникненням і розвитком зсувів, осипанням та обвалюванням схилів, лінійною ерозією, просіданням земної поверхні тощо. При дорожньому будівництві часто виникають явища підтоплення, суфозії, обвалів, осипання, соліфлюкції та інші.

З перерахованих вище антропогенних явищ за останні роки широкого розвитку набули зсувні процеси в Придніпров'ї, Закарпатті та Передкарпатті. Вони викликані підрізанням схилів, створенням виїмок, перевантаженням схилів будовами, вирубками лісів, зміною рівня підземних вод тощо. Названі фактори спричиняють утворення зсувних форм рельєфу.

Зсувні форми рельєфу характерні для зсувонебезпечних зон України. Одноярусні зсувні тераси є на корінних схилах численних річкових долин. Багатоярусні - на правих схилах долин Дніпра, Ворскли, Псла, на узбережжях Чорного та Азовського морів, а також стрімких підводних схилах Чорного моря.

Значних змін зазнає існуючий рельєф в результаті будівництва штучних водосховищ. Штучна водойма, яка утворюється при спорудженні водонапірної греблі в долині річки для нагромадження запасів води, здійснює помітний вплив на гідрологічний режим водозборів та окремих їх частин. Наприклад, сприяє заболочуванню і підтопленню земель, змінює мікроклімат навколишніх територій. Значні зміни в режимі стоку і водоносності рік відбуваються при використанні води на зрошування та інші господарські цілі, при скиданні забруднених стічних вод тощо. Колосальні небажані наслідки мало створення Дніпровського каскаду водосховищ в рівнинних умовах України. Воно викликало значну зміну гідрогеологічних, гідрологічних та інженерно-геологічних умов, що призвело до затоплення і підтоплення понижених ділянок окремих територій, втрати цінних сільськогосподарських угідь на значних територіях.

Постійного підтоплення і заболочування зазнають міські території за рахунок підпору води зі сторони гідротехнічних споруд, а також за рахунок планування поверхні та освоєння прилеглих неужитків. Це призводить до пониження дренуючої ролі балок та ярів в результаті засипання їх слабофільтруючим матеріалом.

Значним наслідком антропогенного впливу на рельєф є виникнення суфозії. Вона являє собою вилуговування розчинених солей з подальшим вимиванням дрібних мінеральних частинок гірських порід і грунтів плинними водами. В природних умовах суфозія розвивається порівняно повільно впродовж десятиріч. Однак під впливом техногенних факторів її розвиток різко прискорюється. Найбільш інтенсивно вона проявляється в районах будівництва гребель або водосховищ, при довготривалому відкачуванні підземних вод із відкритих кар'єрів і котлованів, при підземних гірничих виробках, при водопонижуючих заходах у свердловинах. В результаті суфозії утворюються підземні порожнини, що супроводжуються перебудовою наземних форм рельєфу у вигляді блюдець, подів, лійок, западин тощо. Особливого розвитку такі форми антропогенного рельєфу набувають в карбонатних глинах, лесах та інших пилуватих породах.

Особливо активно проходить руйнування і зміна рельєфу денної поверхні при техногенезі, який прямо або побічно впливає на процеси вивітрювання, погіршуючи якість атмосфери, гідросфери, літосфери і біосфери. Забруднення атмосфери сірчаними газами, окисом вуглецю, двоокисом азоту, пилом та іншими хімічними речовинами, властивими промисловим викидам, призводить до утворення техногенної кори вивітрювання. Вона формується завдяки розущільненню, дезінтеграції і зміні складу порід. Сприяє цьому також переміщення порід у величезній кількості при відкритих і підземних гірничих роботах. За даними А.М.Рибчикової, об'єм речовини, який щорічно переміщується в результаті виробничої діяльності людини, оцінюється в 10 тис. км^З, що становить близько 20 трлн. тонн. Переміщення такої кількості гірських порід різко змінює геолого-геоморфологічну та фізико-географічну ситуацію, що повністю можна порівняти з масштабами дії найпотужніших природних і геологічних сил.

Сукупність процесів руйнування гірських порід та їх переміщення утворює антропогенну денудацію, на частку якої припадає майже 40% загальнопланетарної денудації. Як кожний геологічний фактор, техногенез призводить до формування нових специфічних форм рельєфу і гірських порід. Попередні підрахунки показали, що на земній поверхні вже з'явилось понад 15 трлн. м³ штучних порід. Щорічно антропогенні відклади збільшуються на 40-45 млрд. м³. Якщо врахувати, що природні наноси плинних вод земної кулі не перевищують 13 млрд. м^З на рік, то стає очевидним, що масштаби техногенної діяльності людини значно перевищують акумулятивну діяльність багатьох геологічних процесів.

Значних змін зазнають також природні форми рельєфу в карстових областях під інтенсивною дією техногенної діяльності. Якщо в 60-х роках ХХ ст. в Україні було відомо 109 провально-просідаючих деформацій земної поверхні, то на початку 80-х років, тільки в межах 10 ділянок високого техногенного навантаження, нараховувалось понад 2000 таких деформацій. Супроводжуються вони руйнуванням споруд, розривами комунікацій, ускладненнями при експлуатації родовищ корисних копалин, втратами водних ресурсів і сільськогосподарських угідь. Основною причиною названих карстових деформацій слід вважати пониження рівня підземних вод внаслідок надлишкового їх відбору або відкачування при гірничих роботах.

Значної зміни рельєф зазнає під впливом землеробства і лісівництва. Сільськогосподарська діяльність людини проявляється в розорюванні полів, в результаті чого щорічно переробляються земельні угіддя у декілька тисяч квадратних кілометрів. Змінюється термічний режим розорених площ, посилюються процеси вивітрювання, видаляються і виносяться хімічні сполуки, зрошуються або осушуються великі площі земель, змінюються умови водообміну тощо. Внаслідок неправильного розорювання земель (борознами вздовж схилу) і вирубки лісів активізується ярова ерозія, розвивається сітка борозд і промоїн.

При оранці та обробці сільськогосподарських угідь технікою виникає посилене руйнування грунтів, прискорюється лінійний розмив, площинний змив та дефляція. Порушення нормативів щодо осушення територій зумовлює зниження рівня грунтових вод, просідання і дефляцію торфовищ. Наднормативний полив при зрошуванні спричинює вторинне засолювання грунтів, заболочування, суфозійно-просадкові явища та ерозію.

Особливо великої шкоди природному середовищу та існуючим формам рельєфу завдає вітрова ерозія грунтів, що розвивається внаслідок знищення рослинності. За останнє десятиліття на нашій планеті вітровій ерозії піддалось близько 2 млрд. га поверхні суші, тобто майже третина всіх сільськогосподарських угідь. Середня швидкість ерозії сільськогосподарських угідь у світі перевищує 3 тис. га на добу. За підрахунками спеціалістів не менше 50 млн. га раніше розораних земель зараз повністю зруйновані і не мають грунтового покриву.

Гірничотехнічна діяльність людини спрямована на розробку різноманітних корисних копалин без яких неможливий сучасний розвиток суспільства. Постійне нарощування темпів видобутку сировини для паливно-енергетичного комплексу, рудних і нерудних корисних копалин для металургійної, хімічної, будівельної та інших галузей народного господарства, - призводить до значного порушення рельєфу. В природному середовищі змінюються напрямки розвитку природних процесів та формуються, на їх основі, нові форми антропогенного рельєфу.

Відкриті гірничі виробки найбільше впливають на зміну рельєфу будь-якої місцевості. До них належать котловани, кар'єри, траншеї, дорожні прорізи, окопи, рови тощо. З ними пов'язаний комплекс деформаційних змін порід та антропогенних процесів. Наприклад, довготривала розробка гірських порід призводить до формування порід антропогенного генезису та нових форм антропогенного рельєфу. Гірничі розробки відкритим способом призводять до порушення природної структури гірських порід, інтенсивного вивітрювання, дезінтеграції, розвитку тріщинуватості та розущільнення. Наслідком є порушення статистичної рівноваги, розвиток зсувних деформацій і явищ у відкосах, випирання дна та бортів виїмок, фільтраційні і дифузійні деформації, процеси дегідраційно-гідравлічного стиснення порід та осідання поверхні Землі у зв'язку із штучним водопониженням тощо.

Кар'єри та інші виїмки в літосфері Землі надзвичайно сильно впливають на природні фізичні тіла та ландшафт місцевості. В рельєфі утворюються штучні заглиблення, пагорби і гряди відвальних порід, змінюється режим поверхневого стоку, гідрологічна, термодинамічна, мікрокліматична ситуація; виникає комплекс нових геодинамічних процесів, не характерних для даної місцевості. Щорічно у світі гірничими роботами порушується близько 150 тис. га земель, з них на сільськогосподарські угіддя припадає 40%. Видобуток 1 млн. т залізної руди призводить до порушення 14 - 640 га землі; марганцевої руди - 76 - 600 га; вугілля - 2,6 - 43 га; руд для виробництва мінеральних добрив - 22 - 97 га; нерудних будівельних матеріалів - 1,5 - 583 га. На частку відкритого способу розробки родовищ корисних копалин припадає понад 75% об'єму гірничого виробництва. В промислово розвинутих країнах із загальної площі земельного відводу під гірничі підприємства, в середньому, 20% займають кар'єрні відвали, 13% відводиться під хвостосховища збагачувальних фабрик, 5% зайнято відвалами і відходами шахт, 3% перетворено у непридатні землі внаслідок просідання і провалів земної поверхні.

Під впливом гірничих виробок (шахт і кар'єрів) природні ландшафти зазнають істотних змін. В першу чергу - це насипні терикони у вигляді конусоподібних горбів. Утворились вони з відвальних порід. Внаслідок процесів окислення вони можуть самозагоратись, виділяючи в атмосферу значну кількість диму і продуктів згорання. На території України найбільша кількість териконів знаходиться у старих районах вугільної промисловості Донецької і Луганської областей. У Донецьку налічується 89 териконів, а в м. Макіївці - 68 териконів. За об'ємом відвальної породи терикони поділяють на великі (понад 2,5 млн. м ), середні (0,5-2,5 млн. м³) і малі (менше 0,5 млн. м^З).

Велику шкоду навколишньому середовищу та рельєфу наносить кар'єрне обводнення. На деяких шахтах об'єм відкачуваних вод досягає 20-30 млн. м на рік. Вони надзвичайно ускладнюють ведення гірничих робіт і, в більшості випадків, стають основним забруднювачем поверхневого водного середовища.

При підземних гірничих розробках, пов'язаних з видобуванням вугілля, в масивах гірських порід утворюються просідання, обвали породи, розриви, воронки, а на великих глибинах мають місце викиди, набухання порід тощо. Подібні явища мають широке поширення при застосуванні на підземних розробках високопродуктивних систем з обвалюванням вугілля і вміщуючих порід без заповнення виробленого простору.

Видобуток нафти і газу, на відміну від видобутку переважної більшості інших корисних копалин, не пов'язаний з виїмкою породи, не призводить до утворення значних підземних порожнин і не супроводжується значною кількістю твердих відходів виробництва. Основними продуктами видобування в нафтовій і газовій промисловості є нафта, газ, попутна пластова вода, попутний нафтовий газ. При розробці нафтових родовищ для підтримання пластового тиску в підземні пласти закачується велика кількість води. Крім того, в процесі буріння та видобутку нафти і газу використовують різноманітні хімічні елементи, більшість з яких розчинна у воді. Все це є джерелом техногенних змін гідрогеологічних систем та навколишнього середовища.

Значні збитки природному середовищу наносять аварійні викиди і відкрите фонтанування нафтою, газом і водою у процесі розкриття свердловинами продуктивних пластів. Характер їх прояву найрізноманітніший - від регульованого до катастрофічно нерегульованого з провалом усього бурового обладнання і виникнення глибоких вирв, заповнених підземними водами.

Найважливішим фактором впливу на гідрогеологічні системи нафтогазоносних басейнів є зміни пластового тиску, які неминуче супроводжують процеси розробки нафтових і газових родовищ. Для недопущення негативних наслідків при розробці нафтових і газових родовищ на природних режимах в останні десятиріччя широко застосовують методи підтримання пластового тиску закачкою води. В результаті виникає цілий ряд техногенних процесів, які порушують ведення нормального процесу видобутку нафти, створюють небезпечні умови для відтоку рідини у верхні горизонти аж до виходу на поверхню і утворення грифонів.

Таким чином, процеси видобутку нафти і газу також сильно впливають на стан геологічного середовища та створюють нові форми антропогенного рельєфу. Особливі техногенні процеси при цьому проявляються у випадку сильної тріщинуватості порід, коли ще до початку розробки родовищ на окремих ділянках наявні нафтові і газові виходи, грязьовий вулканізм, корові поля, озокеритні жили тощо.

Отже, всі види освоєння земних надр, вся господарська діяльність людини призводить до негативного і позитивного впливу на довкілля та форми рельєфу. Прикладами позитивних змін рельєфу на території України є захист абразійних берегів Чорного та Азовського морів, створення штучного рельєфу методом рекультивації земель на місці кар'єрів і териконів в Донбасі, укріплення та засипання ярів, закріплення рухомих пісків.

Однією з найважливіших властивостей нашої планети, порівняно з іншими планетами Сонячної системи, є наявність на ній багатого і різноманітного органічного світу. В надрах Землі, навіть на глибині 1500 м, виявлено різноманітні бактерії. У верхніх шарах земної кори широко розповсюджені різні види мікроорганізмів і риючих тварин. У верхньому грунтовому шарі широкого розвитку набула коренева система рослин. Не тільки на поверхні Землі, але й на дні морів та океанів широко розвинута величезна кількість біоти. У водах озер, рік і боліт також активно розвивається тваринний і рослинний світ. Мікроорганізми і спори рослин знайдено навіть у атмосфері на висотах 10-15 км.

Отже, органічне життя розвинуте в атмосфері, на поверхні Землі, в її надрах і в гідросфері. Однак найбільшого розвитку органічний світ досягнув на поверхні Землі та в межах гідросфери. Саме тут мають найбільшу активність і екзогенні процеси. Під час життєдіяльності організми захоплюють і накопичують різні речовини, переробляють їх і переносять на певну відстань. Відмираючи, вони постачають матеріал, який відкладається на поверхні літосфери і відіграє значну роль у формуванні та утворенні рельєфу.

Рослинність, починаючи від мікроскопічних водорослів і до величезних дерев, здійснює значний вплив на гірські породи. Коріння рослин проникає в грунт і гірські породи, руйнує і переробляє їх, підготовляючи матеріал, який в подальшому переноситься і перевідкладається вітром, поверхневими і підземними водами та іншими екзогенним геологічними процесами.

Роль рослинності у створенні акумулятивних форм рельєфу надзвичайно велика. Вона досить добре проявляється безпосередньо в існуючих формах рельєфу. В геологічному минулому за рахунок накопичення рослинності відбулось утворення кам'яного вугілля в заболочених пониженнях рельєфу, улоговинах озер, морських затоках та в інших місцях.

Різноманітні екзогенні фактори із рослинної речовини можуть створювати рослинні завали на ріках, острови на ріках та озерах тощо. Більшість з цих утворень невеликої висоти, але мають широке розповсюдження (від часток квадратного метра біля купин до довгих вузьких гряд на болотах і до великих лісових завалів та островів).

Значну рельєфотворну здатність мають тварини та різні мікроорганізми. Вони успішно переробляють величезну масу гірських порід, розпушують їх, створюючи в товщі шарів проходи і порожнини. Одночасно з цим, вони змінюють хімічний склад мінералів, використовуючи мінеральні компоненти для побудови тканин свого тіла і скелету та виділяючи продукти життєдіяльності.

Наземні тварини, рухаючись поверхнею Землі, руйнують її, проторюють стежки навіть у твердих гірських породах, знищують малі нерівності рельєфу у вигляді купин, скидають з гірських схилів каміння, викликають каменепади та утворення снігових лавин тощо. Тваринні стежки на схилах нагадують складний рисунок горизонталей. На рівних просторах заболочених пасовищах стадо витоптує складну сітку стежок, між якими зберігаються ділянки непорушеної поверхні, що мають вигляд пагорбів та купин.

Найбільш інтенсивно біогенний фактор рельєфотворення проявляється у Світовому океані. Утворені тут коралові рифи та коралові острови, які піднімаються з дна глибокого моря і виступають над його поверхнею, свідчать про можливості рельєфоутворення біотою. Прикладом таких форм рельєфу можуть бути також Товтри на Волинсько-Подільській височині, де за тортонського віку виникли смуги з продуктів життєдіяльності водорослів разом із залишками коралів і моховаток. За сарматського віку на їх основі утворились серпулево-моховаткові вапнякові бар'єрні рифи, залишками яких є Товтри.

У процесі життєдіяльності та відмирання морських організмів відбувається накопичення розсипчастого осадового матеріалу - скелетів і покривних частин різних організмів, переважно кременистого або вапнякового складу. З часом осади переформовуються в масивні породи типу рифових вапняків та утворюють нові форми рельєфу у вигляді коралових рифів.

Багато морських істот мають вибіркову здатність концентрувати у своїх покривах і в м’яких тканинах різноманітні елементи і неорганічні сполуки, які здебільшого містяться у морській воді. Особливо важливе значення має здатність багатьох організмів засвоювати вапняк або кремнезем із морської води. Ці елементи практично незворотньо вибувають із кругообігу. Вилучення вапняку із морської води і його випадання у вигляді залишків життєдіяльності на дно є одним із найважливіших процесів впливу біоти на хімічний склад вод і осадових гірських порід Землі, починаючи з архею. З часом активність цього процесу наростає (Страхов, 1963).

Процес накопичення біогенного кремнезему має дещо менші масштаби. Як показують дані глибоководного буріння, накопичення кремнезему в донних осадах було дуже характерним для мезо-кайнозойського етапу розвитку Світового океану. Скелетні і покривні залишки відмерлих організмів постійно випадають на дно і накопичуються на ньому, утворюючи різні типи донних морських відкладів.

Серед вапнякових організмів найбільш важливе значення для цього процесу мають фораменіфери, а також одноклітинні зелені водорості. Із кременистих організмів найбільша роль належить діатомовим водоростям, радіоляріям та кремене-джгутиковим. Загальне поступлення біогенного осадового матеріалу на дно океану оцінюється величиною 1,82 млрд. тон на рік.