1.3.1. Антропогенное и техногенное воздействие на литосферу

Техногенная деятельность человека порождает новые инже­нерно-геологические процессы, которые раньше на данной террито­рии не отмечались. Одним из примеров такой деятельности человека может быть «наведенная сейсмичность», которая приводит к возникновению таких опасных геологических явлений, как земле­трясения. Чаще всего землетрясения техногенного происхождения возникают в связи с созданием крупных и глубинных водохранилищ.

Техногенные геологические процессы отличаются интенсивно­стью и глубиной воздействия, проникающего на десятки километров в недра Земли. Например, при добыче полезных ископаемых и выполне­нии строительных работ количество породы, извлекаемой человеком, превышает 120 миллиардов тонн в год, что примерно в 4,5 раза больше массы породы, смываемой водами рек в океаны в процессе денудации (от лат. denudatio - обнажение) и размыва суши (табл. 6)

Ежегодный объем материала литосферы, перемещаемого все­ми текучими водами на земной поверхности, в 30 раз меньше, чем перемещается горных пород при строительстве и добыче полезных ископаемых. Структура нашей планеты уже не успевает сбаланси­ровать эти процессы.

Таблица 6 Масштабы техногенных воздействий на верхние горизонты литосферы

Масштабы извлечения из литосферы (в год)		Масштабы поступления в литосферу (в год)
Добыча мине- рального сырья	100 млрд.т	Внесение удобрений в почву	500 млн.т
Добыча минералов	800 млн.т	Внесение пестицидов в почву	5 млн.т
Водозабор	560 км3	Отвалы золы	300 млн.т
Сток почвенной массы в моря и океаны	17,4млрд.т	Промышленные и коммунальные стоки	500 км3
Выброс нефти в моря	10 млн.т	Перемещение пород при строительстве и добыче полезных ископаемых	4000 км3
Вулканические выбросы	3 млрд.т	Промышленные отходы	8,7 млрд.т

Техногенные перемещения и изменения масс горных пород, а также геохимического состава верхних горизонтов литосферы, вклю­чая подземную гидросферу, привели к техногенному изменению геофизических полей Земли (гравитационного, магнитного, элект­рического, радиационного, теплового), что неблагоприятно сказы­вается на всех живых организмах.

В процессе инженерно-хозяйственной деятельности человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры, претерпевают в той или иной степени сжатие, растяжение, сдвижение, водонасыщение, осушение, вибрации и другие воздействия.

Серьезные изменения поверхности литосферы наблюдаются при прокладке инженерных коммуникаций, линий электропередачи и связи, строительстве железных и автомобильных дорог. В настоя­щее время общая протяженность железных дорог на Земле состав­ляет более 1400 тыс. км, то есть в 3,5 раза больше, чем расстояние от Земли до Луны. И на всем этом протяжении нарушается почвенный покров, меняются геологические условия прилегающих к дороге территорий, возникают новые геологические процессы. Протяжен­ность автомобильных дорог в мире еще больше. Вдоль автотрасс также происходит нарушение геологических условий, так как при прокладке 1 км дороги нарушается около 2 га растительного и по­чвенного покрова.

Общая площадь поверхности литосферы, нарушенной город­ской застройкой и хозяйственной инфраструктурой на территории России, составляет около 4,3 млн.км². Причем на каждого жителя в среднем приходится 6 тыс.м² нарушенной поверхности. Основные нарушения расположены в зонах наиболее плотного заселения, поэтому в этой зоне уровень нарушения поверхности литосферы, приходящийся на 1 км², составляет в среднем 10-25% , а на урбани-зованной территории - 75-100%.

С каждым годом интенсивность воздействия человека на ли­тосферу все более и более возрастает. Если в 1985 году суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооруже­ний (здания, дороги, водохранилища, каналы и т.п.), составляла око­ло 8%, то к 1990 году она превысила 10%, к 2000 году возросла до 15%, а к 2010 может возрасти до 25%. Вместе с площадями, исполь­зуемыми на Земле под сельское хозяйство, техногенной деятельнос­тью затронуто около половины суши (без Антарктиды).

Нарушения поверхности литосферы приводят к активизации опасных стихийных явлений: оползней, обвалов, просадок грунтов, создают условия для формирования селей и снежных лавин, способ­ствуют увеличению поверхностного стока, меняют условия инфильт­рации и движения флюидов в грунтах, нарушают почвенный биоценоз.

Мощным фактором воздействия на литосферу явились ядерные подземные взрывы, в результате которых произошли значительные геодинамические изменения на больших территориях, сопровождавшиеся повышением уровня грунтовых вод, учащением выбросов грязевых вулканов, падением нефтедобычи.

При оценке техногенного и антропогенного воздействия чело­века на литосферу используют такие понятия, как источник воздей­ствия, интенсивность воздействия, реакция геологической среды, область приложения воздействия, время приложения воздействия.

Под источником воздействия подразумевают любой вид ин­женерной или хозяйственной деятельности человека. Практически все виды деятельности человека сопровождаются загрязнением по­чвы. К основным источникам загрязнения почв относятся:

1. Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязня­ющих веществ преобладают бытовой мусор, пищевые отходы, фе­калии, отходы отопительных систем, больниц, столовых, гостиниц, магазинов и пр.

2. Промышленные предприятия. В газообразных, жидких и твердых промышленных отходах присутствуют те или иные вещества, которые загрязняют и существенно изменяют химический состав почв. Промышленное загрязнение почв происходит в основном через атмос­феру путем осаждения на поверхность паров, аэрозолей, пыли или ра­створенных веществ непосредственно или с атмосферными осадками.

3. Теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков при сжигании каменного угля, с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц оксидов серы и других веществ, которые со временем попадают в почву. Выделение в атмосферу ок­сидов серы способствует образованию кислых атмосферных осад­ков, способствующих подкислению почв.

4. Сельское хозяйство. Основными загрязнителями почвы являются удобрения и ядохимикаты.

5. Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и дру­гие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. При эксплуатации автомобильных дорог в воздух по­ступают значительные количества минеральной пыли, нефтепродук­тов и солей тяжелых металлов, которые оседают на прилегающие земли.

Основными загрязнителями почвы являются: 1) пестициды;

2) минеральные удобрения;

3) отходы и отбросы производства;

4) газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

5) нефть и нефтепродукты.

Все техногенные вещества, являющиеся загрязнителями по­чвы, объединяют в две группы.

1. Педохимически (pedos - почва) активные техногенные ве­щества, способные влиять на кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия в почвах. К ним относятся минераль­ные кислоты, щелочи, карбонаты, сероводород, метан.

2. Биохимически активные техногенные вещества, действующие непосредственно на живые организмы. Это тяжелые металлы, радионуклиды, токсические микроэлементы, пестициды и др.

Воздействие химически активных веществ на организмы зависит от их доступности растениям, подвижности в почвах, поэтому оценку устойчивости почв к химическим загрязнителям следует проводить в зависимости от их подвижности в почвах.

Одной из форм химического загрязнения почв является акку­муляция в них тяжелых металлов и других токсичных элементов, поступающих с промышленными и транспортными выбросами. Сре­ди этих элементов широко распространенными являются кобальт, мышьяк, цинк, никель, медь, ванадий, марганец, ртуть, свинец, кад­мий и некоторые другие. Токсичные металлы, поступая в почву, всту­пают в различные химические реакции, сорбируются органическим веществом, глинистыми минералами. Из почвы они поступают в грун­товые воды и поглощаются растениями, поэтому наблюдения за их содержанием должны проводиться повсеместно.

Одной из серьезных экологических проблем России является загрязнение почвы и литосферы в целом нефтью и нефтепродукта­ми, особенно в нефтедобывающих регионах. К основным причинам такого загрязнения следует отнести аварии на магистральных и внут-рипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии неф­тедобычи, аварийные и технологические выбросы и т.д. В результа­те, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоно­вые значения в 150-250 раз. На Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5%. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га территорий, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее пяти сантиметров.

При добыче нефти и газа почвы подвергаются механическо­му нарушению, загрязнению сырой нефтью и пластовыми водами, поступающими из скважин. В качестве загрязнителей выступают так­же буровые растворы, химические реагенты, применяемые в нефте­добыче. При разработке газовых месторождений газовые потоки меняют состав почвенного воздуха и стимулируют эмиссию газооб­разных углеводородов в атмосферу. Загрязнение почв нефтью и неф­тепродуктами приводит к ухудшению их физических свойств. При этом наблюдается снижение биологической активности, и создают­ся условия для накопления в почве токсических, в том числе канце­рогенных, соединений. Такие явления наблюдаются не только при нефте- и газодобыче. Они наблюдаются и на территориях автозап­равочных станций. Например, в США до 70% цистерн на автозап­равках имеют течь.

В загрязнении почв существенную роль играет нерациональ­ное применение агрохимии, основоположником которой считается Юстус фон Либих (1840). Учение Либиха открыло путь широкому применению минеральных удобрений. В настоящее время на полях России бесполезно теряются около 20-60% азотных, 70-80% фосфорных, свыше 50% калийных удобрений. Выносимые с внут-рипочвенным и поверхностным стоком нитраты загрязняют природ­ные воды, а снос фосфорных удобрений с полей является главной причиной загрязнения водоемов фосфатами, вызывая эвтрофикацию озер, рек, водохранилищ.

Загрязнение почвы различными токсикантами пагубно влияет на жизнедеятельность почвенных организмов. При этом теряется способность почвы к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов, что чревато тяжелыми последстви­ями для человека, растительного и животного мира. Например, в сильно загрязненных почвах возбудители тифа и паратифа могут сохраняться до полутора лет, тогда как в незагрязненных - лишь в течение двух-трех суток.

Интенсивность воздействия зависит от его источника. Она может изменяться в широких пределах от незначительной, бесслед­но исчезающей в течение нескольких дней или даже часов, до гло-бальной, пронизывающей всю планету. Примером глобальной ин­тенсивности воздействия могут служить извержения вулканов, стол­кновения с космическими телами, мощные ядерные взрывы, вызывающие колебания горных пород, несколько раз проходящие через всю Землю, отражаясь от её внутренних границ.

Реакция геологической среды представляет собой процесс ее возвращения после техногенного воздействия в равновесное со­стояние. При относительно слабом воздействии нарушенная геоло­гическая среда может восстановиться. Такое воздействие можно считать обратимым. При значительных техногенных воздействиях формируется новый природно-техногенный необратимый геодина­мический комплекс.

Область приложения воздействия техногенного или антро­погенного воздействия проявляется в том, что воздействие может быть оказано на один или несколько элементов геодинамического комплекса на территории, охватывающей большее или меньшее ко­личество его компонентов. Такие воздействия могут быть прямыми, когда деятельность человека непосредственно направлена на тот или иной компонент литосферы, и косвенными, когда человек воздей­ствует на литосферу через другие компоненты биосферы.

По масштабу воздействия могут иметь локальный, регио­нальный и глобальный уровни. Эта градация условна, так как вы­деляемые уровни не имеют чётких границ.

Время приложения воздействия может быть кратковремен­ным, не превышающим нескольких лет, длительным, сопоставимым со временем жизни человека и сроком реального планирования тех или иных социально-экономических программ, а также постоянным.

Кратковременные воздействия могут быть непериодическими, проявляющимися единожды, и периодическими с различным време­нем повторяемости. Примером периодических воздействий служат ре­гулярные испытания взрывных устройств, различные виды сезонных работ, периодическое прохождение транспорта и тому подобное.