Техногенні аномалії і техногенні бар'єри

Використовуючи систему показників, що характеризує техногенні системи, можна установити наявність у тім чи іншому регіоні техногенних геохімічних аномалій. Розміри аномалій можуть бути різні.

Глобальні аномалії охоплюють усю земну кулю. До них відносять підвищений зміст СО₂ в атмосфері, що з'явилася результатом спалювання палива, накопичення Sr⁹⁰ після ядерних вибухів.

Регіональні аномалії поширюються на материки, країни, зони, області, провінції. До регіональних аномалій приводять такі антропогенні явища, як застосування мінеральних добрив, отрутохімікатів.

Локальні аномалії зв'язані з конкретним заводом, рудником, містом. Це, наприклад, підвищене зміст металів у ґрунтах і водах навколо металургійних підприємств. Їхній радіус обмежується декількома десятками кілометрів.

Техногенні аномалії поділяються на літохімічні (у ґрунтах, породах, будівлях), гідрогеохімічні (у водах), атмогеохімічні (в атмосфері), біогеохімічні (у живих організмах). Сукупність техногенних аномалій від локального джерела називається техногенним ореолом і потоком розсіювання. Звичайно техногенний ореол включає усі види аномалій. Техногенна аномалія може бути результатом зменшення інтенсивності техногенної міграції. Така ділянка зветься техногенного геохімічного бар'єра. Техногенні бар'єри можуть бути корисними, шкідливими і нейтральними. Наприклад, вторинне засолення - результат шкідливого техногенного бар'єра. А такі заходи щодо підвищення родючості ґрунтів, як вапнування, приводять до виникнення корисного техногенного бар'єра і нагромадженню елементів харчування.

Тому що техногенна міграція підкоряється соціально-економічним законам, то тут діє інший тип інформації - соціальний. І ця третя корінна відмінність ноосфери від біосфери. На відміну від інформації, характерної для біосфери, вона значно більш різноманітна. Ріст соціальної інформації супроводжується зменшенням інформації, характерної для біосфери.

Таким чином, для ноосфери в цілому характерно наступне:

1. Ноосфера утворилася і розвивається в біосфері, іншими словами, ноосфера - це біосфера, що перетвориться під впливом людини, яка змінює геохімію планети і її ландшафтів.

2. Основна перетворююча геохімічна сила в ноосфері - людина. Діяльністю людства створений новий тип міграції хімічних елементів - техногенний. Цей тип міграції обумовлює перерозподіл і розсіювання хімічних елементів, утворення техногенних аномалій.

3. Ноосфера характеризується значним прискоренням міграції.

4. Ноосфера характеризується зменшенням геохімічної контрастності.

5. Ноосфера відрізняється від біосфери великим обсягом і розмаїтістю інформації.

6. Ноосфера використовує і витрачає енергію, накопичену біосферою.

7. Ноосфера створює нові типи ландшафту культурний, техногенний і агроландшафт, для яких можливе регулювання круговороту хімічних елементів. Оптимізація круговороту елементів - неодмінна, обов'язкова умова розвитку ноосфери.

Шляхи оптимізації переходу біосфери в ноосферу

Розвиток ноосфери викликало утворення не тільки нового типу міграції елементів, але призвело до прояву нових процесів, що ведуть до забруднення навколишнього середовища - біосфери. Тому охорона навколишнього середовища в цих умовах стає найважливішою задачею людства. Шляхи рішення цієї проблеми складаються в переході від сучасних незамкнутих технологічних систем до замкнутих систем виробництва, міграційні втрати яких значно менше. Процес еволюції поверхні нашої планети можна розглядати як процес перетворення земної кори в біосферу, а біосфери в ноосферу: земна кора біосфера ноосфера.

Ноосфера зароджується в надрах біосфери і спрямована на її перетворення. Це перетворення передбачає створення нових ландшафтів, у яких виникає і може існувати новий тип круговороту хімічних елементів, що виключає забруднення навколишнього середовища. Такі ландшафти варто розглядати як ландшафти ноосфери. У них повинні бути збалансовані всі хімічні елементи, що знаходяться в круговороті. У біосфері зустрічаються ландшафти з чи надлишком недоліком тих чи інших хімічних елементів, що приводить до розвитку ендемічних захворювань. У ноосфері в культурних ландшафтах таке явище неприпустиме. У культурному ландшафті можна н повинне регулювати баланс круговороту хімічних елементів.

Оптимізація переходу біосфери в ноосферу містить у собі оптимізацію біологічного круговороту, оптимізацію круговороту води. Оптимізований біологічний круговорот повинний характеризуватися енергійним фотосинтезом, високою продуктивністю і розмаїтістю біологічної продукції, а також швидким розкладанням залишків організмів і включенням продуктів їхньої мінералізації в новий цикл круговороту. Необхідна також мінімалізація виходу хімічних елементів з біологічного круговороту, для того щоб N, Р, К и інші хімічні елементи не включалися у водяну міграцію. При цьому надлишкові елементи повинні віддалятися із системи, а дефіцитні - привноситися.

Дуже важлива мобілізація внутрішніх ресурсів біосфери для посилення біологічного круговороту, наприклад, використання сапропелю, торфу, бурого вугілля для добрив.

Прикладом оптимізації біологічного круговороту, вважає А. И. Перельман (1989), можуть служити лісові ценози. Він наводить наступний приклад. Поява лісових ландшафтів близько 350 мільйонів років тому обумовило накопичення великої органічної маси, а отже, і розкладання великої кількості залишків рослин і тварин. Це привело до підкислення ґрунтового розчину і вилужування ґрунтів і стало причиною збідніння ґрунтів елементами живлення і, отже, мінерального голодування рослин. У процесі еволюції голосіменні рослини перемінилися покритосіменними, краще пристосованими до таких умов, тому що вони повніше поглинають із ґрунту Са, Mg, Na, К. Але до кінця природа так і не змогла зруйнувати це протиріччя.

У ноосфері це протиріччя зникає, тому що людина, удобрюючи поля, оптимізує геохімічну обстановку. Але виникають нові протиріччя, тому що поля з'являються на місці зведених і вирубаних лісів!

Оптимізація круговороту води досягається зрошенням пустель, осушенням боліт, опрісненням морських вод, охороною їх від забруднення. Однак геохімічне обґрунтування інженерних проектів часто виявляється неспроможним, що приводить до різних небажаних наслідків. Такі прорахунки, накладаючи на глобальні явища зміни клімату, можуть стати особливо небезпечними. Перед сучасним природознавством коштує безліч проблем і одна з найбільш гострих - аридізація й спустелювання суші. Причини аридізації суші складні і різноманітні. Можна спробувати їх систематизувати, як це зробив В. А. Ковда (1981). Усі можливі причини аридізації суші Ковда розділив на дві великі групи:

1. Космічні і геологічні.

2. Антропогенні.

До першої групи він відніс:

а) можливе охолодження клімату;

б) підняття суші і ріст поверхні континентів;

в) зниження рівня океану і зменшення випаровуваності вологи;

г) зміни морських і повітряних плинів. Друга група більш різноманітна:

а) знищення лісової і трав'янистої рослинності;

б) зменшення гумусности ґрунтів на великих територіях;

в) оранка великих масивів, руйнування і знищення ґрунтів, запилення і задимлення атмосфери.

Усе це спричиняє збільшення альбедо на 10-30%, посилення континентальности і частішання явищ опускання повітряних мас, що завжди сприяє їх висушуванню і зменшенню кількості атмосферних опадів. Збільшення атмосферних опадів, що спостерігається, над великими містами може також зменшити їхнє випадання на іншій частині суші. Поява плівок нафти на поверхні Світового океану викликає зниження води, що випаровується, з поверхні. Осушення боліт, відкачка підземних і ґрунтових вод також сприяють аридізації суші.

У той же час, знаючи історію минулого планети, не слід особливо дивуватися тим коливанням клімату, що відбуваються на наших очах у сучасний період. Глибокі зміни клімату Землі: процеси спустелювання чи обводнювання суші, епохи чи заледеніння потеплення неодноразово були в історії планети. Третинна епоха завершилася значним похолоданням і загальним наростанням сухості, що особливо підсилилася пізніше, у четвертинному періоді. Самі великі коливання температури і водяного режиму - льодовикові і міжльодовикові епохи, початок яких мало місце близько 2 млн. років тому. Плейстоцен супроводжувався декількома повторними заледеніннями і міжльодовиковими плювіалями й аридізацією, що охоплювали щоразу періоди від 100-120 тис. років до 5-10 тис. років. Максимальне заледеніння (100-120 тис. років), на думку вчених, збігалося за часом з максимальної аридізацією суші позальодовикових територій, що супроводжувалася соленакопиченням і еоловими явищами.

Така загальна картина ритміки клімату планети, сформульована Флоном, Брайсоном, Баулером (Flohn, 1975; Bryson, 1974; Bowler, 1976). На ці загальні цикли накладалися тисячолітні - двохтисячорічні цикли зволоження, похолодання, аридізації. На думку деяких учених (Шнитніков, 1961; Тушинський 1966; Калініна і Бики, 1969; Ковда, 1981), у дійсну епоху спостерігається зростаюча аридізація суші. Можливо, що поточний період є кульмінацією і кінцем наростання сухості в загальному циклі тривалістю 1800-2000 років. Розрізняють також періоди зростаючої сухості й інтервали між ними, що складають цикли в 100-200 і більш років. На тлі цих тривалих циклів розгортаються не дуже упорядковані, різні 2-3, 5-7, 11-13, 22-28-літні кліматичні коливання.

Вивчення похованих ґрунтів і похованих сольових горизонтів у лесах Євразії і наносах Африки показало, що за минулі 10-20 тис. років було трохи таких «малих» періодів спустелювання суші. Вони охоплювали періоди від 500 до 3000 років. Кожний з таких циклів починався зволоженням і потепленням, змінювався наростаючою сухістю і закінчувався значним спустелюванням і соленакопиченням.

Як же обстоїть справа зараз? Після суворого холодного періоду від кінця середньовіччя і включаючи XVIII століття (так називаний «малий льодовиковий період») почалося стійке потеплення, установилася порівняно стійка повторюваність і рівномірність часів року. Після посух кінця XIX і початку XX вв. на північній півкулі планети в 30-40-х і частково в 50-х роках зберігався відносно теплий і сприятливий по зволоженості кліматичний режим, що полегшив освоєння півночі і сухих степів і стійке підвищення продуктивності землеробства в індустріально розвитих країнах. Потеплення клімату в середньому склало 0,4-0,6°С. Однак у 50-х і особливо в 70-х роках стала виявлятися протилежна тенденція - похолодання, змішання до півдня границі арктичних снігів і льодів, зсув границь і часу настання мусонних дощів в Азії й Африці, частішання посух і заморозків. Похолодання до дійсного часу складає в середньому 0,3-0,4°С. Намітилася загальна нестабільність, нерівномірність, мінливість погоди, частішання посух і таких явищ, як сніжні лавини, урагани, торнадо, повені, зсуви.

Сільське господарство степів, сухих степів, напівпустель може в перспективі частіше, ніж у минулому, підпадати під вплив посух. Дані метеорологічних спостережень свідчать, що вегетаційний період степів Російської рівнини робиться сухіше. Так, за час з 1938 по 1958 рік по Донськой метеостанції відхилення від середнього багаторічного убік сухості були в 2 рази частіше, ніж убік їхнього збільшення, а відхилення убік зменшення в 2-3 рази перевищують відхилення убік збільшення.

Періоди посухи можуть незакономірно перемежовуватися з вологими роками. Вірніше буде, якщо системи землеробства будуть орієнтовані на небезпеку посухи, на необхідність накопичення вологи в ґрунтах богарних районів і на зрошення полів, косовиць і пасовищ там, де це можливо. При цьому «степове зрошення» повинне бути технічно дуже мобільним, керованим і відігравати роль спорадічного чи додаткового до опадів джерела вологи. В окремі вологі роки зрошення буде не потрібно чи навіть шкідливо.

Наслідку аридізації найбільше помітно виявляються в змінах гідрології суші і ґрунтів. Причому ці зміни досить глибокі і несприятливі, на що вказували у свій час ще В. В. Докучаєв і А. А. Ізмаїльський.

У гідрології поза лісовими територіями в даний час намітився ряд тривожних тенденцій:

поступово зменшується стік і зникають багато малих рік у Поволжі, Сибіру, на Україні, у Казахстану;

- збільшилося загальне забруднення річкових вод нітратами, фосфатами, біоцидами, нафтовідходами, патогенними мікроорганізмами;

- скорочується площа озер і збільшується мінералізація води в них;

- поглиблюється рівень підземних вод і росте їхня солоність.

Так, рівень ґрунтових вод іде глибше майже повсюдно (за винятком зони водоймищ, зрошуваних територій, великих міст). У багатьох колодязях півдня України, Північного Кавказу, Поволжя, Західного Сибіру рівень води знизився на 1-2 метра і води стали солонуватими. На багато метрів знизився рівень води в артезіанських шпарах Каліфорнії, Лівії, Пакистану, Алжиру, і води в них стали мінералізованими. Часто спостерігаються виснаження і забруднення артезіанських вод, причому не тільки на півдні країни. Такі явища відзначені, наприклад у Підмосков'я.

Зниження рівня ґрунтових вод навіть на 8-15 див помітно підвищує сухість ґрунтів і збільшує континентальність місцевості. Сухі ґрунти сильніше і швидше нагріваються, швидше прохолоджуються. У ґрунтах спостерігаються посилення мінералізації гумусу і втрата поверхневими обріями грудкувато-зернистої структури. Це сприяє підвищенню коефіцієнта зівядания рослин. Низька приступність води рослинам узагалі характерна для ґрунтів аридних територій. Зв'язано це з тим, що ґрунту ці часто глинисті, містять легкорозчинні солі й обмінний натрій, а це підвищує осмотичний тиск ґрунтових розчинів. Як відомо, ґрунт відбиває і зберігає у своїх обріях картину умов ґрунтоутворення в історичному розвитку. Можна досить точно оцінити й інтерпретувати комплекс минулих і дійсних умов навколишнього середовища на основі детального вивчення існуючих властивостей і характеристик ґрунту і ґрунтоутворюючої породи. Особливо важливий облік взаємин між існуючими режимами і балансами ґрунту і різними неоакумуляціями (полуторні окисли, кремнезем, карбонат кальцію, гіпс, розчинні солі). Завдяки тому, що ці акумуляції є результатом минулих і сучасних міграцій, їхній зв'язок із сучасними ґрунтовими режимами і балансами може бути досить точно зрозумілі за допомогою вивчення існуючого у минулому й в сьогоденні навколишнього середовища.

В. А. Ковда, ґрунтуючись на цих ознаках, а також на визначенні імовірності посух по їхній повторюваності в минулому, склав схематичну карту аридності суші, засоленості ґрунтів і ґрунтів і імовірності посух. Ця карта була опублікована як офіційний документ ООН у 1977 році і з'явилася першим досвідом у цій області. Ідея, покладена в основу карти, і перша загальна картина аридності і засоленості суші, зведення зведень про імовірність посух дають досить вражаючу інформацію про значення процесів спустелювання на континентах і необхідності мобілізації науки, техніки й економіки на боротьбу з цим глобальним явищем, що руйнує біосферу Землі і насамперед її ґрунтовий покрив й утруднює землеробство.