 |
Антропогенные воздействия на литосферу
|
|
|
|
Уже сегодня воздействие человека на литосферу приближается к критическому пределу, когда могут начаться необратимые процессы в значительной части земной коры. По данным на начало 90-х годов XX века, из земной коры было извлечено 125 млрд. т угля, 32 млрд. т нефти, более 100 млрд. т других полезных ископаемых. Распахано более 1,5 млрд. га земель, заболочено и засолено 20 млн. га. Эрозией за последние 100 лет уничтожено 2 млн. га, площадь оврагов превысила 25 млн. га. Сегодня техногенные изменения коснулись всех основных составляющих литосферы: почв, горных пород и их массивов, недр.
Все основные экологические функции почвы замыкаются на одном обобщающем показателе - плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и т.д.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, приводят к деградации почвы.
В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина деградации агроэкосистем заключена в их упрощенном фитоценозе. Создание человеком искусственной экосистемы, находящейся на начальной стадии сукцессионного процесса, предназначенной для культивирования некоторой монокультуры, нарушает видовое разнообразие растительного сообщества, переводит систему в неустойчивое состояние, когда становится невозможным гомеостаз.
Одним из основных видов антропогенного воздействия на почву является эрозия почв - разрушение и снос верхних наиболее плодородных почвенных горизонтов ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). К эрозионным процессам относят также промышленную эрозию (разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную и ирригационную эрозию (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм полива) и др.
|
|
|
Настоящим бичом земледелия в России и в мире в целом остаются водная эрозия (ей подвержено 31% суши) и ветровая эрозия (дефляция), действующая на 34% поверхности суши. В США подвержено эрозии 40% всех сельскохозяйственных земель, а в засушливых регионах мира - до 60% от общей площади, из них 20% - в значительной степени.
Интенсивность ветровой эрозии резко увеличивается при уничтожении растительности, нерегулируемом выпасе скота, неправильном применении агротехнических мер. Чрезвычайно негативное воздействие на почвы оказывают и пыльные бури, возникающие при очень сильных и продолжительных ветрах и уносящие самый плодородный верхний слой почв. В России пыльные бури возникают в Нижнем Поволжье, на Северном Кавказе, в Башкирии и других районах. В настоящее время крупнейшим источником пыли является Арал. Общая масса переносимой ветром пыли в районе Арала достигает 90 млн. т в год. Другим крупным пылевым очагом в России является Калмыкия.
Как и в случае ветровой эрозии, существенной причиной водной эрозии является производственная и иная деятельность человека. В частности, появление тяжелой почвообрабатывающей техники, разрушающей структуру почвы, служит одной из причин активизации водной эрозии в последние десятилетия.
Среди различных форм проявления водной эрозии выделяется ущерб, наносимый природной среде оврагами. Овраги уничтожают сельскохозяйственные земли, способствуют интенсивному смыванию почвенного покрова.
Поверхностные слои почвы легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов. При этом теряется способность почвы к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов.
|
|
|
Основными загрязнителями почвы являются пестициды (ядохимикаты), минеральные удобрения, отходы производства, газодымовые выбросы в атмосферу, нефть и нефтепродукты.
В мире ежегодно производится более миллиона тонн пестицидов. В России общий годовой объем их производства составляет около 100 тыс. тонн. Наиболее загрязненными пестицидами являются земли Краснодарского края и Ростовской области. Установлено, что применение пестицидов, наряду с некоторым ростом урожайности, приводит к увеличению видового разнообразия вредителей, ухудшению пищевых качеств и сохранности сельскохозяйственной продукции, утрате естественного плодородия почвы.
По мнению ученых-экологов, подавляющая часть пестицидов попадает в окружающую среду, минуя те виды вредителей, для которых эти ядохимикаты предназначены. Пестициды вызывают существенные изменения всей экосистемы, действуя на все живые организмы, в результате чего наблюдается интоксикация огромного числа других биологических видов (полезных насекомых, птиц и т.д.) вплоть до их исчезновения. Часто человек использует пестициды в значительно больших количествах, чем это необходимо, и еще больше усугубляет проблему.
Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения типа ДДТ, которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет. Даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут становиться опасными для живых организмов. Пестициды подавляют иммунную систему организмов, а в высоких концентрациях обладают ярко выраженными мутагенными и канцерогенными свойствами. Поэтому применение ДДТ в России и в ряде других стран запрещено.
Почвы загрязняются и минеральными удобрениями в случае их использования в неумеренных количествах, потерях при производстве, транспортировке и хранении. Из азотных, суперфосфатных и других типов удобрений в почву в больших количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие соединения. По оценкам американских ученых, из всего количества применяемых в США азотных удобрений растениями в среднем потребляется лишь 50%. Это приводит к нарушению биогеохимического круговорота азота, фосфора и некоторых других элементов.
|
|
|
Что касается загрязнения почв отходами промышленного производства, отметим, что в России ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн. тонн - особо токсичных.
Существенный вред для нормального функционирования почв представляют газодымовые выбросы промышленных предприятий. Почва обладает способностью накапливать загрязняющие вещества, например, тяжелые металлы. Так, вблизи ртутного комбината содержание ртути в почве из-за газодымовых выбросов повышается, в сотни раз превышая предельно допустимые концентрации. Значительную концентрацию свинца содержат почвы в непосредственной близости от автострад. По данным агрохимической службы России почти 400 тысяч га в нашей стране загрязнены медью, свинцом, кадмием и др.
Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и т.д. Причинами загрязнения служат аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы и т.д.
Значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв патогенными микроорганизмами. Последние могут проникать в организм человека через цепочку человек - почва - человек. Патогенные микроорганизмы выделяются зараженным человеком и через почву, либо через выращенные на зараженной почве овощи и фрукты, передаются другому человеку. Таким способом человек может заболеть холерой, дизентерией, брюшным тифом и т.д. Аналогичным путем в организм человека могут попадать и черви-паразиты.
Вторым способом проникновения в организм человека патогенных микроорганизмов является цепочка животные - почва - человек. Существует целый ряд заболеваний животных (например, сибирская язва), которые передаются человеку путем прямого контакта с почвой, загрязненной выделениями инфицированных животных.
|
|
|
Наконец, третий путь лежит через цепочку почва - человек, когда патогенные микроорганизмы попадают из почвы в организм человека при непосредственном контакте (столбняк, ботулизм и др.).
Часто в процессе хозяйственной деятельности человека происходит вторичное засоление почв. Развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. Площадь засоленных почв в России составляет 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ, исчезают многие виды растений, появляются новые растения (галофиты). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.
Наконец, одним из глобальных проявлений деградации почв является опустынивание - процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях приводит к полному разрушению экосистемы и превращению территории в пустыню. Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд. га практически на всех континентах. Как правило, к опустыниванию приводит сочетание нескольких факторов, совместное действие которых резко ухудшает экологическую ситуацию.
Опустынивание угрожает примерно 3,2 млрд. га земель, на которых проживает более 700 млн. человек. Особенно опасное положение сложилось в Африке в зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Буркина-Фасо, Мали и др.) - переходной биоклиматической зоне шириной до 400 км между пустыней Сахара на севере и саванной на юге. Причиной опустынивания земель в зоне Сахеля является сочетание двух факторов: усиления воздействия человека на природные экосистемы с целью обеспечения продовольствием быстро растущего населения и изменившихся метеорологических условий (длительные засухи). Интенсивный выпас скота приводит к чрезмерной нагрузке на пастбища и уничтожению и без того разреженной растительности с низкой естественной продуктивностью. Опустыниванию способствует также массовое выжигание прошлогодней сухой травы, особенно после периода дождей, интенсивная распашка и др.
На территории бывшего Советского Союза опустыниванию подвержено Приаралье, Прибалхашье, ряд земель в Калмыкии, Астраханской области и некоторые другие районы. Все они относятся к зонам экологического бедствия, и их состояние продолжает ухудшаться.
Негативное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее качество в целом оказывает разработка недр. Недра - источник не только минеральных ресурсов, но и огромных энергетических запасов. По оценкам ученых, из недр планеты к ее поверхности поступает поток геотермальной энергии мощностью 3,23×1013 Вт. В недрах России сосредоточены огромные запасы полезных ископаемых. Однако в наши дни недра должны рассматриваться не только в качестве источника полезных ископаемых или резервуара для захоронения отходов, но и как часть среды обитания человека.
|
|
|
Сегодня масштабы антропогенного воздействия на земные недра огромны. За год на десятках тысяч горнодобывающих предприятий мира извлекается и перерабатывается более 150 млрд. т горных пород, откачиваются миллиарды тонн кубометров подземных вод, накапливаются горы отходов. Только на территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пород - терриконов, достигающих высоты 50 - 80 м, а в отдельных случаях и более 100 м, объемом 2 - 4 млн. м3 . В России действует несколько тысяч карьеров для открытой разработки полезных ископаемых. Глубина угольных шахт нередко превышает 1500 м.
Окружающая природная среда испытывает значительное угнетающее воздействие и при транспортировке минерального сырья, его переработке, строительстве горнорудных предприятий и т.д.
Защита литосферы
Для защиты почв от водной и ветровой эрозии необходим целый комплекс мер: землеустроительных (распределение угодий по степени их устойчивости к эрозионным процессам), агротехнических (почвозащитные севообороты и др.) лесомелиоративных (полезащитные и водорегулирующие лесные полосы, лесные насаждения на оврагах и т.д.) и гидротехнических (каскадные пруды и др.). Гидротехнические мероприятия останавливают развитие эрозии на определенном участке сразу же после их устройства, агротехнические - через несколько лет, а лесомелиоративные - через 10 - 20 лет после их внедрения.
Для борьбы с заболачиванием почв в районах избыточного увлажнения применяют различные виды осушающей мелиорации. В зависимости от причин заболачивания это может быть понижение уровня грунтовых вод с помощью закрытого дренажа, открытых каналов или водозаборных сооружений, спрямление русла реки для предотвращения затопления и др. При этом надо иметь в виду, что чрезмерное осушение больших площадей может вызывать недостаток влаги в почвах, их дегумификацию, а также обмеление малых рек, усыхание лесов и т.д.
Для предотвращения загрязнения почв пестицидами и другими ядохимикатами следует использовать сугубо экологические методы защиты растений (биологические, агротехнические и др.), не снижающие способность почв к самоочищению и не предусматривающие применения особо опасных и стойких препаратов. Например, широко используется разведение и выпуск в агроэкосистемы естественных биологических врагов вредителей - хищных насекомых: божьей коровки, жужелицы, муравьев и др., внедрение в природные популяции вредителей стерилизованных особей, не способных давать потомство (генетический метод защиты), и т.д.
В США и ряде стран Западной Европы организована система биологического земледелия, при которой полностью исключено применение пестицидов и минеральных удобрений, и при применении которой получают экологически чистую продукцию. В ряде районов нашей страны (Краснодарский край, Омская область и др.) также появляются хозяйства, практикующие беспестицидное земледелие. Ведутся работы по созданию пестицидных препаратов на основе природных ингредиентов (смесь зеленого перца с чесноком и табаком, пудра из ромашки, настои из багульника, лука и др.).
Недра подлежат охране от истощения запасов полезных ископаемых и загрязнения. Необходимо также предупреждать негативное воздействие на окружающую природную среду при их освоении. Согласно действующему законодательству для предотвращения экологического и экономического ущерба недрам необходимо:
- обеспечивать полное и комплексное геологическое изучение недр;
- обеспечивать наиболее полное извлечение из недр и рациональное использование запасов полезных ископаемых и сопутствующих компонентов;
- не допускать негативного влияния работ, связанных с пользованием недрами, на сохранность запасов полезных ископаемых;
- охранять месторождения полезных ископаемых от затопления, пожаров и т.д.;
- предупреждать самовольную и необоснованную застройку площадей залегания полезных ископаемых;
- предотвращать загрязнение недр при подземном хранении нефти, газа и других веществ, захоронении вредных веществ и отходов производства.
Наиболее полное извлечение из недр полезных ископаемых повышает отдачу недр и позволяет сократить масштабы неоправданного проникновения в земные недра, а следовательно, уменьшить отходы горнодобывающих предприятий.
При разработке недр возникают твердые (пустые горные породы, минеральная пыль), жидкие (шахтные, карьерные и сточные воды) и газообразные отходы (газы, выделяемые из отвалов). Наиболее рациональным способом утилизации отходов, способствующим улучшению экологической обстановки, считают использование их в качестве сырья в промышленном и дорожном строительстве, для заполнения выработанного пространства и для производства удобрений. Жидкие отходы после соответствующей очистки могут быть использованы для хозяйственно-бытового водоснабжения, орошения и т.д., газообразные - для отопления и газоснабжения.
При пользовании недрами необходимо охранять также и поверхность земли, поверхностные и подземные воды, рекультивировать выработанные участки. Рекультивацией называют комплекс работ, проводимых с целью восстановления нарушенных территорий и приведения земельных участков в безопасное состояние. При технической рекультивации проводят предварительную подготовку нарушенных территорий для последующего использования: выравнивают поверхность, наносят на рекультивируемые земли плодородный почвенный слой, подготавливают участок для освоения. Биологическая рекультивация проводится после технической для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью формируют зеленый ландшафт, создают условия для обитания животных, растений и микроорганизмов, предохраняют рекультивируемые участки от водной и ветровой эрозии, создают сенокосно-пастбищные угодья и др.
При рекультивации важно не только ограничиваться восстановлением нарушенного массива, но и восстанавливать плодородие почвы, создавать растительный покров и все другие компоненты природной среды.
АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОТИЧЕСКИЕ СООБЩЕСТВА
Нормальное состояние и функционирование биосферы, а следовательно, и стабильность окружающей природной среды невозможны без обеспечения благоприятной среды обитания для всех биотических сообществ во всем их многообразии. Утрата биоразнообразия ставит под угрозу не только благополучие человека, но и само его существование.
Скорость уменьшения биоразнообразия, как у нас в стране, так и во всем мире, за последние десятилетия резко увеличилась. Снижение биоразнообразия отмечается на всех уровнях - генетическом, видовом и экосистемном. Происходит самое значительное за последние 65 млн. лет исчезновение видов растений и животных со скоростью, примерно в пять тысяч раз превышающей скорость естественного хода эволюции на Земле.
Главенствующее значение в природе и в жизни человека имеют леса. В России леса занимают более 1,2 млрд. га, или 75% от общей площади земельных угодий. Ни одна страна в мире не имеет таких больших запасов древесины. Размещение лесов в нашей стране неравномерно, большая часть площади, покрытой лесами, расположена в Сибири и на Дальнем Востоке. Как экологическая система лес выполняет самые различные функции и одновременно остается незаменимым природным ресурсом. По мнению специалистов, значение средозащитной функции леса (сохранность генофонда флоры и фауны) на порядки выше его экономического значения как источника сырья и продуктов.
Леса являются основным поставщиком кислорода на планете, влияют на водный режим как на занятых ими, так и на прилегающих территориях и регулируют баланс воды, снижают негативное воздействие засух и суховеев, сдерживают движение подвижных песков, смягчая климат, способствуют повышению урожаев сельскохозяйственных культур, поглощают и преобразуют часть атмосферных химических загрязнений, защищают почвы от водной и ветровой эрозии, селей, оползней, имеют значительное рекреационное значение для человека.
Вместе с тем леса являются источником получения древесины и многих других видов ценного сырья. Из древесины производят более 30 тысяч видов изделий и продуктов, и потребление ее неуклонно увеличивается. По оценкам специалистов, сегодня дефицит древесины в странах Западной Европы составляет 220 млн. м3 в год.
Деградация лесов служит одним из проявлений глобальных изменений, происходящих на Земле при прямых (сплошная вырубка леса, лесные пожары и выжигание растительности, уничтожение лесов при создании промышленно-хозяйственных инфраструктур) и косвенных воздействиях (изменение условий обитания в результате антропогенного загрязнения воздуха, воды, применения пестицидов и минеральных удобрений).
В XVII веке площадь лесов на Русской равнине достигала 5 млн. км2 , к 1970 году их осталось не более 1,5 млн. км2 . В наши дни ежегодно вырубают лес примерно на 2 млн. км2 . При этом восстановление лесов с помощью посадок и посевов производится в значительно меньших объемах.
Сходные проблемы, связанные с вырубкой лесов, имеют место и в других странах. Особенно тревожное положение складывается в странах, в которых расположены вечнозеленые дождевые тропические леса – древние климаксные экосистемы. Этот бесценный резерв генетического многообразия исчезает с лица Земли примерно со скоростью 17 млн. га в год. При таких темпах влажные тропические леса могут полностью исчезнуть через несколько десятков лет. По данным на 1992 год, в Восточной и Западной Африке было уничтожено 56% лесов, в Южной Америке (главным образом, в бассейне Амазонки) - 37%, в Юго-Восточной Азии - 44% от первоначальных площадей. Их выжигают для расчистки земель под пастбища, вырубают как источник древесного топлива, затапливают при строительстве гидроэлектростанций и т.д.
Пагубное влияние на лесные экосистемы оказывают лесные пожары, часто возникающие как следствие неосторожного обращения человека с огнем. Ранее в России лесные пожары возникали в каждый засушливый год. В 1915 году в Восточной Сибири горело около 15 млн. га леса. В последующем в связи с развитием новых технических средств тушения лесных пожаров и совершенствованием методов их обнаружения площади лесных пожаров сократились. Однако и сегодня лесные пожары представляют серьезную угрозу для лесного фонда не только России, но и всех стран мира.
В случаях радиационных аварий типа Чернобыльской или Кыштымской существенным фактором деградации лесов становится радиоактивное загрязнение.
На территориях, лишенных леса, возникают овраги, оползни и сели, уничтожается фотосинтезирующая фитомасса, ухудшается газовый состав атмосферы, меняется гидрологический режим водных объектов, исчезают многие виды растений и животных.
Еще одним негативным экологическим последствием уничтожения лесов является изменение альбедо земной поверхности. Альбедо (лат. albedo - белизна) - это величина, характеризующая способность поверхности отражать падающее на нее излучение. Интегральное альбедо крон деревьев составляет 10 - 15%, травы - 20 - 25%, свежевыпавшего снега - до 90%. Альбедо земной поверхности во многом определяет климат как в мире в целом, так и в отдельных регионах. Изменение альбедо земной поверхности всего на несколько процентов может обусловить серьезные изменения климата на планете. В настоящее время с помощью снимков из космоса обнаружено серьезное изменение альбедо и теплового баланса поверхности Земли. Это может быть обусловлено, в частности, и уничтожением лесов и развитием антропогенного опустынивания на значительных территориях нашей планеты.
Кроме описанных выше прямых воздействий человека на биотические сообщества существенное значение имеют и различные виды косвенного воздействия, например, загрязнение окружающей природной среды промышленными выбросами. Диоксид серы, оксиды азота и углерода, тяжелые металлы негативно влияют практически на весь растительный мир: хвойные и лиственные деревья, кустарники, полевые растения и травы, фруктовые и овощные культуры и т.д. В газообразном состоянии или в виде кислотных осадков они отрицательно воздействуют на важные жизненные функции растений, органы дыхания животных, резко нарушают метаболизм и могут приводить к различным заболеваниям и гибели организмов.
На популяционно-видовом уровне негативное воздействие человека на биотические сообщества проявляется в утрате биологического разнообразия, сокращении численности и исчезновении отдельных видов. Сегодня обеднение флоры наблюдается во всех природных экосистемах и на всех, кроме Антарктиды, материках. Уменьшение видового разнообразия экосистем ведет к разрыву эволюционно сложившихся трофических цепей и к дестабилизации экологических систем, что проявляется в их разрушении и обедненности. В итоге сокращение площадей, занятых фотосинтезирующими зелеными растениями, нарушает глобальный круговорот углерода в биосфере и, во-вторых, снижает интенсивность поглощения солнечной энергии биосферой в процессе фотосинтеза.
Сегодня происходит упрощение как отдельных экосистем, так и биосферы в целом. Главными причинами утраты биологического разнообразия, сокращения численности и вымирания животных являются нарушение среды обитания, чрезмерный промысел животных, акклиматизация чуждых видов, прямое уничтожение с целью защиты продукции, случайное уничтожение, загрязнение природной среды и др.
Нарушение среды обитания вследствие вырубки лесов, распашки степей, создания водохранилищ и т.д. коренным образом меняет условия размножения диких животных, пути их миграции, что негативно сказывается на их численности и выживании.
Чрезмерно высокая добыча служит основной причиной сокращения численности крупных млекопитающих (слонов, носорогов и др.) в странах Азии и Африки. Однако и мелкие животные (например, певчие птицы) уничтожаются с целью наживы в огромных количествах. Чрезмерно высокие объемы добычи также приводят к существенному сокращению численности промысловых рыб (восточно-балтийской трески, осетровых в Каспийском и Азовском морях, мойвы в Баренцевом море, азово-кубанской сельди и др.).
Акклиматизация чуждых видов является третьей по важности причиной сокращения численности или полного исчезновения коренных видов животных. Широко известными примерами подобного рода в нашей стране являются негативное влияние американской норки на местный вид - европейскую норку, канадского бобра - на европейского, ондатры на выхухоль, и т.д.
Другими причинами снижения численности и исчезновения животных являются прямое уничтожение их для защиты сельскохозяйственной продукции и промысловых объектов (уничтожение хищных птиц, лисиц и волков, сусликов, ластоногих и др.), случайное уничтожение животных (на автомобильных дорогах, в ходе военных действий или учений, при сенокосе, на высоковольтных линиях электропередачи и т.д.), а также загрязнение окружающей природной среды (пестицидами, нефтью и нефтепродуктами, тяжелыми металлами и др.).
|
|
|
