 |
VIII.2. Большой круговорот вещества и роль в нем человека
|
|
|
|
Взаимодействие литосферы с атмосферой, гидросферой и биосферой происходит в рамках глобального круговорота (цикла) вещества. Продукты коры выветривания, разрушающейся в результате действия комплекса природных факторов, перемещаются под действием силы тяжести, преимущественно при участии воды, а также ветра, ледников и других агентов. На поверхности Земли, в каждой ее точке взаимодействуют процессы накопления или расходования вещества. Эти процессы называются экзогенными.
С другой стороны, процессы в недрах Земли (эндогенные процессы) приводят в конечном итоге к вертикальным и(или) горизонтальным тектоническим движениям и к проявлениям вулканической деятельности, сопровождающейся выносом на дневную поверхность и в верхние горизонты литосферы большого количества твердого материала.
Результирующая в каждой точке, то есть алгебраическая сумма величин опускания или поднятия отметки поверхности Земли, есть следствие взаимодействия экзогенных и эндогенных процессов, формирующих рельеф Земли.
В областях преимущественного накопления твердого материала осадочные и вулканогенные отложения постепенно погружаются. По мере погружения, в течение геологически длительного времени они подвергаются воздействию весьма значительного и увеличивающегося с глубиной давления и температуры, а также глубинных растворов, и таким образом метаморфизуются. Часть магмы, образующейся в результате этих процессов, прорывается ближе к земной поверхности и преобразуется в кристаллические породы. Вулканогенные породы отлагаются в виде как глубинных интрузий, так и лав, излившихся на дневную поверхность. В областях горообразования вертикальные тектонические движения воздымают кристаллические и метаморфизованные породы на большие высоты, тем самым обеспечивая потенциальную возможность их денудации, разрушения и сноса. В самом верхнем этаже земной коры (зоне гипергенеза) кристаллические породы разрушаются, снова формируя коры выветривания и тем самым замыкая цикл. Этот круговорот отличается весьма малыми, с тоски зрения геологии, скоростями процессов с характерным временем в миллионы и десятки миллионов лет.
|
|
|
Большой цикл вещества (иногда называемый большим геологическим круговоротом) – один из важнейших процессов Земли как системы, вовлекающих в нее глубинные сферы нашей планеты. Однако лишь часть геологического цикла, преимущественно экзогенные процессы, относится к области интересов геоэкологии. Они развиваются преимущественно у дневной поверхности и ограничены десятками или первыми сотнями метров в глубину, то есть теми слоями, куда достигает деятельность человека и ее последствия.
По-видимому, человек пока в малой степени влияет на эндогенные процессы, хотя и имеются отдельные признаки или предположения о таком влиянии. Наиболее известны факты усиления сейсмической активности после строительства крупных водохранилищ. В то же время многие экзогенные процессы, преимущественно процессы денудации и сноса, находятся под сильным влиянием деятельности человека.
Рассмотрим важнейшую, с точки зрения геоэкологии, часть большого цикла вещества, относящуюся к литосфере в пределах суши. Если учитывать основные компоненты уравнения баланса массы всего объема суши, находящейся выше уровня Мирового океана, то оно выглядит, за длительный интервал времени, следующим образом:
DМ = S + D ± V + I + А - G - W - В - F - K + С
Здесь DМ – изменение массы всего выделяемого объема суши; S – сток наносов (взвешенных и влекомых) с суши в океан; D – сток растворенных веществ с суши в океан; V – баланс вещества, уносимого с суши и приносимого на сушу ветром; I – вынос вещества в океан покровными ледниками; А – разрушение (абразия) вещества в прибрежной зоне с выносом его в океан; G – аккумуляция продуктов вулканической деятельности на суше; W – связывание газообразного вещества атмосферы при процессах выветривания; В – биогенная аккумуляция вещества; F – приток вещества на сушу из более глубоких горизонтов литосферы в виде растворов и газов; К – приток вещества из космоса и потери его в космическое пространство; С – сжигание минерального топлива человеком.
|
|
|
В этом уравнении рассматривается весь массив суши в целом, находящийся над базисом эрозии, за который принимается средняя поверхность океана. Вертикальные тектонические движения в данном уравнении не учитываются, так же как и изменения уровня океана. Передвижение масс твердого материала, в основном гравитационное, происходит внутри массива суши, не влияя на окончательный результат. Гравитационные перемещения материала в результате процессов в пограничной (экотонной) зоне суша-океан учитываются составляющей А.
Сток наносов рек мира в океан (S) оценивался многими авторами, и крайние оценки различаются в 3–4 раза. Наиболее вероятная величина находится в пределах 18–22 млрд. т в год. Крупнейший специалист по речным наносам Д.Уоллинг (Англия) считает, что эта величина равна 20 млрд. т в год. Реками выносятся в океан в основном взвешенные наносы, так что доля влекомых наносов в общем твердом стоке рек составляет не более нескольких процентов.
Сток растворенных веществ реками мира в океан (D) оценивается в 3 млрд. т в год. (В связи с невысокой точностью, величины компонентов уравнения баланса вещества суши даются с округлением до 1 млрд. т в год). Баланс эоловой (ветровой) денудации-аккумуляции (V) оценивается в 2–4 млрд. т в год выноса материала с континентов на поверхность океана. Примем в среднем величину 3 млрд. т. Величина выноса твердого материала в океан в результате ледниковой денудации (I) оценивается в 2 млрд. т в год. Абразия морских берегов с выносом материала в океан (А) меньше рассмотренных выше составляющих и, по весьма приближенной оценке, не превышает 1 млрд. т в год.
|
|
|
Вынос лавы и пепла на поверхность суши при извержениях вулканов (G) составляет приблизительно 1–2 млрд. т в год. Породы, сформировавшиеся в недрах Земли, достигают в процессе большого круговорота вещества верхних слоев литосферы, где они подвергаются процессу выветривания, вступая в химические реакции с кислородом, углекислым газом и водой. В результате масса вновь формирующихся пород (W) увеличивается примерно на 1 млрд. т в год.
При образовании карбонатных осадочных пород из атмосферы поглощается углекислый газ, и таким образом масса осадочных пород увеличивается (В). Среднее содержание соединений углерода в осадочных породах Земли составляет 0,2–0,95% по весу. Величина биогенной аккумуляции в массиве всей суши мира – 1 млрд. т в год.
Интенсивность поступления вещества из космоса (К) пренебрежимо мала: на 3–4 порядка меньше интенсивности обсуждавшихся выше процессов преобразования земного вещества и потому в дальнейших расчетах не учитывается.
Процессы и величины сжигания топлива человеком (С) подробно обсуждались в разделе, посвященном климату и его изменениям. Напомним, что в атмосферу поступает (а литосферу, следовательно, покидает) вследствие сжигания горючих ископаемых 5,5±0,5 млрд. т углерода в год.
Результат анализа компонентов баланса минерального вещества для массива суши мира приводится в табл. 15.
Таблица 15. Баланс минерального вещества суши мира, млрд. т в год
Расход
Твердый сток (S) 20
Сток растворенных веществ (D) 3
Вынос ветром (V) 3
Вынос с ледниками (I) 2
Вынос за счет абразии морских берегов (А) 1
Сжигание горючих минеральных ископаемых (С) 6
Всего:35
Приход
Накопление продуктов вулканической деятельности (Vl) 1-2
Увеличение массы суши при процессах выветривания (W) 1
Биогенная аккумуляция. 1
Всего: 4
Как видим, денудация и снос с суши мира за текущий период геологической истории Земли значительно преобладают над аккумуляцией. Основную роль в сносе вещества играют текучие воды, переносящие речные наносы и растворенные вещества. В сумме они составляют около 2/3 всего выноса материала.
|
|
|
Очевидно значительную роль в преобразовании наземной части верхних горизонтов литосферы играет деятельность человека. В разделе, посвященном педосфере и земельным ресурсам, мы уже отмечали, что эрозия и сток наносов заметно увеличились вследствие усиления антропогенных факторов. Изучение осадков в центральной части Черного моря показало, что сток наносов в море увеличился в последних 2000 лет втрое. Эта ситуация характерна для многих речных бассейнов мира со значительной антропогенной нагрузкой. Сток растворенных веществ также увеличился. Наконец, имеется новый, весьма заметный и быстро увеличивающийся, полностью антропогенный компонент баланса литосферы – сжигание минерального топлива. Таким образом оказывается, что человек играет ведущую роль в денудации и сносе твердого материала с суши, причем эта роль может быть оценена в 60% от общей величины денудации.
|
|
|
