Геологическая деятельность человека и проблемы экологии

Поверхность Земли преобразуется не только эндогенными и экзогенными процессами, но и в значительной мере человеком. Антропогенное воздействие на геологическую среду является геологическим процессом, масштабы проявления которого соизмеримы с естественными экзогенными процессами, а его воздействие на географическую оболочку планеты более разнообразно.

Как любой процесс экзогенной геодинамики, антропогенная деятельность включает техногенное разрушение и дезинтеграцию пород (аналогично выветриванию в естественных природных процессах), их перемещение (денудацию), накопление и создание новых горных пород.

Разработка и добыча полезных ископаемых сопровождаются бурением скважин, проходкой открытых и подземных горных выработок. С этим связано не только уничтожение почвенного слоя и плодородных земель, сокращение площади лесов, но и разрушение горных пород, их дробление и образование наземных и подземных пустот при извлечении полезных ископаемых.

Сверхглубокое бурение уже достигло глубины более 12 км, а глубина многочисленных нефтедобывающих скважин в среднем составляет 5—6 км, рудники углубились внутрь Земли на 1,5 км и более. Больших глубин достигли открытые разработки: глубина карьеров на кимберлитовых трубках в Якутии составляет 350—500 м. В районах интенсивной горнодобывающей деятельности возникли грандиозные техногенные формы рельефа, созданные карьерами и отвалами.

Объем пород и руд, извлекаемых из недр Земли, сопоставим с годовым твердым стоком рек. Ежегодно извлекается более 20 млрд т горной породы. Еще больше транспортируется из недр жидких и газообразных продуктов.

При антропогенной деятельности перемещение дезинтегрированного материала идет не только вверх, но и во внутрь Земли. Человеком созданы подземные резервуары пресной воды, особенно в засушливых районах; искусственные и естественные нефтеи газохранилища, хранилища для складирования твердых промышленных отходов, а также радиоактивных веществ.

В процессе антропогенной деятельности создаются новые горные породы. При добыче угля, отработке карьеров строительных материалов или железных рудников образуются отвалы из рыхлых пород, состоящие из обломков пустой породы и новых минеральных соединений. Новые породы возникают и при засыпке карьеров, оврагов, создании водохранилищ, плотин, насыпей. В местах поселений человека, особенно в крупных городах, образуется так называемый культурный слой, состоящий из бытовых и промышленных отходов, смешанных с почвой и рыхлыми отложениями.

В результате антропогенной деятельности происходят изменение рельефа, который был образован природными геологическим процессами, и создание нового, получившего название культурного ландшафта. Антропогенный ландшафт очень разный в зависимости от деятельности человека и подразделяется на ряд типов: городской, горнопромышленный, сельскохозяйственный, ирригационно-техногенный и др., каждый из которых имеет свои характерные черты.

Проявление и активизация геологических процессов, обусловленных техногенным факторами (деятельность человека с применением различных видов техники), называют техногенезом.

Активизированные техногенной деятельностью геологические процессы, такие как оползневые, карстовые, суффозионные, абразионные, эрозионные и др., нередко приводят к неблагоприятным и даже катастрофическим последствиям (рис. 10.1 и 10.2). Оползни приводят к уничтожению сельскохозяйственных угодий, мостов, дорог, построек.

С карстовыми, суффозионными процессами связаны просадки и провалы жилых и хозяйственных зданий, деформация железнодорожных и автомобильных трасс (рис. 10.3). Осушение залива Кара-Богаз-Гол привело к нарушению процесса самоосаждения солей, высыханию залива, дефляции на тысячи километров различных солей и других соединений и засоление орошаемых земель. Все эти негативные явления возникли в результате строительства плотины через узкий пролив.

Рис. 10.1. Элементы оползней:

1 — оползневое тело; 2 — поверхность скольжения; 3 — бровка срыва; 4 — оползневые террасы; 5 — вал выпучивания; 6 — подошва оползня; 7 — положение склона до оползня; 8 — коренной массив пород.

Рис. 10.2. Карстовая воронка:

1 — почвенно-растительный слой; 2 — супесь; 3 — известняк трещиноватый; 4 — уровень грунтовых вод Установлено, что образование глубоких депрессионных воронок диаметром в десятки километров и глубиной в десятки и даже сотни метров под крупными городами связано с использованием подземных вод. Например, проседание земной поверхности под городом Мехико происходит со скоростью 24—50 см/год.

Рис. 10.3. Деформация автомобильной трассы.

Антропогенной деятельностью могут быть спровоцированы и землетрясения. При эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, закачке и откачке жидкости в скважинах, заполнении крупных водохранилищ были зарегистрированы землетрясения магнитудой более 6 баллов. Такие землетрясения называют искусственными, или наведенными.

Наиболее изучена наведенная сейсмичность, обусловленная заполнением водохранилищ, закачкой жидкости в скважины и подземными ядерными взрывами. Установлено, что искусственные землетрясения усиливаются с увеличением высоты плотины и объема водохранилища. Причиной наведенной сейсмичности является изменение естественного напряженного состояния земной коры, вызванное давлением воды. Такое изменение поля напряжения приводит к кратковременным смещениям по разрывам, которые имеются на глубине, и определяет распространение упругих сейсмических волн, достигающих поверхности и вызывающих ее сотрясение.

Окружающая человека среда, в которой протекает его жизнь, представляет собой систему взаимосвязанных природных и антропогенных объектов. В результате индустриализации и урбанизации, истощения сырьевых ресурсов значительно ухудшилось состояние окружающей среды. В комплексном решении экологических проблем, связанных с эволюцией и ресурсами географической оболочки и влиянием на нее антропогенной деятельности, важная роль отводится геоэкологии.

Геоэкология — наука, изучающая негативные антропогенные воздействия на природную среду. Геоэкология рассматривается как наука на стыке геологии, экологии, геохимии, биологии и географии. Предметом изучения является литосферная оболочка планеты вместе с полезными ископаемыми и водой, которые находятся в ней, а также процессы и происходящие в литосфере изменения под влиянием природных и антропогенных факторов.

Верхняя часть литосферы, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека, называется геологической средой. Она включает почвы, горные породы, подземные воды, газы, органические вещества и живые организмы, которые находятся во взаимодействии. Геологическая среда характеризуется геологическими, геофизическими и геохимическими полями и находится под влиянием многообразных внешних, в том числе и антропогенных нагрузок. Эти нагрузки влияют на все компоненты и поля геологической среды, активизируя течение геологических процессов, загрязняют природные воды, почву, растительность, воздух.

Нарастающее антропогенное загрязнение природной среды угрожает здоровью и жизни людей. Все города ежегодно выбрасывают до 3 млрд т отходов, свыше 500 км³ жидких отходов и около 1 млрд т различных аэрозолей. При этом концентрация пыли и других загрязнителей атмосферы среднего промышленного города в 150 раз, а в сельской местности — в 10 раз выше, чем над поверхностью океана.

Интенсификация промышленности и сельского хозяйства в пределах водозабора приводит к опасности накопления токсикантов в водохранилищах и в почвах. Уже выявлена корреляция частоты некоторых заболеваний людей с загрязнением атмосферы и водоносных горизонтов.

Переход на использование атомной энергии и строительство все большего количества АЭС создают экологические проблемы, связанные с захоронением радиоактивных отходов.

Геоэкологические исследования предусматривают изучение геологической среды как многокомпонентного объекта с изменяющимися во времени и пространстве свойствами. Они сопровождаются составлением геоэкологических карт, карт оценки экологического состояния, которые используются для обоснования предельно допустимых нагрузок на окружающую среду, организации геоэкологического мониторинга, прогнозирования геоэкологических ситуаций в связи с изменением природных условий и интенсификации антропогенной деятельности человека. Геоэкологические карты важны для социально-экономических оценок территорий, оперативного прогноза и контроля за опасными процессами, для принятия управленческих решений.

Эколого-экономический анализ эффективности наращивания объемов ресурсопотребления обязан учитывать ущерб, связанный с загрязнением окружающей среды и нарушением земель. Это позволит установить экологическую целесообразность наращивания объемов потребления природных ресурсов.

Поэтому необходим переход на принципиально новые технологии комплексной переработки минерального сырья и сокращения выбросов в литосферу, атмосферу и гидросферу, а также разработки систем предупреждения, прогноза стихийных природных и природно-техногенных катастроф, принятия экстренных мер по их предотвращению и снижению опасности.

Вопросы и задания для самопроверки

• 1. В чем заключается геологическая деятельность человека?
• 2. Что такое культурный ландшафт?
• 3. Как сказывается горнодобывающая деятельность людей на окружающей среде?
• 4. Что такое техногенез?
• 5. Как влияет деятельность человека на проявление землетрясений?
• 6. Что изучает наука геоэкология?
• 7. Дайте понятие геологической среды.