Прошедший век ознаменовался небывалым наступлением человека на природную, в том числе геологическую, среду, под которой понимается самая поверхностная часть земной коры, подверженная техногенному воздействию. Это воздействие нарастало постепенно, но в ХХ в., особенно во второй его половине, скорость техногенного воздействия превысила естественные скорости многих геологических процессов и стала носить катастрофический характер. Успехи человечества в технике и технологии позволяют вовлекать в использование гораздо большую часть земной коры, чем это было раньше, причем данное положение касается как континентов, так и океанов.
В. И. Вернадский назвал поверхностную часть земной коры, атмосферу, гидросферу и биосферу, ноосферой, в которой действует человеческий разум. Каждые 15 лет в мире ровно вдвое увеличивается общая мощность производства. Следовательно, только за полвека она выросла почти в четыре раза.
Уже в начале ХХ в. начались глобальные изменения окружающей среды, которые не были замечены из-за потрясших мир социальных катастроф — двух мировых войн, экономического кризиса. Во второй половине ХХ в. уже начались катастрофы, связанные с загрязнением окружающей среды. В 1952 г. В Лондоне от смога погибло 4 тыс. человек и 20 тыс. заболело. В 1958 г. В Японии от загрязнения ртутью в городке Минамата пострадали почти 2 тыс. и сотни умерли. Этот список можно продолжать бесконечно.
Нас интересует, как техногенная деятельность человека изменяет геологическую среду — приповерхностную часть земной коры — и как скорости этого процесса соотносятся со скоростями естественных процессов (табл. 12). Данные В. А. Королева и В. Н. Соколова (2000) показывают, что добыча минерального сырья в год превышает 100 млрд т, тогда как вынос обломочного материала реками в моря и океаны, морская абразия и денудация составляют 17,4 млрд т. Иными словами, искусственный отбор материала с поверхности Земли в четыре раза превышает естественный. Перемещение горных пород при различных строительных работах в 30 раз больше (~4 тыс. км3), чем объем осадков, ежегодно перемещаемых всеми текучими водами по земной поверхности (около
13 км3). Объем техногенных грунтов составляет 43 км3, отвалы золы при работе тепловых станций — 350 млн т, внесение удобрений и пестицидов в почву — 505 млн т, водозабор — 560 км3/год и т. д. Из недр Земли не только извлекаются полезные ископаемые — руда, нефть, газ, уголь (примерно 110 млрд т ежегодно), но и вносится в нее и выбрасывается в атмосферу большое количество вредных веществ. Так, каждый год в атмосферу поступает 200 млн т оксида углерода, 50 млн т углеводородов, 146 млн т диоксида серы, 53 млн т оксидов азота, 250 млн т пыли, а в водоемы сбрасывается 32 млрд м3 неочищенных вод и 10 млн т нефти. Ежегодно для земледелия становятся непригодными 6–7 млн га почвы, для восстановления лишь 1 см которой требуется не менее 100 лет (рис. 20.1). Выброс чистого углерода за последние 120 лет возрос в 50 раз, составив 5,3 млрд т. За это же время содержание СО2 — главного парникового газа — возросло на 15 %, а метана — СН4 — ежегодно увеличивается на 0,8 %.
Таблица 12. Масштабы некоторых природных и техногенных потоков веществ
в верхних горизонтах земной коры (в год)
Средняя температура на Земле медленно, но неуклонно возрастает, что приводит к быстрой деградации ледников и повышению уровня океана. Только в 1989 г. В атмосферу было выброшено 5,8 млрд т веществ, создающих парниковый эффект, а население Земли уже перевалило за 6 млрд человек.
Рис. 20.1. Регионы мира со значительными негативными
экологическими нарушениями (по С. П. Горшкову, 1987).
1 — с резко выраженным опустыниванием, 2 — с сильным опустыниванием,
3 — с умеренным опустыниванием, 4 — сведение сухих разреженных вечнозеленых
и частично листопадных лесов, 5 — сведение влажно-тропических лесов
Во многих районах земного шара поверхность изуродована огромными, глубиной более 0,5 км, карьерами; «продырявлена» бесчисленными шахтами глубиной до нескольких километров; покрыта гигантскими отвалами — результат переработки руды; терриконами пустой породы, оставшимися после разработки угольных месторождений. При этом шахты, штольни, штреки и другие горные выработки постепенно обрушиваются.
Большие площади заняты искусственно созданными водохранилищами — рукотворными морями, которые полностью изменили естественный гидрологический режим рек, характер их стока, формирования дельт.
На огромных пространствах развития криолитозоны нарушен естественный, тысячелетиями сохранявшийся баланс, т. к. поверхностный, деятельный слой очень раним, например в Западной Сибири.
Перечень техногенного воздействия на геологическую и окружающую среду можно продолжать и продолжать. Важно понять, что довольно широко распространено мнение о том, что земля может выдержать все, что угодно, а вот биосфера очень чувствительна к техногенному воздействию. Это, конечно, ошибочное мнение.
Техногенное воздействие на геологическую среду. Хозяйственная деятельность человека настолько разнообразна, что ее влияние на поверхностную часть земной коры с трудом поддается учету. По мнению В. А. Королева и В. Н. Соколова, профессоров геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, эти воздействия можно подразделить на: 1) физические, 2) физико-химические, 3) химические и 4) биологические (рис. 20.2).
Рис. 20.2. Схема техногенной измененности территории Центрального
Мосбасса (по материалам ПЛОГСа геологического факультета МГУ).
1 — площади деформированных земель (мульды оседания, провалы, трещины, уступы);
2 — граница областей речных бассейнов с изменившейся структурой водного баланса;
3–5 — границы (на 1979 г.) депрессионных воронок водоносных горизонтов
(3 — упинского, 4 — яснополянского); 6 — горящие терриконы;
7, 8 — участки техногенного загрязнения грунтовых и поверхностных вод соответственно;
9 — участки рек с инверсией подземного стока;
10 — изменение речного стока (более 50 %) под влиянием сточных вод;
11 — техногенное заболачивание; 12 — техногенная активизация
карстово-суффозионных процессов; 13 — Шатское водохранилище
Физическое воздействие определяется горно-технической, инженерно-строительной, сельскохозяйственной и военной деятельностью. Гигантские горно-обогатительные комбинаты (ГОК) или топливно-энергетические комплексы (ТЭК) способны в короткое время изменить геологическую среду так, что восстановлению она уже не подлежит. Большое воздействие на геологическую среду оказывали подземные и наземные ядерные взрывы, проводившиеся в различных местах земного шара. В настоящее время около 15 % суши, т. е. 1/6 всей ее площади, покрыто инженерными сооружениями — дорогами, каналами, водохранилищами, промышленными комплексами, зданиями и др., что соответствует 2-кратному увеличению за последние 15 лет. Благодаря этой деятельности изменяются рельеф, свойства пород (уплотнение-разуплотнение, разрушение), режим и уровень грунтовых вод и т. д.
Физико-химическое и химическое воздействие на земную кору оказывают организация свалок твердых бытовых отходов (ТБО), промышленные и коммунальные стоки вод, в результате которых оказываются загрязненными запасы питьевых вод. В настоящее время один человек производит около 1 тонны коммунальных отходов в год. Большие площади отводятся под складирование разнообразных отходов, как от горного производства, так и от других видов хозяйственной деятельности человека. Сюда надо добавить и неутилизированные токсичные отходы, которых только в России ежегодно образуется больше 20 млн т. Все это разрушает верхнюю часть земной коры — геологическую среду и приводит к ее необратимым изменениям.
Техногенному воздействию сейчас подвержены и более глубокие горизонты земной коры благодаря огромному количеству нефтяных и газовых скважин, подземному строительству в городах, прокладке глубокопогруженных трубопроводов, тоннелей и др. Одних только железных дорог на Земле 1 млн 400 тыс. км, что составляет 3,5 расстояния от Земли до Луны, а автомобильных дорог намного больше. Каждый километр дорог нарушает 2 га почвы и растительности.
Геологическая среда, ландшафты быстро изменяются из-за большого количества крупных водохранилищ, общая длина берегов которых в СССР равнялась 40 тыс. км, т. е. длине окружности экватора Земли. Эти берега усиленно перерабатываются, изменяя рельеф, вызывая оползни, обвалы, подтопление, заболачивание.
Крупные объемы воды в водохранилищах, откачка нефти и газа из месторождений нарушают устойчивость горных пород, вызывая землетрясения, так называемую наведенную сейсмичность, впервые выявленную в 1932 г. В Алжире при строительстве плотины на р. Уэд-Фодда, когда сила толчков достигла 7 баллов.
55 % территории суши уже покрыты искусственными грунтами, мощность которых может достигать десятков метров. Почвы загрязняются тяжелыми металлами, атомная масса которых больше 50: свинцом, кадмием, ртутью, цинком, молибденом, никелем, кобальтом и др. Следует подчеркнуть, что токсичные вещества в почве сохраняются очень долго, а пахотно-пригодные земли стремительно сокращаются с 1,5 га на душу населения в 1900 г. до 0,5 га в 2000 г.
Существуют научно обоснованные климатический, биологический и экологический пределы энергопотребления человека. Дело в том, что современная биота приспособлена к тем особенностям природной среды, включая климат, которые сегодня существуют на Земле. А человек стремится потреблять все больше энергии. Только одни США потребляют 40 % всей производимой энергии и производят 60 % всех мировых отходов. В конце XX в. антропогенное возмущение парникового эффекта уже в 10 раз превысило пороговое значение по сравнению с биологическим.
В первой половине XXI в. человечество приблизится к опасной черте возмущения биосферы, если уровень потребления не изменится, а численность населения не уменьшится до такого уровня, при котором может сохраняться устойчивое, сбалансированное развитие
Все больше природных ресурсов необходимо человечеству, чтобы выжить. Мы научились использовать громадное количество природного сырья, но нельзя отбирать у Земли один из видов ресурсов, делая вид, что он независим от других. На протяжении истории человечества мы только потребляли, не думая о последствиях. Задача геологов как раз и состоит в том, чтобы минеральные ресурсы Земли стали доступны каждому и человечество в своем познании Земли достигло уровня, позволившего ему осознать, что оно стоит на самой границе такого состояния планеты, за которым нет будущего. И как бы нам не потерять уникальность нашей планеты, заключающуюся в наличии на ней жизни!