Воздействия на горные породы и недра реферат

Обновлено: 05.07.2024

Недрами называют верхнюю часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых.

Экологические и некоторые другие функции недр как природного объекта достаточно многообразны (рис. 15.7).

Рис. 15.7. Экологические и другие функции недр

Являясь естественным фундаментом земной поверхности, недра активно влияют на окружающую природную среду. В этом заключается их главная экологическая функция.

Основное природное богатство недр минерально-сырьевые ресурсы, т. е. совокупность полезных ископаемых, заключенных в них. Добыча (извлечение) полезных ископаемых с целью их переработки ¾ главная цель пользования недрами.

Недра ¾ источник не только минеральных ресурсов, но и огромных энергетических запасов. По подсчетам ученых, в среднем из недр к поверхности поступает 32,3 × 10 12 Вт геотермальной энергии.

В нашей стране сосредоточены огромные запасы полезных ископаемых, в том числе и геотермального тепла. Ее потребности в минеральных и других природных ресурсах могут быть полностью обеспечены за счет собственных национальных ресурсов.

Тем не менее непрерывный рост потребления минерального сырья повышает значение научно обоснованного, эффективного использования полезных ископаемых, требует от всех организаций и граждан бережного отношения к богатству недр. Иначе говоря, ¾ необходимы рациональное использование недр и их охрана.

Важно подчеркнуть также, что 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 в связи со строительством метрополитенов, подземных городов, объектов гражданской обороны и т. д.

Экологическое состояние недр определяется прежде всего силой и характером воздействия на них человеческой деятельности. В современный период масштабы антропогенного воздействия на земные недра огромны. Только за один год на десятках тысяч горнодобывающих предприятий мира извлекается и перерабатывается более 150 млрд т горных пород, откачиваются миллиарды тонн кубических метров подземных вод, накапливаются горы отходов. Только на территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пород, вынутых из пустых шахт ¾ терриконов, достигающих высоты 50-80 м, а в отдельных случаях и более 100 м, объемом 2-4 млн м 2 (рис. 15. 8). В России действуют несколько тысяч карьеров для открытой разработки полезных ископаемых, из них самые глубокие ¾ Коркинские угольные карьеры в Челябинской области (более 500 м). Глубина угольных шахт нередко превышает 1500 м. Приведенные данные показывают, что недра нуждаются в постоянной экологической защите, в первую очередь от истощения запасов полезных ископаемых, а также от загрязнения их вредными отходами, неочищенными сточными водами и т. д.

Рис. 15.8. Общий вид террикона (фото И. И. Сипягиной)

С другой стороны, разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее качество в целом (рис. 15.9). Нет в мире другой отрасли хозяйства, которую можно было бы сравнить с горнодобывающей промышленностью, по силе негативного воздействия на природные экосистемы, исключая разве что природные и техногенные катастрофы, подобно аварии на Чернобыльской АЭС.

Рис. 15.9. Экологические последствия разработки недр

Окружающая природная среда испытывает значительные негативные изменения и при транспортировке минерального сырья, его переработке, строительстве горнорудных предприятий, подземных сооружений и т. д.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается экологическая функция литосферы?

2. Что такое деградация почв (земель) и каковы ее причины?

3. Кратко охарактеризуйте экологический ущерб от водной и ветровой эрозии.

4. Покажите, что общий экологический ущерб от пестицидов (ядохимикатов) превышает пользу от их применения.

5. Почему, если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание ¾ его смерть?

6. Что понимают под физическим загрязнением окружающей среды?

7. Какие опасные ущербообразующие геологические процессы вы знаете?

8. Объясните, почему разработка недр оказывает огромное негативное воздействие на окружающую среду?

В публикациях и директивных материалах, посвященных геоэкологической проблеме, большое внимание уделяется вопросам загрязнения атмосферы Земли, Мирового океана, состояния поверхностных и подземных вод суши, состояния и охраны почв, степени трансформации природных ландшафтов, т. е. в основном географической оболочке. Литосфера как таковая в них никак не выделяется, несмотря на то что она служит геологической основой ландшафта и является к тому же средой обмена веществом и энергией с другими геосферами. В определенных аспектах внимания удостоены проблемы истощения минерально-сырьевых ресурсов, которые заключены в поверхностной части литосферы, и загрязнения природной среды в процессе добычи, обогащения и переработки минерального сырья.

Содержание работы

1.Введение
2.Ресурсная функция литосферы
3.Геодинамическая функция литосферы
4.Геофизико-геохимическая функция литосферы
5.Ресурсы литосферы,необходимые для жизнедеятельности биоты
6.Геологическое пространство
7.Антропогенные воздействия на горные породы,их массивы и недра

Файлы: 1 файл

срс экология.docx

Кафедра общей гигиены и экологии

На тему: «Экологические функции литосферы.

Подготовила: Есмагамбетова Э.А.

Проверила: Мантугелова А.Т.

2.Ресурсная функция литосферы

3.Геодинамическая функция литосферы

4.Геофизико-геохимическая функция литосферы

5.Ресурсы литосферы,необходимые для жизнедеятельности биоты

7.Антропогенные воздействия на горные породы,их массивы и недра

Однако надо учитывать и то обстоятельство, что литосфера является накопителем и хранителем поверхностных и подземных вод. Она обеспечивает биоту неорганическими питательными веществами, содержит минеральные и энергетические ресурсы, необходимые для существования и развития человеческого общества.

Экологические функции литосферы как планетарной геосистемы вместе с протекающими в ней геологическими процессами (как природными, так и антропогенными) можно определять на основании той роли, какую они играют в жизнеобеспечении и эволюции биоты и главным образом человеческого общества.

Ресурсная функция литосферы определяет значение минерального, органического и органоминерального сырья литосферы, составляющего основу для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и антропогенеза. По мнению В. Т. Трофимова и др. (1997), она включает следующие аспекты: ресурсы, необходимые для жизни и деятельности биоты; ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества; ресурсы как геологическое пространство, необходимое для расселения и существования биоты, в том числе человеческого общества. Первые два аспекта связаны с минерально-сырьевыми ресурсами, а последний — с экологической емкостью геологического пространства, в пределах которого происходит жизнедеятельность организмов.

Минерально-сырьевые ресурсы относятся к категории исчерпаемых, и все они, за исключением подземных вод, являются невозобновляемыми. На протяжении всей своей истории человеческое общество в разных объемах использовало минеральные ресурсы, причем объем добываемого сырья непрерывно возрастал. Одновременно увеличивалось число извлекаемых химических элементов и соединений: если в XVIII в. — 18 химических элементов и соединений, в XIX в. — 35, в 1917 г. — 64, в 1975 г. — 87, то в 90-е годы XX в. — 106 элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. В настоящее время ежегодно из недр добывается около 100 млрд. т. минерального сырья. Возникает угроза истощения месторождений полезных ископаемых. По прогнозам некоторых специалистов, запасы многих видов минерального сырья иссякнут к середине XXI в., а свинца и цинка хватит только на первые десятилетия третьего тысячелетия.

В литосфере заключены горные породы, которые содержат в себе биофильные элементы, т.е. химические элементы, растворимые в водной среде и в то же время жизненно необходимые организмам. Они еще называются биогенными элементами. Литосфера, кроме того, является вместилищем подземных вод, а также содержит вещества, употребляемые в пищу определенными животными — литофагами.

Жизнедеятельность биоты обеспечивают существующие в природе, в том числе и происходящие в литосфере, биогеохимические циклы. Согласно Г. А. Богдановскому (1994), это более или менее замкнутые пути циркуляции химических элементов, входящих в состав клеточной протоплазмы, из внешней среды в организм и уходящих вновь во внешнюю среду. Выделяют два типа биогеохимических цикла: круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и океане; осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Развитие человеческого общества невозможно без использования минеральных ресурсов. Благодаря им человечество обеспечивает свои потребности в энергии, удобрениях, жилье, транспорте, связи. Сегодня к этой категории добавились средства получения, передачи, обработки и анализа информации. Ежегодно из недр извлекается порядка 17—18 млрд. т. горной массы.

К числу полезных ископаемых относятся и подземные воды. Они используются в качестве хозяйственно-питьевого водоснабжения (10,34 км3/год), для технического водоснабжения (2,66 км3/год), орошения земель и обводнения пастбищ (0,51 км3/год), в лечебных целях, в качестве геотермальных источников, для добычи ряда ценных компонентов (йод, бром, бор, литий, стронций, поваренная и калийная соль).

Большую роль литосфера играет в качестве геологического пространства, необходимого для расселения и существования биоты, в том числе и человека. С одной стороны, приповерхностные участки литосферы являются местом обитания биоты (обитатели пещер, норные и землеройные животные, микроорганизмы), а с другой, ее подземные пространства используются на урбанизированных территориях: для строительства подземных коммуникаций, транспортных магистралей, расположенных на подземном уровне объектов, а также как вместилища для захоронения высокотоксичных и радиоактивных отходов. Однако продолжающееся строительство подземных инженерных объектов нередко приводит к обострению экологических проблем. Объекты геологической среды, используемые для этих целей, весьма ограничены и в большинстве регионов довольно быстро становятся источниками острых экологических кризисных ситуаций.

Долгое время существовало представление о том, что территории континентов неисчерпаемы для расселения и жизнеобеспечения биоты, в том числе человека. Однако в эпоху техногенеза земная поверхность и геологическая среда стали важным природным и экологическим ресурсом. Сегодня человечеством освоено около 55% поверхности суши, причем существует тенденция нарастания этого процесса. В настоящее время человечество сталкивается с тем, что дальнейшее размещение урбанизированных территорий сопряжено как с преодолением природных трудностей, так и с большими материальными затратами.

Как отмечают в своей монографии В. Т. Трофимов с соавторами (1997), специфика земельного ресурса заключается в том, что его изучением и оценкой занимаются науки не только геологического, но и географического и почвоведческого направлений. Геологи рассматривают ресурсную сторону с позиций рационального использования геологического пространства, географы — с позиций рационального использования ландшафта, а почвоведы — с позиций рационального использования почв для сельского хозяйства. Все вместе они должны оценивать рациональность и возможность использования той или иной территории с позиций экологии.

Литосфера представляет собой одну из главнейших составляющих геологической среды, с геодинамической деятельностью и составом которой человечество сталкивается ежеминутно. Ресурсная функция литосферы предопределена минеральными, органоминеральными и органогенными ресурсами, которые принимают участие в ее строении. Они крайне необходимы для жизни и деятельности биоты, выступая в качестве одной из составляющих экосистем, а также для жизнедеятельности человеческого общества. Ресурсы литосферы включают следующие аспекты: ресурсы, необходимые для жизнедеятельности биоты; ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества; ресурсы как геологическое пространство, которое необходимо для расселения и существования биоты и человеческого общества. Если два первых аспекта напрямую связаны с минеральными ресурсами Земли, то последний — исключительно с геологическим пространством, которое охватывает приповерхностную и поверхностную части литосферы.

Минеральные ресурсы относятся к категории исчерпаемых ресурсов и абсолютное большинство из них являются невозобновляемыми. Они играют первостепенную роль в жизни человеческого общества, определяя его материальный и научно-технический уровень. Начиная с глубокой древности число минеральных ресурсов и объемы их добычи и использования непрерывно возрастали. В палеолите добыча сырья ограничивалась лишь теми горными породами, которые могли явиться сырьем для изготовления каменных орудий. Позднее в сферу деятельности стали вовлекаться руды металлов — сначала олова и меди, а затем и железа. Динамика извлечения и использования минерального сырья за последние века резко выросла. Исходя из существующих прогнозов запасы ряда видов минерального сырья начнут иссякать к середине XXI в.

Согласно В. Т. Трофимову с соавторами (1997), под геодинамической функцией литосферы понимается способность последней к проявлению и развитию природных и антропогенных геологических процессов и явлений, в той или иной мере влияющих на условия жизнеобитания и жизнедеятельности биоты и особенно человеческого общества. Надо особо подчеркнуть, что данная функция осуществляется с момента возникновения биоты, а ее становление и развитие неразрывно связаны с эволюцией Земли и биосферы. Как известно, вся история Земли полна кризисных ситуаций и катастрофических явлений глобального и регионального масштабов. Наряду с катастрофическими ситуациями в истории Земли существовали эпохи относительного спокойствия, когда развитие органического мира протекало плавно в соответствии с установившимися природными (физико-географическими) условиями. На современном этапе для геоэкологического направления важно оценить геологическую роль и значимость антропогенных процессов, выявить их направленность и определить возможность перерастания в глобальные катастрофические геологические процессы.

Характерной чертой геодинамической функции литосферы является ее возможность проявляться в форме как негативного, так и позитивного отношения к развитию и пространственному распространению биоты. Это отношение может быть прямым и опосредованным, т. е. может проявляться через ресурсную или геофизико-геохимическую функции.

В рамках этой функции должны рассматриваться геодинамические процессы и явления, непосредственно влияющие на условия существования биоты. Исходя из степени воздействия на биоту, в том числе и на человека, все геодинамические процессы можно разделить на две группы. Одни процессы в силу своей масштабности и скорости проявления не способны оказывать прямого негативного влияния на живые организмы, а другие действуют на биоту в форме катастрофических явлений и стихийных бедствий и, таким образом, являются опасными природными процессами. К первым относятся, например, перемещения литосферных плит, тектонические медленные вертикальные и горизонтальные движения, такие геологические процессы, как выветривание, денудация, транспортировка осадочного материала и осадконакопление. К катастрофическим геологическим явлениям относятся те из них, которые из-за кратковременности своего проявления быстро разрушают привычную природную структуру и систему обитания биоты, нарушают условия жизни человека и приводят к жертвам.

По данным ЮНЕСКО, в настоящее время около 0,5 млрд. человек проживают в районах с высокой повторяемостью катастрофических землетрясений. Около четверти населения земного шара проживает в районах, подверженных риску стихийных природных явлений.

Все известные катастрофические и неблагоприятные природные и антропогенные явления, связанные с литосферной оболочкой, можно разделить на две крупные группы. К первой группе относятся процессы и явления, не несущие непосредственной угрозы для существования биоты, но влияющие на условия проживания человека, изменяя их. Однако в силу высокой приспособляемости органического мира нередко их воздействия на биоту оказываются минимальными. Для человека эти природные явления меняют только условия комфортности жизни. К их числу относятся ветровая эрозия и дефляция, водная эрозия, перенос вещества и аккумуляция, суффозия, заболачивание, формирование термокарста, новообразование и деградация многолетней мерзлоты, формирование карста. Негативность воздействия катастрофических природных явлений весьма высока. К особо опасным природным явлениям относятся землетрясения, извержения вулканов взрывного характера, оползни, обвалы и камнепады, провалы и т.д.

Оценить 1947 0

Антропогенные воздействия на горные породы и их массивы.

В процессе инженерно-хозяйственной деятельности человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры в той или иной степени, претерпевают сжатие, растяжение, сдвижение, водонасыщение, осушение, вибрации и другие воздействия. Изменений, происходящие в породах при различных воздействиях, детально изучают. Это необходимо для прогноза возможного развития опасных геологических процессов, негативно влияющих на экологическую обстановку.

К числу основных антропогенных воздействий на породы относятся: статические и динамические нагрузки, тепловое воздействие, электрические воздействия и др.

Статические нагрузки. Это наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений, достигающих 2 МПа и более, образуется зона активного изменения горных пород, достигающая глубин 70—100 м. При этом наибольшие изменения наблюдаются:

1) в вечномерзлых льдистых породах, на участках залегания которых часто наблюдаются оттаивание, пучение и другие процессы;

2) в сильносжимаемых породах, например, заторфованных, илистых и др.

Динамические нагрузки. Вибрации, удары, толчки и другие динамические нагрузки типичны при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов и т. д. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплотненные породы (пески, водонасыщенные лессы, торф и др). Прочность этих пород заметно снижается, они уплотняются (равномерно или неравномерно), структурные связи нарушаются, возможно внезапное разжижение и образование оползней, отвалов, плывущих выбросов и других неблагоприятных процессов.

Другим видом динамических нагрузок являются взрывы, действие которых сходно с сейсмическими воздействиями. Горные породы разрушают взрывным способом при строительстве автомобильных и железных дорог, гидротехнических плотин, добыче полезных ископаемых и т. д. Очень часто взрывы сопровождаются нарушением природного равновесия — возникают оползни, обвалы, и т. п.

Тепловое воздействие. Повышение температуры горных пород наблюдается при подземной газификации углей, в основании доменных и мартеновских печей и др. В ряде случаев температура пород повышается до 40—50 °С, а иногда и до100 °Си более (в основании доменных печей). В зоне подземной газификации углей при температуре 1000—1600 °С породы спекаются, “каменеют”, теряют свои первоначальные свойства.

Электрическое воздействие. Создаваемое в горных породах искусственное электрическое поле (электрифицированный транспорт, ЛЭП и др.) порождает блуждающие токи и поля.

Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создают физическое загрязнение окружающей природной среды.

Массивы горных пород и, в первую очередь, их поверхностные толщи, в ходе инженерно-хозяйственного освоения подвергаются мощному антропогенному воздействию. При этом развиваются такие опасные ущербообразующие процессы, как оползни, карст, подтопление, просадочные процессы и др. Особенно легко подвержены опасным процессам массивы вечномерзлых пород, так как они весьма чувствительны к тепловому антропогенному воздействию.

Оползни представляют собой скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки — фильтрационной, сейсмической или вибрационной. Для оползней характерно отсутствие вращения и опрокидывания смещающихся масс. Оползни — явление частое на склонах долин рек, оврагов, берегов морей, искусственных выемок. Большой ущерб природной среде ежегодно при носят оползневые процессы на берегах Черноморского побережья Кавказа, Крыма, в долинах Волги, Днепра, Дона и многих других рек и горных районов. Оползни нарушают устойчивость массивов горных пород, негативно влияют на многие другие компоненты окружающей природной среды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов подземных вод при их вскрытии, образование заболоченностей, нарушение почвенного покрова, гибель деревьев и т. д.). Известно немало примеров оползневых явлений катастрофического характера, приводящих к значительным человеческим жертвам.

Геологическое явление, связанное с растворением водой горных пород (известняков, доломита, гипса, каменной соли), образованием при этом подземных пустот (пещер, каверн и др.) и сопровождаемое провалом земной поверхности, получило название карста. Массивы горных пород, в которых развивается карст, называются закарстованными.. Карст широко распространен в мире, в том числе и в России, в частности, в Башкирии, в центральной части Русской равнины, в Приангарье, на Северном Кавказе и во многих других местах, где имеются растворимые горные породы.

Процесс подтопления - яркий пример ответной реакции природной среды на действие антропогенных факторов. Впервые он привлёк внимание при создании водохранилищ, когда уровень грунтовых вод по их берегам стал быстро подниматься. В настоящее время под подтоплением понимают любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин (менее одного-двух метров от поверхности земли).

Подтопление территорий весьма негативно влияет на природную среду. Массивы горных пород переувлажняются и заболачиваются. Активизируются оползни, карст и другие неблагоприятные процессы. В лессовых глинистых грунтах возникают просадки, в глинах — набухание. Просадка в лессовых грунтах приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание в глинах — к неравномерному подъему зданий и сооружений. В результате сооружения испытывают деформации, вплоть до полной непригодности к эксплуатации. Это ухудшает экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях, что снижает производительность труда и даже может вызвать травмы и болезни у людей. Причины подтопления разнообразны, но практически всегда связаны с деятельностью человека. Это — утечки воды из подземных водонесущих коммуникаций, засыпка естественных дрен — оврагов, асфальтирование и застройка территории, нерациональный полив улиц, садов, скверов, барраж подземных вод (т. е. задержка их движения глубокими фундаментами), фильтрация из водохранилищ, прудов-охладителей АЭС и др. Сейчас в нашей стране подтопление территорий, особенно городских, приняло массовый характер. В России подтоплено свыше 700 городов и поселков городского типа, в том числе такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Ростов-на-Дону, Волгоград, Новосибирск, Саратов и многие другие.

В ряде районов земного шара (север Европы и Америки,север и восток Азии) толщи верхней части земной коры постоянно находятся в мерзлом состоянии. Их температура всегда ниже О °С. Такие породы называют вечномерзлыми (или многолетнемерзлыми), а территорию - областью вечной мерзлоты. На территории нашей страны они занимают более 50% площади. Происхождение вечной мерзлоты связывают с оледенением четвертичного периода.

Эндогенные геодинамические процессы — землетрясения и вулканизм — вызывают весьма значительные смещения в массивах горных пород в земной коре, уничтожают животный и растительный мир, приводят к многочисленным, а нередко к катастрофическим человеческим жертвам и другим тяжелым экологическим последствиям.

Воздействия на недра

Основное природное богатство недр — минерально-сырьевые ресурсы, т. е. совокупность полезных ископаемых, заключенных в них. Добыча (извлечение) полезных ископаемых с целью их переработки — главная цель пользования недрами. Недра — источник не только минеральных ресурсов, но и огромных энергетических запасов. По подсчетам ученых, в среднем из недр к поверхности поступает 32,3 трлн. Вт геотермальной энергии. В нашей стране сосредоточены огромные запасы полезных ископаемых, в том числе и геотермального тепла. Ее потребности в минеральных и других природных ресурсах могут быть полностью обеспечены за счет собственных национальных ресурсов. Тем не менее непрерывный рост потребления минерального сырья повышает значение научно обоснованного, эффективного использования полезных ископаемых, требует от всех организаций и граждан бережного отношения к богатству недр. Иначе говоря, необходимы рациональное использование недр и их охрана. Важно подчеркнуть также, что 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.

Экологическое состояние недр определяется прежде всего силой и характером воздействия на них человеческой деятельности. В современный период масштабы антропогенного воздействия на земные недра огромны. Только за один год на десятках тысяч горнодобывающих предприятий мира извлекается и перерабатывается более 150 млрд. т. горных пород, откачиваются миллиарды тонн кубических метров подземных вод, накапливаются горы отходов. Только на территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пород, вынутых из пустых шахт — терриконов, достигающих высоты 50—80 м, а в отдельных случаях и более 100 м, объемом 2—4 млн м 2 . В России действуют несколько тысяч карьеров для открытой разработки полезных ископаемых, из них самые глубокие — Коркинские угольные карьеры в Челябинской области (более 500 м). Глубина угольных шахт нередко превышает 1500 м. Приведенные данные показывают, что недра нуждаются в постоянной экологической защите, в первую очередь от истощения запасов полезных ископаемых, а также от загрязнения их вредными отходами, неочищенными сточными водами и т. д.

С другой стороны, разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее качество в целом. Нет в мире другой отрасли хозяйства, которую можно было бы сравнить с горнодобывающей промышленностью по силе негативного воздействия на природные экосистемы, исключая разве что природные и техногенные катастрофы, подобные аварии на Чернобыльской АЭС.

Возрастающее внимание во всем мире к проблемам экологии вызвано обостряющимися экологическими проблемами глобального масштаба. Острота этих проблем еще не осознана человечеством. Нередко острейшие экологические проблемы сводятся лишь к загрязнению и изменению атмосферного воздуха, водной среды, сохранению растительных сообществ и животного мира. В то же время все эти компоненты природы тесно взаимосвязаны с внешней оболочкой планеты – литосферой. Решение экологических проблем невозможно без изучения литосферы – внешней оболочки Земли. Литосфера является материальной литогенной основой биосферы – сферы живого вещества. Именно в литосфере формируются почвы, ландшафты, биосообщества. В настоящее время литосфера существенно изменяется в процессе хозяйственной деятельности человека. По этой причине в геологии сформировалось новое направление – экологическая геология или экогеология, изучающая качества литосферы в совокупности с ее экологическими функциями.

Экологическая геология

До 80-х годов прошлого столетия об экологических проблемах литосферы не упоминалось. Однако вскоре глобальный экологический кризис все более стал проявляться в верхних слоях земной коры. По этой причине в геологии постепенно стали акцентировать внимание на экологических проблемах. Экологическая геология зародилась в недрах инженерной геологии, изучающей свойства и динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека (по определению И.В. Попова). Задачи инженерной геологии первоначально охватывали достаточно узкий спектр вопросов, например, в сфере строительства, в т.ч. геологическое обоснование проектов зданий, дорог, карьеров, плотин, ГЭС, и т.д. Поэтому инженерная геология была чрезмерно антропоцентричной, учитывала только экономическую прибыльность того или иного хозяйственного проекта, оставляя без внимания экологическую составляющую вопроса.

Большой вклад в формирование экологической геологии внесли работы В.И. Вернадского по геохимии биосферы. Учение Вернадского о геосферах Земли привнесло серьезный стимул для дальнейших исследований в развитии новой науки.

И, наконец, только к концу 20-века появилось осознание того, что методами инженерной геологии нельзя решить глобальных экологических проблем литосферы. Появилась необходимость в разработке следующих наук:

экологической геохимии: для изучения вопросов загрязнения литосферы и миграции в ней элементов с точки зрения их влияния на экосистемы;
экологической геофизики: для изучения физических полей литосферы Земли с точки зрения их влияния на экосистемы;
экологической гидрогеологии: для изучения вопросов загрязнения подземных вод.

Все вышеперечисленные науки объединились сегодня в одну большую науку – экологическую геологию.

Объект изучения экологической геологии – верхние горизонты литосферы как абиотическая компонента природных и антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации. Она изучается биотопы экосистем, их экологическую роль и экологические функции литосферы. Тесно связанные основные функции литосферы – ресурсная, геодинамическая, геофизическая и геохимическая.

Экологические функции литосферы

Определение экологических функций литосферы

Экологические функции литосферы – функции, определяющие (отражающие) роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней природные и антропогенные геологические процессы, в жизнеобеспечении и эволюции биоты , главным образом, человеческого сообщества; [2]

Классификация экологических функций литосферы

Классификация экологических функций литосферы включает:

Геодинамическую экологическую функцию литосферы – отражает свойство литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные геологические процессы и явления. Она изучается экологической геодинамикой. Объект изученияэколого-геодинамических исследований – геологические процессы и геодинамические зоны и аномалии.

Предмет изучения – знания о воздействии этих компонентов литосферы на биоту. Их проявление связано как с факторами извне (космическими), так и с разрядкой напряжений в геофизических полях Земли, а влияние геологических процессов на биоту – с преобразованием рельефа.

Объект изучения эколого-геодинамических исследований – геологические процессы и геодинамические зоны и аномалии.

Геохимическую экологическую функцию литосферы – отражает свойство геохимических полей (неоднородностей) природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты в целом и здоровье человека в частности. Она изучается экологической геохимией.

Объект исследований – вещественный, химический состав компонентов литосферы (горные породы, минералы, донные осадки, почвы, подземные воды, нефть, газы) и формируемые ими поля природного и техногенного происхождения.

Предмет исследований – знания о геохимической экологической функции и геохимических свойствах литосферы.

Выделяются три пути воздействия химических элементов литосферы на биоту и человека:

– воздушный – через попадание токсикантов в виде газа или аэрозолей в организм человека; – водный – через подземные воды, употребляемые для

– пищевой – через трофическую цепь от загрязненных растений к животным и человеку.

Геофизическую экологическую функцию литосферы – отражает совокупность свойств геофизических полей полей (неоднородностей) литосферы влиять на состояние биоты и человека. Она изучается экологической геофизикой.

Объект изучения – геофизические поля, их аномальные проявления вплоть до образования геопатогенных зон.

Предмет исследования – взаимодействие полей с биотой и их влияние на состояние биоты.

Проблемы геофизической экологической функции литосферы:

экологическое воздействие геофизических полей на природные и природно-технические экосистемы;
техногенное физическое загрязнение литосферы;
геопатогенез.

Ресурсную экологическую функцию литосферы – определяет роль минеральных органических и органоминеральных ресурсов литосферы, а также ресурсов геологического пространства, необходимых для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры (человеческое сообщество). Она изучается экологическим ресурсоведением.

Можно выделить четыре класса состояния литосферы:

удовлетворительное или благоприятное;
условно удовлетворительного или неблагоприятное;
неудовлетворительное или весьма неблагоприятное;
катастрофическое – ему соответствует четыре зоны нарушения экосистемы – нормы, риска, кризиса и бедствий.

Антропогенное воздействие на литосферу

Широко распространено заблуждение, что в отличие от живых организмов, чутко реагирующих на техногенные воздействия, сама Земля может выдержать техногенные загрязнения и катастрофы (подземные ядерные взрывы, захоронение токсичных отходов, хищническую эксплуатацию недр и т.д.). Это глубоко ошибочное мнение приводит к бесконтрольному превышению предельно допустимых уровней техногенных воздействий на литосферу. Невзирая на запреты подземных ядерных испытаний, некоторые страны (Франция, Китай) все еще продолжают их проводить, тем самым совершая экологические преступления против всего человечества.

К стрессовым факторам литосферы еще относится создание свалок твердых бытовых отходов, загрязнение промышленными стоками подземных вод и вследствие этого сокращение запасов на Земле питьевой воды, а также механическое, термическое, электромагнитное и другие виды воздействий на верхние слои литосферы.

Количество коммунальных отходов, приходящихся за год на одного человека, в некоторых странах достигает огромных величин, а их утилизация представляет серьезную проблему во всем мире. В результате антропогенного воздействия Земля превращается в гигантскую свалку, литосфера испытывает необратимые экологические изменения, последствия которых катастрофичны.

Негативные экологические последствия антропогенного воздействия на горные породы, их массивы и недра

Недра — верхняя часть земной коры, в пределах которой возможно осуществление добычи полезных ископаемых, захоронения вредных веществ и отходов производства, создания хранилищ нефти и газа, организации особо охраняемых территорий в виде карстовых пещер и др. Основное природное богатство недр — заключенные в них минерально-сырьевые ресурсы. Добыча или извлечение полезных ископаемых с целью их переработки — главная цель пользования недрами. Недра — источник не только минеральных, но и огромных энергетических запасов. По расчетам, в среднем из недр к поверхности поступает 32,3 х1012 Вт геотермальной энергии.

Разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее состояние в целом. Горнодобывающая промышленность по мощности негативного воздействия на природные экосистемы занимает первое место. К негативным последствиям освоения недр относятся:

изменение рельефа местности в результате образования карьерных выемок, породных отвалов, хвостохранилищ и др.;
активизация опасных геологических процессов (карст, оползни), оседание земной поверхности и сдвижение горных пород;
изменение физических полей — теплового, электромагнитного и др., особенно в районах вечной мерзлоты;
истощение и ухудшение качества подземных и поверхностных вод, снижение расходов малых рек, чрезмерное осушение болот, почв и горных пород;
загрязнение атмосферного воздуха выбросами метана, оксидов серы, углерода и других загрязнений из горных выработок при горении породных отвалов, газовых и нефтяных пожарах;
выбросы пыли при буровзрывных работах в карьерах, вентиляции шахт, обогащении минерального сырья, транспортных операциях;
нарушение растительного покрова при строительстве карьеров, захоронение плодородных и потенциально-плодородных почв под отвалами и др.

К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относятся статические и динамические нагрузки, тепловые и электрические воздействия и др. Статические нагрузки — наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений, достигающих 2 МПа и более, образуется зона активного изменения горных пород, достигающих глубин 70-100 м. Динамические нагрузки — вибрации, удары, толчки при работе транспорта, строительных машин, заводских механизмов, взрывные работы и др. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплот-ненные породы — пески, водонасыщенные лессы, торф и др., прочность которых заметно снижается из-за неравномерного уплотнения, нарушения структурных связей, в результате чего возможно внезапное разжижение, образование оползней, обвалов, плывунных выбросов и других неблагоприятных процессов.

Создаваемые в горных породах искусственные электрические поля при воздействии электрофицированного транспорта, ЛЭП и других электрообъектов порождают блуждающие токи и поля. Наиболее заметно, они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивление и другие электрические свойства пород. Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое загрязнение окружающей природной среды.

Под воздействием мощного антропогенного воздействия в массивах горных пород развиваются такие опасные процессы, как оползни, карст, подтопление, просадочные процессы и др. Особенно легко подвержены опасным процессам массивы вечномерзлых пород, так как они весьма чувствительны к тепловому антропогенному воздействию.

Оползни представляют собой скольжение горных пород вниз по склонам под действием сил гравитации. Оползни — частое явление на склонах долин рек, оврагов, берегов морей, искусственных выемок. Для оползней характерно отсутствие вращения и опрокидывания смещающихся масс. Они нарушают устойчивость массивов горных пород, негативно влияют на многие другие компоненты окружающей природной среды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов подземных вод при их вскрытии, образование заболочен-ностей, нарушение почвенного покрова, гибель деревьев и т. д.).

Подтопление — любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин (менее одного-двух метров от поверхности земли), в результате чего массивы горных пород и почва переувлажняются и заболачиваются, при этом активизируются оползни, карст и другие неблагоприятные процессы. В лессовых глинистых грунтах возникают просадки, в глинах — набухание. Просадка в лессовых грунтах приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание в глинах — к неравномерному подъему зданий и сооружений, в результате чего сооружения испытывают деформации вплоть до полной непригодности к эксплуатации. Это ухудшает экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях, что снижает производительность труда и даже может вызвать травмы и болезни людей. На подтопленной территории возрастает сейсмическая опасность. Кроме того, в результате вторичного засоления почв при подтоплении угнетается растительность, возможно химическое и бактериальное загрязнение грунтовых вод, ухудшается санитарно-эпидемиологическая обстановка.

В ряде районов земного шара (север Европы, Америки и Азии) толщи верхней части земной коры постоянно находятся в мерзлом состоянии: их температура всегда ниже 0°С. Такие породы называют вечномерзлыми (или многолетнемерзлыми), а территория — областью вечной мерзлоты. Происхождение вечной мерзлоты связывают с оледенением четвертичного периода. Хозяйственное воздействие человека на вечную мерзлоту приводит к разрушению почвенно-растительного слоя, изменению рельефа, режима снегового покрова, возникновению болот, нарушениям взаимосвязи и взаимодействия экосистем.

Эндогенные геодинамические процессы — землетрясения и вулканизм — вызывают весьма значительные смещения в массивах горных пород земной коры, уничтожают животный и растительный мир, приводят к многочисленным, а нередко к катастрофическим человеческим жертвам и другим тяжелым последствиям.

Заключение

Пока человек не в состоянии предотвратить многие опасные и катастрофические геологические процессы. Однако в арсенале методов инженерной геологии накоплен огромный научный опыт по прогнозу геологических и инженерно-геологических процессов, направленным на инженерную защиту территорий и снижение ущерба. Таким образом, в обостряющемся на Земле экологическом кризисе роль различных геологических и инженерно-геологических процессов, происходящих в литосфере, огромна, что необходимо иметь в виду при решении экологических проблем. В связи с этим в современных условиях значение инженерной и экологической геологии в жизни общества неизменно возрастает.

Читайте также: