Антропогенные воздействия на гидросферу и литосферу

Лекция 3 Антропогенные воздействия на гидросферу и литосферу Антропогенные воздействия на гидросферу. Из-за загрязнения или засорения около 70% рек и озер России утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения. В результате около половины населения потребляют загрязненную недоброкачественную воду. Наиболее часто встречаются химическое и бактериальное загрязнения, реже радиоактивное, механическое и тепловое. Химическое загрязнение - наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи). Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер. Радиоактивное загрязнение воды весьма опасно даже при очень малых концентрациях радиоактивных веществ. Наиболее вредны «долгоживущие» и подвижные в воде радиоактивные элементы (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Они попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании радиоактивных отходов, захоронении их на дне и др., в подземные же воды - в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами. Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод (показатели, которые нормируются по интенсивности восприятия человека). Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение (а точнее засорение) твердыми отходами (мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем. Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах. К основным источникам загрязнения поверхностных вод относятся: 1) сброс в водоемы неочищенных сточных вод; 2) смыв ядохимикатов ливневыми осадками; 3) газодымовые выбросы; 4) утечки нефти и нефтепродуктов. Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод - промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др. Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы фенолами, нефтепродуктами, сульфатами, фторидами, цианидами, тяжелыми металлами. Огромное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смываются с сельскохозяйственных территорий, включая животноводческие комплексы. В них высока концентрация органических веществ, биогенов и других загрязнителей. Опасны газодымовые соединения (аэрозоли, пыль и т.д.), оседающие из атмосферы на поверхность водосборных бассейнов и непосредственно на воду. Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняет морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод и т.д. Источники загрязнения подземных вод. Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам различными путями: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников, неисправных скважин, через поглощающие скважины, карстовые воронки и т.д. Загрязнения подземных вод распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20-30 км и более от источника загрязнения. Некоторый последствия загрязнения гидросферы Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов, и в частности для человека. Под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается снижение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других негативных процессов. Процесс эвтрофирования (цветения) водоемов – это повышение уровня первичной продукции вод, благодаря увеличению в них концентраций биогенных элементов, главным образом азота и фосфора. Различают естественное и антропогенное эвтрофирование. Естественное эвтрофирование длится тысячелетиями, антропогенное наступает гораздо быстрее, особенно в водоемах с замедленным стоком – озерах, водохранилищах, прудах, в прибрежной зоне морей. Поступление биогенных элементов происходит в результате смывания с полей удобрений, а также с промышленными и коммунальными стоками. Биогенные элементы поступают и с атмосферными осадками, из почв (в результате их эрозии, распашки, сведения лесов). Основным эвтрофирующим элементом для морских водоемов служит азот, для пресноводных – фосфор (иногда азот). Эвтрофирование водоемов способствует ухудшению качества воды. При эвтрофировании возникает «цветение» воды – массовое развитие микроводорослей, чаще всего сине-зеленых водорослей. В результате «цветения» уменьшаются прозрачность воды и содержание кислорода в ней. Высокая степень эвтрофирования приводит к заморам рыб и других гидробионтов. Эвтрофирование обратимо. Наиболее радикальные меры борьбы с эвторофированием водоемов: преграждение доступа биогенных элементов в водоем и очистка стоков, агротехнические и лесохозяйственные мероприятия, уменьшающие вынос биогенных элементов с площади водосбора. Для увеличения содержания растворенного кислорода водоемы аэрируют (осуществляют поступление воздуха) искусственным путем. В последнее время резко возросли скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м3 сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенному воздействию посредством химических токсикантов, которые, аккумулируясь гидробионтами, по трофической цепи приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных - морских птиц. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты (исторически сложившейся совокупности живых организмов, объединенных общей областью распространения) и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы: ртуть, свинец, кадмий и др. На здоровье человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненной воды проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологического накопления по длинным пищевым цепям типа: вода - планктон - рыбы - человек или вода - почва - растения - животные - человек и др. В современных условиях увеличивается опасность таких эпидемических заболеваний, как холера, брюшной тиф, дизентерия и др., вызванных бактериальным загрязнением воды. Истощение вод Истощение вод - недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных вод). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся экологические связи в системе человек - биосфера. Интенсивная эксплуатация подземных вод в районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров приводит к изменению взаимосвязи поверхностных и подземных вод, значительному ухудшению речного стока, прекращению деятельности родников, ручьев и небольших рек. Кроме того, в связи со значительным снижением уровней подземных вод наблюдаются и другие негативные изменения экологической обстановки: осушаются заболоченные территории, иссушаются леса, гибнет растительность и др. Серьезнейшая экологическая проблема - восстановление водности и чистоты малых рек (т.е. рек длиной не более 100 км) самого уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение. К другим видам воздействия человека на гидросферу относится создание крупных водохранилищ, которые коренным образом преобразуют природную среду на прилегающих территориях. Создание водохранилищ путем перегораживания русла водотоков плотинами опасно серьезными негативными последствиями для большинства гидробионтов. Из-за того, что многие нерестилища рыб оказываются отрезанными плотинами, резко ухудшается или прекращается естественное воспроизводство многих лососевых, осетровых и других проходных рыб. Антропогенное воздействие на литосферу Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию. Экологическая функция литосферы выражается в том, что она является базовой подсистемой биосферы: вся континентальная и почти вся морская биота опирается на земную кору. Рассмотрим техногенные изменения следующих основных составляющих литосферы: 1) почв; 2) горных пород и их массивов; 3) недр. Деградация почвы - это постепенное ухудшение ее свойств, которое сопровождается уменьшением содержания гумуса и снижением плодородия (свойства почвы обеспечивать потребности растений в питательных веществах и воде). Почву называют «мостом между живой и неживой природой». Она - биологический адсорбент и нейтрализатор загрязнений. К деградации почв (земель) приводит эрозия, загрязнение, вторичное засоление, заболачивание, опустынивание. Эрозия почв (от лат. erosio - разъедание) - разрушение и снос верхних, наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). По аналогии выделяют также промышленную эрозию (разрушение почв при строительстве и при разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной выпасе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др. Однако бичом земледелия у нас в стране и в мире остаются водная эрозия (ей подвержен 31% суши). Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); 2) минеральные удобрения; 3) отходы и отбросы производства; 4) газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты. В процессе хозяйственной деятельности человек может усиливать природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного засоления, и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах. Заболачивание ухудшает свойства почв и снижает производительность лесов. Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной среды в целом, является опустынивание - это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности. Если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание - это его смерть. Воздействия на горные породы и их массивы К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относят: статические и динамические нагрузки, тепловые, электрические и другие воздействия. Статические нагрузки - наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений образуется зона активного изменения горных пород примерно на глубине 70-100 м. Динамические нагрузки - вибрации, удары, толчки и другие динамические нагрузки, типичные при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов и т.д. Другим видом динамических нагрузок являются взрывы, действие которых сходно с сейсмическими. Горные породы разрушают взрывным способом при строительстве 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, наблюдающееся 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 до 100 °С и 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. Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивляемость и другие электрические свойства пород. Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое «загрязнение» окружающей природной среды. Массивы горных пород в ходе инженерно-хозяйственного освоения подвергаются мощному антропогенному воздействию. При этом развиваются такие опасные геологические процессы, как оползни (скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки), карст (геологическое явление, связанное с растворением водой таких горных пород, как известняков, гипса, каменной соли, с образованием при этом подземных пустот, пещер и сопровождаемое провалами земной поверхности), подтопление (повышение уровня грунтовых вод до критических величин), просадки и др. Особенно легко всевозможным нарушениям подвержены массивы вечномерзлых пород, так как они весьма чувствительны к любому антропогенному воздействию. Все эти процессы, если они вызваны деятельностью человека и нарушают природное равновесие, называют ущербообразующими, т. е. наносящими экологический и экономический ущерб окружающей природной среде. Воздействия на недра Недра - верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых. 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 энергетических запасов (геотермальная энергия). Недра являются не только источником полезных ископаемых или резервуара для захоронения отходов, но и частью среды обитания человека в связи со строительством метрополитенов, подземных городов, объектов гражданской обороны и т.д. Экологическое состояние недр определяется характером воздействия на них горнодобывающей, строительной и иной деятельности. В современный период масштабы антропогенного воздействия на земные недра огромны. Недра нуждаются в постоянной экологической защите, в первую очередь от истощения запасов сырья, а также от загрязнения их вредными отходами, сточными водами и т.д. Разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее качество в целом (рис.). Рисунок. Экологические последствия разработки недр 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.