Общие закономерности, свойственные техносфере

Основные закономерности географической оболочки: целостность, ритмичность и зональность. Техносфера, как компонент этой оболочки, выполняет условия её определяемые. Фактором развития техногенеза в современных условиях действия НТР выступают огромные количества востребованных обществом полезных ископаемых (до 100 млрд. т/год только углеводородного сырья и неметаллических полезных ископаемых).

Целостность техносферы определяется взаимосвязанным и взаимозависимым развитием всех компонентов природы, с которыми она контактирует (Атмо-, гидро-, лито-, педосферы, биосферы) и взаимопроникает на различных иерархических уровнях строения вещества. При этом естественная судьба химических элементов не соответствует геохимическими свойствами исходных минералов-носителей, а определяется антропогенными формами поступления элементов от различных источников загрязнений. Например, при добычи цветных полезных ископаемых (медь, свинец, цинк, никель и др.), после выемки их из литосферы, обогащения и металлургического передела формируются отвалы и хвосты, а значительная доля их в виде продуктов и изделий, после эксплуатации последних, пополняет промышленные и бытовые свалки.

Однако, на этих отвалах и свалках, как вторичных источниках загрязнений, они опять становятся подвластными воздействию природных явлений: распыляются ветром, транспортируются поверхностными и подземными водами, вовлекаются в природный массообмен на элементном уровне растительностью и животными. При таком состоянии химические элементы, в частности тяжелые металлы: Pb, Zn, Ni, Cu, Cd, Hg и др. и их эколого-токсикологические свойства, будут прямо зависеть от характера взаимодействия техногенных и природных факторов (Волков, 2003; Алексеенко, 2002).

Если определить экосферу как сумму биосферы и социосферы, то природный ресурс экосферы вовлекается в техносферу, затем, трансформируется и мигрирует в соответствии с её механизмами, и выбрасывается из оборота техносферы в виде отходов как природный ресурс для гео- экосферы. Но скорости ассимиляции оказываются несоизмеримо малы по сравнению с темпами присущими техносфере, и биосфера не выработала адекватных ответных механизмов. Они могут возникнуть в процессе эволюции. Более того, те эволюционные «находки» природы, которые использует биосфера (например, крысы, мыши, тараканы), оказываются не приемлемыми для человека. Он ними активно противодействует. С другой стороны, поступающие яды и неудобные для природы вещества, снижают ассимиляционный ресурс планеты.

Рис. 1 – Схема использования ресурсов техносферой

 

Солнечный свет (ресурсы космоса) сообщает момент движения экосфере, у которой часть момента движения, ресурсы, экологические услуги забирает техносфера, расходуя часть энергии А1, через неконтролируемые механизмы на разрушение сферы ассимиляции Земли.

Ускоренные темпы эволюции геосферы. В естественном ходе событий тяжелые металлы, которые были двинуты человеком, допустим, еще бы ни один миллион лет пролежали на своем природном месте, пока не подверглись бы гипергенному выветриванию и выносу в окружающую среду в течение еще 10 тыс. лет. Но, человек не стал ждать миллионы и десятки тысяч лет и воспользовался ресурсом, переработав его в течение 2 десятков лет, оставив на месте месторождения глубокий карьер. Все что было переработано ушло в изготовление производственных продуктов, которые были использованы и оказались на свалках и будут разложены до химических веществ в течении 20 лет. Итак, вместо миллиона лет естественным путем, вещества приобрели подвижность и поступили в биосферу за 40-50 лет. Практика свидетельствует, что любые искусственные изменения в окружающей среде приводят к форсированному поступлению химических элементов (загрязнителей) в окружающую среду.

Ускоренные темпы деструкции лито-, педосферы хорошо заметны. Например, при строительстве гидросооружений изменяется режим поверхностных и подземных вод – техногенные грунты размываются и в значительных количествах попадают в речные воды и транспортируются ими на большие расстояния. При этом наблюдается взаимосвязанное развитие береговой зоны возникающее в следствие подъема уровня воды. Наступает обводнение склонов, подтопление территории (так, каскад Волжских ГЭС привел к подтоплению территории, равной Владимирской области – около 29 тыс. км²). Естественные почвы изменяют свой гидротермический режим. В созданных людьми водохранилищах происходит абразия берегов (Рыбинское, Цимлянское, Клязьминское водохранилища и др.). В качестве примера техногенного загрязнения береговой зоны можно обратиться к Кайраккумскому водохранилищу в Сев. Таджикистане с комплексом новообразованных берегов из отвалов полиметаллических руд, размываемых р. Сырдарьей, впадающей в водохранилище (Карлович, 2001). Строительство водохранилища в Кузбассе удалось остановить, только когда обнаружилось, что оно вскроет месторождения ртути, свинца, что приведет к аккумуляции загрязнений в самом водохранилище и воде р. Томи.

Рельеф поверхности – важный элемент техносферы, и является неотъемлемой её частью. Часто, именно он определяет потоки вещества переносимые как воздушным путем, так поверхностными и грунтовыми водами.

Важное значение принадлежит длительности антропогенного воздействия и возраст технических объектов. В силу того, что природа не успевает ассимилировать, то изменения в окружающей среде накапливаются. В результате изменения ОС от времени происходят по экспоненте с коэффициентом, зависимым от климата, рельефа, почв, растительности и т.д. Особо негативную нагрузку на окружающую среду процесс техногенеза оказывает в высокоурбанизированнных и старопромышленных районах (Уральский, Центральный экономические районы и др.), где антропогенные вмешательства в компоненты природы привели к загрязнению значительных площадей (разработка руд КМА – Курская, Липецкая и Белгородская области, на территории Уральского района – 10 обогатительных фабрик сформировали техногенные накопления металлов в хвостохранилищах массой более 3 млрд. т). Наблюдения этих территорий позволяет предсказать ситуацию в тех районах, где освоение природных ресурсов еще только набирает темп.

При деградации естественных сообщества по законам вытеснения, известными в экологии более примитивный вид вытесняет более совершенный, более мелкий вытесняет более крупный, быстро размножающийся – менее быстро размножающегося, быстро эволюционирующий – мене быстро эволюционирующего. Если представить, элементы техносферы, как техносферные сообщества, аналогичные биосферным, то по отношению к биосфере техносфера примитивна, быстро размножается, имеет более высокие темпы эволюции. Таким образом, темпы эволюции техносферы не совпадают с темпами эволюции геосферы и экосферы, что в конечном итоге приведет к глубокому системному кризису.

Ритмичность техносферы. Ритмичность — повторяемость одних и тех же процессов и явлений во времени. По аналогии с географической оболочкой, техносфера испытывает те же процессы и явления: суточные ритмы освещенности, хода температуры, влажности, развития растений и животных. Очевидно влияние сезонных ритмов в средних и высоких широтах (сельское хозяйство). Менее очевидны приливные и циркадные циклы, обусловленные взаимодействием Луны и Земли, как космических тел. Чижевским показано мощное воздействие циклов солнечной активности на здоровье человека и его деятельность. Кондратьевым выделены циклы подъема и спада экономического развития. Определены основные законы: на фоне общего подъема могут присутствовать ещё большие скачки в развитии, а в ходе падения – более глубокие рецессии. К сведению – в природе все наоборот: на фоне подъема следует ожидать глубоких падений, а на фоне падения – резкие всплески поднятия, например, среднегодовой температуры.

На природные ритмы и явления накладывается антропогенный фактор. Например, в зоне тундры в ходе геологоразведочных работ на нефть и газ ландшафты приобретают техногенный облик, нарушаются растительный слой и ландшафты буровых площадок, подъездные пути не восстановятся в первозданном виде по прошествии многих лет, хотя развиваться они будут после ухода нефтяников в естественных условиях тундры. Другой известный пример – урбанизированные территории и техногенные комплексы, на которых происходят те же природные процессы и явления, что и на сопредельных территориях, не подвергнутых антропогенным воздействиям. К ритмичным процессам и явлениям в техносфере следует, очевидно, отнести сами технические революции, обусловливающие эволюцию техногенеза, взрывной характер которых приходится на революционную фазу, наступающую сразу после накопления в обществе парка машин, технических средств производства и перехода этого количества техники в новое качественное состояние – совершенствование технологии, что является основой прогресса или технической революции в обществе, а следовательно, и поступления техногенного материала.

Зональность техносферы определяется законом географической зональности. Антропогенная деятельность общества осуществляется во всех без исключения природных зонах. Отсюда, техносфере свойственна зональность ПТК, соответствующая географическим или природным поясам, в которых антропогенная деятельность происходит. Например, хозяйственная деятельность в умеренном поясе затронет соответственно лесную, лесостепную, степную, полупустынную и пустынную зоны.

Известно, что на распространение техногенных веществ значительную роль оказывают метеорологические факторы, а именно: термический режим. Дело в том, что скорости химических реакций и движения воды зависят от температурного режима. Очевидно, что в зимние время движение загрязняющих веществ не происходит и они депонируются в окружающей среде. Многие процессы миграции загрязняющих веществ зависят от увлажнения и испарения влаги на территории. Режим световой радиации определяет интенсивность фотосинтеза.

К примеру, длительность отопительного периода, глубина траншей для водоводов, забивка свай и фундаменты, толщина стен в Сибири значительно больше, нежели в европейской части России, что ведет к необходимости существенного увеличения капиталовложений при освоении территорий. Чем севернее и восточнее или южнее и восточнее территория в России, тем сложнее она в освоении.

Тепловой и водный балансы земной поверхности в природной географической среде, как правило, являются теми главными механизмами, которые определяют интенсивность и характер всех форм обмена энергией и веществом между основным процессом и компонентами географической среды и техносферой, формирующейся в ней.

Пределы распространения географических поясов и зон оказались зависимыми от соотношения радиационного годового баланса и годовой суммы атмосферных осадков – радиационного индекса сухости, выражаемого формулой R/Lx, где R – годовой радиационный баланс, x – осадки, L – скрытая теплота испарения (Григорьев, Будыко, 1956; Будыко, 1970). Физический смысл индекса сухости позволяет характеризовать как степень увлажнения, так и степень засушливости природных зон. Так, например, в случае R/Lx = 0,5 остаточная радиация (радиационный баланс) в два раза меньше того количества тепла, которое необходимо для испарения годовой суммы осадков. Вместе с тем, этот же индекс показывает, что, если осадков выпадает больше, чем их может испариться, то образуется излишек влаги, происходит заболачивание почв, увеличивается сток рек и т. п. Для наших построений об участии техногенного вещества в массо-потоках познание радиационного потока важно, т. к. это позволяет проследить общий характер распределения вещества с атмосферными осадками.

А.А.Григорьев и М.И. Будыко показали, что продуктивность равнинной растительности примерно соответствует ходу радиационного баланса сухости, а в климатических зонах с недостаточным увлажнением и сухим климатом развитие растительности определяется режимом влажности почвы. При возрастании сухости климата уменьшается возможность транспирации с единицы площади конкретной территории, т. е. происходит изменение характера растительности по переносу химических элементов, откликается в продуктивности с/х территорий. Индекс сухости обуславливает потребности воды в социально-экономической среде.