Мировые запасы пресной воды

 

Компоненты гидросферы	Объем, тыс. км3	Доля в запасах, %
Ледники	26 106	68,70
Подземные воды		30,90
Озера		0,26
Почвенная влага		0,05
Атмосферные воды		0,037
Болота		0,031
Водохранилища		0,016
Реки		0,006
Всего	38 000	100,0

Главным пользователем воды в мире является ирригация, расходующая около 65% всей забираемой воды. Например, в Египте этот показатель достигает 98%. Доля промышленности в водопотреблении мира составляет около 25%. В странах, где орошения не требуется, например в Великобритании, Германии, Франции, эта доля находится в пределах 71—87% от суммарного водопотребления. Население городов потребляет 10% мирового объема забираемой воды.

Ежегодный забор пресной воды из всех источников и водо­емов мира ныне составляет 3790 км³, в ближайшее десятилетие он возрастет до 4000 км³. Объем таких широко используемых природных ресурсов как уголь или нефть примерно на три по­рядка меньше. Современное водопотребление в России оценива­ется в 70 км³/год.

Вследствие общего экологического неблагополучия на пла­нете и чрезмерного водопотребления существует исходящая от человека угроза процессам воспроизводства пресной воды. По мнению специалистов, возможные масштабы международного рынка воды весьма ограничены (в отличие от рынка водосберегающих технологий). При современных ценовых соотношениях экономически оправданны (с учетом природоохранных затрат) перемещения воды лишь в системах ирригации, водоснабжения, водоводах протяженностью не более 300—400 км.

В формировании геоэкологической образованности весьма значимо представление об эвтрофикации вод. Вследствие эвтрофикации, вызываемой главным образом антропогенными факто­рами, в водоеме происходит интенсивный рост водорослей и других растений, накопление органических веществ и продуктов отмирания организмов. Это создает условия для увеличения численности организмов, питающихся мертвым органическим веществом и соответственно интенсивно поглощающих раство­ренный в воде кислород.

Отрицательным следствием эвтрофикации является изме­нение видового состава организмов, гибель гидробионтов, обед­нение воды кислородом, замена аэробных (протекают с участием кислорода) процессов анаэробными (протекают в бескислород­ной водной среде), загрязнение воды ядовитыми веществами. При тепловом загрязнении воды процессы эвтрофикации усили­ваются в результате уменьшения растворимости кислорода по мере повышения температуры, а также благодаря интенсифика­ции биохимических процессов. В настоящее время антропоген­ной эвтрофикации, проявляющейся в цветении воды, подверже­ны практически все внутренние водоемы (озера, водохранилища, пруды), а также морские воды. На примере эвтрофикации можно представить последствия безудержного изменения и накопления загрязнений окружающей среды вследствие материальной и иной деятельности населения Земли.

Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в во­доемы с поверхностным и ливневым стоком с санитарно-неблагоустроенных территорий населенных пунктов, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное (в период ве­сеннего паводка) ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах, в том числе в Москве. В связи с этим проводится гиперхлорирование питьевой воды, небезопасное для здоровья населения вследствие образования хлорорганических соединений.

В целом по России для хозяйственно-питьевого и производ­ственного водоснабжения и орошения земель разведано около 4000 месторождений подземных вод. В эксплуатации находится 45% месторождений. Подземные воды в России используются следующим образом: на хозяйственно-питьевое водоснабже­ние — 77%, на производственно-технические нужды — 20%, на орошение земель и обводнение пастбищ — 3%.

Разнообразная хозяйственная деятельность человека в Ми­ровом океане также влияет на состояние его вод. В особенности это относится к добыче и транспортировке нефти и нефтепро­дуктов. В конце XX в. на шельфе 53 стран мира работало 6500 стационарных нефтяных и газодобывающих морских платформ. Ежегодно в мире перевозится до 1,5 млрд. тонн нефти, из кото­рых не менее половины добыто на шельфе морей Мирового оке­ана. Кроме нефтяного загрязнения, морская разработка углево­дородов сопровождается сбросом в море отходов буровых работ (буровые растворы, пластовые воды, шламы), содержащих соли тяжелых металлов.

Широкую мировую известность получило загрязнение в 1956 г. химическим заводом прибрежных вод Японского моря ртутью, в результате чего пострадало более 1500 человек, ис­пользовавших в пищу рыбу, моллюсков и ракообразных, пой­манных в бухте Минамата. Практически все загрязнители посту­пают в Мировой океан с поверхностными водами суши. В на­стоящее время Мировой океан выполняет функцию гигантского отстойника, вместилища для захоронения токсичных отходов де­ятельности человека. Наряду с загрязнением вод морей происхо­дит разрушение рифов, сокращение мангровых экосистем, исто­щение запасов рыбы в результате интенсивного лова.

Вода, обеспечивая существование всего живого на планете, входит в состав основных средств производства материальных благ. В результате техногенных воздействий назрела угроза за­грязнения (минерального, теплового, радиоактивного, химиче­ского, органического, бактериального), засорения (производст­венными, бытовыми и другими видами отходов и отбросов) и ис­тощения (из-за нерационального использования) вод.

Вместе с тем водная среда — весьма динамичный, а нередко и агрессивный географический компонент окружающей среды. Вредное воздействие вод может проявляться в виде затопления, подтопления, заболачивания, засоления земель, а также в разру­шении защитных дамб, каналов, гидротехнических и других со­оружений. Вода служит движущей силой эрозии, абразии, аккумуляции, суффозии, плоскостного сноса, оврагообразования, карста, селей и других процессов, осложняющих жизнедеятель­ность человека.

В изучении водной составляющей окружающей среды осно­вополагающим является понимание качественного истощения вод. Ухудшение качества воды обусловлено прежде всего недо­статочностью очистки загрязненных природных вод в связи с ростом объемов промышленных, сельскохозяйственных, хо­зяйственно-бытовых стоков. Общая нехватка, увеличивающееся загрязнение, непреднамеренное постепенное уничтожение ис­точников пресной воды особенно актуальны в условиях роста на­селения и расширяющегося производства. Для сбалансирован­ного развития человеческого общества наиболее перспективно устранение причин загрязнения водной среды вместо преобла­дающего ныне снижения их последствий.

Целенаправленные изменения водной среды происходят в результате геотехногидрогенеза.

Биогенные элементы, поступающие со сточными водами, а также с поверхностным стоком с удобряемых полей, стимули­руют рост фитопланктона, что приводит к «цветению» воды, рез­кому ухудшению ее качества и развитию эвтрофикации. При от­мирании водорослей в водоеме усиливаются гнилостные процес­сы. От недостатка кислорода гибнут рыба и ракообразные. Вода в таких водоемах непригодна ни для питья, ни для купания.

Загрязняющие вещества могут находиться в воде в виде рас­творенных газов (диоксид углерода, сернистый газ и др.), а также растворимых солей натрия, калия, кальция, аммония, алюминия, железа, магния, марганца и др. Нерастворимые в воде вещества (примеси минерального и органического происхождения) обра­зуют взвеси и коллоиды, состоящие из рассеянных в воде малых частиц вещества, и находятся в жидкой, студнеобразной и иной формах. Вода также может иметь биологические загрязнения (бактерии, вирусы и т. д.).

Основные источники загрязнения водной среды — промыш­ленные и коммунально-бытовые канализационные стоки, ливне­вые стоки с городских территорий, смыв с полей почвы, содержа­щей различные агрохимикаты, дренажные воды с полей ороше­ния, стоки животноводческих ферм и т. п.

Важнейшую роль в сохранении качества водной среды игра­ют многочисленные беспозвоночные, питающиеся одноклеточ­ными организмами (бактериями, микроскопическими водорос­лями), для чего фильтруют воду, очищая ее. По оценкам иссле­дователей, моллюски, обитающие на участке дна площадью 1 м², за сутки пропускают через себя от 1 до 10 м³ воды. При этом двустворчатые моллюски-фильтраторы выделяют большое количе­ство отфильтрованного материала в виде пеллет (комочков). В итоге происходит перенос органического материала из толщи воды на дно. Как известно, органическое вещество взвесей обра­зуется в ходе фотосинтеза из растворенного в воде углекислого газа. Механизм переноса углерода с участием фильтраторов та­ков: углекислый газ водной среды в результате фотосинтеза идет на образование фитопланктона, последний изымается из воды фильтраторами, продукты жизнедеятельности которых в виде органического вещества (комочков) поступают на дно водоема. Установлено, что под влиянием синтетических моющих средств понижается фильтрационная способность моллюсков и, как следствие, ухудшается естественное очищение воды.

По данным ВОЗ в конце XX в. 2 млрд. человек страдало от нехватки питьевой воды. Ряд стран (Алжир, Нидерланды, Син­гапур и др.) используют привозную воду, во многих странах ра­ботают опреснители морской воды. Согласно расчетам, каждому человеку на Земле в среднем требуется как минимум 1000 м³ во­ды в год, которая расходуется для питья, гигиены и сельскохо­зяйственного производства продуктов питания. Принципиально, что привоз продуктов питания и иных товаров к месту потребле­ния эквивалентен доставке затраченной на их производство гео­экологической воды. Глобальный объем продаваемой таким об­разом геоэкологической воды ежегодно превышает 800 млрд. м³. Доставка товаров в страны с засушливым климатом помогает, с одной стороны, сократить использование воды из собственных источников на нужды сельского хозяйства, с другой — высво­бождает ее для других видов применения.

Биопочвенная среда. Биосфера, выделяемая по признаку существования жизни во всех ее проявлениях в атмосфере, гид­росфере, литосфере — одна из наиболее трудно вычленяемых сфер Земли. В широком понимании биосфера пространственно примерно совпадает с географической оболочкой Земли. С пози­ций представлений об окружающей среде целесообразно выде­лять биопочвенное окружение человека.

Биопочвенная среда — это почва, растительность и жи­вотные, представляющие собой совокупность естественных и со­зданных людьми образований, которые, испытывая воздействие экзогенных и техногенных сил, влияют на человека и его хозяй­ственную деятельность, а также на природные тела и явления.

Биологические явления в почве, биогенная миграция в ней химических элементов послужили основанием для объединения почв с наземными растительными и животными организмами в общую систему — единую биопочвенную среду. Ее целостность подтверждают результаты влияния на растения и почву кислот­ных осадков, которые способствуют вымыванию элементов пита­ния и освобождению ионов токсических веществ, способных по­вреждать корневую систему растений. Загрязнение воздуха нега­тивно воздействует на корни растений через почву. Через устьица посредством газообмена токсиканты типа диоксида серы проникают внутрь листа. При достижении определенной кон­центрации токсические газы вызывают некроз его тканей. Воз­душные загрязнители негативно влияют на фотосинтез, в ре­зультате уменьшаются размеры листьев и, как следствие, снижа­ются продукция органических веществ, прирост и урожайность растений.

Почва и растительность выступают в качестве основного средства производства в сельском и лесном хозяйстве. Возник­новение и развитие нарушений физических и химических свойств почвы приводят к ее истощению (потере биологической продуктивности), что чаще всего вызывается хозяйственной де­ятельностью: переуплотнением, засолением, неправильным по­ливом орошаемых земель, нарушением правил агротехники и се­вооборота, вырубкой охранных лесов, распашкой крутых скло­нов, чрезмерным выпасом скота, необоснованным изъятием сельскохозяйственных угодий.

Неблагоприятные последствия для человека вызывает за­грязнение земель химически вредными веществами в результате избыточного внесения минеральных удобрений и использования инсектицидов, загрязнения нефтепродуктами, радионуклидами, канцерогенами, промышленными выбросами, засорения их стро­ительным мусором, бытовыми и коммунальными отходами, от­валами горных пород, сточными водами.

Целенаправленные изменения биопочвенной среды проис­ходят в результате геотехнопедогенеза и геотехнобиогенеза. Од­ним из технологических процессов восстановления плодородия почв является внесение биогумуса, представляющего собой смесь чистого торфа с продуктами переработки навоза крупного рогатого скота или птичьего помета дождевыми червями. Со­гласно российским испытаниям, внесение 3,6 тонн биогумуса на 1 га давало прибавку урожая, равноценную внесению 24 тонн минеральных удобрений.

Усиливающееся в последние десятилетия непреднамерен­ное техногенное воздействие на биопочвенную среду негативно сказывается на растениях и животных. Причем менее организо­ванные организмы, включая вирусы и бактерии, быстро изменя­ются и приспосабливаются к новым условиям существования, вызывая эпидемии

По исследованиям российских ученых, биотехнологическое использование цианобактерий (сине-зеленые водоросли — древ­нейшие фототрофные организмы планеты) повышает скорость процессов оздоровления почвы путем подавления фитопатогенов, фитотоксинов и детоксикации поллютантов и ксенобиоти­ков техногенного и агрогенного происхождения.

Особо следует сказать о таком виде биологического загряз­нения, как новые культуры болезнетворных микроорганизмов или вирусов, выделенные из определенного источника (напри­мер, из организма больного животного и т. п.) и обладающие осо­быми физиолого-биохимическими свойствами, которые могут использоваться и в качестве биологического оружия.

Парадокс современной цивилизации состоит в том, что при осознании значимости естественных экосистем в жизнеобеспе­чении людей техногенные воздействия на биосферу продолжают возрастать, отчуждая человека от природы. Человечество по сути не находится в органическом единстве ни с биоценозами, ни с биосферными процессами, поскольку выступает по отношению к ним в качестве внешнего фактора. Животный и растительный мир также демонстрирует свою автономную природу, так как в своем существовании не проявляет никаких признаков внут­ренней зависимости от людей.

Необходимо обратить внимание на создание трансгенных организмов на основе модификации или разрушения определен­ных генов, а также за счет введения новых генов в геном организ­ма, что затрагивает генетическую основу существования всего живого и может иметь весьма серьезные последствия. Прямое изменение наследственного аппарата для получения желатель­ных генетически модифицированных организмов (особенно в сельскохозяйственном производстве) таит в себе угрозу спон­танного возникновения неконтролируемых разновидностей с не­предсказуемыми и, возможно, крайне нежелательными свойст­вами. Например, трансгенный картофель, предназначенный, как известно, для быстрой переработки, больше поражается фитофторозом, чем колорадским жуком. Вследствие отсутствия био­логической адаптации к пище из генетически модифицирован­ных организмов у человека могут появиться новые (в частности, аллергические) заболевания, изменения кишечной микрофлоры и реакций иммунной системы. Наибольшее опасение вызывает разработка в военных целях генетического оружия, поражающе­го иммунную систему человека.

Вопросы безопасности генномодифицированных организ­мов (ГМО) в полной мере относятся к человеку и природному разнообразию. При этом последствия распространения ГМО для природного биоразнообразия экологами и генетиками пока не оценены. Запущенные в природу ГМО могут вытеснить из при­вычных ниш естественные организмы, которые они занимали в течение миллионов лет, последствия чего для экосистем не­предсказуемы.

За последнее десятилетие уменьшение площади лесов, осо­бенно тропических, происходило со скоростью 13 млн. га в год, расширились площади засушливых земель, составляющих 40% суши, выросло техногенное опустынивание за счет нарушения влагооборота, вырубки лесов и загрязнения почв, снижалось плодородие, активизировались процессы закисления и засоле­ния почв. Исчезновение биологических видов во второй полови­не XX в. происходило в 100—1000 раз быстрее, чем когда-либо в прошлом. Сокращение площади естественных экосистем суши происходило со скоростью 0,5—1% в год. О степени нарушенности естественных экосистем на континентах и в целом на суше можно судить по данным таблицы 5.

Таблица 5

Нарушенность естественных экосистем суши,%

 

Территория	Ненарушенная	Частично нарушенная	Нарушенная
Европа	15,5	19,6	64,9
Азия	43,5	27,0	29,5
Африка	48,8	35,8	15,4
С. Америка	56,3	18,8	24,9
Ю. Америка	62,4	22,5	15,1
Австралия	62,2	25,8	12,0
Антарктида	100,0	0,0	0,0
Вся суша	39,5	24,2	36,3

По исследованиям зарубежных ученых к ненарушенным от­носятся территории с естественным растительным покровом и низкой плотностью населения (менее 10 чел./км²), к частично нарушенным — территории со вторичной, но естественно восста­навливающейся растительностью и наличием сельскохозяйст­венных угодий, для нарушенных территорий характерно нали­чие постоянных сельскохозяйственных земель и городских посе­лений, отсутствие естественной растительности.

О единстве биопочвенной среды свидетельствуют процессы, возникающие в результате воздействия человека на ландшафты, приводящие к изменению гидротермического режима, либо фи­зико-химических свойств почвы, перестройке биоты, преобразо­ванию почвенно-растительного покрова. Так, систематическое поступление загрязнителей, накопление их в почве, в надземных и подземных органах растений нарушает геохимическую обста­новку, вызывает изменения в тканях, нарушение дыхательных и обменных процессов у живых организмов. Целостный подход к биопочвенной среде важен при исследовании выделения угле­кислого газа в атмосферу почвой, почвенными микроорганизма­ми, растениями и животными.

По результатам исследований отечественных ученых, ре­зервуар органического углерода в почвах мира оценивается в 1500 млрд. тонн, в наземной растительности — в 550 млрд. тонн. На территории России органический углерод в почвах составля­ет около 300 млрд. тонн, в растительности — 40 млрд. тонн. Гло­бальное выделение углекислого газа корнями растений, почвен­ными микроорганизмами и животными достигает 70—80 млрд. тонн С0₂ в год. Почвенный источник углекислого газа оценен для России (1/3 внеледниковой суши) в 4 млрд. тонн в год.

Геотехноморфологическая среда. Поверхность суши пред­ставляет собой вещественно-морфологический фундамент жиз­недеятельности людей. Литоморфный субстрат играет средоформирующую и средорегулирующую роль в окружающей среде. Познание и учет рельефообразования и рельефопреобразования расширяет пределы и возможности конкретизации работ по оп­тимизации природопользования с целью снижения экологиче­ской напряженности и риска во взаимодействии человека с зем­ной поверхностью.

Под термином «поверхность Земли» подразумевается совокупная поверхность суши, вод морей и океанов, а под терми­ном «земная поверхность» — единая твердая поверхность су­ши, дна морей и океанов.

При рассмотрении отношений в системах «человек—рель­еф», «производство—рельеф» принципиально исходить из технолитоморфно преобразованной земной поверхности, лимити­рующей жизнедеятельность людей. Как известно, разработка месторождений полезных ископаемых (угля, руд, строительных материалов) сопряжена с возникновением карьеров. Крупные карьеры на Урале, в Казахстане, Сибири, Европейской России имеют глубину более 150—200 м. Максимальная глубина карье­ра на горе Благодать (Урал) — 800 м. Карьеры по добыче алмазов в Якутии достигают глубины 400 м с диаметром на поверхности до 2 км. Длина карьеров изменяется от сотен метров до 8 км, а ширина — до 4 км. Например, размеры Железногорского карье­ра (Курская магнитная аномалия) на поверхности 2 х 3,6 км при глубине более 100 м. Площадь отдельных карьерных полей до­стигает 30 км².

В связи с широким применением проходки с обрушением кровли происходит сдвиг горных пород. Следствием сложных геодинамических процессов (сжатие и растяжение внутри масси­вов, в которых заключены горные выработки) является образова­ние на земной поверхности мульд проседания, провалов, трещин разрыва. Глубина провалов над подземными выработками превы­шает 20 м, достигая 70 м в районах Прокопьевска, Киселевска, Анжеро-Судженска в Кузбассе. Расположенный над горными вы­работками угля г. Цвиккау (Германия) опустился на 8 м.

Геотехноморфологическую среду как составную часть окру­жающей среды (см. рис. 1) образует взаимодействующая сово­купность естественных (природных) и техногеннообусловленных форм рельефа, а также релъефоидов и рельефидов, испыты­вающих воздействия техно-, эндо- и экзогенных факторов и влияющих на человека и его хозяйственную деятельность[3].

Земная поверхность — «арена» обмена веществ и энергии для живой и неживой природы, пространственный базис для материального производства, место размещения сооружений, проживания и отдыха людей. Оптимизация геотехноморфологической среды предполагает прежде всего выбор способов ра­ционального землепользования, а также комплекс мер (рекуль­тивация, мелиорация земной поверхности) по обеспечению (неред­ко улучшению) природных параметров форм рельефа и слагающих их отложений в пределах, необходимых для жизни и хозяйствен­ной деятельности человека.

Прямые и косвенные изменения геотехноморфологической среды происходят в результате геотехноморфогенеза — исто­рически единого процесса трансформации, модификации при­родных форм рельефа, возникновения техногенных его форм, со­здания рельефоидов (инженерных сооружений) и рельефидов (механических устройств, самоходных установок) и, соответ­ственно, преобразования исходного минерального вещества и образования нового, искусственного материала, слагающего или покрывающего новые морфообъекты географической оболочки. Взаимодействие естественного (природного) и искусствен­ного (техногенного) факторов геотехноморфогенеза происходит на земной поверхности и в приповерхностной части литосферы глубиной до нескольких километров (рис. 2). Такое специфиче­ское вещественно-морфологическое образование автор рассмат­ривает как геотехноморфогенное пространство — слагаемое гео­графического технопространства. Подземное геотехноморфоген­ное пространство используется в транспортных, промышленных, коммунально-бытовых, военных и иных целях. Возрастает значи­мость геотехноморфогенного пространства в связи с необходимо­стью захоронения промышленных сточных вод и особенно радио­активных отходов в районах нахождения и размещения АЭС.

 

 

Рис. 2. Принципиальная схема геотехноморфогенного пространства. Веще­ство: 7 — природное, 2 — природно-перемещенное, 3 — искусственное; гра­ницы: 4— верхняя, 5— нижняя (условная)

 

 

Выражением геотехноморфогенеза служит интегральная геоповерхность — реальное естественно-искусственное технолитоморфообразование, представляющее собой сопряженную со­вокупность форм земной поверхности и техноморфообъектов (стационарных — рельефоидов и подвижно-неподвижных — рельефидов) (см. рис. 2). В генетическом, геометрическом, мате­риальном и пространственном отношениях интегральная геопо­верхность отлична от поверхности литосферы. Непрерывные или прерывистые взаимовлияния и взаимодействия, сопряжения, соединения, совмещения, наложения природных и техно­генных, т. е. естественных и искусственных потоков вещества и энергии, обусловливают гетерогенное естественно-искусствен­ное морфолитообразование.

Взаимодействующая совокупность естественных и искусст­венных литоморфогенных объектов, геотехноморфологических условий, процессов, геотехноморфогенных загрязнений обус­ловливают на конкретной территории технолитоморфологическую ситуацию, оказывающую то или иное влияние на населе­ние, его хозяйственную деятельность, биоту.

Технолитоморфологическая ситуация в действительности складывается под влиянием хозяйственных воздействий на зем­ную поверхность через искусственные сооружения, путем техно­генного изъятия, привнесения, перемещения вещества и энергии. В оценивании ее состояния используются следующие геотехноморфогенные территориально-пространственные критерии:

• понижение выполнения земной поверхностью эколого-экономических функций в результате снижения устойчивости рельефа (из-за ухудшения физико-технических свойств и несу­ щей способности грунтов), интенсивного образования провалов, рвов, оползней, оседания, проседания поверхности, явлений плывунности, тиксотропности и т. д.;

• усиление дефицита земной поверхности как производст­венно-пространственного ресурса в результате технолитоморфогенной перестройки (трансформации) путем создания техноген­ных форм рельефа (терриконов, отвалов, свалок и др.) и рельефоидов;

• сокращение территориально-пространственного потенци­ала земной поверхности в результате затопления, размыва, обва­лов, оползней, формирования провалов, воронок, оврагов, обра­зования карьеров, нарушения термического равновесия в многолетнемерзлых породах и т. п.

Анализируя природные (естественные) рельефообразующие процессы и возникшие формы рельефа, следует различать, выде­лять среди них имеющие прямое геоэкологическое значение, ха­рактеризующие не качество литоморфного субстрата как при­родного компонента окружающей среды, а его производствен­но-ресурсный потенциал. Неучитывание геоэкологической сути геотехноморфологической среды проявилось в неадекватных ус­ловиям севера Азии градостроительных приемах. Например, на прямолинейных проспектах г. Норильска, проложенных по при­меру Санкт-Петербурга, в пургу приходилось натягивать верев­ки, зажигать красные фонари на зданиях, чтобы люди не погибли около дома, а по улицам г. Певека в многометровой толще снеж­ных заносов прокапывали тоннели для пешеходов.

Представление о геотехноморфологической среде отражает современную эпоху колоссальных созидательных и разруши­тельных возможностей человечества. Наблюдающееся возраста­ние степени участия интенсивно трансформирующейся геопо­верхности в удовлетворении разнообразных экономических и внеэкономических потребностей общества ведет к дефициту тер­риториально-пространственного ресурса, который, не обладая свойством взаимозамещаемости, исчерпаем и невозобновим.

Геологическая среда. Практические задачи, решаемые гео­логией, относятся к недрам Земли, не превышающим глубину 10—15 км, что обусловлено техническими возможностями раз­ведки и добычи полезных ископаемых. В последнее время в гео­логии развивается новое направление — экологическая геология.

Под «геологической средой» отечественные ученые-геологи А. В. Сидоренко (1917-1982), Е. М. Сергеев (1914-1997) пред­ложили понимать верхнюю часть литосферы, находящуюся под воздействием инженерной деятельности человека. Принципи­альным признаком такого толкования геологической среды яв­ляется техногенное воздействие людей на твердую оболочку Земли. Однако если геологическую среду рассматривать в каче­стве одного из компонентов окружающей среды, то ее следует определять иначе, а именно через воздействие горных пород, грунтов на человека и его деятельность. При таком подходе под геологической средой подразумевается приповерхностная часть литосферы, которая, испытывая воздействие эндогенных, экзо­генных и техногенных сил, влияет на человека и его хозяйствен­ную деятельность.

В формировании состояния и свойств геологической среды (как материальной системы) существенную роль играет глобаль­ный тепломассообмен, обусловленный внутриземными и внеш­ними факторами. Для геологической среды присущи измен­чивость, неоднородность, прерывность, проявляющаяся в виде пористости, пустотности, трещиноватости, закарстованности, тектонической нарушенности, водопроницаемости горных по­род. Геологическая среда состоит из горных пород, подземных вод (вместе с жидкими углеводородами), природных газов, мик­роорганизмов, взаимодействующих между собой.

Литосфера представляет собой не только источник ресурсов, но и вещественно-морфологический фундамент жизнедеятель­ности человека. В литосфере Земли заключены минеральные, гидротермические, земельные ресурсы, используемые в хозяйст­венной и иной его деятельности. Различают минеральные ресурсы рудные (полезные ископаемые, из которых извлекают метал­лы) и нерудные (неметаллические полезные ископаемые — уголь, нефть, газ и др.).

Мировой объем ежегодно перемещаемых горных пород в ре­зультате техногенной деятельности оценивается в 10 тыс. км³, т. е. масса их составляет не менее 20 трлн. тонн. Около 98% добы­ваемых в литосфере материалов уходит в отвалы, и лишь 2% не­посредственно используется в производстве продукции.

Добыча нефти, природного газа и откачка воды вызывают падение внутрипластовых давлений, изменение напряженного состояния горных пород в массиве, механическую суффозию, что сопровождается оседаниями поверхности литосферы, дости­гающими 8—9 м (например, близ г. Лос-Анджелес в США) и ох­ватывающими значительные площади.

Широко распространены оседания поверхности литосферы, обусловленные изменением напряженного состояния массива грунтов и процессами их сжатия и уплотнения в связи с водопонижением. Наиболее сжимаемы глинистые и суглинистые по­роды, переслаивающиеся с песчаными и гравийно-галечными. Установлены опускания поверхности литосферы в результате отбора подземных вод в Москве (0,35 м), Лондоне (0,3 м), Теха­се (1,2 м), Осаке (2,2 м), Амагасаки (3,1 м), Токио (7 м), Мехико (9 м). В результате отбора для орошения 20 км³ подземных вод за период с 1940 по 1967 г. оседание земной поверхности на от­дельных участках Центральной Аризоны (США) составило 2— 2,3 м.

Широкое распространение получила породопреобразующая деятельность человека, существенно превышающая многие при­родные литогенные процессы образования осадочных горных пород. Например, ежегодное мировое накопление грунтов в от­валах, достигающее 200 млрд. тонн, в несколько раз превышает весь перемещаемый глобальной денудацией с поверхности суши в море твердый материал.

В результате производственно-хозяйственной деятельности происходят процессы формирования нового (искусственного), а также преобразования природного материала (вещества) ли­тосферы и образования технолитов. Технолитом предложено называть природное вещество (материал), перемещенное, изме­ненное, приобретшее в результате хозяйственной деятельности человека иные структурные связи. В качестве технолитов рас­сматриваются природные материалы терриконов, отвалов, зем­ляных плотин, валов, дамб, насыпей автомобильных и железных дорог, намывных и насыпных террас, засыпанных траншей, ком­муникаций, провалов, лощин, балок, оврагов, долин речек и т. п.

Неперемещенные, но технологически измененные горные породы относят к технолититам, представленные изменен­ным (преобразованным) материалом (закрепленным, уплотнен­ным, разрыхленным, увлажненным, термообработанным и т. д.) в естественном залегании. Устранения просадочных свойств лес­совых грунтов, повышение их сейсмоустоичивости с помощью нагнетания в предварительно замоченную зону уплотняющего раствора под давлением, усиление прочности основания соору­жения цементацией известняков, т. е. изменения массивов гор­ных пород посредством технической мелиорации — это преобра­зование их в технолититы.

Особую группу образований составляют технолитоиды, состоящие из искусственного материала (вещества), — это бето­ны (высокопрочный, дорожно-аэродромный, жаростойкий, гидратный и др.), железо-, стекло-, керамзитобетон, аглопорит, си­ликатный кирпич, полимерные материалы, композиционные ма­териалы, металлы и их сплавы и др. Масса зданий и сооружений в городах мира, т. е. технолитоидов, в настоящее время составля­ет около 80 млрд тонн. Таким образом, современный технолитогенез выражается в образовании технолитов, технолититов, тех­нолитоидов.

При познании геологической среды рассматриваются пря­мые и обратные связи между приповерхностной литосферой и инженерными сооружениями, между литосферой как вещест­венно-энергетическим образованием и биотой. Конкретная экологогеологическая обстановка оценивается через пространствен­но-временное состояние свойств литосферы, воздействующих на живые организмы.

Экологические свойства геологической среды даны В. Т. Тро­фимовым:

• ресурсные свойства: состав и содержание минеральных, органических, органоминеральных запасов, необходимых для че­ловечества; состав и содержание элементов, необходимых для биоты; площадная и объемная емкость геологического простран­ства, обеспечивающие расселение и существование живых орга­низмов и развитие человеческого сообщества; качество литосферного ресурса применительно к разным видам его освоения и обживания, обусловленное вещественными и энергетическими параметрами;

• геодинамические свойства: пространственно-временная неоднородность проявления геологических процессов, влияю­щих на комфортность проживания человека и условия сущест­вования биоты; каскадность проявления геологических процес­сов, усиливающих воздействие на живые организмы и человека: циклическое развитие нестабильности напряженного состояния литосферных блоков во времени-пространстве, катастрофиче­ских геологических процессов, влияющих на живые организмы; наличие геодинамических зон с газовой разгрузкой недр Земли, повышенной флюидной и тектонической активностью, влияю­щих на иммунную систему человека и активизацию мутагенных проявлений у живых организмов.

Техногенные вибрации, возбуждаемые в геологической сре­де наземным и подземным транспортом в условиях большого го­рода, значительно увеличивают интенсивность выхода в воздуш­ную среду газовых потоков. Так, по исследованиям, специально проведенным в 1998 г. в центре г. Москвы (ул. Б. Дмитровка), ус­тановлено, что выделение водорода (равно как и радона) в днев­ные часы почти в 3 раза выше, чем в ночное время (после двух ча­сов ночи), когда прекращается движение электропоездов в метро. Водородно-радоновая аномалия в центральной части столицы Геоэкологически проявляется в повышенной смертности от он­кологических заболеваний.

Геофизическая среда. Становление геофизики началось с практического использования физических полей Земли, вос­принимаемых и изучаемых посредством взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. Первые сведения о применении компаса для разведки магнетитовых руд в Швеции относятся к 1640 г. Со времени ус­тановления французским физиком и инженером Ш. О. Кулоном (1736—1806) закона взаимодействия магнитных масс (1785) на­чинает развиваться теория земного магнетизма.

С открытия английским ученым И. Ньютоном (1643—1727) закона всемирного тяготения берет начало теория гравитацион­ного поля Земли (1687). Истоки учения об электрическом поле Земли можно найти в трудах М. В. Ломоносова (1711 — 1765).

Современная геофизика — это комплекс наук, изучающих физические явления и процессы, происходящие в оболочках Земли — атмосфере, гидросфере, литосфере. Объект изучения геофизики составляют различные физические поля Земли. К ес­тественным физическим полям Земли относят гравитационное (поле тяготения), магнитное, электрическое, сейсмическое (поле упругих колебаний в результате землетрясений) и термическое. В результате техногенных воздействий (например, взрывов или ударов, нагрева и охлаждения и др.) физические поля приобрета­ют иные, отличные от естественных параметры (величины). Ес­тественные и искусственные физические поля Земли — весьма значимое слагаемое окружающей среды.

Геофизическая среда — это совокупность гравитаци­онных, магнитных, электрических, электромагнитных, сейсми­ческих и термических полей, ионизирующего и радиоактивного излучения, которые, испытывая воздействие эндо-, экзо-, техно­генных сил, влияют на человека и его хозяйственную деятель­ность.

Магнитное поле Земли под влиянием корпускулярных по­токов («солнечного ветра») испытывает кратковременные из­менения, оказывающие влияние на все живое, в том числе и на человека. Основоположник гелиобиологии — отечественный ученый А.Л.Чижевский (1897—1964) установил взаимосвязь частоты различных заболеваний с максимумом солнечной ак­тивности.

На все живое, в том числе и на человека, воздействует гео­магнитное поле Земли. Движущиеся в магнитном поле Земли частицы в околоземном пространстве образуют магнитосферу. Под влиянием корпускулярных потоков («солнечного ветра») в магнитном поле Земли возникают кратковременные изменения, называемые геомагнитной бурей. Возмущения геомагнитного поля — всепроникающего физического фактора окружающей сре­ды, оказывают влияние на организм человека и заболеваемость. В периоды геомагнитных бурь обостряются сердечнососудистые заболевания, ухудшается состояние людей, страдающих ги­пертонией.

Уровень электромагнитных полей, созданных техногенной деятельностью человека, иногда в сотни раз превышает естест­венный. Измерения напряженности поля под высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП) могут достигать нескольких ты­сяч и даже десятков тысяч вольт на метр. На удалении 50—100 м от ЛЭП напряженность поля падает до нескольких десятков вольт на метр. Наибольшая напряженность электромагнитного поля наблюдается в проекции на земную поверхность крайних проводов ЛЭП. Электромагнитное поле, создаваемое ЛЭП, ока­зывает неблагоприятное действие на нервную систему, обмен­ные процессы в организме человека.

Уровни звукового давления (шума) измеряются в децибелах (дБ). Человеческое ухо обладает весьма большим диапазоном чувствительности — от 20 до 120 дБ. Для нормальной жизне­деятельности уровень шума не должен превышать 40 дБ. Для человека практически безвреден шум в 20—30 дБ, 80 дБ — его допустимая граница, 130 дБ — вызывает болевые ощущения, а 150 дБ — уже непереносимы. Шелест листвы и мерный шум морского прибоя соответствует примерно 20 дБ. Внешний же шум на улицах и автомагистралях достигает 80—90 дБ. Некото рые производственные машины и механизмы (перфораторы, компрессоры, вентиляторы и др.) создают шум величиной 90— 110 дБ, взлетающий реактивный самолет на расстоянии 25 м — 140 дБ. Обычный уровень шума на дискотеке достигает 100 дБ и является предельно допустимым.

Инфразвуком называются звуковые волны с частотой коле­баний ниже 20 Гц. В окружающей среде источниками инфразву­ка могут быть землетрясения, извержения вулканов, ураганы. Инфразвуковые волны возникают при движении автотранспор­та и электропоездов, при работе компрессоров, турбин, дизель­ных двигателей, вентиляторов и других машин и механизмов. Инфразвук вызывает резонанс в различных внутренних органах человека и связанные с этим болезненные ощущения в грудной клетке, иногда ощущение растерянности, неясной тревоги, безот­четного страха, чувство слабости. Инфразвук порождает у людей нервную усталость, ухудшает настроение, снижает интеллекту­альную деятельность.

Из известных геофизических предвестников, которые могут сигнализировать животным о приближении землетрясения, не­которые ученые называют флуктуации (колебания) уровня грунтовых вод. При повышении уровня подземных вод (что слу­чается в преддверии подземных бурь) создается угроза для жи­вотных, живущих в норах (ящериц, крыс, мышей), и прежде все­го для обитающих в почве беспозвоночных.

Предполагается, что некоторые животные способны улавли­вать незначительные сотрясения Земли — микросейсмическую активность, предшествующую землетрясениям. Минимальные колебания почвы до начала землетрясения, остающиеся незамет­ными даже для самых чувствительных сейсмографов, способны чутко улавливать змеи. Они, как полагают бионики, улавливают вибрации и незначительные колебания почвенных слоев всем те­лом. В настоящее время рядом ученых высказывается предполо­жение, что змеи способны также тонко реагировать на изменение электрического поля в преддверии землетрясений и вулканиче­ских извержений.

Немаловажную роль в сейсмопрогностической способности некоторых животных играют предшествующие и сопутствующие землетрясениям звуки в ультра- и инфрадиапазонах, не воспри­нимаемые органом слуха человека. Высокой чувствительностью к ультразвукам природа наделила дельфинов, летучих мышей, некоторых насекомых. Так, например, у кузнечиков обнаружена чувствительность к частотам до 45 кГц, а ночные бабочки реаги­руют на звуки частотой до 150 кГц. Высокий порог слышимости (до 100 кГц) у кошек, собак, хомяков, крыс, ящериц.

Общеизвестно, что есть люди, способные предсказать изме­нения погоды на несколько дней вперед, причем довольно точно. Чаще всего это больные хроническим ревматизмом. По-видимо­му, возникающие у них задолго до перемены погоды боли вызы­ваются электрической высокочастотной радиацией, источник которой — столкновение воздушных масс.

Сейсмотропные реакции наблюдаются и у совершенно здо­ровых людей, обладающих повышенной сейсмочувствительностью. Так, например, в 1965 г. в югославском городе Баня-Лука местный сейсмолог на свой страх и риск обратился к населению с призывом покинуть дома до того, как сильный толчок потряс город. Все вняли призыву «сейсмопрогнозиста». Через 20 мин основной толчок до основания разрушил город, но ни один из жителей не пострадал!

Геохимическая среда. Развитие геохимии стало возможным после открытия Д. И. Менделеевым (1834—1907) периодическо­го закона и создания периодической системы химических эле­ментов (1869).К началу XX в. была произведена общая оценка химического состава многих горных пород, минералов и природ­ных вод. Большой вклад в развитие геохимии внес американский ученый Ф. У. Кларк (1847—1931). Величины, характеризующие среднее содержание химических элементов в земной коре, по инициативе академика А. Е. Ферсмана, стали называть «Клар­ками». Создателями геохимической науки считают отечествен­ных ученых В. И. Вернадского (1863—1945), А. Е. Ферсмана (1883—1945) и норвежского ученого В. М. Гольдшмидта (1888— 1947).

Современная геохимия изучает распределение (концентра­цию и рассеяние) и процессы миграции химических элементов в земной коре и на планете в целом. Необходимость рассмотрения с позиций экологии распределения и содержания химических элементов в биосфере привела к формированию экологической геохимии.

Геохимическая среда — это совокупность химических элементов в грунтах, растениях, воде, воздухе, которые, испыты­вая воздействие экзо-, эндо-, техногенных сил, влияют на челове­ка и его хозяйственную деятельность.

Геохимические признаки состояния окружающей среды обусловлены механической, физико-химической, биогенной, техногенной миграцией и концентрацией химических элемен­тов.

Концепция относительной миграционной способности хи­мических элементов и соединений, разработанная Б. Б. Полыновым (1877—1952), устанавливает следующие ряды миграции элементов в природных водах: энергично выносимые (CI, S), легко выносимые (Са, Na, Mg, К), подвижные (Р, Мn), слабо подвижные (Fe, Al, Ti), практически неподвижные (SiО₂ — кварц).

Состояние геохимической среды в зависимости от содержа­ния и подвижности (способности мигрировать и накапливаться) химических элементов в породах, почвах, водах определяет раз­витие и жизнедеятельность растений, животных и человека. При этом как избыток элемента, так и его недостаток негативно влия­ют на функционирование живых организмов. Например, энде­мический зоб у людей вызывается недостатком в рационе йода. Высокое содержание в воде минеральных веществ порождает не­которые формы злокачественных опухолей (рак пищевода, же­лудка, легких).

В настоящее время определены пороговые концентрации многих химических элементов (в почвах, водах, растениях, пи­щевых продуктах), при поступлении которых в организм обеспе­чивается нормальное состояние обмена веществ. Применение эколого-биогеохимического метода позволяет определить ниж­ний и верхний пределы концентраций, ниже или выше которых (вследствие недостатка или избытка химических элементов, например кобальта, меди, марганца, цинка, молибдена, бора, стронция, йода) возникают изменения и заболевания у челове­ка и животных. Непосредственно в состав живых тканей ор­ганизма входит около 70 химических элементов. Совокупность химических элементов, влияющая на морфологическое, физио­логическое, биохимическое, генетическое состояние организма человека, представляет собой геохимический фактор среды оби­тания.

Как известно, живое вещество главным образом состоит из кислорода, углерода, водорода и азота. Однако в живых организ­мах обнаружены почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева, но содержание большинства из них не превы­шает 1%.

Химические элементы, необходимые организмам в ничтож­ных количествах, но определяющие успешность их развития или безболезненного существования, называются микроэлементами. В растения микроэлементы поступают из почвы, в организм жи­вотных и человека — с пищей. Недостаток или избыток микро­элементов приводит к нарушению обмена веществ. Важнейшие микроэлементы — В, Мn, Сu, Mo, Fe, Zn, Co, I, Br. О содержании элементов в организме человека дают представление величины, приведенные в таблице 6.

 

Таблица 6

Химический состав и содержание элементов