Технологическая эволюция геотехноморфогенеза

 

 

Качественные сдвиги в материальной деятельности человека	Период становления технолитоморфного новшества
Годы	Продолжительность
Двигательная сила
Паровая машина	1680-1780
Карбюраторный двигатель внутреннего сгорания	1845-1883
Дизель	1878-1897
Реактивный двигатель	1929-1943
Турбореактивный двигатель	1934-1944
Подвижно-неподвижные морфообразования
Паровоз	1790-1824
Автомобиль	1868-1895
Самолет	1897-1911
Строительные материалы
Цемент	1756-1844
Железобетон	1855-1902

Прямые изменения геотехноморфологической среды проис­ходят в результате геотехноморфогенеза.

В последние годы в России ежегодно открытым способом добывается 60% угля, 62% руд цветных металлов, 90% железной руды, почти 100% алмазосодержащих руд и сырья для производ­ства строительных материалов. Добыча полезных ископаемых нередко сопровождается созданием самых высоких форм техно­генного рельефа. Так, терриконы в Кузбассе, Воркуте и других горнопромышленных районах возвышаются на 60—100 м. Высо­та отдельных терриконов в Уэльсе (Великобритания) достигает 300 м. В некоторых регионах терриконы широко распростране­ны, например в Донбассе их насчитывается более 1500. Грунто­вые отвалы вскрышных пород, мощность которых иногда дости­гает 100—150 м, образуют своеобразный комплекс форм техно­генного рельефа, состоящих из холмов, бугров, конусов, гряд и понижений между ними.

Тридцать пять крупнейших нью-йоркских небоскребов (вы­сотой более 150 м), Эйфелева башня в Париже (300 м) сопоста­вимы по высоте с холмами Валдайской возвышенности. Два зда­ния в Чикаго (441,71 м) почти на 100 м превышают самую высо­кую точку Валдайской возвышенности. В настоящее время в мире первенствуют телебашня в Торонто (Канада) высотой 553 м, а среди небоскребов два здания «Башни Петронаса» высотой по 452 м, сооруженные в Куала-Лумпуре (Малайзия). Планируется завершение строительства здания высотой 492 м в Шанхае (Ки­тай). В Дубае (Объединенные Арабские Эмираты) сооружен са­мый высокий в мире небоскреб высотой 828 м, 162 этажа, откры­тие которого состоялось 4 января 2010 г.

Строительство сопровождается не только повышением этажности и увеличением размеров отдельных зданий, но и про­тяженностью сплошной застройки, которая в некоторых странах достигает 100 км и более (Калифорния, США).

Геотехноатмогенез отражает специфику целенаправленных процессов, возникающих в воздушной среде (например, осаж­дение из облаков дождя и снега техническими средствами, рас­сеивание облаков и туманов, предотвращение выпадения града).

Техногенные изменения водной среды происходят вслед­ствие геотехногидрогенеза. Например, на станции Молодежная в Антарктиде методом факельного намораживания морской воды был создан массив льда в виде дамбы длиной 250 м, шириной 30 м и высотой 25 м. На северных реках используются направ­ляющие ледяные дамбы в местах зимовок судов для защиты их от ледохода. В Якутии для водоснабжения отработана техноло­гия возведения ледяных плотин (с напором до 7 м) путем по­слойного намораживания льда или дальнеструйной дождевальной установкой. Опробовано создание искусственных ледяных островов на шельфе арктических морей вместо жестких плат­форм для добычи нефти и газа. Так, в Канадском Арктическом архипелаге был возведен ряд ледяных платформ толщиной 4—5 м в расчете на буровое оборудование массой до 500 тонн. Платфор­мы намораживались послойно на естественном ледяном покрове.

К техногенным процессам относятся наводнения, которые происходят в результате залпового сброса воды (экстренного полного раскрытия запирающих устройств) во время макси­мального стока, повышенных попусков в нижние бьефы гидро­узлов в периоды формирования или разрушения ледяного по­крова. Морские техногенные наводнения в виде цунами могут вызываться подводными ядерными взрывами, что было проде­монстрировано США в 1946 г.

Целенаправленные изменения биопочвенной среды проис­ходят благодаря геотехнопедогенезу и геотехнобиогенезу. Фор­мируя представление о техногенных процессах как явлениях производственной (технологической) деятельности в окружаю­щей среде, следует отметить, что термин «техногенные процес­сы» не применим к действиям, произведенным мускульной си­лой человека. Например, утаптывание почвы и втаптывание в нее различных частиц неприродного происхождения на местах передвижения людей, поступление разнообразного органическо­го материала (пищевых отбросов, остатков и др.), привнос мине­ральной массы (золы от очагов, костров, отходов при изготов­лении орудий труда и др.), перемещение грунта в пределах посе­лений (копание ям, землянок, рвов и т. д.) и многие другие явления, вызванные самим человеком, справедливо называются антропогенными.

Специфично аграрное воздействие человека на окружаю­щую среду, особенно сильно выраженное в экосистемах лесосте­пи, степи, полупустыни. В результате выпаса и перевыпаса скота, кочевого скотоводства происходит вытаптывание и поедание животными растений, переунавоживание почвы, деградация рас­тительного и почвенного покрова и другие явления, которые также следует именовать антропогенными процессами. Приведенное понимание (толкование) антропогенных процессов подчеркива­ет их качественное и количественное отличие от техногенных процессов. Обратим внимание, что к техногенным процессам от­носят техногенные аварии, количество которых в конце XX в. в России составляет 700—1000 в год. При этом основной акцент пока делается на ликвидации их последствий, а не на их преду­преждение

 

3.3. Техноплагенные процессы

В современную эпоху по мере возрастания техногенно­го воздействия цивилизации на природу, расширения и углубле­ния глобального экологического кризиса все более актуальными становятся знания о взаимосвязи и взаимодействии естествен­ного (природного) и искусственного (техногенного) в географи­ческой действительности, представляющей собой целостную систему «человек—природа—хозяйство—окружающая среда». Немецкий геолог Е. Фишер, по-видимому, одним из первых об­ратил внимание на процессы, непосредственно вызванные чело­веком, и процессы, идущие стихийно вследствие его влияния. К концу XX в. в исследованиях последствий вторжения человека в природу отмечено усиление внимания к промежуточным сис­темам, к появлению новых (техноприродных) процессов и явле­ний, среди которых наибольшую опасность представляют наве­денная сейсмичность, опускание территории, подтопление, карстово-суффозионные провалы.

К началу XXI в. «возникли новые, в том числе глобальные объекты: нефтяные пленки в океанах, аэрозольные облака в ат­мосфере, синантропные популяции животных и растений, му­танты. Сформировались новые процессы и потоки вещества в геосферах. Появились новые механизмы межкомпонентного взаимодействия, имеющие не только локальное распростране­ние, но и новые, поддерживаемые человеком цепи связей»[4]. По­этому В. М. Котляковым выдвинута неотложная задача разгра­ничения жизненно важных изменений в окружающей среде на собственно природные и антропогенные.

Производственная деятельность проявляется в геоэкологи­ческом пространстве напрямую и опосредованно, поэтому прин­ципиально выделять техноплагенные (от лат. plaga — толчок) процессы, которые представляют собой развивающиеся за счет природных сил явления, возникшие вследствие технологическо­го толчка или от завершившегося мероприятия-действия.

Изучение механизмов взаимодействия естественных (при­родных) и искусственных (техногенных) объектов, процессов — основополагающая задача познания динамического геоэкологи­ческого пространства.

О стихийных естественных механизмах судят по результа­там их функционирования (например, через изменение, возник­новение объектов в географической действительности). Представление о механизме техногенных (искусственных) объектов вытекает из сути технического воздействия, технологического материального воплощения — создания результата производст­венной деятельности, проявляющейся в геотехнопространстве напрямую и опосредованно.

В отличие от техногенных, техноплагенные процессы слож­но проявляются во времени-пространстве и трудно прогнозиру­емы. В условиях интенсификации взаимодействия общества и природы при составлении прогноза предстоящих изменений тер­риториально-пространственного ресурса важно учитывать не только природные (естественные) процессы, но и ход процессов, вызванных производственной деятельностью — возведением са­мих искусственных сооружений. Генезис подобных процессов — техногенно-природный.

Техноплагенные воздействия на земную поверхность весьма разнообразны. Они могут быть обратимыми и необратимыми, проявленными и скрытыми, региональными и локальными, ли­нейными и точечными, длительными и кратковременными.

На примерах рельефопреобразования, выражающего одну из сторон взаимодействия общества и природы, результат природо­пользования, можно полнее осознать сущность техноплагенных процессов как переходных, промежуточных между естественны­ми и техногенными процессами. К техноплагенным процессам относят:

• понижение земной поверхности вследствие дегидратации (обезвоживания) и уплотнения глинистых пород в результате откачки подземных вод;

• провалы и оседание поверхности в результате шахтного водоотлива в закарстованных массивах;

• образование просадок, провальных воронок, оседания зем­ной поверхности в зонах проходки горных выработок, подземной добычи полезных ископаемых (солей, руд и др.) технологиче­ским растворением, выщелачиванием;

• деформации оползневого характера на склонах в результа­те искусственного повышения уровня грунтовых вод.

Сущность техноплагенных процессов можно понять на при­мере оз. Байкал. С подъемом на 1 м уровня озера плотиной Ир­кутской ГЭС (на р. Ангара) пляжи оказались затопленными и байкальские волны стали беспрепятственно достигать береговых уступов, что усилило их подмыв, развитие оползней, оплывин, осыпей. Помимо интенсификации абразионных процессов про­изошло подтопление и заболачивание земель. Техноплагенное воздействие Иркутского гидроузла проявилось также в измене­нии экосистемы оз. Байкал, особенно на мелководьях, что серь езно изменило условия воспроизводства рыб, водоплавающих птиц и животных, и повышении уровня грунтовых вод на терри­тории, прилегающей к озеру, и в низовьях впадающих в него рек. Это привело к изменению условий произрастания растительнос­ти и ее состава, формированию новой активной (динамичной) береговой линии и, соответственно, выносу большого количест­ва взвешенных и загрязняющих веществ в оз. Байкал. Сохране­ние чистоты оз. Байкал до сих пор поддерживалось рачком эпишура, который трижды в год процеживает весь запас воды в нем, а это 20% всех мировых поверхностных пресных вод (без ледни­ков).

К переходным процессам, промежуточным между природ­ными и техногенными, также относятся: эвтрофирование водое­мов, токсифицирование пресноводных экосистем, термофикация водоемов и водотоков, вторжение (вселение) чужеродных организмов в водные экосистемы, подкисление озерных вод в ре­зультате выпадения «кислых» атмосферных осадков. Упомянем осолонение черноморской водой Азовского моря из-за сокраще­ния речного стока в результате безвозвратного водопотребления в его бассейне, составляющего более половины среднемноголетнего притока пресных вод в море. Дополнительной, но сущест­венной причиной усиления вторжения более соленой черномор­ской воды в Азов послужило уменьшение более чем в 3 раза по сравнению с естественным притока в море вод весеннего поло­водья Дона, игравшего большую роль в режиме умеренной соле­ности Азовского моря до сооружения Цимлянского водохрани­лища.

Добыча твердых полезных ископаемых подземными выра­ботками проникла уже на глубину до 4 км от поверхности (Ин­дия, ЮАР). Подземная добыча угля и бокситов ведется в шахтах на глубине 1300 (Донбасс) и 1500 м (Северный Урал). В связи с применением проходки для извлечения угля нарушается целост­ность массивов горных пород. Вследствие сложных геодинами­ческих процессов сжатия и растяжения внутри массивов проис­ходят внезапные выбросы газа метана в горные выработки, при обрушении кровли выработок на земной поверхности возникают мульды проседания, провалы, трещины разрыва. Проседания по­верхности составляют иногда первые метры и даже десятки мет­ров, охватывая территорию в несколько километров. Глубина провалов над выработками превышает 20 м, достигая 70 м (в райо­нах городов Прокопьевска, Киселевска, Анжеро-Судженска).

Оседания земной поверхности в результате извлечения неф­ти и газа происходят плавно, медленно, не заметно для глаза, по­этому о них чаще судят по результатам повторных геодезических нивелировок. Так, в США близ г. Лос-Анджелеса в связи с мно­голетней откачкой нефти, газа и воды образовалось эллиптиче­ское оседание поверхности размером от 0,6 до 7,6 м на площади в форме овала 10 х 65 км. В Калифорнии (США) в долине р. Сан-Хоакин произошло одно из крупнейших в мире по глубине погружения (9 м) и размерам территории техноплагенное опус­кание земной поверхности. Опускания поверхности в связи с от­качкой флюидов известны в Венесуэле (до 5 м), Японии (5,5 м) и других странах. Отдельные участки на Апшеронском полуост­рове (Азербайджан) опустились за 50 лет на 2,5 м.

Возникающие в зоне многолетней мерзлоты деформации земной поверхности встречаются на 1/4₄ суши, а в России на 65% территории. Функционирование магистральных трубопроводов с положительной температурой транспортируемого продукта в криолитозоне сопровождается, как правило, тепловым воздей­ствием на мерзлые грунты, оттаивание которых приводит к обра­зованию просадочных форм рельефа, активизации термокарста, солифлюкции, термоэрозии. Кроме того, давление собственно трубопроводов, а также подрезка склонов способствуют механи­ческому смещению грунтов: оползанию, осыпанию, обвалам, осе­даниям.

Сформированные техноплагенными рельефопреобразующими процессами морфообразования нельзя считать ни чисто при­родными, ни чисто искусственными. Переходным качеством об­ладают не только техноплагенновозникающие формы рельефа, но и специфичные материальные образования — технолиты, состоя­щие из природного минерального вещества, перемещенного, из­мененного, приобретшего в результате хозяйственной деятель­ности иные структурные связи, физико-механические свойства.

К группе техноплагенных формообразований относят по­верхности аккумулятивных отмелей и пляжей водохранилищ, дефляционно-инициированные песчаные дюны-валы на морском пляже, седиментационно-инициированные надваттовые поверх­ности, подвижные барханы и массивы развеваемых песков в райо­нах разведки и добычи полезных ископаемых. В районах подзем­ных ядерных взрывов отмечены просадки и подъемы земной по­верхности, восходящие потоки подземных вод, обводнения продуктивных горизонтов месторождений флюидов.

Оседания земной поверхности часто обусловлены изменени­ем напряженного состояния массива грунтов и процессами сжа­тия и уплотнения в связи с водопонижением, вызванным откач­кой подземных вод. Особенно неблагоприятны последствия карстово-суффозионных процессов, порожденные эксплуатаци­ей (отбором) подземных вод из карбонатных отложений на урбанизированных территориях. Например, усиление растворения карбоната кальция (СаСО₃) в пределах Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД) в результате интенсивного водоотбора из каменноугольного горизонта (сложенного известня­ками) и увеличение выноса кальция подземными водами приво­дят, по некоторым оценкам, к возникновению карстовых пустот в объеме 3600 м³/год, что чревато образованием новых карстовых провалов не только в районе Хорошевского шоссе г. Москвы.

Признак техноплагенности подчеркивает генетическую осо­бенность процесса, морфообъекта. Различение естественно-спон­танных рельефообразующих и техноплагенных рельефопреобразующих процессов принципиально, например для изучения эколого-геоморфогенных и эколого-геотехноморфогенных про­блемных ситуаций. В отличие от эколого-геоморфогенных эколого-геотехноморфогенные проблемы потенциально разреши­мы, прежде всего, посредством целенаправленного изменения техногенной составляющей — управляемого блока природно-технической системы. Негативное влияние динамичных стихийных природных рельефообразующих процессов, обусловливающих соответствующие эколого-геоморфогенные проблемы и ситуа­ции, ослабляется или предотвращается, прежде всего, с помощью инженерно-защитного строительства (например, противоселевого, противооползневого и т. п.).

В свете явления техноплагенности отметим, что интенсивное орошение сельскохозяйственных угодий в период с 1960 по 2000 г. превратило 4-е в мире по величине площади Аральское озеро-мо­ре в бесплодную пустыню. Техноплагенное сокращение водного зеркала Арала с образованием трех изолированных водоемов в результате забора воды из рек Аму-Дарья и Сыр-Дарья на оро­шение хлопчатника и связанное с этим понижение уровня грун­товых вод обусловили техноплагенное опустынивание в Приаралье.

Питьевые ресурсы становятся все более актуальными. В ус­ловиях увеличивающегося загрязнения поверхностных вод из­меняется режим водопользования, вызывающий не только на­растание истощения подземных источников, но и техноплаген­ное понижение качества питьевых вод вследствие инфильтрации хозяйственных стоков на водосборе и притока загрязненной реч­ной воды в гидравлически связанные с рекой водоносные гори­зонты.

Знания о техноплагенных процессах способствуют объек­тивному анализу развития ряда явлений в конкретных обстановках. Например, проявившиеся в недалеком прошлом в Западной Сибири миграции болот, расширение заболачивания, перекос днищ озерных котловин, подтопление одного берега озера и об­меление противоположного — последствия не природных текто­нических движений земной коры, а опусканий земной поверхно­сти, вызванных дегидратацией (обезвоживанием) и уплотнени­ем глинистых пород на глубине 800—1500 м в результате отъема воды для за- и внутриконтурного заводнения в районах нефтя­ных месторождений.

Один из древнейших видов хозяйственной деятельности че­ловека — земледелие — использует от 6% (в Австралии) до 30% (в Европе) площади частей света (табл. 11).

Таблица 11