Антропогенное действие на литосферу

Химические элементы, необходимые для роста и развития растений, вносятся в почву в виде органических (навоз, торф и др.) и минеральных (продукты химической переработки минерального сырья) удобрений. К минеральным удобрениям относят фосфатные (простой и двойной суперфосфаты и преципитаты), азотные (сульфат аммония, аммиачная селитра, кальциевая и магниевая селитры), калийные (хлористый калий и смешанные калийные слои), борные, магниевые, марганцевые (соединения и соли, содержащие эти элементы).

Суперфосфат – это смесь гипса с первичным фосфатом (СаSO₄+Ca(H₂PO₄)₂), легко растворимая в почвенной воде. Преципитат – это Са₂(НРО₄)₂, или СаНРО₄, нерастворимый в воде, но легко растворяющийся в кислотах, имеющихся в почве. Перспективными считаются сложные минеральные удобрения: NH₄H₂PO₄+(NH₄)₂HPO₄, называемые аммофосными, и (NH₄)₂HPO₄+NH₄NO₃+KCl, называемые нитрофоск.

В плане рассматриваемых вопросов заслуживают ещё внимания химические соединения, используемые в качестве дефолиантов, гербицидов и инсектицидов. Дефолиантами называются вещества, вызывающие опадение листьев растений, что способствует машинной уборке урожая. Такими соединениями являются некоторые хлораты, и в первую очередь NaClO₃, Ca(ClO₃)₂ и Mg(ClO₃)₂. В больших концентрациях эти вещества способствуют уничтожению сорняков и называются гербицидами. Инсектицидами называют химические вещества, способствующие уничтожению вредных насекомых. К ним относятся соединения мышьяка, в частности соли мышьяковистой и мышьяковой кислот (K₃AsO₃, K₃AsO₄). Их применение основано на сильном физиологическом действии мышьяка почти на все растительные и животные организмы. Широкое использование в качестве инсектицидов, а также фунгицидов (веществ, применяемых для борьбы с болезнями растений) находят такие соединения органического характера, как гексахлоран C₆H₆Cl₆ и дихлордифенилтрихлорметилметан, известный под названием ДДТ. Широкое применение находят и другие ядохимикаты, такие, как хлорофос, тиофос, карбофос.

Антропогенная деятельность по своим последствиям может выходить далеко за пределы одного какого-либо геологического региона и принять глобальный характер. В этой связи достаточно привести следующие примеры.

1. Подземные ядерные взрывы вызывают сейсмические явления. Хотя мощность ядерных взрывов примерно на два порядка меньше мощных землетрясений, тем не менее они фиксируются как сейсмические явления на различных континентах.

2. Сейсмические явления может вызывать гидротехническое строительство. Сейчас зарегистрированы уже десятки землетрясений во многих странах мира, вызванные строительством водохранилищ в сейсмически активных зонах. Это так называемые «возбуждённые землетрясения». Один из первых таких случаев был зарегистрирован в Алжире при заполнении водохранилища во время строительства гравитационной плотины высотой 100 м.

Впоследствии землетрясения в связи с заполнением водохранилищ были зафиксированы в США, Австралии, Индии, Франции, Швейцарии, Италии, Японии, Греции. Хотя механизм этого явления не до конца ясен, тем не менее имеются основания утверждать, что нагрузка воды способствует разрядке уже накопившихся напряжений в земной коре. Такие землетрясения имеют достаточно высокую балльность: 7 – 8 баллов.

3. В результате проседания земной поверхности при добыче полезных ископаемых (угля, нефти) под поверхностью Земли создаются огромные по объёму пустоты. Оседание поверхности в ряде случаев достигает нескольких метров, а если учесть, что уровень грунтовых вод на большинстве месторождений находится на глубине 0,5 – 1,5 м, то локальные понижения поверхности вызывают соответственно повышение зеркала грунтовых вод и увеличение заболоченности и заозёрности, а отсюда и изменения микроклиматических условий.

Нельзя не отметить, что интенсивное использование подземных вод для водоснабжения и технических целей также приводит к опусканию земной поверхности вследствие образования больших депрессионных воронок. Известно, что г. Мехико за 80 лет осел на 7 м, а скорость оседания отдельных районов Токио достигает нескольких сантиметров в год.

Антропогенное проседание поверхности Земли, вызванное различной инженерно-геологической деятельностью, проявляется на всех континентах в разных геологических регионах и природных зонах. Антропогенное проседание земной поверхности можно отождествить с колебательными движениями земной коры, подобно тому, как антропогенные сейсмические явления по своей природе сходны с природными сейсмическими явлениями.

Глобальная природопреобразующая деятельность вызвала на сегодня гигантское перераспределение вещества планеты – добычу и концентрацию одних элементов и рассеяние других. Геологическая деятельность направлена сегодня на добывание и переработку огромных количеств руд цветных и редких металлов. При этом рассеиваются гигантские количества соединений калия, фосфора, азота и др. В местах переработки руд и сброса промышленных отходов накапливается множество элементов, обладающих токсическими свойствами: Hg, Pb, As, Zn, Cd, Cr, Cu, Co, Ni. Эти элементы концентрируются в почве, растениях, грунтовых водах в количествах, намного превышающих допустимые пределы. Так или иначе, они вследствие круговорота попадают в организмы растений и животных. Было отмечено, например, что в растениях, растущих вдоль дороги, по которой перевозятся свинцовые руды, накапливается значительно больше свинца, чем его обнаруживается в почве. В местах скоплений токсичных химических элементов возникают своеобразные вторичные (антропогенные) месторождения химических элементов. В геологии даже появилось новое понятие – «техногенная геохимическая аномалия», характеризующее собой локальный или региональный участок с техногенно повышенным или пониженным содержанием химических элементов против среднего (кларка).

Не вызывает сомнений и возможность опасного воздействия антропогенных факторов на подземную гидросферу. Всё возрастающий объём промышленного и сельскохозяйственного производства обусловливает загрязнение не только поверхностных, но и подземных вод. Основными путями попадания антропогенных загрязнителей в подземные воды являются миграция из открытых водоёмов при наличии гидравлической связи их с подземными водами, фильтрация через грунт шламохранилищ полей фильтрации, а также на водозаборах с искусственным использованием подземных вод за счёт поверхностных.

Загрязнение подземных вод является лишь одним фактором отрицательного влияния антропогенных воздействий. Вторым фактором является угроза истощения подземных ресурсов пресной воды. Во многих районах большая часть подземных запасов воды, накопленная за прошедшие века, либо совсем не пополняется, либо пополняется значительно медленнее, чем расходуется. Имеются данные, свидетельствующие о том, что в некоторых районах планеты ископаемая вода кончится раньше ископаемого топлива. Это особенно относится к регионам, где экономика основана на комбинации ископаемой воды с горючими ископаемыми (которые необходимы, чтобы выкачивать воду).

Факторы антропогенного характера подчас вносят свой отрицательный вклад и в почву. Полевые растения обычно изымают из почвы в пределах определённого периода времени больше биогенных веществ, чем возвращают в почву. Традиционное сельское хозяйство компенсирует потери питательных элементов внесением минеральных солей, большей частью прямо не используемых растениями. При отсутствии микроорганизмов, способных трансформировать эти вещества в биологически доступную форму, почва постепенно становится бесплодной. Бесплодию почвы способствует и чрезмерное использование ядохимикатов. Необходимо знать, что в тропических зонах процесс нитрификации протекает почти в 20 раз быстрее, чем в зонах умеренного климата, и что аммиачный азот сохраняется в почве, несмотря на обилие дождей, а соли азотной кислоты удаляются вследствие вымывания дождями. В этом отношении традиционные методы удобрения почвы из-за обилия дождей применяться здесь не могут. В Индии с дождями выпадает почти 20 кг разбавленной азотной кислоты на гектар почвы в год. Ливни вносят азотную кислоту в почву тропиков и вместе с тем выносят фосфорную кислоту, калий, медь, марганец, молибден и т.д. Кстати, недавно стало известно, что в состав по крайней мере ряда ферментов, участвующих в процессе фиксации азота из воздуха с помощью микроорганизмов, входит молибден.

В настоящее время возникли серьёзные проблемы, связанные с нитратами. В связи с этим возник настоящий «нитратный бум». Созданы даже специальные индикаторы нитратов, которые внедряются в обиход. Широко распространено мнение, что причиной накопления нитратов в овощных культурах является применение азотных удобрений. Конечно, нет сомнений в том, что внесение высоких доз азота может приводить к загрязнению этих культур, но это не единственная причина загрязнения. Существует целый ряд факторов, влияние которых на накопление нитратов в растениях не меньше, а иногда и больше, чем действие азотных удобрений. К ним относятся видовые и сортовые особенности, фаза развития растений, уровень освещённости, обеспеченность почвы, кроме азота, и другими питательными веществами и т.д. Так, например, на накопление нитратов в растениях весьма существенно влияет освещённость, и, как показывает опыт, овощные культуры, выращенные в теплицах, как правило, отличаются более высоким содержанием нитратов, чем выращенные на открытом грунте. Увеличение содержания нитратов в овощных культурах при пасмурной погоде, загущённости посевов, выращивании в тени или под кронами деревьев связано с недостатком солнечной энергии. Размер накопления нитратов в значительной степени определяется фазой развития. Овощные культуры с коротким периодом вегетации, а также на ранних стадиях развития могут накапливать большее количество нитратов. Поэтому ранние культуры отличаются более высоким содержанием нитратов. Что касается азотных удобрений, то имеется множество фактов, когда в овощах, выращенных без внесения азота, наблюдается высокое содержание нитратов. При достаточном уровне освещённости, а также при благоприятно складывающихся других факторах избыточное количество нитратов не накапливается в овощах даже при внесении высоких доз азотных удобрений. Замена минеральных удобрений органическими не кажется перспективной, поскольку азот навоза довольно быстро превращается в нитраты и часто на почвах, удобренных навозом, получают овощи с высоким содержанием нитратов.

Специалисты указывают, что проблема избыточного накопления нитратов в овощеводстве – сложная проблема, требующая дальнейшего тщательного изучения. Для того чтобы получать растительную продукцию, человек обрабатывает приблизительно 10% суши, и полагают, что расширить эту площадь почти невозможно. Методы обработки почвы, при которых она оставалась оголённой в долгие сухие периоды, позволили ветрам унести гумус вместе с поверхностным слоем почвы. В регионах с умеренным климатом, особенно в пересечённой местности, главной причиной эрозии почв является речной сток. Единственным средством борьбы с водной эрозией служит постоянный растительный покров. Существенно отметить, что физическая эрозия не обязательно возникает сразу после разрушения растительного покрова, химические же изменения в почве, напротив, проявляются очень быстро. Наблюдения, проведённые в США, показали, что вырубка леса нарушает круговорот питательных солей (нитратов калия и кальция). Через
5 – 6 месяцев после вырубки концентрация минеральных элементов в значительной мере увеличивалась в дренажных водах на экспериментальном участке, в то время как на контрольном, лесистом, участке не изменялась. Сравнительные наблюдения проводились при чрезмерном употреблении пестицидов. Разрушая значительную часть микрофлоры, они становятся причиной нарушений круговорота питательных элементов почвы. Более того, водами речного стока они переносятся и в другие экосистемы.

Совершенно очевидно, что техногенез как совокупность геоморфологических процессов, вызванных производственной деятельностью человека, всё больше и больше охватывает верхнюю часть литосферы, являющейся составной частью биосферы. Отсюда вполне естественно, что на сегодня всё чаще и чаще оперируют такими понятиями, как «геологическая среда» и «охрана геологической среды». По принятому на сегодня определению под геологической средой понимаются любые горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть земной коры, которые рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека.

V. ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗМУЩАЮЩИХ
ПРОЦЕССОВ В АТМОСФЕРЕ