Геоэкология

В течение длительного времени внутри Земли скопилось колоссальное количество тепла, что вызвало частичное расплавление недр. Во внутренних частях Земли концентрировались тяжелые элементы и соединения, а на периферии скапливались сравнительно легкие. Это в конечном итоге привело к разделению земных недр на ядро и мантию. Ядро Земли состоит в основном из железа и никеля, а в мантии преобладают силикаты. В нижней мантии вещество в настоящее время находится в особом, плотном кристаллическом состоянии и имеет очень высокую температуру.

Под действием тепла происходит перемещение вещества и в мантии развиваются медленные конвективные течения. В различных слоях вещества образуются определенные ячейки. В одних ячейках осуществляется подъем, а в других - опускание.

Самой простой является конвективная ячейка, охватывающая всю мантию с одним центром подъема вещества из мантии и с одним центром опускания. Так в конце палеозойской эры образовалась Пангея - гигантский материк.

Более сложная ситуация обусловливается парой конвективных ячеек. Здесь образуется глобальная зона растяжения с цепочкой срединно-океанических хребтов.

Сепарация вещества в недрах Земли протекает довольно медленно, но за длительную историю мантийный материал множество раз совершил полный кругооборот. Отзвуком грандиозных явлений и событий, происходящих на глубинах, являются бурная вулканическая деятельность, сильнейшие землетрясения. За счет глубинных процессов движутся литосферные плиты, образуя горные массивы, меняется уровень Мирового океана и т.д.

2.1.3. Движение земной коры

Земная кора совершает непрерывные и разнообразные движения. Некоторые движения совершаются очень медленно и не воспринимаются органами чувств человека. Другие, как землетрясение, носят разрушающий характер. Известно, что на границе литосферы и мантии температура равна 1500 С. При этой температуре материя должна либо расплавиться, либо превратиться в газ. При переходе из твердого состояния в жидкое или газообразное объем увеличивается и увеличивается внутреннее давление, однако этого не происходит, так как перегретые породы находятся под давлением вышележащих слоев литосферы. Возникает эффект парового котла, когда стремящаяся расшириться материя давит на литосферу, приводя ее в движение вместе с земной корой. При этом чем выше температура, тем больше давление и тем активнее движется литосфера. Особо сильные очаги возникают в тех местах в мантии, где концентрируются радиоактивные элементы, распад которых разогревает слагающие породы до еще больших температур. Движения земной коры под действием внутренних сил Земли называют тектоническими, эти движения разделяют на колебательные, складчатые и разрывные.

Колебательные движения - очень медленные движения и незаметные для человека, следовательно, такое движение назвали вековым или эпейрогеническими. При этом движении земная кора в одних местах опускается в других поднимается.

Складкообразовательное движение - это движение, когда пласты горных пород под действием внешних сил сминаются в складки. Когда давление направлено по вертикали - породы смещаются, по горизонтали - сжимаются в складки, форма складок может быть самой разнообразной. Однако основные составляющие могут быть представлены следующими видами:

геоантиклиналь (антиклиналь) - это складка, направленная куполом вверх;

геосинклиналь (синклиналь) - это складка, направленная куполом вниз.

Подобные складки образуются на больших глубинах при высоких температурах и высоком давлении. А затем под действием внутренних сил они могут быть подняты. Так возникают складчатые горы: Кавказские, Альпы, Гималаи, Анды и др.

Разрывные движения - когда горные породы недостаточно прочны, чтобы выдержать действия внутренних сил, и в земной коре образуются трещины, разломы и смещения горных пород. Опустившиеся участки называются грабенами, а поднявшиеся горстами. Чередование горстов и грабенов создает глыбовые или возрожденные горы. Возрожденные горы отличаются от складчатых как по внутреннему строению, так и по внешнему. Склоны этих гор отвесны, долины, как и водоразделы, широкие и плоские. Пласты горных пород, всегда смещены относительно друг друга. Опустившиеся участки грабены часто заполняются водой, образуя глубокие озера.

2.1.4. Экзогенные геологические процессы

Весьма существенное место в формировании условий обитания живых организмов, и прежде всего человека, принадлежит экзогенным геологическим процессам (ЭГП).

Под ЭГП понимается совокупность необратимых дискретных изменений состава, строения и состояния геологической среды (отдельных наименее устойчивых ее элементов), происходящих в результате естественных процессов энергомассообмена в зоне контакта лито-, атмо- и гидросферы, а также хозяйственной деятельности человека.

В настоящее время общепринятой классификации экзогенных геологических процессов не существует.

ЭГП являются одним из основных факторов, определяющих экологическое состояние геологической среды.

Многообразные по механизмам развития, характеру и интенсивности проявления на земной поверхности, ЭГП временами создают обстановку, несовместимую с минимальными требованиями к комфортности жизнеобитания.

Катастрофические проявления характерны для различных по генезису ЭГП. Многие из них могут вызвать человеческие жертвы и огромный материальный ущерб за короткий промежуток времени. Другие менее опасны с экологической точки зрения, не представляют непосредственной угрозы жизни человека, менее разрушительны, их ощутимое воздействие, причиняемый ущерб накапливаются за достаточно длительное время.

По данным Р.Шустера, полученным на основании многолетних исследований [152], прямые и косвенные убытки только от оползней и селей в США превышают 1 млрд дол/год. Сопоставимый по величине материальный ущерб отмечается и для таких стран, как Россия, Япония, Италия. В отдельных случаях катастрофическая активизация оползней и селей вызывает гибель десятков тысяч людей (Китай, 1920 г.; Перу, 1970 г.; Колумбия, 1980 г. и др.).

В целом степень катастрофичности или опасности ЭГП определяется их механизмом и генетическими особенностями: интенсивностью проявления, характеризуемой показателями пораженности территории (геологической среды), многолетней и внутригодовой повторяемостью.

Механизм и генетические особенности ЭГП обусловливают основные показатели опасности - размеры (площадь и объем проявления), скорость протекания процесса, дальность действия, размеры зоны поражения. В качестве примера приведена классификация оползней и селей по объему перемещаемых грунтовых масс.



Таблица 2.1

Классификация оползней и селей по объему перемещаемых

грунтовых масс, м3

Классификация	Объём перемещаемых грунтовых масс, м3
Мелкие Небольшие Довольно большие Большие Очень большие Огромные Грандиозные	Десятки Сотни Тысячи Десятки тысяч Сотни тысяч Миллионы Десятки, сотни миллионов и более

Объем отдельных оползней может достигать миллиардов кубометров. Так, например, в 1911 г. на Памире (Таджикистан) во время сильного землетрясения произошел оползень объемом 2,2 км3, похоронивший под собой кишлак Усой вместе с 54 жителями и перегородивший р. Мургаб, в результате чего на высоте более 3,2 км образовалось Сарезское озеро объемом 18 км3.

На основании изучения механизма ЭГП, учета генетических особенностей их проявления, анализа материалов и данных о развитии и воздействии на геологическую среду и сферу жизнедеятельности человека можно составить ряд, убывающий по их относительной экологической опасности и катастрофичности (внезапности проявления): оползни, сели, обвалы, карст, абразия, русловая эрозия, просадки, овражная эрозия, подтопление, заболачивание и т.д. По данным изучения ЭГП в различных странах, регионах, природно-климатических условиях известно, например, что развитие таких процессов, как оползни, сели, обвалы и карст может привести к грандиозным разрушениям и катастрофам. Абразия, русловая эрозия, просадки могут вызвать значительный материальный ущерб, привести к чрезвычайным ситуациям. Развитие в течение длительного времени овражной эрозии, заболачивания приводит к сокращению площадей и потере сельскохозяйственных угодий, разрушению дорог.

Площадной (региональной) характеристикой экологической опасности ЭГП является интенсивность их проявления, количественно оцениваемая показателем пораженности территории. Этот показатель определяется как отношение суммарной площади форм проявления данного процесса, распространенного на конкретном участке, к общей площади этого участка (территории), т.е. безразмерным коэффициентом, меняющимся от 0 до 1. Во многих регионах России (Северный Кавказ, Черноморское побережье, Поволжье, зона БАМа) коэффициент пораженности территории ЭГП достигает 0,6-0,8 и более.

Освоение и хозяйственное использование таких территорий связаны с большим социально-экономическим риском и требуют значительных средств по защите от ЭГП. Стоимость инженерной подготовки территорий с высокой интенсивностью проявления ЭГП может в несколько раз превышать стоимость проектируемых объектов. Опыт освоения и использования территорий с интенсивным проявлением ЭГП показывает назревшую необходимость инженерно-геологического и экологического нормирования территорий, жесткого регламентирования хозяйственной деятельности.

О значимости ЭГП как важнейшем экологическом факторе можно судить по подверженности населенных пунктов, различных хозяйственных объектов его воздействию. В результате специального инженерногеологического обследования практически всей территории Российской Федерации организациями Министерства геологии СССР было установлено, что в России более 10 тыс. крупных населенных пунктов, в том числе 120 городов с населением 100 тыс. человек и более, в той или иной степени подвержены воздействию различных ЭГП. Тысячи различных хозяйственных объектов (железные и автомобильные дороги, нефте- и газопроводы, гидротехнические сооружения) постоянно испытывают разрушительное действие ЭГП различных генетических типов.

По результатам выполненного обследования для всех субъектов Российской Федерации составлены карты условий развития и интенсивности проявления ЭГП масштаба 1:200 000-1:500 000, а также карты и каталоги подверженности населенных пунктов и хозяйственных объектов воздействию ЭГП. Материалы обследования являются объективной основой планирования мероприятий по защите от негативного воздействия этих процессов. В настоящее время они обобщены под методическим руководством ВСЕГИНГЕО в недавно изданной карте “Экзогенные геологические процессы России” масштаба 1:2 500 000.

Наибольшую опасность ЭГП представляют в горных районах. Это связано с высокой энергией рельефа, сейсмичностью территории, интегральным проявлением здесь парагенетических комплексов ЭГП. Развитие или активизация отдельного процесса в горах может не представлять прямой угрозы, но его последствия могут носить катастрофический характер. Классическим является пример Айнинского оползня в долине р. Зеравшан в апреле 1964 г. Оползень объемом 20 млн м3 сошел с левого склона долины и, не причинив особого вреда, перекрыл русло реки. Весенний паводок привел к быстрому формированию озера. Было установлено, что при катастрофическом его прорыве (в любой момент) образуется селевый паводок, способный стереть с лица земли все расположенные ниже по течению населенные пункты, в том числе г. Самарканд.

Угрозу удалось ликвидировать, но проблемы такого рода остаются нерешенными во многих горных районах России и других стран.

Особую опасность представляют собой техногенное развитие или активизация ЭГП. Их проявления носят внезапный катастрофический характер и имеют разрушительные последствия. В качестве примера можно привести техногенную активизацию карста в 1969 и 1977 гг. в Москве в районе Хорошевского шоссе, приведшую к разрушению домов. Развитие просадочных явлений на территории Волгодонска, вызванное техногенным обводнением лёссовых пород, привело к полному разрушению ряда жилых домов и производственных сооружений в 1983 г.

Защита территорий и хозяйственных объектов от опасных геологических процессов основывается на различных по содержанию прогнозах активности их проявления. ВСЕГИНГЕО разработаны теоретические основы и методы прогнозирования ЭГП различных генетических типов. По заблаговременности предсказания следует различать следующие виды прогноза процессов: сверхдолгосрочные (до 100 лет), долгосрочные (до 10-20 лет), краткосрочные (до 1 года) и оперативные (от нескольких часов до нескольких суток).

Сверхдолгосрочные и долгосрочные прогнозы необходимы для разработки стратегии обеспечения безопасности населения и территорий, определения очередности проведения защитных профилактических мероприятий для крупных районов, регионов, субъектов Российской Федерации. На основании краткосрочных прогнозов составляются программы, проекты, схемы защиты и проведения мероприятий для отдельных районов, населенных пунктов и объектов с учетом прогнозируемой степени активности проявления процесса на год или период, предшествующий активизации. Оперативные прогнозы составляются тогда, когда началась активизация процесса, и на их основании разрабатываются конкретные мероприятия по обеспечению безопасности населения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, связанных с ЭГП.

Впервые инженерно-геологические карты долгосрочных прогнозов активности проявления ЭГП (оползни, сели, абразия, эрозия) были составлены в 1975 г. для Черноморского побережья Украины, России и Грузии в масштабе 1:200 000 [180]. В дальнейшем подобные карты составлялись и для других регионов России (Северный Кавказ, зона БАМа). Оправдываемость прогнозов оказалась вполне удовлетворительной, особенно для периодов значительной и сильной активизации процессов. Например, высокая активность проявления оползней и селей, имевшая место на южном склоне Большого Кавказского хребта в пределах Грузии в 1987-1989 гг., была предсказана в 1975 г., а катастрофическая активизация оползней в 1989 и 1997-1998 гг. в горных районах Чечни была спрогнозирована в 1980 и 1989 гг. соответственно.

В 1984 г. организации Министерства геологии СССР на основе материалов специального инженерно-геологического обследования территории приступили к организации мониторинга ЭГП - качественно новому этапу изучения и прогноза этих процессов.

Мониторинг экзогенных геологических процессов (МЭГП) - это система регулярных наблюдений за активностью их проявления, прогнозирования их развития под воздействием природных и антропогенных факторов. В задачи МЭГП входит также разработка рекомендаций по предотвращению или ослаблению негативных последствий развития процессов, особенно по обеспечению безопасности людей. МЭГП является составной частью государственного мониторинга геологической среды, который входит в состав Единой государственной системы экологического мониторинга.

За последние годы ВСЕГИНГЕО разработаны необходимые для организации и ведения государственного мониторинга ЭГП нормативно-методические документы. В конце 80-х гг. во многих организациях Мингео СССР были начаты работы по организации наблюдательных сетей для изучения режима ЭГП. По состоянию на конец 1990 г. число наблюдательных участков составляло 1250 (в основном на европейской территории России). В настоящее время объемы режимных исследований на территории России сократились и носят эпизодический характер даже в регионах интенсивного их проявления.

2.1.5. Внешние процессы, преображающие поверхность Земли

Одновременно с внутренними тектоническими процессами действуют процессы внешние. В отличие от внутренних процессов, охватывающих всю толщу литосферы, они действуют только на поверхности Земли. Глубина их проникновения не превышает нескольких метров и, в исключительных случаях, сотен метров (например, глубокие пещеры, естественные выемки). Источником происхождения сил служит тепловая, солнечная энергия. Внешние процессы очень разнообразны, к ним относятся выветривание горных пород, работа ветра, воды и ледников.

Выветривание подразделяется на физическое, химическое и органическое.

Физическое выветривание - это механическое раздробление, измельчение горных пород, происходящее при резком изменении температуры. При нагревании горная порода расширяется, при охлаждении - сжимается. Так как коэффициент расширения различен, то процесс разрушения горных пород усиливается (горные породы это совокупность элементарных веществ). Ускоренному разрушению горных пород способствует вода, которая, проникая в трещины, замерзает в них, расширяется и разрывает горную породу на части. Наиболее активно физическое выветривание, происходит при резком изменении температуры в тех местах, где на поверхность выходят твердые магматические породы: гранит, базальт, сиениты.

Химическое выветривание происходит в результате действия на горные породы различных водных растворов. При этом, в отличие от физического выветривания, нередко происходят изменения химического состава и даже образование новых горных пород. Этот процесс происходит повсеместно, но особо интенсивен он в легко растворимых породах: известняке, гипсе, каламите.

Органическое выветривание - процесс разрушения горных пород живыми организмами: растениями, животными, бактериями. Например, лишайники, поселяясь на скалах, источают их поверхность выделяемой кислотой. Корни лишайника, также выделяют кислоту, плюс корневая система действует механически, разрывая породы. Дождевые черви, пропуская через себя органические вещества, преобразуют породу и улучшают доступ в нее воды и воздуха.

Выветривание и климат. Все виды выветривания протекают одновременно, но действуют с различной интенсивностью, зависит это не только от слагающих пород, а главным образом от климата.

В полярных странах наиболее активно проявляется морозное выветривание.

В странах с умеренным климатом и во влажных тропиках преобладает химическое выветривание.

Работа ветра. Ветер способен разрушать горные породы, переносить и откладывать твердые частицы, чем сильнее ветер, тем большую работу он может осуществлять.

Менее устойчивые горные породы (меньше твердость, меньше плотность) разрушаются быстрее, следовательно, возникают специфические эоловые формы рельефа (столбы, башни, каменные кружева, эоловые грибы). В песчаных пустынях, по берегам морей и крупных озер ветер создает специфический рельеф барханы и дюны.

Барханы - подвижные песчаные холмы серповидной формы. Определение возраста различных изверженных пород позволило не только установить продолжительность геологических периодов, но и выделить наиболее древние горные породы Земли. В настоящее время известно, что документированные следы жизни на Земле возникли свыше 3 млрд. лет, самые древние осадочные породы обладают возрастом немногим более 3,8 млрд. лет, а возраст Земли оценивается в 4,6 - 5 млрд. лет, хотя некоторые ученые считают эти цифры завышенными.

Установлено, что эпохи интенсивной вулканической деятельности были кратковременными и разделялись длительными эпохами со слабым проявлением магнетизма. Эпохи усоленного магнетизма характеризовались высокой степенью тектонической активности, т.е. значительными вертикальными и горизонтальными движениями земной коры.

2.1.6. Основные этапы формирования Земной коры

Данные о возрасте изверженных пород дают возможность установить существование сравнительно коротких эпох повышенной магматической и тектонической активности и длительных периодов относительного покоя. Это позволяет провести естественную периодизацию истории Земли по степени тектонической и магматической интенсивности. Сводные данные о возрасте изверженных пород являются календарём основных тектонических событий в истории Земли. На основании исследований, главным образом, гранитных интрузий уточнен возраст тектономагматических циклов (эпох) в истории Земли. Вместе с тем необходимо отметить, что время проявления этих циклов на материках неодинаково и имеются частные отступления от планетарной единовременности этих процессов.

В далеком геологическом прошлом практически полностью отсутствуют фактические данные. Можно только предполагать, что до 3,5 млрд. лет назад существовал очень активный вулканизм с излиянием базальтовых и гипербазитовых лав. Одновременно выделяется значительный объем газа. Это привело к созданию не только земной коры, но и первичной атмосферы.

Таблица 2.1.1

Геохронологическая шкала фанерозоя

Эра	Период	Время, млн. лет	Примечательные события
Кайнозойская KZ	Четвертичный	1,8	Становление человека
	Неоге-новый N	плиоценовая	5±1	Расцвет приматов
		миоценовая	22,5±1
	Палеогеновый P	олигоценовая	37,5±3	Расцвет лошадей и фауны открытых пространств
		эоценовая	53,5±3	Первые приматы и лошади
		палеоценовая	65±3	Расцвет млекопитающих
Мезозойская MZ	Меловой K	135±5	Появление цветковых растений и хищных ящеров
	Юрский J	190±5	Расцвет кораллов, аммонитов и динозавров, появление птиц
	Триасовый T	230±10	Появление динозавров и млекопитающих
Палеозойская PZ	Пермский P	285±15	Расцвет фузулинид, акул и звероподобных пресмыкающихся
	Каменноугольный C	350±10	Расцвет земноводных
	Девонский D	400±10	Расцвет рыб, первые леса
	Силурийский S	435±15	Расцвет рифообразующих кишечно-полостных
	Ордовикский O	490±15	Расцвет брахиопод и головоногих моллюсков
	Кембрийский Э	570±20	Появление беспозвоночных с твердым скелетом

В течение Белозерской тектономагматической эпохи в начале архейского эона и Кольской эпохи в середине архея протекали процессы гранитизации и возникали первичные осадочные бассейны. Для этого времени известны песчаные и глинистые (правда, подвергшиеся сильному метаморфозу) толщи, карбонатные породы и даже продукты их преобразования.

В Кеноранскую тектономагматическую эпоху в конце архейского эона были сформированы ядра будущих устойчивых крупнейших геоструктурных элементов Земли - ядра континентальных платформ. В последующие времена ядра платформ продолжали нарастать.(Эон - это промежуток времени, объединяющий несколько геологических эр).

В течение кеноранской, альгонской, раннекарельской, балтийской, буларенинской и карельской тектономагматических эпох сформировались фундаменты всех известных древних континентальных платформ: Восточно-Европейской, Сибирской, Китайской, Таримской, Индостанской, Африкано-Аравийской, Северо-Американской, Южно-американской и Восточно-Австралийской. На протяжении почти 1 млрд. лет (от 2,7 до 1,67 млрд. лет назад) происходило формирование первичного гранитно-гнейсового слоя земной коры, а наличие карбонатных осадочных пород способствовало формированию щелочных интрузий. Огромные гранитоиды площадью свыше тысячи квадратных километров в окружении древнейших осадочных пород зафиксировали в пределах континентальных платформ устойчивые в последующее время участки коры, называемые щитами. Примерами являются Балтийский, Украинский, Алданский, Канадский, Гвианский, Бразильский и Аравийский щиты.

Исходя из аналогичности и одновременности образования всех древнейших платформ, можно предполагать, что в протерозое существовал огромный единый континент Мегагея (или Большая Земля), окруженный единым Мировым океаном.

Начиная с 1,67 млрд. лет назад древние платформы, особенно щиты, становятся устойчивыми во времени и пространстве структурными элементами земной коры. Однако в пределах платформ в дальнейшем возникли участки плавного и сравнительно небольшого прогибания (синеклизы), происходило раскалывание коры вдоль систем глубинных разломов древних подвижных поясов. В этом случае возникали крупные протяженные впадины с высокой подвижностью - авлакогены. Таким, в частности, являются Катангский авлакоген на Африканской платформе или Днепровско-Донецкий на Восточно-европейской платформе.

На протяжении последующих тектономагматических циклов платформы или продолжали наращиваться за счет подвижных поясов, образующихся на их периферии, или раскалывались на две части и впоследствии испытывали перемещения с различной скоростью. В последний миллиард лет геологической истории наблюдалось постепенное угасание силы магматизма.

Готская тектономагматическая эпоха характеризовалась развитием на большинстве платформ гранитизации дорифейских пород и метаморфизма. В среднем и, особенно в позднем рифее, продолжались гранитизация в подвижных поясах и дальнейшее наращивание площади платформ.

Магматизм катангинской (раннебайкальской) и позднебайкальской тектономагматических эпох на платформах проявлялся по-разному. Однако их общей чертой являлось, с одной стороны, интенсивная складчатость, а с другой - раскол и перемещение крупных платформенных глыб (литосферных плит).

Результатом проявления ранне- и позднебайкальской тектономагматических эпох стало сближение и соединение в единый суперконтинент Гондвану пяти крупнейших континентальных платформ южного полушария - Африкано-Аравийской, Австралийской, Южно-американской, Антарктической и Индостанской, в северном полушарии располагались Восточно-европейская, Северо-Американская, Сибирская и Китайская платформы.

Каледонская тектономагматическая эпоха характеризовалась не только усилением магматизма, но и привела к подъему и образованию в северном полушарии нового суперконтинента Лавразии за счет объединения Северо-Американской, Восточно-европейской, Сибирской и Китайской платформ. Он отделяется океаном Тетис.

В отличие от более древних этапов, тектономагматические эпохи фанерозоя вследствие хорошей сохранности горных пород и их хорошей изученности подразделяются на целый ряд фаз, более коротких, чем эпохи. Фазы, так же как и сами тектономагматические эпохи, характеризуются высоким стоянием континентов над уровнем моря (преобладание вздымания), развитием магматизма и значительными тектоническими движениями.

Такие фазы носят название геократических. Они сменялись более продолжительными по времени талассократическими фазами, когда осуществлялось активное прогибание платформ и развивались трансгрессии, т.е. шло наступление моря на сушу.

В результате тектонической и магматической деятельности в каледонскую эпоху были образованы крупные горно-складчатые сооружения на западе Северо-Американской платформы (Аппалачи), в Центральной Азии (Центральный Казахстан, Алтай, Саяны, Монголия), в Восточной Австралии, на о-ве Тасмания и в Антарктиде.

В Герцинскую тектономагматическую эпоху произошло соединение в единый материк Пангею Гондванского и Лавразийского суперконтинентов. Также, как и около 1 млрд. лет назад, материк Пангея омывался единым океаном. Интенсивные горообразовательные процессы привели к возникновению крупных горных систем, носящих название герцинид. Все они располагаются на перифериях древних платформ. К ним относятся Тибет, Гиндукуш, Каракорум, Тянь-Шань, Алтай, Куньлунь, Урал, горные системы Центральной и Северной Европы, Южной и Северной Америки (Аппалачи, Кордильеры), северо-запад Африки, Восточная Австралия. В эту же эпоху в результате консолидации складчатых областей образовался целый ряд так называемых эпигерцинских плит или молодых платформ: значительная часть Западно-Европейской платформы, Скифская, Туранская, Западно-Сибирская плиты и др.

В Киммерийскую тектономагматическую эпоху произошли внедрение различного состава интрузий в пределы подвижных поясов, горообразование и распад Пангеи. В течение триасового, Юрского периодов и раннемеловой эпохи вновь возникли суперконтиненты Лавразия и Гондвана, разделенные молодым океаном Тетис и Южной Атлантикой. Горообразовательные процессы проявились главным образом на окраинах Лавразии. В это время возникли Крымские горы и горные системы Приверхоянья. Значительные движения испытали и ранее возникшие горные системы Аппалачей, Кавказа и Центральной Азии.

Альпийская тектономагматическая эпоха началась в конце мелового периода и продолжается до настоящего времени. С нею связаны не только внедрение интрузий кислого, основного и щелочного составов в подвижных поясах, возникновение океанов и континентов современного очертания, но и создание таких величайших горных систем, как Альпы, Динариды, Гималаи, Анды, Кордильеры и т.д.

Геохронологическая шкала создавалась с большим трудом и длительное время. До сих пор не прекращаются споры по поводу проведения многих стратиграфических границ. Иногда даже приходится созывать международные симпозиумы с тем, чтобы сообща договориться о том, где и как проводить границу той или иной стратиграфической или геохронологической единицы.

Благодаря созданию геохронологической шкалы геологическая наука сильно преобразовалась. Она превратилась в естественноисторическую науку. Происходившие в прошлом события стали распределяться в хронологическом порядке. Применение радиоактивности дало возможность решить проблему возраста Земли, метеоритов и Луны и количественно выразить длительность каждого геологического периода.

2.2. Географическая оболочка и геологическая среда

Слой, в котором происходит взаимодействие и взаимопроникновение литосферы, гидросферы и атмосферы, часто называют географической оболочкой. Географическая оболочка формируется под воздействием солнечной энергии и органической жизни.

Часть географической оболочки, отвечающая земной коре и выступающая как минеральная основа биосферы, выделяется под названием "геологическая среда". Согласно Г.М. Сергееву (1979), под геологической средой понимается верхняя часть литосферы, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность.

Верхней границей геологической среды является поверхность рельефа; нижняя граница неодинакова по глубине в разных областях Земли. Она определяется глубиной проникновения человека в толщу Земли в ходе различных видов деятельности. В настоящее время сверхглубокое бурение достигло глубины 12261 м. В среднем положение нижней границы определяется глубиной 5-6 км (глубиной бурения многочисленных нефтеразведочных и нефтедобывающих буровых скважин).

В геологическую среду включают, таким образом, почвы и верхние горизонты горных пород. Границы геологической среды изменяются не только в пространстве, но и во времени по мере развития научно-технического прогресса.

Основными элементами (компонентами) геологической среды являются:

1) любые горные породы, почвы и искусственные (техногенные) грунты, слагающие объемные геологические тела и являющиеся многокомпонентными динамическими системами;

2) рельеф (геоморфологические особенности);

3) подземная гидросфера;

4) эндогенные и экзогенные геологические процессы, воздействующие на геологическую среду на данной территории (рис. 2.3).

Рис.2.3 Соотношение понятий геоэкологического содержания

Особенности геологической среды как части географической оболочки заключаются в проникновении в нее вещества объектов техносферы. Геологическую среду характеризуют не только материальные объекты компоненты геологической среды, но и энергетические объекты, в том числе геофизические поля, в значительной мере формирующие геопатогенные зоны, природа которых пока не совсем ясна.

Введение в науку понятия "геологическая среда" имеет принципиальное значение. Геологическая среда в своем развитии подчиняется законам природы и общества, что дает основание рассматривать ее как естественно-социальное явление.

2.3. Эволюция представлений о содержании понятий "экология" и "геоэкология"

Термин "экология" был введен в практику немецким естествоиспытателем Эрнстом Геккелем. В работе "Всеобщая морфология организмов", изданной в 1866 г., и в последующих лекциях "Естественная история миротворения", прочитанных в Иенском университете в 1869 г., он дал определение экологии как науки об отношениях организма и окружающей среды. Самобытный ученый-медик, зоолог, ботаник, сторонник и пропагандист эволюционного учения Ч. Дарвина, Э. Геккель не только ввел в оборот новый необычный термин, но и создал научное направление, изучающее влияние окружающей среды на живые организмы.

До начала 70-х гг. нашего века экологию рассматривали как составную часть биологии, объектом которой являются уровни организации жизни от видов до биоценозов и экосистем. Более низкие уровни организации жизни изучаются молекулярной генетикой, цитологией, гистологией, физиологией. Такое понимание экологии (в "узком" значении термина) сохранилось и до настоящего времени, хотя чаще стали применять "биоэкология". В зависимости от размеров изучаемых объектов биоэкология разделилась на аутоэкологию (организм и его среда), популяционную экологию, или демэкологию (популяция и ее среда), и синэкологию (биотическое сообщество и его среда, биогеоценоз, экосистема).

Экологией, как частью биологической науки, был сделан фундаментальный вывод о наличии противоречия между природой и человеком. Первая стремится к увеличению и поддержанию на определенном уровне таксономического разнообразия видов, а деятельность человека приводит к нарушению многообразия природы. Стало очевидным, что это противоречие не может быть разрешено в рамках классической экологии как исключительно биологической науки. Развернувшееся в конце 60-х гг. движение за сохранение окружающей среды привело к тому, что термин "экология" был введен в общий лексикон для обозначения взаимоотношений человека с окружающей средой. В настоящее время экология (в "широком" значении этого термина) рассматривается как комплексная наука или система наук, изучающая не только общие законы функционирования экосистем высокого иерархического уровня, но и положение человека в экосистемах и меры воздействия человека на экосистемы (рис. 2.4).



Рис. 2.4. Отдельные дисциплины «экологии» и их соотношения

Поскольку составной частью окружающей среды является среда природная (геосферы, географическая оболочка, геологическая среда), естественным было выделение из "большой" экологии (всеобщей, глобальной, мега экологии) особого направления, рассматривающего экологические функции различных компонентов природной среды. За этим направлением укоренилось название "геоэкологии".

Впервые термин "геоэкология" был введен в научный обиход немецким экологом К. Троллем в 1939 г. К. Тролль под геоэкологией понимал раздел экологии, посвященный ландшафтам Земли. Объектом геоэкологии, по К. Троллю, являются живые сообщества, свойственные определенным природным системам (озера, леса, тундры и т.д.). Впоследствии термин "геоэкология" стал термином свободного пользования, широко используемым в географических, геологических, социальных и других науках при решении проблем природоохранной деятельности. Понимание его содержания существенно отличается у исследователей даже одного научного направления (рис.2.5).

1. В соответствии с одними взглядами геоэкология является междисциплинарным направлением - метанаукой, суммирующей все знания об экологических проблемах Земли и представляющей собой «триумвират» из биологических, геологических и почвенно-географических наук. Объектом исследований такой метанауки являются все высокоорганизованные системы, в том числе и антропогенно измененные. В таком понимании геоэкология поглощает классическую экологию (или биоэкологию) и становится синонимом "биологии окружающей среды" известного американского эколога Ю. Одума,

2. Сторонники других представлений рассматривают геоэкологию как междисциплинарное направление наук о Земле, объединяющее все знания об экологических проблемах геосфер. Объектом и предметом исследований геоэкологии в таком понимании являются географическая оболочка и геологическая среда и их экологические функции. Термин "геоэкология" в данном случае заменяется термином "экология геосфер". В соответствии с таким пониманием геоэкология, или экология геосфер, может быть подразделена на экологию атмосферы (метеоэкологию), экологию гидросферы или гидроэкологию экологию вод суши и экологию Мирового океана); экологию почв (педоэкологию); экологию литосферы (геологической среды) [8].

За последней в настоящее время все более и более упрочняется название "экологическая геология".

Именно в таком понимании используется термин "геоэкология" в предлагаемом вашему вниманию учебном пособии.

Рис. 2.5. Соотношение объемов понятия геоэкологии и терминов

геоэкологического содержания (по разным авторам)

3. Наконец, сторонники третьего направления в качестве "геоэкологии" понимают науку, изучающую законы взаимодействия литосферы и биосферы. Объект ее исследований - традиционный для геологии (литосфера, а точнее, геологическая среда), а предмет новый - экологические свойства и экологические функции геологической среды. Вероятно, для третьего понимания термина "геоэкология" целесообразно использование термина "экогеология". Экогеология, в свою очередь, может подразделяться на динамическую экогеологию, экогидрогеологию, экогеокриологию, инженерную экогеологию, экогеофизику, экогеохимию и др.

2.4. Объекты и предмет геоэкологии, экологические функции геосфер

Если рассматривать геоэкологию как систему наук (или междисциплинарное направление) об экологических проблемах геосфер Земли, то в этом случае объектом изучения геоэкологии является географическая оболочка и геологическая среда, включающие в себя атмосферу, поверхностные воды, почвы и приповерхностную часть литосферы. Последняя, в свою очередь, состоит из горных пород, подземных вод и разнообразных газов.

Предмет исследований связан с экологическими функциями отдельных геосфер. В настоящее время еще не оформилось четкое, а главное, согласованное между разными исследователями представление о содержании понятия "экологические функции геосфер Земли". Вслед за почвоведами Г.В. Добровольским и Е.Д. Никитиным (1980) под экологическими функциями следует понимать роль отдельных геосфер в жизни, сохранении и эволюции экосистем в целом. Так, применительно к почвам, к экологическим функциям педосферы относятся:

сохранение жизненного пространства;

источник элементов питания;

аккумуляция веществ, поступающих из соседних сред;

санитарная функция в качестве буферного защитного экрана.

Суммарной функцией педосферы является почвенное плодородие, а прикладной функцией - комплекс мер по рациональному использованию ресурсов.

Экологические функции геологической среды (приповерхностной части литосферы) в планетарном виде определяются ролью геологической среды в жизнеобеспечении и эволюции, главным образом, человеческого общества. Приоритет человеческой популяции в глобальной экосистеме обусловлен ее активным воздействием на среду обитания, причем на глубины, значительно превышающие остальную биоту. В подобном качестве литосфера не изучалась в рамках традиционной биоэкологии, экологии ландшафтов и экологического почвоведения. Именно в акценте на среду обитания человека проявляется специфика экогеологии по сравнению с другими частями и разделами геоэкологии.

Планетарная экологическая функция геологической среды, по В.Т. Трофимову и др. [14], подразделяется на три основные подгруппы:

ресурсную, определяющую возможность жизнедеятельности человеческого общества;

геодинамическую, связанную с проявлениями и динамикой природных и антропогенных геологических процессов, влияющую на условия жизнеобитания человеческого общества;

геохимическую и геофизическую (медико-санитарную), определяющую воздействие на состояние здоровья человека природных и техногенных геохимических аномалий и геофизических полей.

Перечисленные функции геологической среды определяют и практические задачи, решаемые геоэкологией и опирающиеся не только на геоэкологию, но и на весь комплекс наук о Земле. К основным задачам в рамках ресурсных функций относятся:

оценка структуры и строения отдельных оболочек;

оценка минеральных ресурсов и экологических последствий их освоения и эксплуатации;

повышение эффективности использования природных ресурсов,

оценка состояния и степени сохранения ресурсов поверхностных и подземных вод питьевого и технического назначения;

обоснование управления состоянием и свойствами техногенных и естественных горных пород;

разработка рецептур и технологий для утилизации твердых и жидких продуктов техногенеза, промышленных и бытовых отходов.

В рамках геодинамических функций геосфер основные задачи геоэкологии сводятся к следующему:

изучение изменений геологической среды в результате активизации природных эндо- и экзогенных, а также антропогенных геологических процессов;

оценка устойчивости территории к природным и техногенным воздействиям;

обоснование инженерной защиты территорий от антропогенных и активизированных природных геологических процессов, обусловливающих негативные экологические последствия;

обоснование инженерной защиты территорий от опасных катастрофических геологических процессов.

Геохимические и геофизические функции географической оболочки и геологической среды определяют следующие практические задачи:

исследование природных геохимических и геофизических аномалий и их воздействия на здоровье человека;

изучение химических преобразований горных пород под влиянием техногенеза;

определение характера и интенсивности геохимического воздействия на литосферу различными видами инженерно-технической деятельности и закономерностей техногенной миграции химических элементов;

оценка изменения химического состава (качества) поверхностных и подземных вод;

оценка защищенности вод от техногенного загрязнения;

обоснование захоронений (изоляции в литосфере) токсических и радиоактивных отходов;

обоснование обезвреживания и изъятия из природных кругооборотов токсичных и радиоактивных элементов и соединений путем осаждения, накопления и нейтрализации на геохимических барьерах.

Естественно, что при решении всех этих задач геоэкология и ее составная часть - экологическая геология - тесно смыкаются с социальной экологией, объединяющей социально-экономические, медико-биологические, психологические и другие вопросы, связанные с изучением ноосферы. Социальная экология изучает взаимоотношения человека и природы под углом зрения воздействия общества на среду. Она должна ответить на вопрос, почему развитие общества привело к экологическому кризису.

Задачей социальной экологии является принятие управленческих решений, для которых геоэкология дает необходимые обоснования в объеме абиотической и техногенной сфер.

2.5. Социально-экономические факторы влияющие на экологические функции геосфер

Рассмотренные выше экологические функции геосфер и вытекающие из них геоэкологические задачи непрерывно видоизменяются под действием социально-экономических факторов. Одним из главных факторов является рост численности населения, его пространственное распределение, возрастная структура, миграция и демографическая политика.

Темпы роста численности населения ведут к резкому повышению интенсивности использования природных и экономических ресурсов Земли. На значение этого фактора впервые обратил внимание Томас Роберт Мальтус (1766-1834) - английский экономист, ученый-богослов, священник, который в работе "Опыт о законах народонаселения" в 1798 г. сформулировал два основных положения:

а) рост средств существования существенно отстает от роста народонаселения;

б) в силу биологических особенностей людей население размножается в геометрической прогрессии, в то время как средства существования увеличиваются лишь в арифметической.

Эти "законы" Т. Р. Мальтуса опирались, в свою очередь, на "закон убывающего плодородия почв" французского экономиста А.Р.Ж. Тюрго, в соответствии с которым каждое дополнительное вложение труда в землю дает меньший по сравнению с предыдущим вложением эффект, а после определенного предела какой-либо дополнительный эффект становится невозможным.

Годы, прошедшие со времени опубликования труда Мальтуса, в целом подтвердили правильность основных положений его теории. На 1994 г. на земном шаре проживало 5 млрд. 500 млн человек. При сохраняющихся темпах роста (150 человек в минуту) предполагалось, что к 2000 г. на Земле будет проживать 6 млрд человек. Рост численности населения иллюстрирует табл. 2.2, Согласно прогнозам Всемирного банка, численность населения к 2050 г. должна достигнуть 8,3 млрд. человек. Сегодня численность людей уже превышает 6 млрд.

Быстрый рост населения является результатом диспропорции между рождаемостью и смертностью, т.е. результатом сохранения темпов рождаемости и снижения темпов смертности вследствие улучшения условий жизни и особенно вследствие развития медицины.

Таблица 2.2

Рост численности населения Земли (по Ф.Бааде)

Отсюда вытекает необходимость регулирования численности населения, что уже давно поняли правительства ряда стран, принявшие соответствующие законы.

Примером связи данного фактора с экологическими проблемами является демографическая политика, традиции и менталитет народов Узбекистана, ориентированные на рост численности населения, и экологическая катастрофа Аральского моря, частично обусловленная необходимостью экстенсивного возделывания орошаемых земель в бассейнах рек Амударья и Сырдарья.

Общеизвестны также значительные различия в темпах естественного прироста населения между развитыми и слаборазвитыми в экономическом отношении странами. Так, если в Европе среднегодовые темпы естественного прироста населения составляют 0,8 %, то в странах Латинской Америки - 2,3 %, в Африке - 3 % (с тенденцией увеличения темпов прироста), а в Азии - 2,3 % (с тенденцией увеличения темпов прироста). На этих трех континентах, где в основном расположены развивающиеся страны, проживает 74 % населения всего мира, а в конце XX в. в них, согласно некоторым прогнозам, будет проживать даже 81 % населения. В этих странах население становится все более многочисленным, а в структуре населения высокий удельный вес занимают лица моложе 15 лет, что свидетельствует о сохранении роста рождаемости населения,

Проблемы численности и плотности населения, а также адаптации человека в условиях большой плотности имеют еще и другую социально-экономическую сторону. Существуют так называемые физические границы, в которых только конкретное количество людей может проживать на Земле. Как известно, человек в процессе своей жизни перерабатывает энергию, что приводит к освобождению определенной части теплоты вследствие процессов его жизнедеятельности. В результате из-за увеличения численности людей может быть достигнута, например, «тепловая граница» (так, масса населения в один миллион человек может произвести тепло, которое отвечает точке плавления железа). Гигантский рост населения поставил бы под угрозу эту «тепловую границу». Если отмоченные демографические тенденции сохранятся, то после 2060 г. все люди будут соприкасаться друг с другом и им придется питаться стоя [28].

Однако маловероятно, что для такого количества людей можно произвести необходимое количество продуктов питания. Человечество уже в настоящее время сталкивается с проблемами их нехватки. Ежегодно в мире от голода умирает около 20 млн. человек, в том числе, - 40 тыс. детей.

Еще одним социально-экономическим фактором является рост темпов потребления природных ресурсов.

К природным ресурсам относятся средства существования, не созданные трудом человека и существующие независимо от него, но используемые им. К ним относятся минеральное сырье, лес, вода.

Около 88 % потребляемых пищевых продуктов человек получает с возделываемых земель, 10 % - с естественных пастбищ и лесных массивов и только 2 % - из Мирового океана. В настоящее время на планете освоено 56 % поверхности суши. За всю историю цивилизации было вырублено 2/3 лесов, уничтожено более 200 видов животных и растений, на 10 млрд. т уменьшились запасы кислорода, деградировано около 200 млн га земель в результате неправильного, нерационального ведения хозяйства. Другими словами, резервы, по существу, исчерпаны.

Энергетические ресурсы планеты расходуются в нарастающих масштабах. Из всего топлива, сожженного за всю историю человечества, половина была востребована за последние 25 лет. Общая нехватка природных энергетических ресурсов порождает переход ряда стран на использование атомной энергии и, соответственно, вырастание числа атомных электростанций, что влечет за собой широко известные экологические проблемы, связанные с захоронением радиоактивных отходов (табл. 2.3).

Извлечение из верхней части литосферы ежегодно 100 млрд. тонн минерального сырья приводит к перемещению и уничтожению плодородного почвенного слоя и резкому сокращению площади лесов,

Наряду с проблемами питания, которые возникают вследствие чрезмерного роста населения, повышение численности населения и его плотности приводит к возникновению других проблем.

Таблица 2.3

Доля разных источников энергии (в %) в общем балансе

современной энергетики

Следствием демографического роста являются снижение уровня городской цивилизации, деградация человеческих отношений и формирование толпы вместо граждан [28]. Плотность населения действительно негативно влияет на терпимость в отношениях между людьми. Наступают различные отклонения в поведении отдельных людей как следствие перенаселенности, которые ведут к асоциальности поведения.

Важнейшим социально-экономическим фактором является научно-техническая революция, играющая определенную роль в формировании глобального экологического кризиса.

Научно-техническая революция, приводящая к появлению все новых и новых технологий, естественно влечет за собой возникновение разнообразных экологических проблем.

Так, например, если в XVIII в. человечеством использовалось лишь 18 химических элементов и их соединений, то в ХIХ в. - 35, в начале XX в. - 64, в 1975 г. -87, в настоящее время - все 104 элемента таблицы Д.И. Менделеева. Обозначилась реальная угроза истощения месторождений полезных ископаемых. По некоторым прогнозам, запасы многих видов минерального сырья иссякнут к 2050 г. Неизбежно встает проблема поисков заменителей, что порождает замкнутый круг производственных и экологических проблем.

НТР и научно-технический прогресс определяют и появление реальной угрозы истощения воды и воздуха. Для хозяйственной деятельности человек использует около 12 % пресных вод, не считая вод, загрязненных твердыми примесями, источник которых - предприятия и транспорт. Ежегодно в водоемы сбрасывается около 600 млрд. т промышленных стоков, требующих 12-15-кратного разбавления и нейтрализации. Несмотря на то, что 80 % пресной воды сосредоточено в ледниках и присутствует в виде снега, последние также все более и более загрязняются промышленными выбросами в атмосферу.

...