Геоэкология

К биологическим ресурсам Мирового океана относится та часть океанской биомассы, которая используется человеком в расчете на самовосстановление в ходе естественных природных процессов. Эта часть биомассы является предметом морского промысла, к которому относят вылов различных видов рыбы, добычу морских млекопитающих (киты, моржи, тюлени), лов беспозвоночных животных (от кальмаров и осьминогов до криля), сбор водорослей.

Морской промысел теоретически должен находиться в полном соответствии с возможностями репродукции - воспроизведения особей. Но прогрессирующее загрязнение океана, прерывающее пищевые цепи, непосредственно сказывается на репродуцентных возможностях каждой популяции. Этому же способствует неконтролируемый вылов морских и океанских продуктов без учета особенностей их воспроизводства.

По оценочным данным, за последние 20 лет число живых особей в Мировом океане сократилось на 20-30 %.

4.3. Геоэкология гидросферы суши

4.3.1. Общая характеристика гидросферы суши

Поверхностная гидросфера суши включает в качестве основных элементов реки, озера, болота, ледники и снежный покров.

Наиболее важным элементом являются реки - непрерывно действующие водотоки, собирающие атмосферные осадки и подземные воды с обширных территорий, называемых водосборными бассейнами. Для каждой реки в течение года характерно чередование паводков (половодий) и низкого уровня воды (межени). Количество воды во время половодий увеличивается в 5-20 раз и более по сравнению с меженью, а в особо многоводные годы - до 80-100 раз.

Время проявления половодья и его сроки зависят от питания рек. В реках с преимущественно снеговым питанием половодье приходится на весенний период, с дождевым питанием - на летний. Своеобразный режим наблюдается в реках смешанного питания (ледникового и дождевого), где время половодий растягивается до полугода и где максимумы приходятся на летние месяцы.

Важными характеристиками рек являются величины поверхностного руслового стока и расхода воды. Под русловым стоком понимают количество воды, переносимое речным потоком через его поперечное сечение за некоторый период времени, под расходом - количество воды, переносимое потоком через его поперечное сечение за единицу времени. Также выделяют и твердый сток реки - количество перемещаемых твердых и растворенных веществ, проносимых рекой через любое поперечное сечение за определенный промежуток времени.

Величина твердого стока крупных рек в некоторых случаях соизмерима с русловым стоком и измеряется десятками млн. т. в год. Разные реки приносят к своему устью неодинаковый материал. Реки, имеющие на всем своем протяжении горный характер и впадающие в море или озеро, могут приносить гальку разной величины.

Большие равнинные реки, даже если их истоки находятся в горах, перетирают на своем длинном пути по равнине всю гальку и доносят до устья только песок или даже ил в виде взвешенной мути. Участки низменной суши, образовавшиеся из речных отложений у береговой линии моря (или озера) в устьевой части рек, называют дельтами.

В табл. 4.4 приведены основные гидрологические характеристики рек России. К наиболее крупным речным системам относятся реки Лена, Енисей, Волга и Обь, среднемноголетний расход воды в которых колеблется от почти 8000 до 18 600 м3/с, а величина стока оценивается в 238-489 км3/год.

Воды рек являются главными источниками для питьевого и промышленного водоснабжения, орошения земель, получения гидроэлектроэнергии, местами вылова и разведения рыб.

Таблица 4.4

Основные гидрологические характеристики наиболее

крупных рек России

Озера - впадины рельефа, заполненные застойной или слабопроточной водой, не имеющие прямой связи с Мировым океаном. Они занимают свыше 2 % площади суши. Крупнейшими озерами являются Каспийское (море), Верхнее в Северной Америке, Виктория в Африке, Аральское в Азии.

Основные характеристики наиболее крупных озер России приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Наиболее крупные озера России

На поверхности Земли озера распространены неравномерно. Наибольшее их количество сосредоточено в областях плейстоценового оледенения (озера фенно-Скандинавского полуострова, севера США и Канады). Они могут находиться во всех природных зонах как на низменностях, так и в горах. К наиболее высокогорному из крупных озер относится озеро Титикака в Андах (3812 м над уровнем моря), а самое низкое - Мертвое море на Аравийском полуострове, поверхность которого располагается ниже уровня моря на отметке -395 м. Глубина озер измеряется десятками и сотнями метров. Самое глубокое озеро Байкал имеет глубину 1741 м.

Озерные впадины создаются природными (экзогенными и эндогенными) и техногенными причинами. Среди эндогенных озер выделяют группы вулканических, сейсмогенных и тектоногенных котловин. Вулканогенная группа включает кратерные, кальдерные, фумарольно-гейзеровые, лавово-плотинные и лахарово-плотинные типы. Например, крупнейшее на Кавказе озеро Севан относится к лавово- плотинному типу.

К сейсмогенной группе относятся обвально-плотинные озера, являющиеся следствием сильных землетрясений. Например, обвально-плотинное Сарезское озеро в горном Бадахшане на Памире, образование которого вызвано землетрясением 1911 г.

Широко распространены тектоногенные озера рифтового (грабенового) типа как, например, Байкал, Мертвое море, Восточно-Африканские озера.

Экзогенные озера включают также котловины, возникновение которых связано с провально-карстовыми, провально-суффозионными, флювиальными (русловыми, пойменными), дефляционными, гляциальными (экзарационными, термокарстовыми, гляциально-плотинными), биогенными и другими процессами. Площадь таких озер сравнительно невелика. Вода в них может исчезать,

К техногенным озерам относят водохранилища, создаваемые на наиболее крупных реках и осуществляющие многолетнее регулирование речного стока. Основные показатели наиболее крупных водохранилищ России приведены в табл. 4.5. Наиболее крупным из них является Братское водохранилище на Ангаре.



Таблица 4.5

Основные показатели наиболее крупных водохранилищ России

Болота - избыточно увлажненные участки суши, заросшие специфической растительностью. Болота на Земле покрывают площади около 2 млн. км2, встречаясь в областях с влажным гумидным климатом, в которых зеркало грунтовых вод занимает приповерхностное положение. По местоположению и условиям водного питания различают верховые, промежуточные, низинные и приморские болота. Верховые болота располагаются на водоразделах, речных террасах и склонах возвышенностей. Подпитываются они атмосферными водами. Болота промежуточного типа имеют двойное питание: атмосферное и подземными водами. Низинные болота располагаются в котловинах, часто на месте озер. Питание их осуществляется подземными и текучими водами. Приморские болота распространены на морских побережьях с влажным климатом. Питание их атмосферное. Во время приливов площадь таких болот может покрываться водой.

Болота играют важную роль в формировании гидрологического режима рек. Являясь стабильным источником питания рек, они регулируют половодья, растягивая их во времени, что способствует естественному самоочищению речных вод.

На территории России болота и заболоченные территории занимают свыше 10 % площади, аккумулируя огромные массы воды. Основные болотные массивы сосредоточены на северо-западе и севере европейской части, а также на севере Западной Сибири. Площади болот колеблются от нескольких гектаров до десятков квадратных километров.

Ледники образуются на поверхности Земли в областях с низкими среднегодовыми температурами в результате накопления значительных масс снега. Они развиты почти во всех высокогорных сооружениях, в Антарктиде и на многих полярных островах. На всех материках мира они занимают около 11 % поверхности суши. Общий объем заключенного в них льда составляет около 30 млн. км3.

Высотное положение их зависит от климата. Наиболее низкое положение они занимают в приполярных областях, опускаясь до уровня Мирового океана (Антарктида); наивысшее (до 5000-6000 м) - в горах приэкваториальной зоны.

В зависимости от климата, рельефа и соотношения областей питания и стока выделяют горные (долинные, переметные, каровые, висячие), материковые (покровные) ледники и ледники промежуточного типа, сочетающие элементы горных и покровных ледников.

Важнейшей особенностью ледников является способность их перемещаться в стороны от областей питания в результате вязкопластичного течения и под влиянием силы тяжести. Скорости движения различны и непостоянны по времени. Горные ледники Альп движутся со скоростью 0,1-0,4 м/сут, Памира и Гималаев - до 2-4 м/сут. В отдельных случаях наблюдается катастрофическое увеличение скорости, достигающее 50-150 м/сут.

Огромные площади (25 % всей суши земного шара) заняты почвенным льдом (многолетнемерзлыми горными породами) и относятся к криолитозоне.

На территории России основная масса ледников сосредоточена на арктических островах и в горных районах (табл. 4.6).

Таблица 4.6

Характеристика распределения ледников по территории России

Наибольшие площади горного оледенения характерны для Кавказа (свыше 1400 ледников), Камчатки, Алтая. На островах Арктики распространены ледниковые щиты и покровы. Вечной мерзлотой занято около 50 млн. км2, или 47 % площади.

Снежный покров - слой снега на поверхности Земли, образующийся вследствие снегопадов. Последние разделяются на обложные - выпадающие в течение длительного времени, ливневые - кратковременные значительной интенсивности, снежную морось - выпадение мельчайших снежинок или ледяных игл.

В снежном покрове кроме снега присутствуют механические примеси и иногда вода. Продолжительность существования снежного покрова зависит от климатических условий. Залегающий непрерывно более трех декад снеговой покров принято называть устойчивым, в отличие от временного, сохраняющегося меньшее время.

Характеристиками снежного покрова являются его высота, измеряемая в сантиметрах, и плотность. Плотность колеблется от 0,01-0,1 г/см3 для плотного, слежавшегося снега в горных районах.

Максимальная площадь снежного покрова приурочена к марту, когда снег покрывает около 19 % земной поверхности. Минимальная площадь, составляющая около 9 % всей территории, отмечается в августе.

Наибольшая средняя высота снежного покрова в европейской части России наблюдается на западных склонах Северного Урала (более 90 см), в азиатской части - на Западно-Сибирской низменности (110-120 см), на Камчатке, Сахалине и в низовьях р. Авгура.

Как и другие виды атмосферной влаги (пар, туман облаков, капли дождя), снежный покров является основным источником формирования и восполнения водных ресурсов, определяя водность рек, озер, болот, образование и режим ледников.

4.3.2. Экологически неблагоприятные природные процессы, обусловленные деятельностью вод суши

С каждым из рассмотренных выше элементов поверхности гидросферы связаны проявления неблагоприятных природных процессов, воздействующих на среду обитания организмов и человека. К основным из них относятся оврагообразование, смещение русел рек и эрозия берегов, перестройка речной сети, образование и рост дельт, лимноабразия, заболачивание озер, экзарация, сходы селей и лавин.

Оврагообразование. Оврагами называют крутостенные промоины, являющиеся руслами временных (непостоянных) водотоков и образовавшиеся в результате глубинной эрозии. Временные водотоки, производящие глубинную эрозию, возникают при активном снеготаянии и выпадении значительных количеств дождевых осадков.

Развитие оврагов начинается с образования на склоне эрозионных ложбин, среди которых различают в зависимости от глубины эрозионные борозды (до 0,5 м), рытвины (до 1-2 м), промоины (до 3-5 м). Эти зачаточные эрозионные формы, из которых развиваются овраги, собирают атмосферные осадки, питающие временный водоток. Эрозионная работа последнего приводит к углублению ложбины, увеличению ее длины вверх (попятная эрозия) и вниз по склону. Образованию борозд сильно способствуют водонепроницаемые глинистые породы, слагающие склоны, но особенно легко они возникают на распаханных склонах. Рост оврага вниз по склону идет до тех пор, пока его устье не достигнет базиса эрозии, а вверх по склону - пока его истоки не дойдут до водораздела.

По мере развития попятной эрозии - продвижения вершины растущего оврага в глубь водораздела - происходит ветвление его вершины. Ответвления, или отвержки, растут вверх по течению отдельных водяных струй. В результате возникает перисто - ветвящаяся система оврагов.

Крупнейшие овраги достигают нескольких километров в длину, десятков метров в глубину и ширину. Их форма зависит от состава горных пород, в которые они врезаются. Наиболее крутые и глубокие овраги образуются на склонах крупных речных долин в известняках и рыхлых четвертичных отложениях. Стенки активно растущих оврагов часто бывают обвальными, осыпными или оползневыми. Вначале они лишены растительности. В дальнейшем склоны оврагов покрываются плащом делювия, выпоолаживаются и зарастают, превращаясь в балки. Если все овраги местности полностью переходят в стадию балок, то получается спокойный, полого-волнистый балочный рельеф.

Скорость роста оврагов достаточно велика. Так, в бассейне Нижнего Дона она составляет 1-1,5 м/год, в предгорьях Северного Кавказа - до 2-3 м/год. Суммарная протяженность овражной сети в некоторых равнинных районах достигает 100-150 км на каждые 100 км2. Обильный снегопад зимой, быстрое таяние снега весной и сильные и частые ливни летом могут вызвать в отдельные годы чрезвычайно быстрый рост уже существующих оврагов и возникновение новых. В Фатежском районе Курской области при ливне 16 июля 1891 г. в один день образовался овраг в 17 м длиной, до 2 м шириной и 3,5 м глубиной [32].

Образование овражно-балочной сети в равнинных областях ведет к расчленению обширных водоразделов на увалы, приводит к заиливанию пойм и русел рек (в результате формирования в устьях овражных конусов выноса), способствует понижению уровня грунтовых вод. В условиях сухого климата возникает рельеф типа "дурных земель", когда из-за сближения смежных оврагов водоразделы приобретают гребневидный профиль и вся поверхность оказывается изрезанной бесчисленными оврагами. Название это впервые было дано канадскими охотниками некоторым местностям запада Северной Америки. Особенной известностью пользуются «дурные земли» (bad lands, mauvaises terres) у восточного подножия Скалистых гор в штатах Южная Дакота и Небраска, где эти образования приурочены к области развития олигоценовых отложений - так называемой свите Белой Реки (White River group).

Овраги уменьшают площади сельскохозяйственных земель. Нередко растущие верхушкой овраги врезаются в селения и вызывают разрушение построек. Еще чаще овраги пересекают и разрушают дороги. В местностях, сильно изрытых оврагами, сток талых снеговых и дождевых вод происходит значительно быстрее, чем с ровных мест. Воды в малом количестве впитываются в грунт и мало пополняют запасы грунтовых вод. Вместе с тем половодья рек в овражных местностях характеризуются большей высотой, протекают очень бурно, но непродолжительно. С узких водоразделов между оврагами снег зимой легко сдувается в овраги, которые заполняются им часто до самых краев. В силу этого снежный покров на водоразделах по соседству с оврагами бывает тонок, что при суровых зимах влечет вымерзание озимых посевов.

Формированию оврагов способствует вырубка лесов на склонах, распашка склонов, выпас скота, проведение дорог по склонам речных долин и балок. Интенсивный рост оврагов ведет к уничтожению почвенного слоя и пахотных земель, затрудняет механизацию сельскохозяйственных работ, разрушает дороги и здания в населенных пунктах.

Мероприятия по борьбе с оврагообразованием направлены на предотвращение попятной эрозии и ослабление силы руслового потока. С этой целью проводят лесонасаждения в верховьях оврагов и на их склонах, создают инженерные сооружения на их дне в виде плетней, деревянных, каменных и бетонных запруд. Дно оврага под запрудами укрепляется водобойными сооружениями из камня, деревьев и прутьев, выстилается хворостом, что способствует заиливанию оврага.

Пренебрежение инженерными и биоинженерными способами защиты от оврагообразования приводит к негативным последствиям спустя многие годы. Когда-то на юго-западе столицы с его огромными оврагами и ложбинами проводились лыжные соревнования. Затем, в связи со строительством, все овраги просто засыпали. То же самое произошло и в Теплом стане, и на многих других территориях. Один из корпусов старого здания МГУ был построен на месте засыпанного Успенского оврага, по дну которого протекал ручей. Грунтовые воды в течение многих лет выносили мелкие частицы из грунта, разрыхляли его, что явилось причиной оседания здания университета и его деформации.

Смещение русел рек и эрозия берегов. Смещение русел рек, приводящее к изменению конфигурации речных долин, является следствием весьма сложных гидродинамических и геологических процессов, происходящих в речной системе. Они определяются турбулентным, в меньшей степени ламинарным движением воды в речных потоках, соотношениями глубинной и боковой эрозии, переносом и аккумуляцией обломочного материала, степенью выработанности продольного и поперечного профилей, положением базиса эрозии.

Механизм смещения русла достаточно сложен. В одних случаях быстрые смещения русла обязаны меандрированию. В вершине каждой излучины русло постоянно смещается в сторону вогнутого берега, размываемого в результате боковой эрозии. Определенную роль играют и силы Кориолиса, отклоняющие движущийся водяной поток от первоначального направления вправо (в Северном полушарии) или влево (в Южном). Наибольшие боковые перемещения русла наблюдаются у крупных равнинных рек, текущих в меридиональном направлении. На перемещения русла оказывают влияние также направления преобладающих ветров, особенности геологического строения берегов, современные движения земной коры - активное поднятие одного берега по отношению к другому.

Другой механизм смещения русла связан с фуркацией - дроблением русла на рукава. Многорукавность характерна для горных рек, где она связана с пульсационным движением воды или с наличием перемычек. Она также возникает при выходе горной реки в предгорья. Широко развита фуркация и в дельтах крупных рек.

Каждая излучина реки своей вершиной вызывает подмыв коренного склона долины, особенно сильный в период половодья. Подмыв нижних частей склона вызывает оползание или обрушение часто очень значительных масс верхних частей берегового обрыва.

Смещение русел рек и интенсивная боковая эрозия берегов приводят к разрушению береговых построек, уничтожению сельскохозяйственных угодий, расположенных на поймах и речных террасах, загрязнению речных вод органическими гумусовыми кислотами и другими соединениями. Известны многочисленные случаи, когда городам и другим населенным пунктам приходится отступать под разрушительным напором рек. Так, с. Демьянское, расположенное на правом возвышенном берегу нижнего Иртыша при впадении в него р. Демьянки, со времени своего основания (1673) переносилось три раза только до 1907 г. В настоящее время то место, которое село занимало первоначально, находится уже на левом, низменном берегу отступившей к востоку реки. Иногда меандрирующая или дробящаяся на рукава река внезапно изменяет направление своего течения, оставляя селение далеко в стороне. Город Виксберг, расположенный некогда в одной из излучин Миссисипи, оказался стоящим на старице вследствие блуждания русла реки [31].

С целью предохранения берегов от боковой эрозии или ослабления этого процесса рекомендуется осуществлять пойменные лесонасаждения, проводить инженерную защиту и укреплять берега. В ряде случаев проводится канализирование рек - выпрямление и бетонирование русла, а также заключение рек в трубы. Канализирование рек приводит к очевидным отрицательным последствиям: усилению паводков в результате быстрого отекания масс дождевой воды в реки, нарушению режима грунтовых вод, вымиранию живых организмов.

Речные перехваты и перестройка речной сети. При энергично протекающей глубинной эрозии река также удлиняет свое русло путем регрессивной (распространяющейся против течения) эрозии. Она врезается вершиной все дальше и выше - в водораздельное пространство - и может таким путем достигнуть долины какой-нибудь соседней реки. Если русло соседней реки находится на более высоком гипсометрическом уровне, то ее воды, стремясь течь в направлении наибольшего уклона, покинут свое прежнее русло и направятся в реку, текущую на более низком уровне. Это явление известно под названием речного перехвата.

Перехваченная таким образом, или «обезглавленная» (т.е. лишившаяся своего верхнего течения и его водосборного бассейна), река оставит ниже места перехвата «мертвую» долину, совершенно лишенную водотока. Реки, более активные, углубляющие свою долину, путем перехвата увеличивают свою длину и водоносность и расширяют площадь своего бассейна за счет менее энергичных соседей.

Речные перехваты очень характерны для тектонически активных горных областей, в частности, широко развиты на Восточной Камчатке. Перехваты могут происходить и во время паводка или половодья, когда вздувшаяся река-перехватчица проявляет особенно энергичную регрессивную эрозию или когда сильно повысившая свой уровень перехватываемая река начинает переливать свои воды через пониженное место водораздела в глубже врезанную соседнюю долину, пропиливая водораздельную перемычку. Если водораздельная перемычка сложена рыхлыми породами, то ее прорыв может произойти очень быстро, вызывая иногда катастрофические последствия на реке-перехватчице. Известны случаи возвращения реки в прежнее русло, после ее перехвата по прошествии некоторого времени. Так, р. Махажамба (Мадагаскар) в 1903 г. во время сильного половодья «прорвалась» в долину р. Ецибока. В половодье 1935 г. Махажамба на короткое время вернулась в свое прежнее русло [32].

Образование и рост дельт может происходить различными путями в зависимости от характера побережья и от места впадения реки. Если река впадает в глубоко вдающиеся в сушу бухту или залив, то рост дельты может быть незначительным. Запирающая бухту коса отделяет устье реки от открытого моря. Сток речных вод в море в этих условиях незначителен и речные осадки не выносятся за пределы спокойных вод лагуны или выносятся в ограниченном количестве приливно-отливным течением. Осадки заполняют саму лагуну, в результате чего она постепенно превращается в сушу. Пока вся лагуна не превратится в сушу, река не может выдвинуть свою дельту за пределы образованной морем косы. Хорошим примером может служить дельта р. Кубань, которая образовалась на месте глубоко вдававшегося в сушу (до г. Краснодара) залива Азовского моря. В этой же стадии развития находятся дельты многих рек, впадающих в Балтийское море (Одер, Висла, Неман) [33].

На скорость развития дельт влияет много факторов: количество приносимых рекой твердых наносов, глубина бассейна, в который впадает река и др. О скорости роста отдельных дельт можно судить на основании непосредственных наблюдений и при сравнении повторных топографических съемок, разделенных промежутками времени в несколько десятков лет. Так, по данным Л.С. Берга, с 1847 по 1900 г. (за 53 года) р. Сырдарья «выдвинула» свою дельту на 5,1 км, т.е. прирост достигал 97 м/год; площадь дельты за этот промежуток времени увеличилась почти на 36 км2.

Впадающие в озера реки, строя в них дельты, могут сильно сокращать их прежние размеры. Выдвигая дельту, река также может совершенно перегородить озеро и даже разделить его на два отдельных водоема. Нередки случаи причленения к материку островов, расположенных вблизи берега, за счет роста речных дельт. Так, среди аллювиальной равнины дельты р. Амударьи поднимаются небольшие возвышенности - бывшие острова Крантау, Порлытау и Кубетау Аральского моря.

Благодаря росту дельт многие населенные пункты, некогда основанные на берегу моря и служившие портами, ныне отделены от моря широкими полосами суши. Город Адрия, бывший гаванью на берегу Венецианского залива во времена первых римских императоров, в настоящее время отстоит от моря на 35 км. Древний приморский город Равенна сейчас отделен от Моря полосой суши более 7 км.

Лимноабразия (озерная абразия) наблюдается в озерах. Она связана с движениями воды и в первую очередь с ветровыми волнами, высота которых на больших озерах может достигать 5 м. Особенно интенсивно лимноабразия проявляется в начальный период существования озер плотинного типа, в том число в водохранилищах. Чем обширнее поверхность водоема, чем меньше встречает препятствий ветер, тем сильнее может быть волнение. В период заполнения озер размываются и раздвигаются берега, размывается плотина вплоть до ее полного разрушения, что приводит к уничтожению озера. Так, на Дону, берега Цимлянского водохранилища были срезаны волнами за 5 лет в среднем на 50 м, а на отдельных участках - до 100-120 м.

Лимноабразию на водохранилищах усиливает и интенсивное судоходство. Разрушение берегов предотвращает прибрежная растительность.

Кроме того, в больших озерных бассейнах возможны и береговые течения, аналогичные морским. Поэтому на берегах крупных водоемов можно наблюдать почти все формы береговых образований, которые встречаются и на берегах морей.

Заболачивание озер. Мелководные озера с относительно спокойным гидродинамическим режимом постепенно начинают заболачиваться. Отмели на берегах обычно зарастают водорослями. Непосредственно у берегов растут осока, тростники, камыши, лилии. Отмирая осенью, они формируют на дне войлокообразнуто массу. Размножение (цветение) в конце лета планктонных водорослей (сине-зеленых, диатомовых и др.) приводит к тому, что они тонким слоем покрывают значительные площади, а иногда и всю поверхность. Отмирая, планктон опускается на дно и, смешиваясь с глинистыми частицами, образует на дне слои органического ила.

Далее происходит зарастание мелеющего озера болотной водной растительностью с одновременным накоплением на дне растительных остатков (торфа). Торф способствует дальнейшему обмелению озера и соответственно продвижению зон зарастания к центру озера. Когда эти зоны смыкаются, озеро превращается в болото.

Экзарация, или разрушительное воздействие ледников на породы подледного ложа, проявляется в областях современного оледенения, особенно в горных районах. С деятельностью ледников - их возникновением и движением - связано образование каров, ледниковых цирков и ледниковых долин - трогов. Кары представляют собой креслообразные углубления с крутыми, местами отвесными стенками и пологим вогнутым дном. При разрастании и слиянии каров они преобразуются в ледниковые цирки - крупные впадины циркообразной или направленно вытянутой формы, ограниченные полукругом высоких и скалистых хребтов с крутыми стенами, образующих как бы амфитеатр. Из ледниковых цирков происходит сток льда в виде языка (рис. 4.8). Поперечный разрез некоторых цирков Северного Кавказа достигает 8 км (урочище Чебаклы-Кель в бассейне р. Большой Зеленчук). Внутри главный цирк делится на ряд меньших цирков диаметром 1,5-2 км, а в каждом из этих меньших цирков находится система каров, расположенных в три яруса; большинство из них занято небольшими озерами, в которых водится форель.

Рис. 4.8. Продольный разрез бассейна долинного ледника

(М.С. Щукин. 1960):

F-F- фирновая линия; mf - конечная морена; S - зандр у конца ледника; т.1. - боковая морена

Вся система образует гигантскую лестницу из каров, расположенных в пять ярусов.

Цирки являются наиболее характерной формой высокогорного рельефа. Во всех горных странах, имеющих ледники в настоящее время или подвергавшихся интенсивному длительному плейстоценовому оледенению (Альпы, Кавказ, Гималаи), можно наблюдать своеобразную картину: цирки ряда долин располагаются вплотную друг к другу вокруг какого-либо очень высокого горного массива, как бы разъедая его с разных сторон.

Троги имеют широкое полого-выгнутое дно и крутые склоны, вытачиваемые движущимся льдом. Продольный профиль трогов отличается изменчивыми уклонами. Местами резкие ступени ригели чередуются с пологими участками ледниковых долин.

Ледники не остаются неизменными: они временами то удлиняются и спускаются вниз по долине, то постепенно вновь сокращаются, освобождая часть ранее занятой ими территории. Известны случаи, когда сильно продвинувшиеся языки ледников создавали угрозу путям сообщения, каким-либо сооружениям или жилищам. Так, имеются сведения, что ледник Чаилдс в долине Медной реки (Аляска) продвинулся в 1909-1910 гг. на расстояние в полкилометра к большому железнодорожному мосту через названную реку [33].

Лавины - снежные обвалы или массы снега, пришедшие в движение. Лавины характерны для горных областей со значительным по мощности снежным покровом. Скорость движения лавин в среднем составляет 20-30 см/с или 72-108 км/ч. Лавины перемещают огромные массы снега, объем которого доходит до 0,5-1 млн м3 (при плотности 0,5 г/см3).

Предпосылкам и возникновения лавин являются уклон склонов, превышающий 15°, и мощность снежного покрова более 40-50 см.

Среди лавин выделяют: 1) снежные оползни - "осовы";

2) лотковые лавины, движущиеся по эрозионным бороздам;

3) прыгающие лавины, перемещающиеся "скачками" по уступам или свободно падающие.

Сход лавин происходит в результате различных причин. Одной из причин является перегрузка снегом склонов в результате обильных снегопадов или малое сцепление между новым и старым слоями снега. Подобные лавины обычно называют сухими. Другой причиной является возникновение между подошвой снежного покрова и подстилающей поверхностью склона водной смазки, образующейся во время оттепелей или дождей (мокрые лавины).

Сход лавин вызывает и формирование в нижних частях снежной толщи горизонта разрыхления кристаллов глубинной изморози, не связанных друг с другом. Появление горизонта разрыхления связано с более высокой температурой в нижних горизонтах снега, откуда водяной пар мигрирует в более высокие и холодные горизонты. Это влечет за собой испарение снега в теплом горизонте и превращение его в горизонт скольжения (рис. 4.9).

Снежные лапины обладают огромной разрушительной силой (сила удара составляет 60-100 т на 1 м2), возрастающей из-за воздушной волны, перемещающейся перед фронтом движущейся лавины. Вынося большое количество скальных обломков, лавины углубляют эрозионные ложбины, создают крупные насыпи.

Рис. 4.9. формирование горизонта разрыхления

Лавины наносят большой ущерб хозяйству, приводят к значительным человеческим жертвам среди населения горных районов. Лавинной опасности способствует вырубка лесов и выемка грунта на горных склонах.

Средствами борьбы с лавинами являются обстрелы и взрывы снежного покрова в местах их массового скопления, облесение склонов, возведение на них защитных сооружений (террас, подпорных стенок), отвод лавин направляющими дамбами, сооружение лавинорезов.

На территории России к лавиноопасным относятся районы Северного Кавказа, Кольского полуострова, Северного и Полярного Урала, Горного Алтая, Саян, Северо-Востока России, Камчатки. На Кавказе известен своими обвалами Девдаракский ледник - один из ледников Казбекского массива. Лавины этого ледника во второй половине прошлого столетия не раз засыпали долину р. Терека и разрушали Военно-Грузинскую дорогу, прекращая по ней сообщение. Причиной обвалов, по мнению специалистов, были сейсмические явления.

Известны своими разрушительными последствиями лавины и обвалы ледников с вершины Гимарай-Хох в ущелье р. Геналдона (Кавказ, Северная Осетия), случившиеся 3 и 6 июня 1902 г. Пронесшаяся тогда по ущелью Геналдона ледяная лавина разрушила до основания небольшой осетинский курорт Тменикау. Катастрофа унесла жизни 32 человек, погибло 150 голов рогатого скота, 79 лошадей и 1500 овец [30].

На одной из лавиноопасных дорог России, пересекающей Восточно-Сахалинские горы через Чамгинский перевал, за период 1980-1992 гг. были зарегистрированы 20 случаев попадания ожидающего транспорта в лавину, 10 - «захвата» лавиной движущейся техники (из них - 5 бульдозеров, расчищавших дорогу). За указанный период были также зарегистрированы 10 случаев попадания людей в лавину (3 человека погибли, 4 получили тяжелые травмы). Исследователи отмечают, что работа снегоочистительной техники инициирует в этом районе частый сход осовов объемом 50-300 м3 с невысоких (10-20 м) склонов (Н.А. Казаков, 2000).

Приэльбрусье - один из наиболее лавиноопасных районов России. Гигантские (более 300 тыс. м3) лавины оставляют неизгладимый след в местном ландшафте. Лавины уничтожили большие массивы (почти 90 га) взрослого соснового леса в возрасте от 30 до 200 лет.

Вблизи древних поселений на Северном Кавказе археологи находят огромные каменные сооружения -лавинорезы. У выходов с гор небольших речушек, протекающих через Верхне-Архызское городище (верховья Кубани, истоки р. Большой Зеленчук), трудолюбивые горцы соорудили массивные стены, протяженностью до 50 м (теперь уже основательно оплывшие). Стены пересекаются под острым углом. острие которого направлено вверх по долине реки - навстречу лавинам. Эти огромные «валы-стрелы» сооружались не только для защиты от лавин, но и от селей, которые, судя по раскопкам, часто тревожили местных жителей.

Сели (иранское название) представляют собой катастрофические бурные грязекаменные потоки, низвергающиеся с гор и состоящие из воды, глины, песка, гальки, щебня и каменных глыб. Их образованию способствует наличие в горах, не закрепленных растительностью, мощных осыпей на склонах. Во время сильных ливней, бурного таяния снега и льда эти осыпи настолько пересыщаются водой, что спускаются со склонов и движутся по эрозионным ложбинам полужидкой грязево-каменной массой. Количество переносимого селевым потоком твердого материала может в некоторых случаях достигать 75 % общей массы потока. Благодаря большой плотности (по сравнению с чистой водой) разрушительная сила таких потоков бывает громадна: иногда они выносят каменные глыбы объемом в несколько кубических метров, разрушают мосты, заносят селения, дороги, посевы, нередко захватывают и губят в ущельях людей, пасущийся скот. В странах, где земледелие ведется с применением искусственного орошения, например в Средней Азии, селевые потоки нередко полностью разрушают всю оросительную систему, перегораживая оросительные каналы («арыки»), оставляя без воды одни селения, вызывая наводнения в других.

В отличие от обычных паводков селевый поток движется порывами, валами, возникающими вследствие образования каменных заторов в местах сужения русла или на его поворотах. Прорвав затор, поток устремляется к следующему со скоростью до 15 км/ч. Вынося огромные массы каменного материала, сели производят значительные разрушения. Так, в 1921 г. селевый поток разрушил часть г. Алма-Аты, в 1946 г. - г. Ереван. Значительных размеров достигают они на северном склоне Кавказского хребта.

На территории о. Сахалин селевые потоки отличаются большой внезапностью. Скорость их достаточно высока и может достигать 9-11 м/с, что обусловлено малой вязкостью селей (из-за сравнительно малого количества глинистых частиц в суспензии), большими уклонами склонов (от 20 до 35°) и малой длиной селевых русел (в среднем 200-1000 м). Частота образования селей на большей части острова невелика: межселевой интервал превышает 10 лет.

Однако довольно часто сели образуются в природных селевых комплексах, приуроченных к уступам морских аккумулятивных и абразионно-денудационных террас. Сели здесь формируются один раз в 1-3 года; каждые 3-5 лет отмечаются периоды массового селеоброзования продолжительностью от 1 до 3-5 сут. Например, 5-6 августа 1981 г. только в населенных зонах южной части Сахалина было зарегистрировано более 500 селевых потоков, которые разрушили несколько тысяч метров дорожного полотна, линий связи и электропередач, повредили несколько десятков жилых домов. В сентябре 1992 г. массовые сели на участке п. Туманово - п. Восточный прервали автомобильное и железнодорожное сообщение между центральной и южной частями острова (Н. А. Казаков, И. Г. Минервин, 2000).

Осенью 2000 г. на трассе Нальчик-Чегет (Кабардино-Балкария, Северный Кавказ) было прервано автомобильное движение из-за схода огромного селя. Селевой поток объемом 4,5 м3 достиг русла реки Баксан. Вода в реке поднялась на 2 м, кое-где - на 12 м и затопила г. Тырныауз. По мнению экспертов, селевой поток такого объема не сходил еще нигде в мире.

Важнейшими мерами борьбы с селями являются, во-первых, закрепление растительностью зон мощного накопления щебенчатых осыпей, располагающихся выше зоны альпийских лугов, во-вторых, ослабление силы потока селей сооружением поперечных к направлению потока дамб, путем расширения русел, созданием озеровидных приемников-накопителей грязекаменного материала.

4.3.3. Экологические последствия антропогенного воздействия на гидросферу суши

Антропогенное воздействие на поверхностные водоемы и водотоки определяется потребностями человека в питьевой и технической воде, отражающимися в структуре водопотребления.

На примере России можно видеть, что основными потребителями поверхностных вод являются промышленность, покрытие потребностей которой за счет природных поверхностных водоисточников составляет около 35 % общего водопотребления; сельское хозяйство, включающее орошение засушливых земель, и теплоэнергетика, доля которых составляет соответственно 26 и 24 %. Далее идут коммунальное хозяйство - 4 % и рыболовство - 1 % (табл. 4.7).

Таблица 4.7

Структура использования воды и водообеспечения в РФ

(из кн. "Знакомьтесь, вода России", РосНИИВХ, 1993)

При этом необходимо отметить, что поверхностные воды используются значительно больше, чем воды из подземных источников, на которые приходится всего около 10 % общего водопотребления.

Растущие потребности в питьевой и технической воде порождают ряд экологических проблем, основными из которых являются:

1) истощение запасов и понижение уровня воды в поверхностных водоемах;

2) изменение качества воды в связи с загрязнениями промышленными и сельскохозяйственными стоками, нефтепродуктами, тяжелыми металлами;

3) термическое загрязнение и радиационное заражение водоемов;

4) изменение режима рек, форм проявления и масштабов эрозионно-аккумулятивной деятельности;

5) появление наведенных очагов землетрясений в пределах асейсмичных территорий;

6) истощение биологической продуктивности водоемов.

Истощение запасов поверхностных вод и, как следствие, понижение уровня воды (обмеление водоемов) определяется двумя факторами. К первому относятся ежегодные безвозвратные потери при хозяйственном использовании. Эти потери, в зависимости от качества и количества систем оборотно-повторного использования, составляют от 10 до 25 % ежегодного технологического расхода воды.

Вторым фактором, существенно влияющим на истощение запасов, являются водохранилища, особенно каскады водохранилищ, создаваемые для решения различных хозяйственных задач: гарантированного водообеспечения населения, использования гидропотенциала рек, снижения опасности наводнений и подтопления территорий, улучшения условий для судоходства, рыболовства, лесосплава, создания рекреационных зон. Помимо крупных сооружается и большое число малых водохранилищ, имеющих массовое распространение в аридной зоне.

Водохранилища являются объектами безвозвратных потерь поверхностного стока за счет испарения воды с поверхности. Их влияние на общее обмеление многих поверхностных водоемов становится все большим в связи с наблюдающейся тенденцией к общему потеплению климата. Так, безвозвратные потери речного стока Амударьи и Сырдарьи, используемого на орошение окружающих земель, стимулировали Аральскую экологическую катастрофу. Строительство в верховье р. Или в конце 60-х гг. Капчагайского водохранилища недалеко от г. Алма-Аты вызвало резкое обмеление озера Балхаш и привело к почти полной утрате его хозяйственного значения. В настоящее время наблюдается отчетливая тенденция к общему снижению уровня воды в системе Верхневолжского каскада водохранилищ: Иваньковском, Угличском, Рыбинском - в связи с сокращением годового количества атмосферных осадков и потеплением климата.

Изменение качества воды связано с загрязнениями промышленными и сельскохозяйственными стоками, нефтепродуктами. Основными загрязнителями поверхностных водоисточников являются сточные воды промышленных предприятий, сельского и коммунального хозяйства. Значительный вклад в загрязнения вносят аварии на нефте- и газопроводах.

Объемы промышленного водоиспользования зависят от структуры промышленных предприятий и уровня применяемых технологий. Наиболее водоемкими являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабатывающая промышленность. Особенности сельскохозяйственного водоснабжения - массовость потребителей и малые объемы потребления. В коммунальном хозяйстве большая часть (88 %) потребляемой воды используется для нужд населения городов, имеющих централизованные системы водоснабжения.

Несмотря на обширную сеть очистных сооружений, только около 70 % (на территории России) очищается до нормативных требований. Остальные стоки сбрасываются неочищенными или недостаточно очищенными. С ними в природные водоисточники поступают огромные количества органических веществ, твердых взвешенных частиц, нефтепродуктов, тяжелых металлов, сульфатов, хлоридов, соединений фосфора, азота, нитратов.

Применительно к России общий объем ежегодных загрязнений, поступающих в водоемы, достигает 50 млн. т. различных веществ. Из них на долю сельскохозяйственных предприятий приходится 55 %, коммунальной сферы - 37 %, промышленности - около 8 % .

В нашей стране с 1972 г. ведутся систематические наблюдения за качеством поверхностных вод (в 1990 г. контролировалось 2258 водных объектов). Многие объекты имеют высокую степень загрязнения - 10, некоторые до 6,50 ПДК по соединениям металлов, нефтепродуктам, фенолам и другим органическим, азотным, серным и прочим веществам.

Для непроточных водоемов особо неблагоприятно воздействие Р, которое в месте скопления озер (только крупных) приблизилось к 70 (Северная Америка, Западная Европа, Южная Африка, Япония и др.) [27]. Если в прежние геологические периоды этот процесс длился тысячи - миллионы лет, то в наше время - десятилетия и менее, в зависимости от антропогенного поступления биогенных веществ,

В США и Канаде работы по спасению эвтрофных озер начались в 70-х гг. - только на очистку вод бассейна Великих озер было затрачено 6,6 млрд. долл. В 80-х годах угроза была устранена.

Помимо медико-санитарных последствий изменение качества воды активизирует различные геологические процессы (химическое выветривание, карстообразование и др.), негативно влияет на биологическую продуктивность водоемов.

Термическое загрязнение водоемов связано с работой тепловых и атомных электростанций. Основной объем используемой воды (до 90-95 %) предназначается на отведение тепла от конденсаторов турбин. При этом доля безвозвратного потребления составляет 4-5 %.

Существуют различные системы охлаждения технологической воды. Широкое развитие, в частности, получили специальные водохранилища - охладители при электростанциях. Нагретые сточные воды ТЭС и АЭС (охлаждающая вода), поступая в водоемы, приводят к их "тепловому загрязнению", способствующему массовому размножению фитопланктона - "цветению воды".

Поверхностные водоемы используются также для создания хранилищ вредных, в том числе радиоактивных, отходов (хвостохранилища на горнодобывающих и обогатительных предприятиях). Широко известен пример предприятия "Маяк" (Челябинск-40), в течение длительного времени использующего в качестве накопителя радиоактивных отходов озеро Кыштым. Переполнение водоемов-хранилищ отходов и природные катастрофы с ними приводят (могут приводить) к необратимому геохимическому загрязнению и радиационному заражению местности.

Обмеление водоемов в результате хозяйственной деятельности, создание на реках искусственных водохранилищ, использование рек, озер и водохранилищ в качестве транспортных магистралей с применением крупнотоннажных речных судов приводит к изменению гидродинамического режима, форм и масштабов проявления геологических процессов; глубинной и боковой эрозии, руслового и пойменного осадконакопления, аккумуляции аллювия в устьях речных систем. Все это, в свою очередь, меняет условия воспроизводства биологических ресурсов, рыболовства и судоходства. В последнем случае приходится проводить работы, направленные на выправление судоходной обстановки: землечерпание, канализирование рек, регулирование стока гидротехническими сооружениями, инженерную защиту берегов.

Возбужденная сейсмическая активность в районах возведения водохранилищ. "Возбужденной" или "наведенной" называют сейсмичность, вызванную деятельностью человека.

В настоящее время накопилось достаточное количество статистических данных, свидетельствующих о связи возбужденной сейсмичности с периодами заполнения водохранилищ. К началу 70-х гг. в мире было известно 35 случаев усиления сейсмической активности при создании водохранилищ.

Часть геологической среды, располагающаяся под акваторией будущего водохранилища, находится в естественном напряженном состоянии, обусловленном силами, воздействующими на определенный объем породы (гравитационных, тектонических и др.). В толще пород возникают напряжения - внутренние силы сопротивления, уравновешивающие внешние нагрузки и отнесенные к единице площади. Выделяют общее напряжение (Р), нормальное (у), располагающееся перпендикулярно к выбранной площадке (рис. 4.10), и касательное (ф), ориентированное вдоль нее. Ориентированные в пространстве максимальные нормальные и касательные напряжения создают поле напряжения.

Причиной наведенных землетрясений могут являться резкие изменения естественного напряженного состояния и поля напряжения, вызванные давлением огромною столба воды заполняющегося водохранилища. Это приводит к кратковременным смещениям по разрывам, существующим на глубине, и определяет распространение упругих сейсмических волн, достигающих поверхности и вызывающих ее сотрясение.

Возбужденная сейсмическая активность - мелкофокусная и проявляется не только в сейсмически активных молодых горно-складчатых поясах, но и на древних стабильных (асейсмичных) платформах. Землетрясения концентрируются вдоль ранее существовавших разломов. Причем эпицентры располагаются на расстоянии 10-15 км от водохранилища, очаги - на глубине 6-8 км. Активность усиливается особенно явно после подъема уровня воды более чем на 100 м. Частота вызванных толчков в большинстве случаев связана не столько с высотой уровня воды, сколько со скоростью и величиной перепада уровня воды в водохранилище. При одном и том же давлении столба воды вероятность толчков тем больше, чем большую площадь занимает водохранилище. Периоды усиления и ослабления сейсмичности могут продолжаться по несколько лет (рис. 4.11).

В 1935 г. в США на р. Колорадо была сооружена плотина Гувер и началось заполнение водохранилища Мид. Год спустя после начала заполнения начались сейсмические толчки. Количество слабых землетрясений в 1937-1947 гг. измерялось тысячами. К 1939 г. водохранилище заполнилось. В мае того же года область была потрясена сильным толчком, выделившим столько энергии, сколько все предыдущие землетрясения, вместе взятые.

Рис. 4.11 Схема напряжений (заштрихована) и расположение нормальных и касательных максимальных напряжений при одноосном растяжении:

F - сила; напряжение: Р - общее, у - нормальное, ф - касательное

На полуострове Индостан в сейсмической платформе на р. Койна в 1961 г. началось заполнение водохранилища объемом около 3 трлн м3. В 1967 г. произошло 8-9-балльное землетрясение, унесшее 180 человеческих жизней. 2000 человек получили ранения. Эпицентр землетрясения располагался в 3-5 км от плотины. Радиус области, ощутившей землетрясение, составил 700 км. Водохранилище имело размеры 50 км в длину и до 5 км в ширину.

К моменту интенсивного заполнения Нурекского водохранилища на р. Вахш в Таджикистане (1972) было зарегистрировано в конце 1972 г. 133 землетрясения. При этом землетрясения группировались под водохранилищем вблизи плотины, а по мере его быстрого наполнения несколько смещались, так как перемещался центр нагрузки столба воды. Второй этап интенсивного заполнения начался в июле - августе 1976 г. И снова возросло число толчков.

Рис. 4.12. Соотношение изменений уровня воды в водохранилище Вайонт (Италия) и числа возбужденных местных землетрясений (по П. Калои)

Заполнение не каждого водохранилища вызывает землетрясение. Однако именно эта неоднозначность заставляет ожидать и не исключать возможности сейсмических последствий.

Истощение биологической продуктивности водоемов. Около 30 % улова в водоемах приходится на долю пресноводных рыб группы туводных, проходных и полупроходных (табл. 4.8). Из основных природных факторов, определяющих степень рыбопродуктивности, главная роль принадлежит речному стоку, так как от него зависит водный, солевой и гидробиологический режим рек, озер, водохранилищ, а также размножение ценных видов проходных и полупроходных рыб.

Интенсивное антропогенное воздействие на гидрологический режим и качество воды (регулирование стока водохранилищами, снижение стока, загрязнение водоемов) уменьшает продуктивность водоемов суши и приводит к сокращению уловов рыбы.

Антропогенные изменения рек России за историческое время (по [30]). Существуют древние карты, а также летописи, которые свидетельствуют, что Волга у Астрахани протекала вдоль стен Кремля, Якутский острог был основан на берегу Лены, Серпухов и Рязань - на берегах Оки. По картам изменения русел рек бассейнов pp. Волги и Дона можно проследить с XVIII в. (карта Дона адмирала Крюйса - 1704 г., карты Суры конца XVIII - начала XIX в.), северных и многих других рек - с середины XIX в., Западной Сибири - с начала XX в., Восточной Сибири - с 20-30-х гг. XX в.

...