Особенности миграций техногенных ландшафтов

Часть V. Геохимия техногенных ландшафтов

Техногенная миграция — наиболее сложный вид миграции, важность геохимического изучения которой была установлена В.И. Вернадским и А.Е. Ферсманом в начале XX столетия. Однако огромное практическое значение подобного подхода выявилось только во второй половине века, когда резко возросло влияние техногенеза на природную среду. Осуществляя техногенную миграцию, человечество еще плохо знает ее законы, новые явления, которые возникли на нашей планете. Поэтому актуальны вопросы — что принесла эта новая геохимия Земли, что она сулит в будущем, как влияет на материальную и духовную жизнь людей, их здоровье и долголетие?

А.Е. Ферсман анализировал техногенез с общих методологических позиций геохимии, выяснял, как зависит использование элементов от их положения в периодической системе, размеров атомов и ионов, кларков.

Часть планеты, охваченная техногенезом, представляет собой особую систему — ноосферу. В.И. Вернадский писал в 1944 г.: «Ноосфера есть новое геохимическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Перед нами открываются все более и более широкие творческие возможности». Изучение геохимии ноосферы и техногенеза составляет теоретическую основу рационального использования природных ресурсов, охраны природы и борьбы с ухудшением качества окружающей среды. Эти исследования быстро развиваются. Многие теоретические проблемы техногенеза на базе геохимии ландшафта разработаны М.А. Глазовской.

В разработке проблем ноосферы особенно важен контакт с другими науками, в частности с экономической географией, к чему призывал Ю.Г. Саушкин. Его идеи о преобладании территориальной концентрации над территориальным рассеянием, о поляризации различных участков ноосферы и другие важны и для геохимии ландшафта. Интересна мысль ученого о своего рода «нервных узлах» ноосферы — огромных концентрациях ученых, студентов, библиотек, сокровищ культуры в столичных и университетских городах, крупных промышленных центрах. Все же в целом концепция ноосферы разработана слабо, хотя не вызывает сомнений основной тезис В.И. Вернадского и А.Е. Ферсмана — человечество стало мощной геохимической силой.

В ноосфере происходит грандиозная миграция атомов. Ежегодно перемещаются миллиарды тонн угля, нефти, руд и стройматериалов. В течение немногих лет рассеиваются месторождения полезных ископаемых, накопленные природой за миллионы лет.

С продукцией сельского хозяйства и промышленности атомы мигрируют на огромные расстояния. С экспортом и импортом зерна в мире ежегодно мигрируют миллионы тонн К, сотни тысяч тонн Р и N, что лишь в 10 — 100 раз меньше ионного стока рек в океан. Н.Ф. Глазовский показал, что вывоз N, Р и К с зерновой продукции только с территории степной зоны России и Казахстана соответствует ионному стоку этих элементов в Каспийское море. По О.П. Добродееву масштабы многих процессов техногенеза превышают природные: ежегодно из недр извлекается больше металлов, чем выносится с речным стоком: Рв — почти в 70 раз, Сг — в 35, Си — в 30, Р — в 20, Fe, Мп — в 10, Zn — в 5, А1 — в 3 раза и т.д. Только при сжигании угля освобождается больше металлов, чем выносится с речным стоком (V — в 400 раз, Мо — в 35, С — в 20 раз и т.д.).

Как и в биосфере, в ноосфере используется текущая солнечная энергия, огромное значение приобретает также солнечная энергия былых биосфер, заключенная в ископаемом топливе — углях, горючих газах, сланцах, нефти. Используется и энергетический источник, чуждый биосфере, — атомная энергия. Поэтому для техногенных ландшафтов характерна еще большая неравновесность, чем для природных, создаются предпосылки для более высокой самоорганизации, хотя незнание ее законов часто приводит к уменьшению устойчивости ландшафтов, деградации природы.

Часть используемой в ноосфере энергии производит работу, другая в соответствии со вторым законом термодинамики неизбежно обесценивается и выделяется в виде тепла. Пока эффект техногенного разогрева невелик — в 25 тыс. раз меньше солнечной радиации. Однако в крупных городах техногенное тепло уже достигает 5% от солнечного излучения. Главная причина — отопление жилых домов и промышленных предприятий. По М.И. Будыко, увеличение производства энергии от 5 до 10% в год приведет к тому, что через 100 — 200 лет техногенное тепло будет соизмеримо с величиной радиационного баланса земной поверхности. При этом могут произойти громадные изменения климата.

Месторождения угля, нефти и газа отрабатываются за десятки лет. В результате

углерод снова соединяется с кислородом и входит в состав С02- Ежегодное

потребление угля и нефти добавляет в атмосферу до 9.10^ т СО2. При

современных темпах через 50 лет содержание С02 удвоится и температура земной

поверхности за счет парникового эффекта может повыситься на 4°С. К техногенным парниковым газам относятся также метан, закись азота, фреоны, озон и др. В результате парникового эффекта возможно частичное растопление льдов Антарктики и Арктики, затопление приморских низменностей и другие положительные и отрицательные последствия. Громадная скорость процессов ставит сложные проблемы глобального воздействия на атмосферу с целью стабилизации климата. С распашкой почв, дроблением пород, руд и т.д. связано запыление атмосферы, которое может способствовать похолоданию климата. В этом же направлении действует вулканизм, но наиболее опасна возможность ядерной войны, которая помимо роста радиации чревата т.н. «ядерной зимой».

Информационные особенности техногенеза

При техногенезе в ландшафтах наряду с водными, воздушными биотическими и биокосными связями возникли новые — социальные (между общественными группами людей) и природно- социальные, которые приобрели важнейшее значение. В техногенных ландшафтах преобладает специфическая «социальная информация», намного расширились скорость и способы ее передачи (печать, радио, телевидение и т.д.). Произошел информационный взрыв, хотя биологическая информация часто уменьшается. Например, в степи растут сотни видов растений, а на полях пшеницы и других культур биологического разнообразия меньше. Создавая плантации бананов на месте тропического леса, человек еще больше уменьшает биологическую информацию. Даже по внешнему виду техногенные ландшафты нередко однообразнее природных. Так и в лесной, и в степной зонах техногенный ландшафт приближается к лесостепному облику — частично залесенной местности (открытые пространства с участками, засаженными деревьями). Однако потеря природной информации с избытком компенсируется ростом техногенной. В целом в геохимическом отношении техногенные ландшафты разнообразнее природных. Рост разнообразия в ноосфере, уменьшение в ней энтропии (увеличение негэнтропии) сопряжены с огромным увеличением энтропии в земной коре — рассеянием месторождений полезных ископаемых, сжиганием угля, нефти, горючих сланцев и газов, распадом ядер урана и плутония.

В первобытном обществе эффект техногенеза был незначительным, но уже в государствах античного мира, коренным образом изменивших ландшафт долин Нила (Египет), Амударьи (Хорезм), Тигра и Евфрата (Шумер, Вавилон), Хуанхе (Китай), техногенез стал важным геохимическим фактором. Поэтому этап геологической истории, начавшийся около 8000 лет назад, В.А. Зубаков предложил называть технозойским, или техногеем.

В XX в. техногенез стал главным геохимическим фактором на поверхности Земли. По Е.М. Сергееву, ежегодно добывается около 100 млрд. т минерального сырья и каустобиолитов, горные и строительные работы перемещают не менее 1 кмЗ горных пород, что соизмеримо с денудационной работой рек. В.А. Ковда подчеркивал, что «диспергирование и эолизация вещества суши» ведут к возрастанию геохимической роли поверхностной энергии, сорбции. Мощность производства удваивается каждые 15 лет. Поэтому существенное отличие ноосферы от биосферы — огромное ускорение геохимических процессов.

Загрязнение окружающей среды

Это важное и нежелательное следствие техногенеза. Ярким примером служат т.н. «кислотные дожди». Они связаны с работой серно-кислотных суперфосфатных, медепавильных заводов, котельных ГРЭС, ТЭЦ, бытовых топок, которые выбрасывают в воздух много S02- Последний, окисляясь и растворяясь в атмосферных осадках, дает серную кислоту. «Кислые дожди» увеличивают число легочных заболеваний, осложняют земледелие, разрушают памятники архитектуры. Принос ветрами в Скандинавию SO2 из Англии и ФРГ привел к вымиранию лососей (рыба исчезала в тех водоемах, рН которых понизился до 4). В канадской провинции Онтарио из-за кислых дождей, поступающих из США, стали безжизненными более 148 озер. Полагают, что в среднем около 30% SO42″ атмосферных осадков имеет техногенное происхождение (в умеренной зоне Северного полушария до 50%). Кислые дожди характерны и для отдельных регионов России.

Следуя закону Вернадского о ведущей геохимической роли живого вещества, М.А. Глазовская предложила незагрязненными считать такие биокосные системы, в которых колебания концентрации и баланс форм нахождения техногенных веществ не нарушают газовые, концентрационные и окислительно- восстановительные функции живого вещества, не вызывают нарушения биогеохимических пищевых цепей, количества и качества биологической продукции, не снижают ее генетическое разнообразие. Нарушение названных условий означает техногенную трансформацию или разрушение природной системы.

Загрязнение среды — серьезная проблема XX в. Катастрофические экологические ситуации характерны для многих стран, в том числе и для нашей страны. Роль геохимии ландшафта в решении данных вопросов очень велика.

Источник статьи: http://www.bibliotekar.ru/2-7-65-geohimiya-landshafta/92.htm

Особенности природно-техногенных ландшафтов

Природно-техногенные ландшафты формируются в результате изменения биоты: происходит распашка земель, формируются агрофитоценозы и т. д. Вместе с биотой изменяется и окружающая территория: появляются застроенные местности в населенных пунктах, карьеры в горнорудных районах и т. д. Антропогенно поступает огромная масса поллютантов, из-за чего нарушаются биогеохимические круговороты, повреждается биота, что ведет к смене ландшафтов. Однако, необходимо отметить, что не все первоначально ненарушенные ландшафты в результате антропогенной и техногенной деятельности деградируют. Определенная часть природных ландшафтов может совершенствоваться. Техногенные воздействия могут не оказывать существенного влияния на ландшафт, обмен энергии, веществ между техническими сооружениями и природным образованием минимален. Существование природно-техногенных ландшафтов оправдано с позиции все большей урбанизации территорий и формирования новых природных участков, которые были бы оптимальны для дальнейшей деятельности человека.

Большую проблему составляет то, что человек на месте естественных ландшафтов производит сельскохозяйственные работы, в результате чего на месте с богатыми природными агроэкосистемами создаются обедненные агроэкосистемы. В будущем планируется работа по определению территорий с критической техногенной нагрузкой для определения местностей с наибольшим разнообразием вредных веществ, что позволит определить их границы и произвести их очистку. Необходимо обследовать экологическую обстановку в воздухе, подземных водах и в целом окружающей среды. При этом необходимо определить соответствует ли уровень поллютантов предельно, максимально или временно допустимым концентрациям. После этого производится определение природных местностей, нуждающихся в проведении рекультивации или очистке.

Данный пример с сельскохозяйственным использованием земель показывает разностороннюю направленность естественных и антропогенных ландшафтов. Так, зарастание пашни сегетальной флорой относится к гомеостазу (устойчивость) природной системы, а по отношению к техногенной системе то же самое свидетельствует о неустойчивости, поскольку не выполняется социально-экономическая функция, для которой был предназначен этот техногенный ландшафт.

Классификация техногенных ландшафтов

Их разнообразие подразделяется на горнопромышленные и промышленно-заводские. В большей степени изучается первая группа.

Ландшафты подвержены различным изменениям. По этому критерию они классифицируются на несколько группировок:

1. Условно неизменные, не подвергавшиеся воздействию, связанному с деятельностью человека, напрямую. В них обнаруживаются следы данного воздействия при протекании биогеохимических циклов. Сюда можно отнести техногенные осадки в Арктике, Антарктиде.
2. Слабоизмененные, характерные для экстенсивного ведения хозяйства, которые затрагивают флору и фауну, с преимущественно обратимым характером главенствующих. В качестве примеров можно привести ландшафты экватора, тундры, тайги.
3. Среднеизмененные, где преобразование произошло для отдельных компонентов необратимое (например, вырубка леса), наблюдаются нарушения в водном и тепловом балансах.
4. Сильноизмененные, характерные для интенсивного ведения хозяйства, затрагивается большинство компонентов, наблюдаются необратимые нарушения. Сюда относятся эрозионные, обезлесенные, подтопленные ландшафты, а также те из них, в которых наблюдается загрязнение различных сфер жизни.
5. Культурные ландшафты — их структура приведена в благоприятное соотношение с научной точки зрения. Этот вид должен сочетать в себе экономическую эффективность с высокой производительностью и быть такой средой, где каждый человек мог бы сохранять свое здоровье и развиваться в духовном, и в физическом плане. Только часть ландшафтов может быть преобразована в культурные. Должны оставаться «легкие планеты». К последним можно отнести полупустыни и пустыни, тундры, а также малоосвоенную тайгу.

Восстановление нарушенных ландшафтов

Любая ограниченная земная поверхность с вмешательством человека нарушена в разной степени. Если нарушение произошло слабое, то за счет природных сил самовосстановления и саморегулирования, снижения техногенной нагрузки будут способствовать тому, что ландшафт возвратится в исходное или близкое к нему положение. В случае же сильного нарушения ландшафта образуются новые техногенные формы, не присущие природному ландшафту (отвалы, траншеи, трубопроводы и т. д.), что затрудняет процесс самовосстановления или делает его практически невозможным.

Если же процесс восстановления остается возможным, то он может длиться десятки и даже сотни лет. Устойчивость ландшафтов определяется геохимической совместимостью различных природных процессов и воздействий, обусловленных деятельностью человека. Техногенез подразделяется на совместимый с базовыми природными процессами, способствуя их усилению и действуя в противоположном направлении на гомеостаз, так и несовместимым с ними, способствуя их уменьшению и увеличивая гомеостаз. Примером первого воздействия техногенеза является выпадение кислых осадков на такие же почвы, а второго — выпадение тех же осадков на щелочные почвы.

Поэтому проводят различные мероприятия с целью восстановления ценности (прежде всего, с точки зрения эстетики, медицины и ведения хозяйства) ландшафта. Этот процесс называется рекультивацией ландшафтов. В качестве объектов этого процесса выступают горнопромышленные ландшафты и сельскохозяйственные техногенные ландшафты. Именно она позволит создать культурные ландшафты. Наиболее перспективно и экономически целесообразно облесение отвальных ландшафтов. Для этих целей лучше всего использовать облепиху крушинолистную.

Статистика использования ландшафтов

На нашей планете присутствует 149 млрд. га суши, из которых на земли, которые могут быть вовлечены в хозяйственный оборот земли приходится 60 млрд. га. Площадь земель, нарушенных в разной степени человеком приближается к 25 млрд. га, из которых 10 млрд. заняты техногенными ландшафтами, прежде различными поселениями, сооружениями, горными выработками, полигонами, коммуникациями, то есть биосферная регуляция в данных ландшафтах практически исключена.

15 млрд. гектар находятся под агроландшафтами, исключая пастбища, на долю которых приходится еще 25 млрд. га, то есть к ландшафтам, измененным деятельностью человека, на сегодняшний день относится порядка 50 млрд. га, что находится выше предельного значения ландшафтов, измененных деятельностью человека. Площадь пашни в настоящее время может увеличена за счет сокращения площади пастбищ и лесов, что повлечет за собой экологические и экономические проблемы. Поэтому техноландшафты планируется создавать в зонах полупустынь и пустынь, площадь которых превышает 30 млрд. га.

Пути оптимизации техногенеза

Все разнообразие ограниченных природными границами участков земной поверхности должно поддаваться управлению. В ненарушенных ландшафтах центром управления являются естественные силы, в то время как в нарушенных регуляция осуществляется управлением людьми.

Самым первым путем оптимизации техногенеза является оптимизация биологических круговоротов для достижения разнообразия продукции и достижения ее высокой продуктивности. Микроорганизмы-деструкторы должны действовать быстро, слаженно, элементы питания не должны выходить за пределы за пределы соответствующего биологического круговорота. Недостающие элементы должны привноситься из вне, излишние — уходить из кругооборота. Необходима мобилизация внутренних ресурсов ландшафта.

Вторым путем оптимизации техногенеза является создание благоприятного круговорота воды, при этом необходима защита как поверхностных, так и подземных вод за счет образования геохимических барьеров.

Третьим путем оптимизации техногенеза является комплексное использование сырья. Огромные терриконы скапливаются около карьеров и угольных шахт. Выход готовой продукции из недрового сырья не превышает 10%. В идеале необходимо добиться безотходной технологии с утилизацией всех компонентов сырья.

Источник статьи: http://wood-prom.ru/analitika/14941_osobennosti-prirodno-tekhnogennykh-landshaftov