Антропогенное воздействие на Географическую оболочку Земли

ЛЕКЦИЯ 7
АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГЕОГРАФИЧЕСКУЮ ОБОЛОЧКУ ЗЕМЛИ
Часть А Водные экологические проблемы
Часть Б Антропогенное воздействие на различные оболочки Земли
Часть А Водные экологические проблемы
Воды суши - важный компонент биосферы, контролирующий структуру и
функционирование экосистем, их связи, региональные и глобальные процессы
переноса вещества и энергии в их природных круговоротах. На Земле на всем
протяжении ее геологической истории существовали взаимная связь и взаимное
влияние воды и жизни. Отдельные виды организмов и их комплексы
адаптировались к конкретным условиям водного режима территорий и
акваторий и, в свою очередь, оказали существенное влияние на качественное
состояние вод суши и других компонентов гидросферы.
На современном этапе развития цивилизации под целевым сознательным и
неосознанным воздействием человека воды суши претерпели глубокие изменения
и перешли в качественно новое состояние - искусственно управляемые или
регулируемые воды, кроме того, сформировались и неизвестные в природе воды
- техногенные.
В.И. Вернадский в
30-х годах прошлого столетия,
до проявления
экологических водных проблем и кризисов, отмечал неразрывную связь жизни и
воды, главенствующую роль человека в формировании вод суши. Он писал, что
современные воды суши
- новое явление в истории планеты. Изменение
природных вод, по мнению В.И. Вернадского, и есть тот рычаг, с помощью
которого человек, желая того или нет, производит глубокие изменения в
биосфере. Он рассматривал гидросферу в качестве одной из оболочек биосферы
и оценивал трансформацию природных вод человеком как геологический
процесс на Земле, отмечал, что изменение вод суши повлечет за собой изменение
живого вещества. Следовательно, взаимодействие и взаимосвязь вод суши и
экосистем является условием устойчивого функционирования биосферы и
1
существования человека, нуждается в фундаментальных исследованиях и
тщательном анализе. Осмысление этого процесса наукой происходит в наше
время, и основные усилия направлены на изучение и оценку качества вод и
водных экосистем. (Организована Лаборатория динамики наземных экосистем
под влиянием водного фактора в Институте водных проблем РАН, Москва).
Активная
хозяйственная,
и,
в
особенности,
водохозяйственная
деятельность человека, ставшая во второй половине XX века одним из ведущих
факторов средообразования (трансформации природной среды), изменила
водный режим обширных территорий, нарушила сложившиеся природные
связи и стала причиной развития негативных процессов и явлений в природной
среде и социально-экономической сфере.
Площадь орошаемых земель на планете
превысила 2 млн км2 [Postel,
1990], площадь осушенных земель также достигла 2 млн км2, а площадь
водохранилищ составляет более 400 тыс. км2 [Авакян, 1999]. Если добавить
площади под городскими поселениями и пашней, то общая площадь земель с
целенаправленно преобразованным водным режимом достигла размеров,
соизмеримых с площадью отдельных материков. Следовательно, многократно
увеличилось изъятие воды из природных систем, ее вовлечение в антропогенные
процессы. Вода
производительных
- основной ресурс, определяющий размещение и развитие
сил.
Рост
промышленного
и
сельскохозяйственного
производства обусловил увеличение потребления природных вод и вызвал:
количественное антропогенное воздействие
- перераспределение стока по территории,
- изменение гидрогеологического режима водотоков и водоемов
качественное антропогенное воздействие
- изменение качества поверхностных и подземных вод.
Как следствие изменения ГЦ, нарушения естественного режима и качества
природных вод, их территориального перераспределения, появления в биосфере
значительных масс вод антропогенного происхождения возникли водные
экологические проблемы. Прерываются исторически сложившиеся связи в
2
миграции вещества и трансформации энергии как в локальных, так и
региональных масштабах. В круговороты воды вовлекаются новые химические
элементы, токсичные для живых организмов; формируется водный режим,
нетипичный для данной территории; быстро, иногда скачкообразно, изменяется
режим и состав поверхностных и подземных вод, к которым были адаптированы
организмы и сам человек с его традиционными формами хозяйства.
Водные экологические проблемы - свидетельство нерешенной проблемы
взаимодействия человека с окружающей средой. Этим проблемам присущи
свойства, характерные для других экологических проблем:
- резкие качественные, скачкообразные изменения в состоянии объектов
-
синергетический эффект неадекватного усиления разнонаправленных
процессов
вследствие
наложения
антропогенных
процессов
на
естественные, идущие в том же направлении.
Водным экологическим проблемам присущи следующие особенности:
1. Отдаленное проявление во времени и в пространстве экологических
последствий изменения режима и качества вод водоемов и речного стока.
2. Кумулятивный эффект антропогенных воздействий на режим речного стока.
3. "Саморасширение" зон прямого воздействия в результате изменения водного
режима.
4. Постоянный "выход" на условия жизни и труда человека - т.е. все водные
экологические
экономический
проблемы
аспекты,
имеют
что
медико-экологический
делает
Проблема антропогенного воздействия
их
и
остро
социальнозначимыми.
- воздействия, оказываемого
человеком на окружающую среду и ее ресурсы - на географическую среду имеет
глобальный
характер.
Решают
ее
на
трех
уровнях:
государственном,
региональном и глобальном. На I уровне каждая страна решает свои
экологические проблемы. На II уровне осуществляются мероприятия нескольких
стран, имеющих общие природоохранные интересы. На III уровне объединяют
усилия все страны мирового сообщества. Однако пример показывает, что не все
так просто:
3
(Китай строит канал для переброски стока реки Хайлар (Аргунь) в озеро Далай. Высокодетальные
космические снимки района строительства показали, что с 17 мая по 17 июля 2009 года Китай искусственно
расширял русло реки Хулунгол для дальнейшей переброски вод. Ширина канала составляет 46-48 метров, а
ширина расширенного русла реки Хулунгол - 70-72 метра, говорится в сообщении Минприроды РФ. По словам
директора департамента государственной политики и регулирования в сфере охраны окружающей среды и
экологической безопасности МПР России Рината Гизатулина, полученная информация настораживает
российское министерство. Чиновник считает, что строительство водоотводного канала "может привести к
значительным негативным последствиям для самой реки Аргунь и для экосистем, жизнедеятельность которых
связана с состоянием реки, а также для экономического развития регионов Забайкалья.Ранее в 2006 году с
китайской стороной были достигнуты договоренности о приостановке проекта до выяснения всех возможных
последствий его реализации. Россия и КНР заключили соглашение о рациональном использовании и охране
трансграничных вод, которое обязывает стороны сообщать обо всех возможных угрозах трансграничным
водным объекта”. Минприроды РФ направило информационный запрос в органы государственной власти КНР с
просьбой прояснить ситуацию и предоставить официальную информацию о реализации проекта, его стадиях,
оценках специалистов возможных последствий для водных объектов и экосистем, расположенных на
территории России).
Количественное антропогенное воздействие на воды суши
Сток
рек
изменяется
в зависимости
от
колебаний
климата, но
вмешательство человека в естественные процессы затронуло и сток. В сельском
хозяйстве большая часть воды расходуется безвозвратно на испарение и
образование растительной массы. Для регулирования стока рек, не равномерного
в течение года, в СССР построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9 %
всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части
страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в
наиболее обжитых районах он сократился на 8%, а у таких рек, как Терек, Дон,
Днестр и Урал, - на 11-20%. Заметно уменьшился водный сток Волги, Сырдарьи
и Амударьи. В итоге сократился приток воды к Азовскому морю - на 23%, к
Аральскому - на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м.
Одним из гидрологических последствий урбанизации является увеличение
количества донных осадков. Оно постоянно возрастает из-за эрозии почв в
результате неправильного ведения сельского хозяйства, сведения лесов, а также
зарегулированности речного стока. Это явление приводит к нарушению
экологического равновесия в водных системах, пагубно действует на донные
организмы.
4
Часть Б Качественное воздействие на различные оболочки Земли
Антропогенное загрязнение атмосферы
приводит к глобальному изменению природной среды. Загрязняющие вещества
в атмосферу поступают в виде аэрозолей и газообразных веществ. Наиболее
опасны газообразные вещества, на долю которых приходится около 80% всех
выбросов: соединения серы, углерода, азота. Сам углекислый газ не ядовит, но,
накапливаясь, определяет «парниковый эффект». Попадание в атмосферу
соединений серы и азота вызывает кислотные дожди: двуокись серы и окислы
азота соединяются с парами воды, затем выпадают на землю фактически в виде
разбавленных серной и азотной кислот. Такие осадки нарушают кислотность
почвы, вызывают гибель
растений и высыхание лесов, особенно хвойных.
Попадая в реки и озера, они угнетают флору и фауну, нередко приводя к
полному уничтожению биологической жизни - от рыб до микроорганизмов.
Место выброса веществ, вызывающих кислотные осадки, может находиться на
расстоянии в тысячи км от места их выпадения. (Восемь наиболее развитых
стран потребляют более половины природных ресурсов Земли и выбрасывают в
атмосферу 2/5 загрязнений. Причем Россия, чей валовый доход меньше
американского в 20 раз, потребляет ресурсов лишь в 2 раза меньше, чем США,
но выбрасывает отравляющих веществ примерно столько же).
Антропогенное загрязнение гидросферы
Россия занимает второе место в мире по запасам пресной воды. Мы
обладаем настоящим богатством, главную опасность для этих ресурсов
представляет
загрязнение
гидросферы.
Несколько
десятилетий
назад
загрязненные воды представляли собой острова в относительно чистой
природной среде. Сейчас образовались сплошные массивы загрязненных
территорий. Существует три вида загрязнения водной среды: физическое,
химическое и биологическое.
5
Физическое загрязнение
Это прежде всего тепловое загрязнение в результате сброса подогретых
вод, используемых для охлаждения на ТЭС и АЭС. Оно нарушает природный
водный режим. Например, реки в местах сброса таких вод не замерзают. В
замкнутых водоемах это вызывает уменьшение содержания кислорода, от чего
гибнет рыба и бурно развиваются одноклеточных водоросли («цветение» воды).
К физическому загрязнению относят и радиоактивное
загрязнение -
следствие испытания ядерного оружия, аварий на атомных электростанциях и
других
объектах
атомной
промышленности.
Радиоактивное
загрязнение
проявляется в сильном воздействии на гидробионты и на человека через
трофическую (пищевую) цепь даже при крайне малых дозах, снижает
способность водоемов к самоочищению.
Химическое загрязнение
-
возникает в результате попадания в воды различных химических
веществ и соединений со сточными промышленными, сельскохозяйственными и
бытовыми водами, а также с атмосферными осадками. Состав производственных
стоков зависит от рода промышленных предприятий, типа оборудования,
используемого сырья, технологии производства, степени очистки вод и ряда
других причин. Так, для сточных вод химической промышленности характерны
фенолы, спирты, смолы. Выбросы тепловых электростанций, работающих на
твердом топливе, после освобождения от золы и шлака, имеют повышенную
концентрацию фторидов, мышьяка, ванадия, часто содержат канцерогенные
органические соединения.
Загрязняющие вещества разделяют на несколько классов в зависимости от
их природы, химического строения и происхождения:
- тяжелые металлы (свинец, ртуть и пр.)
- органические материалы, нитраты, фосфаты
- углеводороды (нефть, органические загрязнения).
Промышленность и транспорт - главный источник поступления опасных
для живых организмов тяжелых металлов. Со сточными водами в естественные
6
водоемы попадает огромное их количество: ежегодно сточные воды приносят в
реки 720 тыс. т цинка, 110 тыс. т свинца, 2,5 тыс. т ртути.
Органические
материалы
поступают
с
бытовыми,
сельскохозяйственными и промышленными стоками. Их разложение происходит
под действием микроорганизмов и сопровождается потреблением растворенного
в воде кислорода. При содержании кислорода в воде ниже 5 мг на 1 литр, а в
районах нереста - ниже 7 мг - многие виды рыб погибают. Увеличение
содержания нитритов и нитратов в поверхностных и подземных водах ведет к
загрязнению питьевой воды и к развитию некоторых заболеваний, а рост
содержания этих веществ в водоемах вызывает их ускоренную эвтрофикацию
(увеличение запасов биогенных и органических веществ, из-за чего бурно
развиваются планктон и водоросли, поглощая весь кислород в воде).
Биологическое загрязнение
К биологическим загрязнителям относятся микроорганизмы. В водную
среду они попадают со стоками химической и целлюлозно-бумажной
промышленности,
животноводческих
комплексов.
Болезнетворные
микроорганизмы и вирусы содержатся в плохо обработанных или совсем не
обработанных
канализационных
стоках
населенных
пунктов
и
животноводческих ферм. Попадая в питьевую воду, патогенные микробы и
вирусы вызывают эпидемии, вспышки сальмонеллеза, гастроэнтерита, гепатита
и др. От таких загрязнений пострадали Байкал, Волга, многие большие и малые
реки России. В развитых странах в настоящее время распространение эпидемий
через общественное водоснабжение происходит редко. Но могут быть заражены
пищевые продукты, например овощи, выращиваемые на полях, удобряемых
шламами после очистки бытовых сточных вод (от
нем. Schlamme - буквально грязь).
Водные беспозвоночные, например устрицы или другие моллюски, из
зараженных водоемов часто вызывали вспышки брюшного тифа.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Загрязнение подземных вод связано с загрязнением природной среды в
целом: почв и растительности, поверхностных вод, атмосферы и атмосферных
7
осадков. От загрязнения подземные воды предохраняют поверхностные слои
горных пород, которые фильтруют воды и сорбируют отдельные химические
элементы.
Источники
загрязнения
подземных
вод
сточные
воды
промышленности, сельского хозяйства, коммунальные и радиоактивные стоки,
возникающие после ядерных взрывов, аварий на атомных электростанциях.
Иногда человек преднамеренно закачивает загрязнители и неочищенные воды:
при захоронении не подлежащих очистке промышленных ядовитых отходов и
отстоев бытовых сточных вод, в процессе нефтедобычи в целях поддержания
внутреннего
давления.
Попавшие
в
глубинные
водоносные
горизонты
загрязнители мигрируют, рассеиваются и переносятся на большие расстояния.
Очистка подземных вод - процесс более трудоемкий, чем поверхностных.
Интенсивный забор воды из подземных источников вызывает образование
обширных (радиусом несколько десятков км и глубиной до 100 м) воронок
осушения в районах крупных городов. Могут проседать целые города, например
Венеция. В Японии с января 1973 по январь 1974 в западных районах столицы
уровень земной поверхности понизился на 25,2 см.
На территории РФ выявлено около 500 участков с загрязнением
подземных вод. Крупнейшие очаги находятся в Московской (г. Лыткарино) и
Тульской областях, Татарстане. Загрязнение и истощение подземных вод
недопустимо, потому что нарушает естественные миграции растворенных в
водах твердых и газообразных веществ, функции которых в эволюции
географической оболочки науке еще малоизвестны. Современной гидрогеологии
известны десятки природных процессов с участием подземных воды:
молекулярная диффузия, фильтрация, гидролиз, выщелачивание, растворение и
кристаллизация, подземное испарение и вымораживание и др. Неизвестно, как
повлияет на развитие географической оболочки нарушение этих процессов.
8
ЗАГРЯЗНЕНИЕ МИРОВОГО ОКЕАНА
Мировой океан занимает более 70 % поверхности Земли и играет важную
роль в развитии и функционировании географической оболочки, регулирует
климатические процессы на Земле. Загрязнение МО происходит тремя путями.
Первый - речной сток, с которым в океан попадают миллионы тонн
загрязняющих веществ. При этом почти все взвешенные и большинство
растворенных веществ осаждаются в устьях рек и на прилегающих шельфах.
Следовательно, наиболее загрязнены прибрежные и шельфовые области,
межматериковые
и
размещение
прибрежных
в
внутриматериковые
земледельческих
угодий
загрязненностью
отличаются
моря;
районах
на
способствует
промышленных
низменностях.
Северное,
Из
предприятий
морей
Средиземное
загрязнению
и
и
наибольшей
Балтийское.
Второй путь загрязнения связан с атмосферными осадками, с ними в
Мировой океан поступает большая часть свинца, половина ртути и пестицидов.
Третий путь связан с хозяйственной деятельностью человека в
акваториях Мирового океана.
Ежегодно только в результате естественных процессов в океан поступает
порядка 25 млн. т железа, по 300 - 400 тыс. т марганца, меди и цинка, по 180 тыс.
т свинца и фосфора. Практически поступление этих элементов значительно
возрастает из-за антропогенной деятельности. Свинца, например, включая
антропогенное
поступление,
ежегодно
попадает
в
океан
650
тыс.
т.
Концентрация олова в морской воде уже в 3 раза превышает норму. Количество
ртути, включая антропогенные источники, достигает свыше 5 тыс. т в год.
Наиболее распространенный и опасный вид загрязнения МО - нефтяное
загрязнение. Ежегодно в океан поступает нефти и нефтепродуктов около 5 - 10
млн. т, и их поступление увеличивается в связи с увеличением общей добычи.
Основная масса нефти поступает в океан при авариях и сливе балластных вод,
разработке нефти и газа на шельфах. Реки мира ежегодно выносят в морские и
океанические воды более 1,8 млн. т нефтепродуктов. Только за последние 5- 6
лет произошли крупнейшие выбросы нефти в океан: во время войны в
9
Персидском заливе Иран вылил в него сотни тысяч тонн нефти, что поставило на
грань экологической катастрофы прибрежные государства района бедствия.
В море нефтяное загрязнение имеет различные формы. Нефть может
тонкой пленкой покрывать поверхность воды, а при ее разливах толщина
покрытия вначале может составлять несколько сантиметров. От 2 до 4 %
поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто нефтяной
пленкой. Углеводороды нефти растворяют в себе пестициды, тяжелые металлы,
которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще
более отравляют его.
В этом слое,
играющем особенно важную роль для
различных сторон жизни океана, сосредоточено наибольшие количества нефти.
Но здесь обитает множество организмов, этот слой - "детский сад" для многих
популяций. Нефтяные пленки на поверхности нарушают энерго-, тепло-, водо- и
газообмен, процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа,
теплообмена, меняется отражательная способность (альбедо) воды.
С течением времени образуется эмульсия нефти в воде или воды в
нефти. Позже возникают комочки тяжелой фракции нефти, нефтяные агрегаты,
способные долго плавать на поверхности. К ним прикрепляются различные
мелкие животные, которыми питаются рыбы и усатые киты, заглатывая нефть.
Одни рыбы от этого гибнут, другие насквозь пропитываются нефтью и
становятся непригодны для употребления в пищу. Нефтяное загрязнение
наносит огромный вред живым организмам: меняются физиологические
процессы, возникают патологические изменения в тканях и органах, ухудшается
работа ферментативного аппарата, нервной системы. Все компоненты нефти
токсичны для морских организмов. Доказано, что очень опасно длительное
хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти: постепенно
падает первичная биологическая продуктивность моря.
Опасно радиоактивное загрязнение океанов в результате захоронения в
них радиоактивных отходов и аварий на атомных судах. В 1972 г в Лондоне
была подписана конвенция по предотвращению загрязнения морей и океанов
сбросами, в том числе и радиоактивными. Несмотря на это соглашение, вплоть
10
до 1983 г Великобритания, Швейцария, Бельгия и Нидерланды регулярно
проводили захоронение отходов низкой концентрации в северо-восточной части
Атлантики,
в
международных
водах
у
берегов
Испании.
Хлорированные углеводороды, применяемые для борьбы с вредителями
сельского и лесного хозяйства, с переносчиками инфекционных болезней, уже
многие десятилетия вместе со стоком рек и через атмосферу поступают в МО,
включая Арктику и Антарктику. Они остро токсичны, влияют на кроветворную
систему, наследственность, легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются
в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Будучи ксенобиотиками, т. е.
веществами полностью искусственного происхождения, они не имеют среди
микроорганизмов своих "потребителей" и поэтому почти не разлагаются в
природных условиях, а только накапливаются в МО.
По своему токсичному действию особую опасность представляет ртуть.
Под влиянием микробиологических процессов токсичная неорганическая ртуть
превращается в более токсичные органические формы ртути. Накопленные в
рыбе или в моллюсках соединения метилированной ртути представляют прямую
угрозу жизни и здоровью людей. Печально известна болезнь "минамато",
получившая название от японского залива, где резко проявилось отравление
местных жителей, употреблявших морские продукты из залива, на дне которого
накопилось немало ртути от отходов близлежащего комбината.
Масштабы загрязнения продуктов морей и океанов так велики, что во
многих странах установлены санитарные нормы на содержание в них тех или
других вредных веществ. Каково ближайшее будущее МО и важнейших морей?
В ближайшие 20-25 лет ожидается рост загрязнения МО в 1,5 - 3 раза.
Концентрации многих токсических веществ могут достигнуть порогового уровня
и вызвать деградацию естественной экосистемы. Ожидается, снижение
первичной биологической продукции океана в ряде районов на 20-30 % по
сравнению с нынешней. Безотходные и малоотходные технологии, превращение
отходов в полезные ресурсы – путь, который позволит избежать экологического
тупика. Но потребуются десятилетия для воплощения идеи в жизнь.
11
Вопросы на зачет
1
Виды антропогенного влияния на водные ресурсы суши
2
Виды загрязнения природных вод
3
Загрязнение вод Мирового океана: основные загрязняющие вещества, пути
их поступления в МО, опасность загрязнения МО.
4
Загрязнение вод суши: основные отрасли народного хозяйства,
поставляющие загрязняющие вещества, самые опасные загрязнители.
Использованные источники
1. Оценка влияния изменения вод суши на наземные экосистемы /Отв. ред.
Новикова Н.М. - М.: Наука, 2005, 365 с.
2. www.netschools.ru
3. www.geoman.ucoz.ru
4. www.kp.ru
12