Загрязнение литосферы

 Введение

 

     Верхняя часть  литосферы, которая непосредственно  выступает как  минеральная  основа биосферы, в настоящее  подвергается все более возрастающему  антропогенному воздействию, В  эпоху бурного экономического  развития, когда в процесс производства  вовлечена практически вся биосфера  планеты, человек, по гениальному  предвиденью В. И. Вернадского,  стал «крупнейшей геологической  силой», под действием которой  меняется лик Земли.

    Уже сегодня  воздействие человека на литосферу  приближается к пределам, переход  которых может вызвать необратимые  процессы почти по всей поверхностной  части земной коры, В процессе  преобразования человек (по данным  на начало 90-х гг.) извлек 125 млрд  т угля, 32 млрд т нефти, более  100 млрд т других полезных ископаемых, Распахано более 1500 млн га земель, заболочено и засолено 20 млн га. Эрозией за последние сто лет  уничтожено 2 млн га, площадь оврагов  превысила 25 млн га. Высота терриконов  достигает 300 м, горных отвалов  – 150 м, глубина шахт, пройденных  для добычи золота, превышает  4 км (Южная Африка), нефтяных скважин  – 6 км.

    Экологическая  функция литосферы выражается  в том, что она является «базовой  подсистемой биосферы: образно говоря, вся континентальная и почти  вся морская биота опирается  на земную кору. Например, техногенное  разрушение минимального слоя  горных пород на суше или  шельфе автоматически уничтожает  биоценоз. Но кроме того, литосфера  служит основным поставщиком  минерально-сырьевых и в том  числе и энергетических ресурсов, большая часть которых относится  к невозобновимым».

    

Воздействие на почвы

 

    Почва – один из важнейших компонентов окружающей природной среды. Все основные ее экологические функции замыкаются на одном обобщающем показателе – почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, не дает почве возможность выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т. е. ухудшать свои свойства. К деградации почв ведут и другие причины, преимущественно антропогенного характера.

Человек интенсивно воздействует на верхнюю часть твердой оболочки Земли. Преимущественно это воздействие  приходится на верхний плодородный слой литосферы — почву, благодаря которой человечество удовлетворяет основную часть своих потребностей в продуктах питания. Плодородные земли относятся к условно возобновимым ресурсам, однако время, необходимое для их восстановления, т. е. формирования плодородного слоя, достаточного для сельскохозяйственного использования, может исчисляться сотнями или даже тысячами лет. При нормальных природных условиях 1 см толщины плодородной почвы образуется за 125—400 лет. Процесс значительно ускоряется при оптимальной агротехнике, но даже в этих условиях для создания 1 см плодородного слоя требуется не менее 40 лет.

Стремясь повысить урожаи выращиваемых культур, человек широко применяет  удобрения, пестициды, строит ороси- тельные  и осушительные системы. При этом вносятся существенные антропогенные  помехи в биогеохимические круговороты  биогенных элементов.

Основное условие формирования высоких урожаев — наличие  в почве питательных элементов  в доступных формах и в должном  соотношении. Основными биогенными элементами являются углерод, азот, фосфор, калий и т. д. Естественные биоценозы  — это устойчивые саморегулирующиеся системы, тогда как агробиоценозы  — это системы с разрушенными обратными связями, которые могут  существовать только при целенаправленной регулирующей деятельности человека.

       Для земледелия особенно важен баланс фосфора в экологических системах. Фосфор — важнейший биогенный элемент, и его дефицит резко снижает продуктивность растений. Фосфор не имеет естественных источников пополнения запаса в почве. Восполнение потерь возможно только путем внесения фосфорных и органических удобрений. В круговорот фосфора в биосфере вовлечены почва, вода и растения.

Потери фосфора в экосистемах  происходят в результате изъятия  его с урожаем и за счет эрозии почвы.

 

Эрозия почв.

  

 Эрозия почв ( от лат. еrosio – разъединение) – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветров (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия), Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными.

    К эрозионным  процессам относят также промышленную  эрозию (разрушение сельскохозяйственных  земель при строительстве и  разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной пастьбе скота), ирригационную (разрушение почв  при прокладке каналов и нарушении  норм поливов) и др.

    Однако настоящим  бичом земледелия у нас в  стране и мире остаются водная  эрозия (ей подвержена 31 % суши) и  ветровая эрозия (дефляция), активно  действующая на 34 % поверхности суши. В США эродировано, т. е. подвержено  эрозии, 40 % всех сельскохозяйственных  земель, а в засушливых районах  мира еще больше – 60 % от  общей площади, из них 20 % сильно  эродированы.

    Эрозия оказывает  существенное негативное влияние  на состояние почвенного покрова,  а во многих случаях разрушает  её полностью. Падает биологическая  продуктивность растений, снижаются  урожаи и качество зерновых  культур, хлопка, чая и др.

 

    Водная эрозия почв (земель). Под водной эрозией понимают разрушение почв под действием временных водных потоков. Различают следующие формы водной эрозии: плоскостную, струйчатую, овражную, береговую. Как и в случае ветровой эрозии, условия для проявления водной эрозии создают водные факторы, а основной причиной её развития является производственная и иная деятельность человека. В частности, появление новой тяжёлой почвообрабатывающей техники, разрушающей структуру почвы, - одна из причин активизации водной эрозии в последние десятилетия. Другие негативные антропогенные факторы: уничтожение растительности и лесов, чрезмерный выпас скота, отвальная обработка почв и др.

    Среди различных  форм проявления водной эрозии  значительный вред окружающей  природной среде и первую очередь  почвам приносит овражная эрозия. Экологический ущерб от оврагов  огромен. Площадь оврагов только  на территории Русской равнины  составляет 5 млн га и продолжает  увеличиваться. Подсчитано, что ежедневные  потери почв из-за развития  оврагов достигают 100-200 га.

 

   Ветровая эрозия (дефляция) почв. Под ветровой эрозией понимают выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром.

 

Интенсивность ветровой эрозии зависит от скорости ветра, устойчивости почвы. Наличие растительного покрова, особенностей рельефа и других факторов. Огромное влияние на её развитие оказывают антропогенные факторы. Например, уничтожение растительности, нерегулируемый выпас скота, неправильное применение агротехнических мер резко активируют эрозионные процессы.

 

Различают местную (повседневную) ветровую эрозию и пыльные бури. Первая проявляется в виде позёмок и столбов пыли при небольших скоростях ветра.

Пыльные бури возникают при очень сильных и продолжительных ветрах. Скорость ветра достигает 20 – 30 м/c и более. Наиболее часто пыльные бури наблюдаются в засушливых районах (сухие степи, полупустыни, пустыни). Пыльные бури безвозвратно уносят самый плодородный верхний слой почв; они способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1 га пашни, негативно влияют на все компоненты окружающей природной среды, загрязняют атмосферный воздух, водоёмы, отрицательно влияют на здоровье человека.

 

В нашей стране пыльные  бури неоднократно возникали в Нижнем Поволжье, на Северном Кавказе, в Башкирии и в других районах. Опустошительная пыльная буря отмечалась в апреле 1928 г., когда пострадала огромная площадь земель от Дона до Днепра. Ветер поднял более 15 млн т чернозёмной пыли до высоты 400-700 м, выдувание почвы достигло 10-12 см, а местами – 25 см, т. е. практически почва была унесена на ту глубину, на которую она была вспахана.

 

Старожилы на Северном Кавказе  хорошо помнят пыльную бурю, охватившую в марте-апреле 1960 г. Значительную часть  Северного Кавказа. Нижнего Дона и южную Украину. На огромной территории был снесён слой плодородной почвы толщиной до 10 см. повреждены озимые, засыпаны многие оросительные каналы. Вдоль полезащитных лесонасаждений, железнодорожных насыпей образовались земляные валы высотой до 2-3 метров.

 

В настоящее время крупнейший источник пыли – Арал. На космических снимках видны шлейфы пыли, которые тянутся в стороны от Арала на многие сотни километров. Общая масса переносимой ветром пыли в районе Арала достигает 90 млн т в год. Другой крупный пылевой очаг в России – Черные земли Калмыкии.

 

Вторичное засоление  и заболачивание почв

 

В процессе хозяйственной  деятельности человек может усиливать  природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах.

Во всем мире процессам  вторичного засоления и осолонцевания  подвержено около 30% орошаемых земель. Площадь засоленных почв в России составляет 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.

Основная мера предотвращения вторичного засоления - умеренные поливы, исключающие просачивание влаги  в глубинные горизонты и подъем уровней грунтовых вод.

Должны быть исключены  примитивные методы поливов (например, напуском воды), неконтролируемое дождевание и др. Их необходимо заменять более прогрессивными (локальное увлажнение посредством капельниц, подземное орошение через пористые трубы и др.).

Заболачивание почв наблюдается  в сильно переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне России, на Западно-Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты. Заболачивание почв сопровождается деградационными процессами в биоценозах, появлением признаков оглеения и накоплением на поверхности неразложившихся остатков. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.

Наиболее рациональный и  перспективный способ борьбы с постоянным заболачиванием — мелиорация почв закрытым дренажем; временное заболачивание  предотвращают глубокой вспашкой, устройством  временных канав, борозд.

 

 

Загрязнение почв

  

    Поверхностные  слои почв легко загрязняются. Большие концентрации в почве  различных химических соединений  – токсикантов пагубно влияют  на жизнедеятельность почвенных  организмов. При этом теряется  способность почвы к самоочищению  от болезнетворных и других  нежелательных микроорганизмов,  что чревато тяжелыми последствиями  для человека, растительного и  животного мира. Например, в сильно  загрязненных почвах возбудители  тифа и пара тифа могут сохраняться  до полутора лет. Тогда как  незагрязненных – лишь в течение  двух-трёх суток.   

    Загрязнения почвы  трудно классифицируются, в разных  источниках их деление даётся  по-разному. Если обобщить и  выделить главное, то наблюдается  следующая картина по загрязнению  почвы:

• Мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В эту группу входят различные по характеру загрязнения смешанного характера, включающие как твёрдые, так и жидкие вещества, не слишком вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.
• Тяжёлыми металлами. Данный вид загрязнений уже представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, так как тяжёлые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме. Наиболее распространённое автомобильное топливо - бензин - содержит очень ядовитое соединение - тетраэтилсвинец, содержащее тяжёлый металл свинец, который попадает в почву. Из других тяжёлых металлов, соединения которых загрязняют почву, можно назвать Cd (кадмий), Cu (медь), Cr (хром), Ni (никель), Co (кобальт), Hg (ртуть), As (мышьяк), Mn (марганец).
• Пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут находиться в почве в значительных количествах. По своей опасности для животных и человека они приближаются к предыдущей группе. Именно по этой причине был запрещён для использования препарат ДДТ (дихлор-дифенил-трихлорметилметан), который является не только высокотоксичным соединением, но, также, он обладает значительной химической стойкостью, не разлагаясь в течение десятков (!) лет. Следы ДДТ были обнаружены исследователями даже в Антарктиде! Пестициды губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли.
• Микотоксинами. Данные загрязнения не являются антропогенными, потому что они выделяются некоторыми грибами, однако, по своей вредности для организма они стоят в одном ряду с перечисленными загрязнениями почвы.
• Радиоактивными веществами. Радиоактивные соединения стоят несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому, что по своим химическим свойствам они практически не отличаются от аналогичных не радиоактивных элементов и легко проникают во все живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера один наиболее опасный - ⁹⁰Sr (стронций-90). Данный радиоактивный изотоп имеет высокий выход при ядерном делении (2 - 8%), большой период полураспада (28,4 года), химическое сродство с кальцием, а, значит, способность откладываться в костных тканях животных и человека, относительно высокую подвижность в почве. Совокупность вышеназванных качеств делают его весьма опасным радионуклидом. ¹³⁷Cs (цезий-137), ¹⁴⁴Ce (церий-144) и ³⁶Cl (хлор-36) также являются опасными радиоактивными изотопами. Основная масса наиболее активных изотопов, с небольшим периодом полураспада, попадает в окружающую среду антропогенным путём: в процессе производства и испытаний ядерного оружия, из атомных электростанций, особенно в виде отходов и при авариях, при производстве и использовании приборов, содержащих радиоактивные изотопы и т. д., хотя существуют и природные источники радиоактивного загрязнения.