Техногенные воздействия на структуру и функционирование геосистем

Гончаревич А. В.

2 курс ХТиТ  14 группа

Реферат №26

Техногенные воздействия на структуру

и функционирование геосистем

Функциональный подход к изучению техногенных воздействий на ландшафты предполагает прежде всего анализ нарушения вертикальных и горизонтальных связей. Входные воздействия на тот или иной элемент или компонент ландшафта передаются по цепочкам вертикальных связей на другие компоненты, а по каналам горизонтальных связей – на иные геосистемы.

Нарушения гравитационного равновесия и их побочные следствия. Нарушение гравитационного равновесия, приводящее к механическому перемещению масс в геосистемах, может быть вызвано как прямым, так и косвенным хозяйственным воздействием. Наиболее интенсивное непосредственное техногенное перераспределение литосферного материала осуществляется при добыче полезных ископаемых и земляных работах. Первичный географический эффект этой деятельности – появление техногенных форм мезорельефа: терриконов (высотой до 300 м, площадью в десятки гектаров), отвалов (высотой до 100–150 м, протяженностью до 1,5–2,0 км), карьеров (глубиной до 500–800 м, площадью до нескольких квадратных кмлометров). Каждое из этих образований в отдельности имеет локальный характер и чаще сопоставимо с урочищами, однако их комплексы в горнопромышленных районах, на площадях в сотни и тысячи квадратных километров формируют своеобразную техногенную морфологию ландшафтов. Создание техногенных форм рельефа стимулирует вторичные гравигенные процессы. Терриконы и карьеры дают начало обвалам, осыпям, оползням; отвалы и терриконы подвергаются смыву, размыву, развеванию. Пустоты, образующиеся при подземных выработках, часто являются причиной образования воронок и провалов глубиной в десятки метров.

Попутно происходит нарушение влагооборота и водного баланса. Так, вследствие дренирующего воздействия карьеров и откачки вод подземные воды истощаются на расстоянии, многократно превышающем ширину карьера. Создание насыпей и дамб усугубляет застой поверхностных вод и заболачивание.

Более внушительное по масштабам техногенное перемещение вещества происходит в сельском хозяйстве при механической обработке почвы. Этим путем ежегодно подвергается рыхлению, переворачиванию, перемещению не менее 3 ∙ 1012 т твердого почвенного вещества, притом на площади, составляющей примерно десятую долю всей поверхности суши. Механическая обработка приводит к нарушению гравитационного равновесия в пахотном слое и развитию вторичных гравигенных процессов – смыва, линейной эрозии, дефляции.

С точки зрения функционального анализа геосистем важная особенность гравигенных процессов техногенного происхождения – их практически необратимый характер.

Изменения влагооборота и водного баланса. Из составляющих влагооборота наибольшему преобразованию подвергается сток. Косвенным изменениям подвержены также испарение и транспирация. В ощутимых масштабах антропогенные изменения количества атмосферных осадков весьма проблематичны. Следует различать воздействия на процессы формирования стока на водосборах и на водотоки как таковые. Первые непосредственно затрагивают функционирование геосистем.

Один из самых радикальных способов преобразования водного баланса наземных геосистем – орошение, на которое уходит не менее 3/4 забираемой из рек воды.

Помимо основного ожидаемого эффекта – производства биомассы в результате ирригации затрагиваются и другие, сопряженные функциональные звенья геосистем. По сравнению с естественными условиями многократно (в тропиках – до 20 раз) увеличиваются затраты тепла на испарение и сильно уменьшается его турбулентная отдача в атмосферу. С другой стороны, озеленение поверхности приводит к уменьшению альбедо и сокращению эффективного излучения, так что в результате радиационный баланс возрастает. Средняя температура почвы и воздуха повышается. Интенсивная инфильтрация в условиях слабого дренажа может привести к поднятию уровня минерализованных грунтовых вод и вторичному засолению.

Нарушение биологического равновесия и биологического круговорота веществ. Биота чрезвычайно чувствительна к человеческому воздействию и подвергается наиболее сильному преобразованию. Многие биоценозы испытали перестройку, другие полностью замещены искусственными сообществами. Изменение биоценозов вызывает нарушения в других звеньях функционирования геосистем. Следует отметить важное стабилизирующее значение лесов, поддерживающих неустойчивое равновесие между компонентами геосистем в условиях расчлененного рельефа, слабых грунтов, многолетней мерзлоты, экстремального климата (с недостатком или избытком тепла и влаги).

Для восполнения недостатка элементов минерального питания растений вносятся химические удобрения. Однако в некоторых сильно эродированных районах с полей смывается в 100 раз больше азота, калия и фосфора, чем вносится с удобрениями. Кроме того, до 40–50% вносимого в почву количества (что составляет десятки и даже сотни кг/га) вымывается с полей и вовлекается в неконтролируемую водную миграцию.

Техногенная миграция химических элементов в геосистемах. Техногенный геохимический круговорот – одно из самых специфических и трудно контролируемых проявлений современного вмешательства человека в функционирование геосистем. В процессе производства создаются тысячи новых соединений, многие из которых в естественных условиях не образуются. Часть из них предназначена для целенаправленного воздействия на природную среду (удобрения, пестициды), но большинство вводится в геохимический круговорот непреднамеренно – в виде отходов производства, различных отбросов, использованных промышленных изделий. Среди элементов земной коры, вовлеченных в геохимический круговорот, на первом месте стоит углерод, далее следуют Са, Fe, Al, Cl, Na, S, N, P, K, Cu, Zn и др.

Из-за подвижности воздушной среды атмосферные загрязнения (в том числе радиоактивные) способны распространяться на тысячи километров. Копоть и сажа из промышленных центров Европы отлагаются на горных ледниках. Часть воздушных мигрантов попадает в почву, растворяется в поверхностных и подземных водах, вовлекается в пищевые цепи, некоторые из них поглощаются непосредственно водами Мирового океана, другие переходят в водное звено круговорота с атмосферными осадками, выносятся с речным стоком в океан, где заканчивают свою миграцию.

Среди техногенных воздушных мигрантов наибольшее физико-географическое значение может иметь диоксид углерода. По некоторым данным его концентрация в атмосфере возросла лишь за одно десятилетие на 13%.

Оксид углерода СО из-за своей легкости распространяется по всей толще тропосферы. Его средняя концентрация незначительна, но локально (в крупных городах) может возрастать в 200–300 раз. Некоторая часть техногенного СО поглощается водами океана или окисляется в озоновом слое атмосферы до СО2.

Сернистый ангидрид оказывает вредное влияние на древесную растительность (с ним связывают, в частности, массовую гибель темнохвойных лесов в Западной Европе). Пагубное влияние SO2 сказывается на почвенных микроорганизмах. На частицах дыма сернистый ангидрид каталитически окисляется до серного ангидрида SO3, который, растворяясь в воде, превращается в серную кислоту, выпадающую с осадками («кислотные дожди»).

Помимо указанных причин загрязнения вод существуют более сложные и трудно поддающиеся измерению и контролю пути водной миграции различных хозяйственных и бытовых выбросов. Источниками их служат сельскохозяйственные земли (в том числе орошаемые), загрязненные удобрениями и ядохимикатами, животноводческие фермы и пастбища, рекреационные угодья, отвалы и терриконы, свалки промышленных и бытовых отходов. Из этих источников различные органические и минеральные вещества вовлекаются в водную миграцию посредством плоскостного смыва талыми и ливневыми водами, а также инфильтрацией. Часть техногенных водных мигрантов может вовлекаться в биологический метаболизм.

Из-за загрязнений многие реки превращаются в сточные канавы. В худшем положении оказываются внутренние водоемы, характеризующиеся замедленным влагооборотом (осредненная скорость влагооборота у озер Земли в 230 раз меньше, чем у рек). Поэтому в озерах и водохранилищах условия самоочищения значительно хуже, чем в реках, во многих из них резко изменился гидрохимический и гидробиологический режим, некоторые из них превратились в «мертвые водоемы».

Конечное звено водной миграции техногенных выбросов – Мировой океан. Его прогрессирующее загрязнение обусловлено не только веществами, поступающими с речным стоком, но и непосредственными выбросами нефтепродуктов (при авариях на танкерах и нефтепромыслах) и промышленных отходов, а также техногенными осадками из атмосферы. Процесс загрязнения океана в основном необратим.

Изменения теплового баланса. Многообразное техногенное влияние на тепловой баланс земной поверхности и атмосферы имеет непреднамеренный характер и является побочным результатом хозяйственной деятельности. Техногенные энергетические факторы можно разделить на четыре группы.

1. Преобразование подстилающей  поверхности, влияющее на изменение  теплового баланса. Происходит при  вырубке лесов, осушении болот, создании  водохранилищ и искусственных  покрытий в городах, запылении  поверхности снега и льда, образование  нефтяной пленки в океанах  и др.

2. Выбросы тепла в атмосферу  в результате производства энергии. Вся вырабатываемая энергия в конечном счете превращается в тепло и рассеивается в пространстве, причем не менее 2/3 энергии, содержащейся в потребляемом топливе, не используется в производстве из-за низкого КПД (коэффициент полезного действия) и непосредственно уходит в атмосферу в виде тепла. Одним из источников тепла служит нагретая вода, используемая для охлаждения на тепловых и атомных электростанциях.

3. Увеличение концентрации углекислого  газа в атмосфере. Роль этого  фактора служит предметом дискуссий. Многие авторы придают ему  особенно большое значение, поскольку  он должен усиливать парниковый  эффект и, следовательно, вести к  прогрессивному повышению температуры  воздуха в глобальных масштабах. Однако этому процессу должны  сопутствовать некоторые процессы  с противоположным температурным  эффектом (в частности, изменение  облачности).

4. Увеличение содержания аэрозоля  в атмосфере. Запыленность воздуха  способствует образованию облаков  и повышает величину отраженной  солнечной радиации, но в то  же время пылевые частицы поглощают  длинноволновое излучение и тем  самым усиливают парниковый эффект. Соотношение этих противоположных  тенденций еще недостаточно ясно.

Существуют предположения, согласно которым при современных темпах роста производства энергии через 100 лет средняя температура может повыситься более чем на 3ºС, что приведет к таянию ледниковых покровов и повышению уровня Мирового океана. Однако подобные прогнозы пока ненадежны, поскольку количественная оценка различных составляющих техногенного воздействия на тепловой баланс очень неточна и часто противоречива; механизм возникающих при этом атмосферных процессов, в частности обратных связей, не изучен; наконец, мы еще плохо знаем характер климатических колебаний, происходящих в силу естественных причин, вследствие чего трудно отделить техногенный вклад в наблюдающиеся тенденции изменения термики атмосферы.