Лекция 11. Антропогенные изменения географической оболочки

1. Экологические проблемы мира. Природопользование и мониторинг

 

 

Экологические проблемы мира

 

На рубеже 60–70-х годов прошлого века сформировалось понятие о глобальных проблемах человечества, которые, во-первых, касаются всего человечества, затрагивая интересы и судьбы всех стран, народов и социальных слоев. Во-вторых, приводят к значительным экономическим и социальным потерям, а в случае их обострения могут угрожать самому существованию человеческой цивилизации. В-третьих, требуют для своего решения сотрудничества в общепланетарном масштабе, совместных действий всех стран и народов.

В 80-е годы в глобалистике сложилась классификация глобальных проблем, исходящая из их подразделения на три большие группы.

В первую группу стали включать проблемы, связанные с основными социальными общностями человечества: разоружение и предотвращение новой мировой войны, преодоление разрыва в уровнях социально-экономического развития между экономически развитыми и развивающимися странами, обеспечение занятости экономически активного населения и другие.

Ко второй группе стали относить проблемы, связанные с отношениями в системе «человек-общество»: эффективное использование достижений НТР, развитие культуры, образования, здравоохранения и др.

Третья группа вобрала в себя проблемы, связанные с отношениями в системе «человек-природа»: сохранение и восстановление экологического равновесия, обеспечение потребностей человечества в природных ресурсах, использование ресурсов Мирового океана, мирное освоение космического пространства и др.

Характеризуя общее состояние окружающей природной среды, ученые разных стран обычно употребляют такие определения, как «деградация глобальной экологической системы», «экологическая дестабилизация», «разрушение природных систем жизнеобеспечения» и т.п. В последних докладах американского Института всемирного наблюдения («Уорлдуотч») прямо говорится о «страшной» экологической ситуации, складывающейся в мире. Примерно таких же оценок придерживаются российские ученые-экологи, географы, представители других наук: В.И. Данилов-Данильян, Н.Н. Моисеев, В.М. Котляков, Н.Ф. Реймерс, В.С. Преображенский, К.С. Лосев и многие другие.

Н.Ф. Реймерс дал следующее определение экологического кризиса: «Экологический кризис – это напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы. Характеризуется не просто и не столько усилением воздействия человека на природу, но и резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие».

Экологические проблемы литосферы. В современную эпоху колоссальных созидательных и разрушительных возможностей общества насущной необходимостью становятся знания о взаимодействии человечества с литосферой – не только источником ресурсов, но и вещественно-морфологическим фундаментом жизнедеятельности людей. Активная производственная деятельность человека непосредственно связана с верхней частью литосферы, характеризующейся, прежде всего, свойствами горных пород. Как известно, подземное строительство (тоннели, метрополитен, АЭС и т.п.) осуществляют на глубинах до 100 и более метров, максимальная глубина карьеров достигает 1 км, шахт – 4 км, эксплуатируемых скважин – 7 км, промышленных подземных ядерных взрывов – 2,4 км. Бурение самой глубокой в мире Кольской скважины было приостановлено на отметке 12 262 м.

Основные техногенные воздействия на литосферу проявляются в виде открытых (карьеры, разрезы), подземных (шахты, штольни), скважинных разработок полезных ископаемых. Они приводят к различным локальным и региональным изменениям литосферного пространства. Например, возникают трансформации физико-механических свойств горных пород (разуплотнения, сдвижения, обрушения, уплотнения, изменения температуры), мульды проседания земной поверхности, техногенные отложения (отвалы, терриконы). Крупные карьеры на Урале, в Казахстане, Сибири, в европейской части России имеют глубины более 150–200 м. Максимальная глубина карьера на горе Благодать (Урал) – 800 м, карьеры по добыче алмазов в Якутии достигают глубины 400 м, их диаметр на поверхности доходит до 2 м. Длина карьеров различна – от сотен метров до 8 км, а ширина достигает 4 км. Например, размеры Железногорского карьера (Курская магнитная аномалия) на поверхности составляют 2х3,6 км при глубине более 100 м. Площадь отдельных карьерных полей достигает 30 км².

Мировой объем ежегодно перемещаемых горных пород в результате производственной деятельности оценивают в 10 тыс. км³, т.е. масса их составляет не менее 20 трлн. т. При этом около 98 % добываемых в литосфере материалов уходят в отвалы, и лишь 2 % непосредственно используют в производстве продукции.

Широко распространены оседания поверхности литосферы в связи с водопонижением. Известны максимальные опускания поверхности литосферы в результате отбора подземных вод: в Мехико – до 9 км, в Токио – до 7, в Амагасаки – до 3,1 в Осаке – до 2,2, в Техасе – до 1,2, в Москве – до 0,35, Лондоне – до 0,3 м. В результате отбора для орошения 20 км³ подземных вод за 1940–1967 гг. оседание земной поверхности на отдельных участках в центре Аризоны (США) составило 2–2,3 м.

Вследствие образования больших котлованов, карьеров, карьерных полей, взрывообразного роста городов возникает геотехноморфогенная изостазия, т.е. изменение равновесного состояния земной коры в результате техногенного изъятия или привнесения значительных масс вещества. Например, инструментально установлена московская городская «чаша оседания» (до 1 м и более), сформировавшаяся под влиянием массы зданий и других сооружений и обрамленная кольцевой зоной шириной 10–30 км компенсационных поднятий.

Для Хибин установлено, что после того, как масса изъятия горной породы превысила 200 млн. т, возросли темпы поднятий поверхности литосферы. Всего в Хибинах уже извлечено 1 360 млн. т руды. Вероятны проявления такого рода поднятия поверхности литосферы в Канско-Ачинском и Печорском буроугольных бассейнах.

Известны факты усиления сейсмической активности после строительства крупных водохранилищ в Евразии и Северной Америке. Вследствие сжигания горючих минеральных ископаемых из литосферы в атмосферу поступает около 6 млрд. т углерода в год. Роль мировой хозяйственной деятельности человека в сносе твердого материала с суши в океан оценивают в 60 % от общей величины денудации – совокупности процессов сноса и переноса (водой, ветром, льдом, непосредственным проявлением силы тяжести) продуктов разрушения горных пород.

Хозяйственная деятельность людей может вызывать трансформацию режима эндогенной активности недр, способствовать возникновению крупномасштабных гравитационных аномалий. Широкое распространение получила породопреобразующая деятельность человека, существенно превышающая многие природные литогенные процессы образования осадочных горных пород. Ежегодное мировое накопление грунтов в отвалах, достигающее 200 млрд. т, в несколько раз превышает объем всего твердого материала, перемещаемого глобальной денудацией с поверхности суши в море.

Экологические проблемы атмосферы. Атмосфера играет исключительную роль в жизни ГО. Однако в результате жизнедеятельности человека происходит заметное изменение самой атмосферы. Человек воздействует на все климатические процессы – теплооборот, влагооборот и циркуляцию атмосферы.

Одной из наиболее серьезных проблем, возникшей в последние десятилетия, является проблема глобального потепления климата. Климат испытывал изменения на протяжении всей истории Земли. Изменения климата имели разные временные масштабы – от 10 до 10⁸ лет. Последний масштаб отвечает ледниковым периодам, а первый – современным колебаниям климата. За короткий исторический период климат в северном полушарии претерпел несколько драматических колебаний. Самым значительным из них было заметное потепление Арктики (конец XIX в. – начало XX в.). Еще более мощным явилось последнее потепление климата, природа которого в значительной степени техногенная.

Наиболее существенными факторами техногенного воздействия на климат, связанными в основном с развитием энергетики, промышленности, сельского хозяйства и других отраслей являются следующие:

– изменение газового состава атмосферы вследствие выбросов в нее продуктов сжигания органического топлива – углекислый газ, окислы азота, фреоны, метан, озон и др.;

– изменение аэрозольного состава атмосферы вследствие поступления в нее сажи, продуктов сгорания в виде соединений серы, др. частиц, в результате воздействия на почву и т.д.;

– поступление в атмосферу либо в воды суши и океана непосредственно тепловой энергии – тепловых выбросов;

– изменение структуры (альбедо и свойств шероховатости) подстилающей поверхности.

Наибольшее значение имеет первая из указанных причин техногенного изменения климата. Особенно важен рост содержания в атмосфере за счет техногенной деятельности следующих парниковых газов: водяного пара, двуокиси углерода (CO₂), метана (CH₄), оксида азота (N₂О) и фреонов.

Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 60 млн. т твердых частиц, которые способствуют образованию смога и затрудняют видимость в атмосфере. Диоксид серы и оксиды азота служат главным источником образования кислотных осадков. Большое воздействие на газовый состав атмосферы оказывает увеличение концентрации оксида углерода (на 1 % в год) и метана (на 0,5 % в год). Почти ⅔ всех мировых выбросов этих загрязнителей приходится на экономически развитые страны Запада и США.

Но еще более опасный и масштабный эффект экологического кризиса связан с воздействием на нижние слои атмосферы так называемых парниковых газов, и, прежде всего, диоксида углерода и метана. Диоксид углерода поступает в атмосферу как в результате разрушения биоты человеком, при котором она распадается на воду и углекислый газ (⅓ всех поступлений), так и вследствие сгорания минерального топлива (⅔). Уничтожение лесов также действует как источник CO₂.

Источниками поступления в атмосферу метана служат сжигание биомассы, некоторые виды сельскохозяйственного производства (распашка земель, расширение рисовых плантаций), утечка его из нефтяных и газовых скважин. Концентрация CO₂ в атмосфере, по данным конференции в Рио-де-Жанейро, на 2000 г. составляет 0,038 % (в 1960 г. – 0,032 %). При удвоении значений концентрации углерода, в отсутствии каких-либо других изменений, увеличение средней глобальной температуры земной поверхности составит 1,5–4,5° С, что вызовет таяние ледников и полярных льдов, поднимет уровень Мирового океана, создаст угрозу для сотен миллионов жителей прибрежных районов и полностью затопит некоторые острова, обусловит развитие и других негативных процессов, прежде всего – опустынивания земель. По подсчетам ученых средняя температура Земли к 2000 г. составила 15,5º С (в 1970 г. – 14,9° С), наибольший рост температуры отмечен в северной части Тихого океана (0,75º за 100 лет) и в северной Америке (0,57º за 100 лет).

Техногенная гипотеза образования «озоновой дыры» связана с увеличением содержания в атмосфере искусственных химических соединений – фреонов (хлорфторкарбоны). Поступают они из аэрозольных упаковок, бытовых холодильников, рефрижераторов, выбросов химических заводов. Эти соединения поднимаются вверх, при их разложении образуется свободный хлор, разрушающий озон.

Экологические проблемы гидросферы. Основная экологическая проблема гидросферы – загрязнение океана. Загрязняющими веществами являются сточные воды, нефть, химические вещества, мусор, радиоактивные отходы. Общий глобальный объем сточных вод в начале 90-х годов достиг 1800 км³. Эта цифра может показаться не такой уж большой, но необходимо учитывать, что для разбавления загрязненных сточных вод до приемлемого к употреблению уровня на единицу объема требуется от 10 до 100 (иногда до 200) единиц чистой воды. В результате использование водных ресурсов для разбавления и очищения сточных вод стало самой крупной статьей их расходования. В первую очередь это относится к Азии, Северной Америке и Европе, на долю которых приходится более 90 % всего мирового сброса сточных вод.

Нефтяное загрязнение отрицательно сказывается прежде всего на состоянии морской и воздушной среды, поскольку нефтяная пленка ограничивает газо-, тепло- и влагообмен между ними. Ежегодно в Мировой океан попадает примерно 3–5 млн. т нефти и нефтепродуктов: природные источники – 250 тыс. т; танкерные операции и аварии – 700 тыс. т + 400 тыс. т; другие виды транспорта – 400 тыс. т; бытовые отходы – 700 тыс. т; промышленные отходы – 300 тыс. т; утечка – 200 тыс. т; из атмосферы – 300 тыс. т. Нефть отрицательно воздействует на все группы морских организмов, особенно живущих у поверхностной пленки воды. Нефтяные углеводороды концентрируются в поверхностном слое воды (до 1 мм). По всей акватории Мирового океана в этом слое содержится 2 млн. т нефти. Особенно загрязнены нефтью тропические и субтропические широты в Атлантическом океане. В Саргассовом море концентрация углеводородов достигает до 180 мг/м². В Тихом океане покрыты нефтяной пленкой большие площади в Южно-Китайском и Желтом морях. Нефтяная пленка разливается слоем толщиной в 1 молекулу, поэтому 1 кг нефти разливается на площади в 1 га (планктон погибает при концентрации нефти более 1 мг/л воды).

Глобальный характер носит проблема обеспеченности человечества чистой питьевой водой. Около 1,3 млрд. человек пользуются в быту только загрязненной водой, что служит причиной многих эпидемических заболеваний. Обеспеченность водными ресурсами на душу населения снизилась с 11 тыс м³/год (70-е годы) до 6,5 тыс. м³/год (конец ХХ в.). Неравномерность распределения населения и водных ресурсов по земному шару приводит к тому, что в некоторых странах ежегодная обеспеченность населения ресурсами пресной воды снижается до 1000–2000 м³/год (страны Южной Африки) или повышается до 100 тыс. м³/год (Новая Зеландия). В таких обильных водой и малонаселенных районах, как Аляска, обеспеченность водными ресурсами на душу населения даже превышает 2 млн. м³/год.

Международное сообщество активно ведет поиск путей эффективной охраны морской среды; в настоящее время существует более 100 конвенций, соглашений, договоров и других правовых актов, которые регулируют различные аспекты, обусловливающие предотвращение загрязнения Мирового океана. В формировании нового международно-правового режима Мирового океана ведущее место занимает конвенция ООН по морскому праву (1982), включающая комплекс проблем охраны и использования Мирового океана в современных условиях.

Экологические проблемы биосферы. Одно из главных последствий экологического кризиса на планете выражается в уменьшении биологического разнообразия. Биологическое разнообразие определено в Конвенции о биологическом разнообразии, принятой в Рио-де-Жанейро на конференции ООН по окружающей среде и развитию (2000), как «вариабельность живущих организмов любого происхождения, включая наземные, морские и другие водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются. Оно включает разнообразие внутри вида, между видами и экосистемами. Другими словами, биологическое разнообразие – вариабельность всего живого на Земле». Биологическое разнообразие Земли по самым скромным подсчетам оценивается в 10–20 млн. видов, и, тем не менее, урон данной сфере уже достаточно ощутим. Средняя продолжительность существования вида составляет 4 млн. лет. Ученые считают, что за год естественным путем исчезают четыре вида, однако за антропогенный период скорость исчезновения видов резко увеличилась: в год исчезают десятки видов. Это происходит из-за разрушения среды обитания растений и животных, чрезмерной эксплуатации сельскохозяйственных ресурсов, загрязнения окружающей среды. Согласно американским источникам, за последние 200 лет на Земле исчезло около 900 тысяч видов растений и животных. Во второй половине XX в. – начале XXI в. процесс сокращения генофонда резко ускорился. В Международную Красную книгу включено 236 видов млекопитающих, 287 – птиц, 119 видов пресмыкающихся, 36 видов земноводных.

Важной составляющей живого вещества является лесной покров. Леса являются основным аккумулятором биомассы (органики) на суше, в них содержится более 80 % биомассы Земли. Процесс обезлесения выражается в сокращении площади под естественной растительностью, прежде всего лесной и приводит к аридизации климата, эрозии почв, опустыниванию. Восемьдесят процентов лесов, когда-то покрывавших сушу, сведены или заменены искусственными насаждениями. В начале XXI века леса занимают на суше земного шара 3690 млн. га или 27 % общей площади (FAOSTAT, 2003). Наиболее существенная причина обезлесения, затронувшего многие районы лесных массивов в развивающихся странах, - это их расчистка под пашню или неумеренный выпас домашнего скота. Вторая причина – добыча топливной древесины; на нее приходится до трети всех потерь лесных ресурсов. Ежегодно в мире сжигается до 1,6 млрд. м³ древесины, а потребность в дровяном топливе оценивается в 2,4-2,6 млрд. м³. Леса активно вырубаются в Африке, Латинской Америке, Азиатско-Тихоокеанском регионе. Только за период с 1990 по 1995 гг. мировая лесная площадь сократилась на 65 млн. га, в то время как в Европе и Северной Америке лесопосадки не только компенсируют потери, но и увеличивают их лесную площадь (за этот же период – на 9 млн. га). Самые крупные по масштабу лесоразработки отмечаются в Латинской Америке, где в Амазонии за 1980-1990-е годы исчезло 62 млн. га (6 % лесной площади), а в последующие 5 лет – еще 29 млн. га. За этот же период в Африке леса сократились на 18 млн. га, в Азии – на 17 млн. га. Между тем, именно эти леса называют «легкими планеты», поскольку с ними связано поступление кислорода в атмосферу, в них сосредоточено более половины всех видов флоры и фауны, представленных на Земле.

Деградация земельных (почвенных) ресурсов в результате расширения земледелия и животноводства происходила на протяжении всей истории человечества. Мощным толчком для объединения усилий мирового сообщества по предотвращению угрозы деградации земельных ресурсов, подрывающей систему обеспечения продовольствием, была длительная засуха в Сахаре в 1968-1973 годах. По инициативе ЮНЕП в 1977 г. в Найроби была созвана конференция ООН по борьбе с опустыниванием, на которой было принято определение опустынивания «как уменьшения или уничтожения биологического потенциала земли, которые, в конечном счете, могут привести к возникновению условий, аналогичных естественной пустыни». В результате нерационального землепользования человечество за исторический период своего существования уже потеряло 2 млрд. га продуктивных земель, что значительно превышает всю современную площадь пашни. В настоящее время в результате процессов деградации почвы ежегодно из мирового сельскохозяйственного оборота выбывает 6–7 млн. га плодородных земель, которые превращаются в пустоши. В целом процесс деградации почв особенно интенсивно протекает на засушливых землях, которые в совокупности занимают 6,1 млрд. га, и в наибольшей мере характерны для Азии и Африки. В пределах засушливых земель находятся и главные районы опустынивания, где перевыпас скота, сведение лесов и нерациональное орошаемое земледелие достигли самого высокого уровня. По имеющимся оценкам, общая площадь опустынивания аридных земель в мире достигает в наши дни 4,7 млрд. га. В том числе территория, на которой происходит антропогенное опустынивание, оценивается в 900 млн. га, к тому же она ежегодно увеличивается на 6 млн. га. Наиболее подвержены опустыниванию пастбищные земли. В Африке, Азии, Северной и Южной Америке, Австралии и Европе опустынивание затронуло уже 70–80 % всех пастбищ, расположенных в засушливых районах. На втором месте стоят неорошаемые обрабатываемые земли (особенно в Азии, Африке и Европе), на третьем – орошаемые земли (особенно в Азии).

В таблице 5 приведены результаты исследования степени нарушенности экосистем хозяйственной деятельностью людей.

В наибольшей степени ландшафты разрушены в развитых странах, а также в районах древнего земледелия и в развивающихся странах – это Европа (без России), часть Северной Америки, Юго-Восточная Азия, Индостан. В этих регионах только на 1-10% территории сохранились естественные ландшафты. Они заменены в основном сельхозугодьями, поселениями, инфраструктурой, вторичными лесами.

Природопользованиеимониторинг. Природопользование – это совокупностьвсехформвоздействиячеловеканагеографическуюсреду,втомчислеэксплуатациюприродно-ресурсногопотенциалаимерыпоегосохранению.Включает:извлечениеипереработкуприродныхресурсов,ихвоспроизводство;использованиеиохрануприродныхусловийсредыжизни;поддержаниеивосстановлениеэкологическогоравновесияприродныхсистем.

Принерациональномприродопользованииприродно-ресурсныйпотенциалтерриториинесохраняется.Рациональноеприродопользование,напротив,отличаетсятакимхозяйствованием,прикоторомпроисходитэкономноеиспользованиеприродно-ресурсногопотенциала,аврядеслучаев–егоэффективноевоспроизводство.Ксожалению,внастоящеевремячеловечестворазвиваетсяврамкахнерациональногоприродопользования.

Кроме этого под природопользованием понимают комплексную научную дисциплину,находящуюся настыкеестественных,общественныхитехническихнаук.Еётеоретическойбазойявляютсягеографияиэкология.Основная задачаприродопользования–оптимизацияотношениймеждуприроднымиресурсами,природнымиусловиямиисоциально-экономическимразвитиемобщества.

Мониторинг (отангл.monitoring,отлат.monitor–напоминающий,надзирающий),комплекснаясистеманаблюдений,оценкиипрогнозаизмененийсостоянияокружающейсредыподвлияниемантропогенныхвоздействий.Мониторингневключаетуправлениекачествомокружающейсреды.Однакоправильнаяорганизациятакогоуправлениявозможнатолькоприфункционированиисистемымониторинга,котораяможетохватыватькаклокальные,такиглобальныеработы(см.Мониторингглобальный).Во многих странахмира созданыспециализированныестанциимониторинга.Важнуюрольвмониторингеиграетглобальнаясистемабиосферныхзаповедников.Приподбореразличныхподходовиориентацииподсистеммониторингадляосуществленияопределенныхцелейважновыделитьподсистемунаблюдений(оценкиипрогноза)зареакциейосновныхсоставляющихбиосферы:абиотическойсоставляющей(геофизическиймониторинг)ибиотическойсоставляющей(биологическиймониторинг).Термин“мониторинг”появилсяпередпроведениемСтокгольмскойконференцииООНпоокружающейсреде(5–16июня1972)впротивовес(иливдополнение)ктермину“контроль”,которыйкроменаблюденияиполученияинформациисодержитиэлементыактивныхдействий,т.е.управления.

 

 

 

Практический раздел

 

Задания для практических работ

 

 

Практическая работа 1.

Планета земля в солнечной системе и космосе.

Строение Солнечной системы

 

Заполните таблицы по динамическим и физическим характеристикам планет Солнечной системы. Выявите черты сходства и различия планет Солнечной системы и их спутников.

 

Таблица 4 – Динамические характеристики планет Солнечной системы

Планета	Расстояние от Солнца		Наклонение орбиты к центральной плоскости Солнечной системы, град.	Наклон оси планеты к плоскости ее орбиты, град.	Период вращения вокруг оси (в земных сутках)	Средняя скорость движения по орбите, км/с	Количество спутников
	млн. км	а. е.
1	2	3	4	5	6	7	8

 

Таблица 5 – Физические характеристики планет Солнечной системы

Планета	Экваториальный радиус, км	Масса планеты		Средняя плотность, г/см3	Особенности поверхности
		Абсолютная г х107	В сравнении с Землей
1	2	3	4	5	6
Земная группа
Планеты-гиганты

 

 

Практическая работа 2.