§ 1. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛИТОСФЕРЫ

Геоэкологические особенности литосферы. Литосфера является геологической основой ландшафта, почв, средой обмена веществом и энергией с атмосферой и поверхностной гидросферой. Через неё осуществляется круговорот воды в природе. Она служит накопителем пресных вод, обеспечивает процессы жизнедеятельности земной биоты.

Биота (от греч. biote — ‘жизнь’) — совокупность всех живых организмов, обитающих на определённой территории.

В литосфере сосредоточены природные минеральные ресурсы, необходимые для функционирования и развития человечества.

Геоэкологические функции литосферы. Под геоэкологическими функциями литосферы понимается всё многообразие свойств, определяющих её роль в жизнеобеспечении биоты и человеческого общества. Их можно свести к четырём основным группам (рис. 5).

Современное состояние геоэкологических функций литосферы обусловлено развитием природы Земли, воздействием человека и его хозяйственной деятельности.

Клуб знатоков-географов. В геологической истории Земли можно выделить два основных временных этапа. Первый этап — природный, от зарождения жизни на Земле (около 3,5 млрд лет назад) до появления человеческой цивилизации. Второй этап — природно-техногенный, охватывающий временной интервал порядка 400 лет и характеризующийся значительным влиянием деятельности человека.

Ресурсная геоэкологическая функция литосферы определяет роль минеральных и органических ресурсов, геологического пространства литосферы для жизнедеятельности биоты и человеческого общества.

Ресурсы литосферы, необходимые для жизни биоты, в том числе человека как биологического вида, представлены двумя составляющими: 1) горными породами, включающими растворимые элементы, жизненно необходимые организмам и называемые биогенными элементами; 2) минералами, содержащими вещества, которые являются пищей для животных.

Биогенные элементы и их соединения, требующиеся биоте в больших количествах, называют макробиогенными, в малых количествах — микробиогенными (рис. 6). Они участвуют в процессах фотосинтеза и метаболизма растений. Животным необходимы эти же элементы (кроме бора), а также йод, кобальт, никель, олово, селен, фтор, хром.

В мире всё взаимосвязано. Почему биогенные элементы так важны для растений, животных и человека? Приведите примеры влияния избытка или недостатка отдельных биогенных элементов на организм человека.

Минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества, относятся к категории невозобновляемых. Особенно важную роль они играют в социально-экономическом развитии человечества.

Поработаем с атласом. Используя карты атласа, назовите страны, наиболее богатые полезными ископаемыми.

Клуб знатоков-географов. В настоящее время из недр извлекается около 200 видов полезных ископаемых, включающих все элементы таблицы Менделеева. Годовой объём мировой добычи минерального сырья достигает порядка 17–18 млрд т горной массы в год. По прогнозам некоторых экономистов, запасы многих видов минерального сырья иссякнут к 2050 г.

Мир и Беларусь. Беларусь занимает 3-е место в мире по запасу калийных солей. Уже разведано 7,7 млрд т соли. Разведанные запасы каменной соли составляют 21 млрд т. Вспомните, какие виды полезных ископаемых разведаны в Республике Беларусь, но не добываются. Почему?

Важным ресурсом для расселения и существования человека и биоты является поверхность литосферы. В настоящее время на Земле освоено около 60 % площади суши. Также интенсивно осваивается подземное пространство литосферы, особенно на урбанизированных территориях и в местах захоронения и складирования экологически опасных (токсичных и радиоактивных) отходов.

Геодинамическая геоэкологическая функция литосферы отражает влияние литосферы на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека.

Все неблагоприятные природные и антропогенные геологические процессы, воздействующие на биоту, можно подразделить на две принципиально различные группы.

Процессы и явления первой группы представляют непосредственную угрозу существованию биоты, в том числе человека. К ним относятся землетрясения, извержения вулканов, цунами, оползни, сели, лавины, отвалы и провалы (рис. 7–10).

Процессы и явления второй группы не несут непосредственной угрозы существованию биоты. Они влияют на изменение условий её жизнедеятельности и комфортность проживания человека. Это эрозионные процессы, заболачивание, многолетняя мерзлота.

Геоэкологические последствия — изменения окружающей среды и социально-экономических условий жизнедеятельности человека, возникающие в результате негативного воздействия антропогенных и природных факторов.

Геохимическая геоэкологическая функция литосферы отражает свойство геохимических полей литосферы природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты и человека.

Под геохимической аномалией понимается территория, в пределах которой концентрация химических элементов или их соединений отличается от природных фоновых (средних) значений. Геохимические аномалии образуются в почвах, горных породах, донных осадках, снежном покрове, поверхностных и подземных водах, атмосферном воздухе.

Зона загрязнения — это геохимическая аномалия, обусловленная хозяйственной деятельностью человека. В её пределах загрязняющие вещества достигают концентрации, оказывающей неблагоприятное воздействие на живые организмы.

Большинство геохимических аномалий является местом развития особых биоценозов и может стать причиной эндемических заболеваний растений, животных и человека. Аномалии токсичных металлов и их соединений (свинец, ртуть, реже мышьяк, медь, цинк и др.) в литосфере в основном связаны с месторождениями полезных ископаемых.

П1

Мир и Беларусь. В Беларуси отмечается полегание злаков (недостаток меди), гнили корней растений (недостаток бора), заболевания щитовидной железы у человека (недостаток йода).

Геохимические аномалии, обусловленные деятельностью человека, по силе и глубине воздействия на биоту и здоровье людей значительно превосходят природные. Это связано с более высокой концентрацией токсичных элементов и высокой скоростью процесса загрязнения на этих территориях. Зоны техногенного загрязнения приурочены к районам интенсивного промышленного и сельскохозяйственного производства, транспортным магистралям и населённым пунктам.

Геофизическая геоэкологическая функция литосферы отражает свойства её геофизических полей природного и техногенного происхождения влиять на биоту и человека.

Геофизическая аномалия — это территория, в пределах которой показатели физического поля Земли значительно отличаются от природных фоновых (средних) значений.

Выделяются естественные физические поля (магнитное, гравитационное, геотермическое и др.) и искусственные (электрические поля постоянных токов, вибрационное, радиационное и др.).

Геопатогенные зоны — области аномального проявления свойств атмосферы, гидросферы, литосферы и глубинных недр Земли, которые негативно влияют на растения, животных и человека.

Аномалии геофизических полей связаны с зонами тектонических нарушений, рифтовыми и другими структурами литосферы. В пределах этих аномалий наблюдаются очаги повышенной заболеваемости и проявления функциональных расстройств живых организмов.

П2

Магнитные поля действуют непосредственно на нервные клетки мозга человека. Сильные электрические поля неблагоприятно влияют на его центральную нервную систему.

Клуб знатоков-географов. В настоящее время доказано, что любой живой организм реагирует на электромагнитные поля. Даже в условиях нормального режима работы электротехнических и радиотехнических устройств их воздействие может приводить к потере аппетита, головной боли, ослаблению памяти, быстрой утомляемости человека.

Воздействие вибрационных полей приводит к повышенной утомляемости, торможению двигательных реакций, нарушению координации движения у человека. Длительное влияние — к нарушению работы сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата, нервным расстройствам, поражению мышечных тканей и суставов.

Поразмышляем. Как можно уменьшить отрицательное воздействие геохимических и геофизических процессов литосферы на человека и его хозяйственную деятельность?

При землетрясениях возникают ультразвуковые и инфразвуковые волны (акустические поля). Ультразвуковые волны вызывают у человека галлюцинации, а инфразвуковые — страх и панику. Такие ситуации возможны не только в случае сильных землетрясений, но и при постоянном воздействии серии слабых землетрясений (магнитуда 2–3). Воздействие гравитационного поля Земли на человека практически не изучено. Пока только можно предполагать, что оно способно оказывать влияние на организм человека и его психику. Действие ионизирующей радиации радиационного поля на живые организмы изучается с конца прошлого века. Большие дозы радиации разрушают клетки, повреждают ткани органов и могут быть причиной лучевой болезни. Малые дозы радиоактивного облучения приводят к раковым заболеваниям и генетическим отклонениям.

В мире всё взаимосвязано. Почему существует взаимосвязь геохимической и геофизической функций литосферы с медициной?

Большой (геологический) круговорот веществ — постоянное перемещение веществ из недр Земли на её поверхность, осуществляемое различными способами (вулканы, рифтовые трещины, разломы и т. д.), и обратный поток веществ в недра (выветривание, эрозия, образование осадочных отложений и т. д.).

Кристаллические (магматические) горные породы под воздействием физических, химических и биологических факторов разрушаются. Рыхлые осадки по мере их погружения на глубину озёр, морей и океанов теряют воду, отвердевают и преобразуются в осадочные горные породы. Под воздействием потоков эндогенной энергии глубинные породы переплавляются, образуя магму — источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на поверхность Земли под действием процессов выветривания и переноса снова происходит их трансформация в новые осадочные породы (рис. 11).

Таким образом, большой круговорот обусловлен взаимодействием солнечной (экзогенной) энергии с глубинной (эндогенной) энергией Земли. Он перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами нашей планеты.

Клуб знатоков-географов. Значительная часть заболеваний человека, которые связаны с недостатком или избытком в организме человека химических элементов, обусловлена поступлением микроэлементов из естественной или техногенно преобразованной литосферы. Примерами таких заболеваний могут служить селенодефицит, железодефицит, молибденовая подагра и др. Развитие заболеваний может быть спровоцировано как недостатком и избытком одного химического элемента (Са, Сu, Zn, I, Sr и др.), так и соотношением многих химических элементов (Со-Сu, Sr-Са, Са-Р и др.).

Клуб знатоков-географов. Патогенное воздействие геологических, геохимических и гидрогеохимических объектов и процессов, а также сопутствующих им геофизических полей на живые организмы называется геопатогенезом. Неоднократно предпринимались попытки разъяснить сущность явления геопатогенеза с разных позиций. Однако физический механизм патогенного воздействия на живые организмы аномальных зон Земли во многом остаётся неразгаданным до сих пор.

Роль биоты, человека и его хозяйственной деятельности в большом (геологическом) круговороте веществ. С появлением биосферы в большой круговорот веществ включились продукты жизнедеятельности организмов, вследствие чего геологический круговорот приобрёл совершенно новые черты. Он стал поставщиком питательных веществ живым организмам, во многом определяя условия их существования. В большом круговороте веществ участвует огромное количество химических элементов и соединений. Важнейшими из них являются те, которые определяют современный этап развития биосферы и связаны с хозяйственной деятельностью человека.

К ним относятся круговороты углерода, серы, азота и фосфора. Оксиды первых трёх являются главными загрязнителями атмосферы, а фосфаты — загрязнителями водных бассейнов. Большое значение имеет знание круговоротов ряда токсичных элементов, в частности ртути (загрязнитель пищевых продуктов) и свинца (компонент бензина, который загрязняет почву и атмосферу).

В круговороты вовлекаются многие вещества антропогенного происхождения (ДДТ, пестициды, радионуклиды и др.), которые наносят вред биоте и здоровью человека.