Общая характеристика техносферы

 

Вся история человечества – это история усиления его влияния на природу. В этой истории было три важных этапа, носивших характер революций (Марфенин, 2002). Первая – неолитическая революция – была связана с переходом многих народов примерно 10 тыс. лет тому назад от кочевого к оседлому образу жизни с началом земледелия. Вторая – индустриальная революция – началась в XVII-XVIII вв. в Западной Европе в связи с большими достижениями в механике, изобретениями всевозможных устройств, интенсификацией выплавки железа, добычи угля и изобретения парового двигателя. Вскоре в XIX-XX вв. последовала третья – научно-техническая революция, вызванная бурным прогрессом науки и технологии.

Именно после этой третьей революции, когда уровень производства повысился в десятки раз, стали говорить о техносфере, как биосфере, существенно преобразованной влиянием хозяйственной деятельности человека (табл. 1).

Таблица 1

Усиление влияния хозяйственной деятельности человека на биосферу

в ХХ в. (по Акимовой и др., 2001, с дополнениями)

 

Показатель	Начало века	Конец века
Валовой мировой продукт, млрд. долл. США Энергетическая мощь мирового хозяйства, Твт Площадь пахотных земель, млн. га Численность населения, млрд. чел. Потребление пресной воды, км^3 Площадь лесопокрытых территорий, млн. км^2 Прирост площади пустынь, млн. км^2 Сокращение числа видов, % Площадь суши, вовлеченная в техносферу (исключая Антарктиду), %	1,6 57,5 – –	50,0 1,7

 

За 100 лет мировое потребление энергии увеличилось в 14 раз (удваивалось в среднем каждые 27 лет), суммарное потребление первичных энергоресурсов превысило 400 млрд. т. Использование черных металлов возросло за столетие в 8 раз, еще интенсивнее был рост использования цветных металлов. В тысячу раз возросло производство самодвижущегося транспорта, и выпуск автомобилей приблизился к 50 млн. единиц в год. Вторая половина столетия, кроме того, характеризовалась интенсивной химизацией сельского хозяйства. За этот период было произведено 6 млрд. т минеральных удобрений и свыше 400 тыс. т различных химических соединений (в основном пестицидов) для сельского хозяйства.

По данным съемок из космоса, на суше сохранилось менее 30% земель, не вовлеченных в техносферу. Этот показатель существенно различается на разных материках (табл. 2).

Таблица 2

Площади суши с ненарушенными, частично нарушенными и нарушенными естественными экосистемами (по Данилов-Данильян и др., 2001)

 

Континент	Общая площадь, тыс. км^2	Ненарушенная территория, %	Частично нарушенная территория, %	Нарушенная территория, %
Европа	8 759,3	15,6	19,6	64,9
Азия	53 311,6	43,5	27,0	29,5
Африка	33 958,3	48,9	35,8	15,4
Сев. Америка	26 179,9	56,3	18,8	24,9
Юж. Америка	20 120,3	62,5	22,5	15,1
Австралия	8 487,3	62,3	25,8	12,0
Антарктида	13 209,0	100,0	0,0	0,0
Вся суша	162 052,7	51,9	24,2	36,3
Вся суша^1	134 904,5	27,0	36,7	36,3
^1 Без учета ледяных, скальных и оголенных поверхностей.

 

Современное состояние биосферы в первую очередь зависит от восьми стран – «экологических тяжеловесов» (Э-8), которые объединяют более 50% населения Земли, мирового экономического производства, выброса углерода, лесного хозяйства и биоразнообразия (табл. 3).

Таблица 3

Восемь «экологических тяжеловесов» (по Флейвину, 1998)

 

Страна	Доля, %
в мировом населении	в мировом валовом продукте	в выбросе углерода	в мировых запасах леса	во флоре цветковых
США
Россия
Япония				0,7
Германия				0,3
Китай
Индия
Индонезия		0,7
Бразилия
Э-8, всего					–

 

Главными глобальными последствиями хозяйственной деятельности человека являются: нарушение литосферы, загрязнение атмосферы (и как следствие – парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди) и гидросферы (океана, пресных надземных и подземных вод), деградация наземных экосистем (уменьшение залесенности планеты, опустынивание, разрушение почв, снижение биоразнообразия).

 

Контрольные вопросы

1. Что такое техносфера?

2. Какая часть суши не вовлечена в техносферу?

3. Назовите страны, которые относятся к «экологическим тяжеловесам».

 

Разрушение литосферы

 

Основные потоки минерального вещества (в млрд. т/год) на планете Земля имеют следующие значения (по Королеву, 1996):

вынос солей с моря на сушу – 0,3-0,5;

фитогенный вынос минеральных веществ – 1,0;

сжигание минерального топлива – 6,5;

вулканизм – 3,0;

твердый сток – 14,1;

сток растворенных веществ – 3,3;

морская абразия (разрушение берегов) – 0,7-1,0;

денудация (размывание грунта) в областях покровного оледенения – 2,2-2,3.

Таким образом, сегодня главными факторами, усиливающими процесс перемещения твердого вещества на планете, являются сжигание минерального топлива (т.е. углеродистых энергоносителей) и твердый сток, который благодаря человеку резко усилился за счет эрозии почв.

Масштабы техногенного влияния человека на литосферудостигли колоссальных величин, которые превышают интенсивность естественных потоков вещества и подтверждают вывод В.И.Вернадского о том, что человек сегодня является главной геологической силой планеты (табл. 4).

Таблица 4

Техногенное воздействие на верхние горизонты земной коры (в год, по Королеву, 1996)

 

Извлечение из литосферы
Добыча минерального сырья Добыча минералов Водозабор Твердый сток в моря, морская абразия и денудация Выброс нефти в море	100 млрд. т 800 млн. т 560 км^3 17,4 млрд. т 10 млн. т
Поступление в литосферу
Внесение удобрений в почву Внесение пестицидов в почву Отвалы золы Промышленные и коммунальные стоки (сточные воды) Перемещение пород при строительстве и добыче ископаемых	500 млн. т 5 млн. т 350 млн. т 500 км^3 4000 км^3

 

Интенсивность вмешательства в геологическую среду возрастала с увеличением энерговооруженности человека. К примеру, скорость строительства крупных гидротехнических сооружений за последнее столетие увеличилась в 10 раз (табл. 5).

Таблица 5

Объемы перемещенного грунта и темпы строительства некоторых каналов (по Хазанову, 1975)

 

Канал	Год сооружения	Протяженность, км	Объем земляных работ, км^3	Продолжительность строительства, годы
Суэцкий
Панамский
Им. Москвы				4,7
Волго-Донской				3,8

 

В результате антропогенного вмешательства в литосферу искусственные (или техногенные) грунты уже покрывают более 55% площади суши Земли, а в ряде урбанизированных районов (Европа, Япония, Гонконг и др.) – 95-100% территории, а их мощность достигает нескольких десятков метров.

Если к 1985 г. суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохранилища, каналы и т.п.), составляла около 8%, то к 1990 г. она превысила 10%, а к 2000 г. возросла до 15%, то есть примерно до 1/6 площади суши Земли.

В РФ общая площадь земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, а также занятых отходами горного производства, превысила 2 млн. га, из которых 65% приходится на европейскую часть страны. Только в Кузбассе угольными карьерами занято свыше 30 тыс. га, а в районе Курской магнитной аномалии – более 25 тыс. га плодородных угодий.

Немалый вклад в изменение литосферы внесла гидромелиорация. Суммарная длина только искусственных водохранилищ, построенных на территории бывшего СССР к середине 80-х гг., равнялась длине экватора Земли. На всем их протяжении развивались и продолжают развиваться различные геологические процессы (активизация склоновых процессов – смыв грунта, переработка берегов, подтопление и т.д.). Протяженность магистральных оросительных и судоходных каналов на территории СНГ, также изменяющих геологическую обстановку, намного больше и составляет около 3/4 расстояния от Земли до Луны.

Фактором, нарушающим литосферу, является откачка грунтовых вод, вызывающая опускание поверхности. Так, северо-восточная часть Токио за период с 1920 по 1975 г. опустилась на 4,5 м. Аналогичное опускание на 4-9 м произошло в Мехико. Из-за больших водозаборов из грунтовых вод активизируются карстовые процессы. По этой причине в Уфе зарегистрировано 80 провалов, в Дзержинске – 54 провала. В северо-западной части Москвы образовалось 42 карстовые воронки диаметром до 40 м при глубине 1,5–8 м.

Нарушение целостности литосферы происходит также при строительстве угольных шахт и добыче нефти. Например, в результате добычи нефти и газа почти на 9 м произошло оседание грунта в городе Лонг-Бич (США).

Крупные вмешательства человека в литосферу стали причиной землетрясений. Чаще всего землетрясения техногенного происхождения возникают в связи с созданием крупных и глубоких водохранилищ.

 

Контрольные вопросы

1. Назовите основные каналы влияния человека на литосферу?

2. Какая часть суши покрыта техногенными грунтами в разных районах мира?

3. Какую роль в нарушении литосферы играют гидротехнические сооружения?

4. Как влияет на литосферу откачка грунтовых вод?

 

Загрязнение атмосферы

Общая характеристика

 

Загрязнение атмосферы – одно из наиболее опасных последствий научно-технической революции и использования человеком ископаемого топлива. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы, значительная часть которых образуется главным образом в результате хозяйственной деятельности человека. Наиболее распространенные атмосферные загрязнители – сернистый газ (SO₂), оксиды азота (N₂O, NO, NO₂), оксид углерода (угарный газ – CO), хлор, формальдегид (НСНО), фенол (C₆H₅OH), сероводород (H₂S), аммиак (NH₃), бенз(а)пирен, пыль. В некоторых случаях из оксидов азота и углеводородов под действием солнечного света могут образовываться новые соединения (фотооксиданты) – озон, азотная кислота и др., вызывающие у человека воспаление слизистых оболочек дыхательных путей. В целом загрязнение атмосферы пагубно влияет на здоровье людей. Так, только от загрязнения в результате сжигания топлива в мире ежегодно умирает 2,7 млн. человек, из них 2 млн. – в развивающихся странах (Данилов-Данильян и др., 2001).

Основные виновники загрязнения атмосферы – города с их транспортом и промышленностью. Если принять загрязнение атмосферы над океаном за единицу, то над селами оно выше в 10 раз, над небольшими городами – в 35, а над большими городами и промышленными объектами – в 150 раз. Толщина слоя загрязненного воздуха над городом составляет 1,5-2 км.

Следствием загрязнения атмосферы является формирование смога – туманной завесы над промышленными предприятиями и городами, образованная из газообразных отходов, в первую очередь диоксида серы. Различают зимний смог (лондонский тип) и летний смог (лос-анжелесский тип). Предпосылками для формирования зимнего смога является безветренная тихая погода, способствующая накоплению выхлопных газов транспорта и выбросов из невысоких труб. Летний смог (его называют также фотохимическим) вызывается оксидами азота и углеводородами, из которых при интенсивном солнечном свете образуются фотооксиданты, преимущественно озон. В Лондоне в 1952 г. смог привел к гибели 4000 человек, а в 1956г. – еще больше жизней.

Основной причиной загрязнения атмосферы в РФ (по объему выбросов из стационарных источников без учета транспорта) в настоящее время являются предприятия энергетики (25% от общего выброса промышленностью РФ), цветной (23%) и черной (16%) металлургии, нефтедобывающей промышленности (11%). Из числа ТЭЦ наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят тепловые электростанции (особенно работающие на угле и мазуте). Сильно загрязняют атмосферу нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт, а также котельные и домашние печи, которые топят углем. В целом в РФ за период 1996-2000 гг. количество выбросов в воздух от стационарных источников уменьшилось с 20274, 12 до 18819, 82 тыс. т.

Несмотря на столь высокие уровни загрязнения атмосферы, РФ не является главным загрязнителем атмосферы планеты (табл. 6).

Таблица 6

Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей

в мире и в РФ (млн. т, по Акимовой и др., 2001)

 

Загрязнитель	Весь мир	РФ
Стационарные источники	Транспорт	Стационарные источники	Транспорт
Твердые частицы			6,4	3,7
Оксиды углерода			7,6	10,1
Диоксид серы		0,7	9,2	–
Оксиды азота			3,0	1,1
Углеводороды			0,2	2,0

 

Наиболее опасными следствиями загрязнения атмосферы являются усиление парникового эффекта, разрушение озонового слоя, кислотные дожди.

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите вещества, которые являются главными загрязнителями атмосферы.

2. Какие отрасли промышленности РФ вносят наибольший вклад в загрязнение атмосферы?

3. Что такое смог?