Литосфера

1. Литосфера

Земная кора – твердая внешняя оболочка Земли толщиной до 70 км в горных областях, около 30 км под равнинами, 5–7 км под океанами.

Верхняя часть земной коры – осадочный слой, он состоит из осадочных пород, средняя – «гранитный» слой (выражен только на материках), нижняя – «базальтовый» слой.

Под земной корой располагается мантия толщиной около 2900 км. Занимает 83 % Земли (без атмосферы) по объему и 67 % по массе. Мантия Земли состоит, видимо, преимущественно из тяжелых минералов, богатых магнием и железом. С процессами, происходящими в верхней (граничащей с земной корой) мантии Земли, тесно связаны тектонические движения, вулканизмы, горообразование и др.

Земная кора и верхняя (твердая) часть верхней мантии Земли составляют литосферу.

Литосфера (от греч. lithos – камень) – (от греч. lithos – камень) – верхняя твердая оболочка Земли, ограниченная сверху атмосферой и гидросферой, а снизу – астеносферой (слоем пониженной твердости, прочности и вязкости, расположенным в верхней мантии Земли). Мощность литосферы колеблется в пределах 50–200 км. Процесс преобразования литосферы живыми организмами, начавшийся около 450 млн лет назад, привел к образованию почвы, ее мощность достигает 2–3 м.

Ядро земли – наиболее плотная центральная часть (геосфера) земли. его плотность составляет от 9400 кг/м³ в периферической области до 17 200 кг/м³ (в два с лишним раза выше, чем у железа); давление достигает (1,4–3,5 млн атм.), температура 2000–5000 °С.

Наиболее распространенными химическими элементами в земной коре являются: кислород, кремний, алюминий, железо, калий, натрий, кальций и магний.

1.1. Строение литосферы

а) Почва – это сложное плодородное тело, которое образовалось в течении тысячелетий под воздействием смеси минеральных веществ, получаемых при разрушении горных пород и органических веществ, получаемых из растительных и животных организмов

б) Земная кора – это твердая часть литосферы, толщиной от 5 км (под океаном) до 75 км (под материком).

В материковой земной коре различают 3 слоя: осадочный (0-20 км), гранитный (10-40 км), базальтовый (10-70 км).

В океанической: осадочный (несколько сотен метров) и базальтовый (около 5 км).

в) Мантия земли – это геосфера, окружающая ядро земли. Составляет 83% объема земли и около 2/3 ее массы. Простирается от земной коры до глубины 2900 км.

Состоит из 3 слоев: первые два образуют верхнюю мантию, толщиной 850-900 км; третий – нижняя мантия, толщиной 2000 км.

Верхний слой верхней мантии твердый и вместе с земной корой образует литосферу. Два других слоя содержат текучее вещество.

г) Земное ядро. Радиус 3,5 тыс. км. Делится на внешнее ядро и субядро (1,3 тыс. км).

2. Источники (причины) загрязнение литосферы

Основными источниками загрязнения литосферы являются:

1. Жилые дома и коммунально-бытовые предприятия. В составе загрязняющих веществ этой категории источников преобладают бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода и т.п. Все это собирается и вывозится на свалки. Для крупных городов сбор и уничтожение бытового мусора на свалках превратили в трудноразрешимую проблему. Простое сжигание мусора на городских свалках сопровождается выделением ядовитых веществ.

2. Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и растения. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выбрасывает в окружающую природную среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия; при производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы, содержащие фенол, бензол, стирол; при производстве синтетических каучуков в почву попадают отходы катализаторов, некондиционные полимерные сгустки; при производстве резиновых изделий в окружающую среду поступают пылевидные ингредиенты, сажа, которые оседают на почву и растения.

3. Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды, оксид углерода, сажа и другие вещества, оседающие на поверхность земли или поглощаемые растениями.

4. Сельское хозяйство. Загрязнение почвы пестицидами Загрязнение почвы в сельском хозяйстве происходит вследствие внесения огромных количеств минеральных удобрений и ядохимикатов. Известно, что в составе некоторых ядохимикатов содержится ртуть. Почва загрязняется также при использовании в сельском хозяйстве пестицидов (химические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов и тп). Известно, что нормальный рост растений определяется различными физическими, химическими и биологическими процессами, которые протекают в почве. При попадании в почву пестициды могут быть включены в эти процессы с их накоплением в растениях. Кроме того, они сохраняют устойчивость в почве длительное время, что также обуславливает их накопление в пищевых цепях.

5. Захоронение радиоактивных отходов. В процессе ядерной реакции на атомных электростанциях лишь 0,5-1,5% ядерного топлива превращается в тепловую энергию, а остальная часть (98,5-99,5%) выгружается из атомных реакторов в виде отходов. Эти отходы представляют собой радиоактивные продукты расщепления урана - плутоний, цезий, стронций и другие.

2.1. Основные типы деградации почв и земель

1) Технологическая (эксплуатационная) деградация - ухудшение свойств почв, их физического состояния и агрономических характеристик, которое происходит в результате эксплуатационных нагрузок при всех видах землепользования. К ним относятся:

 нарушение земель,

физическая деградация,

агроистощение.

2) Эрозия - разрушение почвенного покрова под действием поверхностного стока и ветра с последующим перемещением и переотложением почвенного материала. Эрозия бывает:

водная,

ветровая;

3) Засоление – процесс накопления водорастворимых солей, включая и накопление в почвенном поглощающем комплексе ионов натрия и магния

4) Заболачивание.

3. Опустынивание земель

Один из самых глобальных и быстротечных процессов современности - расширение опустынивания, падение и, в самых крайних случаях, полное уничтожение биологического потенциала земли, что приводит к условиям, аналогичным условиям естественной пустыни.

Опустынивание или дезертификация — деградация земель, вызванная как деятельностью человека (антропогенными причинами), так и природными факторами и процессами. Термин «климатическое опустынивание» был предложен в 1940-х годах французским исследователем Обервилем. Понятие «земля» в данном случае означает биопродуктивную систему, состоящую из почвы, воды, растительности, прочей биомассы, а также экологические и гидрологические процессы внутри системы.

         Опустынивание относится к труднокомпенсируемым последствиям климатических изменений, так как на восстановление одного условного сантиметра плодородного почвенного покрова уходит в аридной зоне в среднем от 70 до 150 лет.

Деградация земель — снижение или потеря биологической и экономической продуктивности пахотных земель или пастбищ в результате землепользования. Характеризуется изменением функций почв, количественному и качественному ухудшению их состава и свойств, снижению природно-хозяйственной значимости земель, увяданием растительности, снижением связанности почвы, в результате чего становится возможной быстрая ветровая эрозия.

Наиболее известными причинами опустынивания являются чрезмерный выпас, перенаселенность, вырубка леса и лесные пожары.

Для людей деградация земель означает очень низкую продуктивность, а иногда и гибель урожаев. Биомасса пастбищ снижается, и остается меньше корма для скота, что приводит к снижению доходов и запасов продовольствия для людей. Увеличиваются расстояния, затрачиваемое для доставки топлива и воды. Истощение растительного покрова приводит к водной и ветровой эрозии и загрязнению воздуха. Качество воды падает в связи с загрязнением и седиментацией (осаждением). Все эти факторы несут прямую или косвенную угрозу здоровью людей.

Деградация земель приводит к ужасным последствиям не только на местном, но и на глобальном уровне. Производительность снижается со скоростью 10 млрд. гектаров в год, при этом население планеты ежегодно растет на 1,67 %. Это представляет собой серьезную угрозу продовольственной безопасности на планете.

 

4. Проблемы сохранения биологического разнообразия Земли

Биологическое разнообразие (биоразнообразие) — это разнообразие всего живого на Земле — от генов до экосистем. В его основе лежит видовое разнообразие. Оно включает миллионы видов животных, растений, микроорганизмов, живущих на нашей планете. Однако биоразнообразие охватывает и всю совокупность природных экосистем, которые слагаются этими видами. Таким образом, под биоразнообразием следует понимать разнообразие организмов и их природных сочетаний. На основе биоразнообразия создается структурная и функциональная организация биосферы и составляющих ее экосистем, которая определяет их стабильность и устойчивость к внешним воздействиям.

Причины потери биоразнообразия: От роста населения до вырубки леса, наша деятельность угрожает существованию других видов, с которыми мы делим эту Землю. Преобладающими причинами потери биоразнообразия и деградации биологических ресурсов являются широкомасштабная вырубка и сжигание лесов, разрушение коралловых рифов, неконтролируемое рыболовство, чрезмерное уничтожение растений и животных, незаконная торговля видами дикой фауны и флоры, использование пестицидов, осушение болот, загрязнение воздуха, использование уголков нетронутой природы под сельскохозяйственные нужды и строительство городов.

Из-за деятельности человека уже активно деградируют 75 % суши, 40 % Мирового океана и 50 % речных вод. Начиная с XVI века, вымерло не менее 680 видов позвоночных. Согласно средним оценкам по всем группам растений и животных вымиранию сейчас угрожает 25 % видов. Под угрозой находятся более 40 % амфибий, 33 % рифовых кораллов и более трети морских млекопитающих. Вымирание угрожает 10 % видов насекомых, а если тенденция сохранится, к концу века на Земле их вообще может не остаться, что коренным образом изменит всю биосферу планеты.

4.1. Основные причины необходимости сохранения генетического разнообразия

Все виды имеют право на существование. Это положение записано во «Всемирной хартии природы», принятой Генеральной Ассамблеей ООН в 1982 г. (Содержит положения, устанавливающие, что основные природные процессы должны сохраняться на относительно неизменном уровне, а всем формам жизни должна быть обеспечена возможность существования). Снижение видового и генетического разнообразия подрывает дальнейшее совершенствование форм жизни на Земле. Экономическая целесообразность сохранения биоразнообразия обусловлена использованием дикой биоты для удовлетворения различных потребностей общества в сфере промышленности, сельского хозяйства, рекреации, науки и образования: для селекции домашних растений и животных, генетического резервуара, необходимого для обновления и поддержания устойчивости сортов, изготовления лекарств, а также для обеспечения населения продовольствием, топливом, энергией, древесиной и т. д.

Имеется много способов защиты биологического разнообразия. На уровне видов выделяются два основных стратегических направления: в месте и вне места обитания. Охрана биоразнообразия на уровне видов – дорогой и трудоемкий путь, возможный только для избранных видов, но недостижимый для охраны всего богатства жизни на Земле. Наиболее эффективный и относительно экономичный способ охраны биологического разнообразия на экосистемном уровне – охраняемые природные территории.

 

4.2. Вырубка лесов

Процесс уничтожения леса является актуальной проблемой во многих частях земного шара, поскольку влияет на их экологические, климатические и социально-экономические характеристики и снижает качество жизни.       Обезлесение приводит к снижению биоразнообразия, запасов древесины, в том числе для промышленного использования, а также к усилению парникового эффекта из-за снижения объёмов фотосинтеза.

Скорость обезлесения сильно зависит от региона. В настоящее время скорость вырубки лесов наиболее высока (и увеличивается) в развивающихся государствах, расположенных в тропиках. В 1980-х годах тропические леса потеряли 9,2 млн га, а в последнее десятилетие XX века — 8,6 млн га.

К примеру в Нигерии за период с 1900 по 2005 год был уничтожен 81 % древних лесов. В Центральной Америке с 1950 года 2/3 площади тропического леса было превращено в пастбища. Половина бразильского штата Рондония (площадь 243 тыс. км²) в последние годы подверглась обезлесению.

Большие площади тропических лесов потеряли такие страны как  Мексика, Индия, Филиппины, Индонезия, Таиланд, Мьянма, Малайзия, Бангладеш, Китай, Шри-Ланка, Лаос, Конго, Либерия, Гвинея.

В России за период с 2000 по 2013 год площадь лесных массивов сократилась на 20,3 млн га (первое место в мире). Общие потери диких лесов с 2000 по 2013 год во всем мире составили 7,2 % (91,9 млн га).

4.3. Истощение полезных ископаемых

Истощение природных ресурсов – выработка ископаемых до степени нерентабельности дальнейшей разработки. 

Ежегодно из недр земли извлекается более 100 млрд т различного минерального сырья и топлива. Это руды черных и цветных металлов, уголь, нефть, газ, строительные материалы, горнохимическое сырье.

Сам термин «полезные ископаемые» обнаруживает сегодня свою неудачность, поскольку число «бесполезных ископаемых», т. Е. Не используемых человечеством, стало резко сокращаться, и с учетом перспективы совершенствования технологии и развития малоотходных циклов в промышленности понятие «полезные ископаемые» фактически распространяется теперь на всю литосферу.

 Наиболее доступные месторождения ископаемых быстро истощаются. Так, интенсивная разработка месторождений железной руды привела к истощению многих залежей не только Старого, но и Нового света. Оскудели запасы этой руды на Урале, в Лотарингии (Франция), у Великих американских озер. Заметно обеднели ресурсы медных руд в Замбии и Заире. А тихоокеанское государство Науру, некогда славившееся колоссальными запасами фосфоритов, уже практически лишилось их.

5. Пути решения глобальных экологических проблем

Экологическая проблема может привести к всемирной экологической катастрофе. Первый значительный экологический кризис, поставивший под угрозу дальнейшее существование человеческого общества, возник еще в доисторическую эпоху. Его причинами были как изменение климата, так и деятельность первобытного человека, который в результате коллективной охоты истребил многих крупных животных, населявших средние широты Северного полушария (мамонт, шерстистый носорог, степной зубр, пещерный медведь и др.). Хотя воздействия человека на природу приобретали иногда угрожающие масштабы, вплоть до XX в. носили локальный характер.

На наших глазах заканчивается эра экстенсивного использования потенциала биосферы: почти не осталось неосвоенных земель, систематически увеличивается площадь пустынь, сокращаются площади лесов –легких планеты, изменяется климат (глобальное потепление, парниковый эффект), увеличивается количество углекислого газа и уменьшается количество кислорода, разрушается озоновый слой.

Начинается экологическая проблема с индивидуального поведения человека. Если он допускает выбрасывание хотя бы мелкого мусора на улицах города или даже в чистом поле, то на уровне массовом возникают экологические проблемы. Такое сознание порождает их с неизбежностью. От хаоса, мусора в сознании и моральной неразвитости рождается мусор на улицах, загрязняются реки и моря, разрушается озоновый слой.

Человек забыл, что окружающий мир – это продолжение его собственного тела, и если он загрязняет, разрушает среду обитания, то прежде всего вредит себе. Об этом свидетельствуют те заболевания, с которыми столкнулся современный человек.

Сегодня экологическую ситуацию в мире можно охарактеризовать как близкую к критической.

Пути решения глобальных экологических проблем

Во-первых, экологизация производства: природосберегающие технологии, обязательная экологическая экспертиза новых проектов, в идеале -создание безотходных технологий замкнутого цикла.

Во-вторых, разумное самоограничение в расходовании природных ресурсов, особенно - энергетических источников (нефть, уголь), имеющих для жизни человечества важнейшее значение.

В-третьих, поиск новых, эффективных, безопасных и максимально безвредных для природы источников энергии, включая космическую.

В-четвертых, объединения усилий всех стран для спасения природы.

В-пятых, формирование в обществе экологического сознания.

6. Региональные экологические проблемы

В Иркутской области существует несколько экологических проблем

федерального значения. То есть курированием вопросов решения сло-

жившихся в регионе опасных для объектов окружающей среды и челове-

ка ситуаций занимаются на уровне страны. Все эти проблемы относятся

к так называемому накопленному вреду окружающей среде. В Федераль-

ном законе № 7-ФЗ от 10.01.2002 г. «Об охране окружающей среды» представлено следующее определение: «накопленный вред окружающей

среде – вред окружающей среде, возникший в результате прошлой эко-

номической и иной деятельности, обязанности по устранению которого не

были выполнены либо были выполнены не в полном объеме». К таким

объектам в Иркутской области относятся: Байкальский целлюлозно-

бумажный комбинат, Ангарский металлургический завод, Усольехимпром.

Байкальский ЦБК

Строительство Байкальского целлюлозного завода (впоследствии

получившего название «Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат»)

началось 17 апреля 1961 г. одновременно с основанием поселка строите-

лей. ОАО «Байкальский ЦБК» расположено на южном побережье оз. Бай-

кал в Слюдянском районе Иркутской области, в 150 км от г. Иркутска и

в 1,5 км восточнее жилой застройки г. Байкальска. Промышленная зона

ОАО «Байкальский ЦБК» занимает площадь 748,4 га. С развитием реак-

тивной авиации и ракетостроения промышленности потребовалась высо-

кокачественная целлюлоза типа «супер» для производства сверхпрочного

авиационного корда и жаростойких углеродных волокон. В то время по-

добная продукция вырабатывалась только в США, но она сразу попала

в список стратегических товаров, запрещенных к продаже СССР. Коорди-

национный комитет по экспортному контролю НАТО проводил в отноше-

нии соцстран стратегию «контролируемого технологического отстава-

ния». Чтобы не утратить паритета и не проиграть в «холодной войне»,

руководство СССР решило наладить выпуск соответствующей отечествен-

ной продукции. Строительство комбината завершено в 1966 г. и было обу-

словлено острой потребностью отечественной промышленности в высоко-

качественной сверхпрочной кордной целлюлозе, применяемой, в частно-

сти, в оборонной промышленности.

Место выбрано не случайно. Для нового производства требовалась

вода особого качества, с минерализацией не выше 20 мг/л и содержанием

двуокиси кремния не более 2 мг/л. Завод нужно было размещать на од-

ном из крупных пресноводных водоемов. Сначала рассматривались Ла-

дожское и Онежское озера, расположенные вблизи промышленных цен-

тров. Но там не оказалось достаточного количества необходимого сырья.

На Телецком озере преобладала пихта, непригодная по молекулярной

структуре для требуемой продукции, к тому же район Алтая в то время

был слабо освоен в транспортном отношении. Выбор пал на Байкал. По-

строенный здесь ЦБК стал первым в СССР предприятием по производству

отечественной «суперцеллюлозы».

Закрыт БЦБК 25 декабря 2013 г. Технология производства целлюло-

зы на ОАО «БЦБК» характеризовалась большим количеством отходов, объ-

ем которых превышал объем продукции. Следует заметить, что опасным

компонентом золошламоотвалов является щелочь – рН их надшламовых

вод иногда составляет более 12. Источником щелочи является шлам зеле- ного щелока. Отходами от очистки сточных вод являются избыточный ак-

тивный ил и осадок шлам-лигнин после отстойников химической очистки.

Для складирования шлам-лигнина изымались значительные земельные

площади, общая площадь карт ОАО «БЦБК» составляет более 150 га.

Отходы объемом около 8 млн м3 складированы в картах-накопи-

телях, имеющих многослойную гидроизоляцию из природных и синтети-

ческих материалов, предотвращающих дренаж, с сейсмоустойчивостью

в 9 баллов. Всего накоплено более 7 млн тонн отходов, при этом в среднем

карты заполнены на 78 %. Карты-накопители расположены на двух пром-

площадках – Солзанская и Бабхинская. На Солзанской площадке площадью

более 105 га располагаются карты накопители № 1–10 (рис. 4.1).

На Бабхинской площадке, площадью более 33 га, располагаются карты-

накопители № 12–14. Существует промежуточная карта № 11.

Накопленные опасные коллоидные осадки шлам-лигнина находятся в

непосредственной близости от населенных пунктов и 400 м от озера Бай-

кал, при этом район их расположения относится к селеопасным территори-

ям, где с 1902 по 1972 гг. селевые паводки прошли 15 раз. В 1934 г. сель

разрушил половину города Слюдянка с населением более 14 тыс. человек,

расположенного в 28 км от Бабхинской промплощадки, а в 1971 г. –

15 мостов и 150 м полотна железной дороги. Последний раз сход селя

произошел в 2014 г. в поселке Аршан с населением около 3 тыс. человек,

расположенном в 100 км от Солзанской промплощадки, в результате чего

были размыты все дороги, разрушены мосты, 19 домов не подлежали вос-

становлению, а всего пострадало 202 строения. Периодичность этих со-

бытий составляет около 40 лет, следующий сход крупного селевого пото-

ка вполне возможен в ближайшие годы.

39

Ситуация обострена и тем, что карты-накопители находятся в рай-

оне тектонического разлома Байкальской рифтовой зоны, которая харак-

теризуется высокой сейсмической активностью. В случае прорыва дамб

карт-накопителей может произойти социально-экологическая техногенная

катастрофа, которая повлечет за собой необратимые последствия для

окружающей среды всего района Южного Прибайкалья.

 

Ангарский металлургический завод (г. Свирск)

 

В 2013 г. в МО г. Свирск Иркутской области завершились масштаб-

ные работы по ликвидации мышьяковистых отходов на территории быв-

шей промплощадки Ангарского металлургического завода (АМЗ), прове-

денные ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский техниче-

ский университет» в рамках Федеральной целевой программы «Нацио-

нальная система химической и биологической безопасности Российской

Федерации (2009–2013)», а также областной программы «Защита окру-

жающей среды в Иркутской области» на 2006–2015 гг.

Основная часть продукции мышьяковых заводов до 1949 г. была

востребована оборонной промышленностью. После запрета использова-

ния арсинов необходимость в их производстве отпала, и целый ряд пред-

приятий прекратил свою деятельность. Однако производственные пло-

щадки этих заводов не были ликвидированы и в настоящее время пред-

ставляют собой опасные социально-экологические очаги загрязнения.

Одним из таких очагов до 2013 г. являлась промплощадка бывшего

АМЗ по переработке арсенопиритных руд период с 1934 по 1949 гг., со-

держащая 1600 тонн мышьяка и широкий спектр тяжелых металлов. Си-

туация обостряется еще и тем, что промплощадка расположена в непо-

средственной близости к жилой зоне и в 500 м от реки Ангара, что явля-

ется угрозой возникновения социально-экологической катастрофы всего

природно-техногенного комплекса верхней части Братского водохрани-

лища и, как следствие, одной из причин сложившейся неблагоприятной

экологической ситуации в данном районе, итогом которой уже на протя-

жении многих лет стали самые высокие удельные показатели смертности

по Иркутской области – 20 %.

В период с 1934 по 1949 гг. АМЗ осуществлял выпуск триоксида

мышьяка, сырьем для производства которого являлись арсенопиритные

концентраты Дарасунского и Запокровского месторождений, расположен-

ных в Забайкальском крае. Получение триоксида мышьяка осуществля-

лось по упрощенной схеме, предусматривающей обжиг концентратов

в подовых печах и улавливание возгонов мышьяка в кулерах с последую-

щим рафинированием триоксида мышьяка. В 1949 г. производство было

остановлено, основные фонды завода списаны и брошены. Маркшейдер-

скими исследованиями установлено, что количество огарков, хранившее-

ся на промплощадке АМЗ, составляло 156,9 тыс. тонн со средним содер-

жанием мышьяка около 1 %. Непосредственно у отвала на промплощадке

находились останки производственных зданий (рис. 4.2) и технологического оборудования, общий объем которых, по данным маркшейдерских изысканий, совместно с фундаментом составлял 6,6 тыс. м3 с содержани-

ем в них мышьяка 150 тонн.