Ресурсная и геодинамическая экофункции литосферы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема

РЕСУРСНАЯ И ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭКОФУНКЦИИ ЛИТОСФЕРЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.ГЕОЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА

.1Формирование геоэкологической науки

.2 Определение, объект, предмет, задачи исследований

.3 Взаимосвязь экологической геологии с естественными науками

.4 Структура геоэкологии

. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛИТОСФЕРЫ

.1 Понятие экологических функций литосферы

.2 Классификация экологических функций литосферы

.3 Ресурсная функция

.3.1 Ресурсы литосферы, необходимые для жизнедеятельности биоты

.3.2 Минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества

.4 Анторопогенное воздействие на ресурсную функцию литосферы

.5 Геодинамическая функция

.5.1 Понятие, объект, предмет геодинамической функции

. ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.

.1 Проявление геодинамической функции

.2 Землетрясения

.3 Шкала интенсивности землетрясений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

литосфера геоэкологическая наука

ВВЕДЕНИЕ

Возрастающее внимание во всем мире к проблемам экологии вызвано обостряющимися экологическими проблемами глобального масштаба. Острота этих проблем еще не осознана человечеством. Нередко острейшие экологические проблемы сводятся лишь к загрязнению и изменению атмосферного воздуха, водной среды, сохранению растительных сообществ и животного мира. В то же время все эти компоненты природы тесно взаимосвязаны с внешней оболочкой планеты - литосферой. Решение экологических проблем невозможно без изучения литосферы - внешней оболочки Земли. Литосфера является материальной литогенной основой биосферы - сферы живого вещества. Именно в литосфере формируются почвы, ландшафты, биосообщества. В настоящее время литосфера существенно изменяется в процессе хозяйственной деятельности человека. По этой причине в геологии сформировалось новое направление - экологическая геология или геоэкология, изучающая качества литосферы в совокупности с ее экологическими функциями.

Цель и задачи моей курсовой работы это рассмотреть свойства и значения ресурсной и геодинамической экофункций литосферы для окружающей природной среды, их влияние на организм человека. Последствия антропогенного воздействия на биосферу и изменение, в результате этого, функций литосферы.

1.ГЕОЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА

1.1 Формирование геоэкологической науки

До 80-х годов прошлого столетия об экологических проблемах литосферы не упоминалось. Однако вскоре глобальный экологический кризис все более стал проявляться в верхних слоях земной коры. По этой причине в геологии постепенно стали акцентировать внимание на экологических проблемах. Геоэкология зародилась в недрах инженерной геологии, изучающей свойства и динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека (по определению И.В. Попова). Задачи инженерной геологии первоначально охватывали достаточно узкий спектр вопросов, например, в сфере строительства, в т.ч. геологическое обоснование проектов зданий, дорог, карьеров, плотин, ГЭС, и т.д. Поэтому инженерная геология была чрезмерно антропоцентричной, учитывала только экономическую прибыльность того или иного хозяйственного проекта, оставляя без внимания экологическую составляющую вопроса.

Со временем такое положение стало меняться, т.к. все более осознавалась связь между геологической средой и человеческим обществом. Благодаря этому фактору впоследствии в инженерной геологии стало разрабатываться направление, исключающее негативные последствия инженерной деятельности человека в литосфере.

Перед инженерной геологией были поставлены задачи защиты геологической среды и вопросы рационального использования ресурсов литосферы. В это время зародилось новое направление в инженерной геологии - инженерная геоэкология, наука, занимающаяся практическими и теоретическими вопросами экологии верхних горизонтов литосферы. Так инженерная геоэкология передала эстафету более универсальной науке - экологической геологии, изучающей вопросы экологии литосферы и различных геосфер Земли в их взаимосвязи.

Большой вклад в формирование экологической геологии внесли работы В.И. Вернадского по геохимии биосферы. Учение Вернадского о геосферах Земли привнесло серьезный стимул для дальнейших исследований в развитии новой науки.

И, наконец, только к концу 20-века появилось осознание того, что методами инженерной геологии нельзя решить глобальных экологических проблем литосферы. Появилась необходимость в разработке следующих наук:

·        экологической геохимии: для изучения вопросов загрязнения литосферы и миграции в ней элементов с точки зрения их влияния на экосистемы;

·        экологической геофизики: для изучения физических полей литосферы Земли с точки зрения их влияния на экосистемы;

·        экологической гидрогеологии: для изучения вопросов загрязнения подземных вод.

Все вышеперечисленные науки объединились сегодня в одну большую науку - геоэкологию.

1.2 Определение, объект, предмет, задачи исследований

Экологическая геология рассматривается как новое направление, которое изучает взаимосвязи между литосферой, биотой, населением и хозяйством (Гарецкий, Каратаев, 1995; Теория…, 1997; Бгатов, 1993).

Объект исследования экологической геологии - приповерхностная часть земной коры - литосфера, расположенная преимущественно в зоне антропогенного воздействия. Литосферный блок включает горные породы, рельеф и геодинамические процессы. В структуре экологической геологии выделяются две области -предметная и информационно-методическая.

Предметом экологической геологии являются экологические функциилитосферы.

Как и большинство геологических наук, экологическая геология исследует, по В.Т. Трофимову и Д.Г. Зилингу (2000,2002), задачи трех типов: морфологические, ретроспективные и прогнозные.

Морфологические задачи - это задачи, связанные с изучением состава, состояния, строения и свойств анализируемой системы, ее эколого-геологических условий в целом. Решение задач этого типа позволяет ответить на вопрос: «Что это за система, и какие качества ей присущи?», а также получить качественные и количественные показатели, характеризующие современные эколого-геологические условия (обстановки) изучаемого объекта.

Ретроспективные задачи - задачи, обращенные в прошлое и связанные с изучением (точнее, восстановлением) истории формирования объекта исследования, формирования его современного качества. Решение задач этого типа позволяет ответить на вопросы: «Почему объект такой? Каким путем он сформировался?».

Прогнозные задачи - задачи, связанные с изучением поведения, тенденций развития исследуемой системы в будущем под воздействием различных причин природного и техногенного происхождения. Решение задач этого типа позволяет ответить на вопрос: «Как будет вести себя объект в будущем при тех или иных воздействиях?»

Как и в инженерной геологии, вэкологической геологии приходится решать задачи пространственного, временного и пространственно-временного прогноза изменения эколого-геологической системы под влиянием причин естественных (природных), техногенных или их совместного действия. Методика решения прогнозных задач разработана значительно слабее, чем морфологических и ретроспективных.

Ранее уже было показано, что экологическая геология исследует эколого-геологические системы. Выделяется четыре типа этих систем (Трофимов, Зилинг, 2002):

• природная эколого-геологическая система реальная;

• природная эколого-геологическая система идеальная;

• природно-техническая эколого-геологическая система идеальная;

• природно-техническая эколого-геологическая система реальная.

1.3 Взаимосвязь экологической геологии с естественными науками

Экологическая геология находится на стыке экологических и геологических дисциплин

Рис.1 Место экологической геологии в системе наук (По А.Д. Абалакову)

Экологическая геология - это синтез двух взаимосвязанных наук: геологических и экологических, куда входят также естественные, точные, медицинские и социально-экономические дисциплины. Центральную часть в ней занимает геоэкология - междисциплинарное научное направление, изучающее экологические аспекты взаимодействия природы и общества (Ясаманов, 2003)

1.4 Структура геоэкологии

Экологическая геология развивается по принципу «экологизации» основных разделов геологии и включает дисциплины, с экологических позиций изучающие:

·        состав и свойства Земли (экологическая петрология, геохимия, гидрогеология, геофизика);

·        геологические процессы (экологическая геодинамика);

·        роль органической жизни в формировании литосферы и месторождений полезных ископаемых (экология литогенеза и экология полезных ископаемых);

·        геологическую среду (инженерная экологическая геология);

·        дисциплины методического содержания (экологическая картография и геоинформатика).

Основными разделами экологической геологии являются:

·        экологическая петрология;

·        экологическая геодинамика;

·        экологическая геоморфология;

·        экологическая геохимия;

·        экологическая геофизика;

·        экологическая гидрогеология;

специальная экологическая геология, включающая эколого-геологические аспекты проектирования и строительства. В ее состав можно включить рекреационную экологическую геологию.

 

2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛИТОСФЕРЫ

2.1 Понятие экологических функций литосферы

Под определением «функция» понимается роль, которую играет тот или иной объект, процесс или явление. Экологические функции литосферы - это все многообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение литосферы, включая подземные воды, газ, нефть, геофизические поля и протекающие в ней геологические процессы в жизнеобеспечении биоты и, главным

образом, человеческого общества (Трофимов, Зилинг, 2000, 2002).

Все виды функциональных зависимостей между природной и техногенно- преобразованной литосферой и биотой как биологическим видом, так и общественной социальной структурой - человеческим обществом, сводится В. Т.

Трофимовым и Д.Г. Зилингом (2000, 2002) к четырем функциям: ресурсной, геодинамической, геофизической и геохимической.

В публикациях и директивных материалах, посвященных геоэкологической проблеме, большое внимание уделяется вопросам загрязнения атмосферы. Мирового океана, состояния поверхностных и подземных вод суши. состояния и охраны почв, степени трансформации природных ландшафтов, т.е. в основном географической оболочке. Литосфера как таковая в них никак не вьщеляется, несмотря на то, что она служит геологической основой ландшафта и является к тому же средой обмена веществом и энергией с другими геосферами. В определенных аспектах внимания удостоены проблемы истощения минерально-сырьевых ресурсов, которые заключены в поверхностной части литосферы, и загрязнения природной среды в процессе добычи, обогащения и переработки минерального сырья.

Однако надо учитывать и то обстоятельство, что литосфера является накопителем и хранителем поверхностных и подземных вод. Она обеспечивает биоту неорганическими питательными вещества ми, содержит минеральные и энергетические ресурсы, необходимые для существования и развития человеческого общества.

Экологические функции литосферы как планетарной геосистемы вместе с протекающими в ней геологическими процессами (как природными, так и антропогенными) можно определять на основании той роли, какую они играют в жизнеобеспечении и эволюции биоты и главным образом человеческого общества.

В.Т. Трофимов с соавторами (1995, 1997, 1998) рассматривают экологические функции литосферы как «держателя» минерально-сырьевых и энергетических ресурсов, источника геодинамических процессов и геофизико-геохимических полей.

 

 

 

Рис3. Экологические функции литосферы

2.2 Классификация экологических функций литосферы

Классификация экологических функций литосферы включает:

• Геодинамическую экологическую функцию литосферы - отражает свойство литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные геологические процессы и явления. Она изучается экологической геодинамикой .

• Геохимическую экологическую функцию литосферы - отражает свойство геохимических полей (неоднородностей) природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты в целом и здоровье человека в частности. Она изучается экологической геохимией.

• Геофизическую экологическую функцию литосферы - отражает совокупность свойств геофизических полей полей (неоднородностей) литосферы влиять на состояние биоты и человека. Она изучается экологической геофизикой

• Ресурсную экологическую функцию литосферы - определяет роль минеральных органических и органоминеральных ресурсов литосферы, а также ресурсов геологического пространства, необходимых для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры (человеческое сообщество). Она изучается экологическим ресурсоведением.

Можно выделить четыре класса состояния литосферы:

• удовлетворительное или благоприятное;

• условно удовлетворительного или неблагоприятное;

• неудовлетворительное или весьма неблагоприятное;

• катастрофическое - ему соответствует четыре зоны нарушения экосистемы - нормы, риска, кризиса и бедствий.

Итак, Трофимов и Д.Г. Зилинг выделяют геодинамические, геохимические, геофизические и ресурсные функции. Но может быть предложена несколько иная схема их классификации, где число функций расширено.

Нижний классификационный где уровень, соответственно, может быть разделен на дополнительные ячейки. Например, геодинамические экофункции литосферы, связанные с внутренней динамикой земли, могут быть обусловлены магматическими, вулканическими, тектоническими и сейсмическими эндогенными геологическими процессами.

Экзогенные геологические процессы подразделяются на гравитационные, эрозионные, абразионные, карстовые, суффозионные, мерзлотные, эоловые и др. Они определяют разнообразие гидроклиматических свойств литосферы.

2.3 Ресурсная функция

Ресурсная функция верхних горизонтов литосферы заключается в ее потенциальной способности обеспечения потребностей биоты (экосистем) абиотическими ресурсами, в том числе и потребностей человека теми или иными полезными ископаемыми, необходимыми для существования и развития человеческой цивилизации. (Королев, 1996; Трофимов, Зилинг, 2000, 2002).

Ресурсная функция является базовой в системе «литосфера-биота», так как с ней связаны не только условия жизни и эволюции биоты, но и сама возможность ее существования.

Данная функция определяет роль ресурсов (минеральных, органических, и органо-минеральных) для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры. Ресурсная функция литосферы обусловливает значение минерального, органического и ее органоминерального сырья, составляющего основу для жизнедеятельности биоты как в качестве биогеоценозов, так и антропогеоценоза (Ясаманов, 2003).

По мнению В.Т. Трофимова и др. (2000), она включает следующие аспекты:

·        ресурсы,необходимые для жизни и деятельности биоты,

·        ресурсы,необходимые для жизни и деятельности человеческого общества,

·        ресурсы, как геологическое пространство, необходимое для расселения и существования биоты, в том числе и человеческого общества.

Первые два аспекта связаны с минерально-сырьевыми ресурсами, а последний, - с экологической емкостью геологического пространства, в пределах которого происходит жизнедеятельность организма.

С позиций биоцентризма потребности человека не должны вступать в противоречие с потребностями биоты в целом. Среди природных ресурсов на Земле по их значимости для развитых государств на первом месте стоят энергоресурсы. При современном уровне развития промышленности в мире технологическая энергетика создает и трансформирует огромное, если рассматривать планету в целом, количество энергии. Около 70% добываемых полезных ископаемых в мире составляют энергоресурсы. Следовательно, можно говорить о соизмеримости техногенного энергетического потенциала с энергетическим потенциалом Земли естественного происхождения, особенно на урбанизированных территориях.

2.3.1 Ресурсы литосферы, необходимые для жизнедеятельности биоты

Они представлены горными породами и минералами, которые включают химические элементы биофильного ряда, жизненно необходимые для роста и развития организмов, кудюриты - минеральное вещество кудюров, являющегося минеральной пищей литофатов. и подземные воды. Углерод, кислород, азот, водород, кальций, фосфор, сера, калий, натрий и ряд других элементов требуются организмам в значительных количествах, поэтому они называются макробиогенными. Микробиогенными элементами для растений являются Fе, Мn, Сu, Zn, В, Si, Мо, С1, V, Са, обеспспечивающие процессы фотосинтеза, азотного обмена и метаболическую функцию.

Для животных требуются те же элементы, кроме бора. Часть из них они получают, используя в пищу продуценты, часть - из минеральных соединений и природных вод. Кроме того для животных (консументов первого и второго порядков) дополнительно требуются селен, хром, никель, фтор, йод и др. Эти элементы в малых количествах жизненно необходимы для деятельности

организмов и выполнения биогеохимических функций.

Одни из перечисленных элементов находятся в газообразном состоянии в атмосфере, другие растворены в водах гидросферы или находятся в связанном состоянии в почвенном покрове и литосфере. Растения (продуценты) извлекают в процессе своей жизнедеятельности эти элементы непосредственно из грунтов вместе с почвенными и грунтовыми водами.

Минеральные вещества кудюров являются эпизодической пищей травоядных (консументы первого порядка) и всеядных (консументы третьего порядка) животных. Они употребляют их вместе с пищей по крайней мере два раза в год. Кудюры предназначены для регуляции солевого состава организма. В основном это минералы группы цеолитов. Стимуляторами роста растений, животных и рыб кроме цеолитов являются такие глинистые минералы, как бентониты, палыгорскиты, а также глауконит и диатомит.

Подземные воды - основа для существования биоты, определяют направленность и скорость биохимических процессов растений и животных.

2.3.2 Минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества

К ним относятся все существующие полезные ископаемые, которые используются человечеством для производства необходимых материалов и энергии, В настоящее время из недр извлекается более 200 видов полезных ископаемых и объем годовой добычи минерального сырья достигает порядка 20 млрд т горной массы в год.

Наиболее важные группы полезных ископаемых и основные направления их использования показаны на рис. 4.

рис. 4. Схема использования основных природных ресурсов литосферы

Экологическое значение подземных вод огромно. Основные направления их использования и объемы потребления (км/год) приведены ниже:

Хозяйственно-питьевое водоснабжение ……………                                10,34

Техническое водоснабжение ……………………                            ……. 2,66

Орошение земель и обводнение пастбищ………………………………..0,51

Лечебное (бальнеологическое и минеральное) геотермальное …….….0,35

Промышленное (извлечение поваренной соли, йода. брома, бора, лития, стронция)…………………………………………………………………..0.25

2.4 Анторопогенное воздействие на ресурсную функцию литосферы

Минерально-сырьевые ресурсы относятся к категории исчерпаемых, и все они, за исключением подземных вод, являются невозобновляемыми. На протяжении всей своей истории человеческое общество в разных объемах использовало минеральные ресурсы, причем объем добываемого сырья непрерывно возрастал. Одновременно увеличивалось число извлекаемых химических элементов и соединений: если в XVIII в. - 18 химических элементов и соединений, в XIX в. - 35, в 1917 г. - 64, в 1975 г. - 87, то в 90-е годы XX в - 106 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева.

В настоящее время ежегодно из недр добывается около 100 млрд т минерального сырья. Возникает угроза истощения месторождений полезных ископаемых. По прогнозам некоторых специалистов, запасы многих видов минерального сырья иссякнут к середине XXI в., а свинца и цинка хватит только на первые десятилетия третьего тысячелетия.

В литосфере заключены горные породы, которые содержат в себе биофильные элементы, т.е. химические элементы, растворимые в водной среде и в то же время жизненно необходимые организмам. Они еще называются биогенными элементами. Литосфера, кроме того, является вместилищем подземных вод, а также содержит вещества, употребляемые в пищу определенными животными - литофагами.

Жизнедеятельность биоты обеспечивают существующие в природе, в том числе и происходящие в литосфере, биогеохимические циклы. Согласно Г. А. Богдановскому (1994), это более или менее замкнутые пути циркуляции химических элементов, входящих в состав клеточной протоплазмы, из внешней среды в организм и уходящих вновь во внешнюю среду. Выделяют два типа биогеохимических цикла: круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и океане; осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Развитие человеческого общества невозможно без использования минеральных ресурсов. Благодаря им человечество обеспечивает свои потребности в энергии, удобрениях, жилье, транспорте, связи. Сегодня к этой категории добавились средства получения, передачи, обработки и анализа информации. Ежегодно из недр извлекается порядка 17-18 млрд т горной массы.

К числу полезных ископаемых относятся и подземные воды. Они используются в качестве хозяйственно-питьевого водоснабжения (10,34 км/год), для технического водоснабжения (2,66 км/год), орошения земель и обводнения пастбищ (0,51 км/год), в лечебных целях, в качестве геотермальных источников, для добычи ряда ценных компонентов (йод, бром, бор, литий, стронций, поваренная и калийная соль).

Большую роль литосфера играет в качестве геологического пространства, необходимого для расселения и существования биоты, в том числе и человека. С одной стороны, приповерхностные участки литосферы являются местом обитания биоты (обитатели пещер, норные и землеройные животные, микроорганизмы), а с другой, ее подземные пространства используются на урбанизированных территориях: для строительства подземных коммуникаций, транспортных магистралей, расположенных на подземном уровне объектов, а также как вместилища для захоронения высокотоксичных и радиоактивных отходов. Однако продолжающееся строительство подземных инженерных объектов нередко приводит к обострению экологических проблем. Объекты геологической среды, используемые для этих целей, весьма ограничены и в большинстве регионов довольно быстро становятся источниками острых экологических кризисных ситуаций.

Долгое время существовало представление о том, что территории континентов неисчерпаемы для расселения и жизнеобеспечения биоты, в том числе человека. Однако в эпоху техногенеза земная поверхность и геологическая среда стали важным природным и экологическим ресурсом. Сегодня человечеством освоено около 55 % поверхности суши, причем существует тенденция нарастания этого процесса. В настоящее время человечество сталкивается с тем, что дальнейшее размещение урбанизированных территорий сопряжено как с преодолением природных трудностей, так и с большими материальными затратами.

Как отмечают в своей монографии В.Т.Трофимов с соавторами (1997), специфика земельного ресурса заключается в том, что его изучением и оценкой занимаются науки не только геологического, но и географического и почвоведческого направлений. Геологи рассматривают ресурсную сторону с позиций рационального пользования геологического пространства, географы - с позиций рационального использования ландшафта, а почвоведы - с позиций рационального использования почв для сельского хозяйства. Все вместе они должны оценивать рациональность и возможность использования той или иной территории с позиций экологии.

2.5 Геодинамическая функция

2.5.1 Понятие, объект, предмет геодинамической функции

Согласно В.Трофимову с соавторами (1997), под геодинамической функциейлитосферы понимается способность последней к проявлению и развитию при-родных и антропогенных геологических процессов и явлений, в той или иной мере влияющих на условия жизнеобитания и жизнедеятельности биоты и особенно человеческого общества.

Геодинамическая функция литосферы в экологическом аспекте проявляется в ходе геологических процессов, причем эколого-геодинамические свойства литосферы обусловлены как энергетической составляющей литосферы, так и динамикой ее вещественного состава, включая рельефообразующие факторы.

Геодинамические функции литосферы(экологическая геодинамика) раскрываются через взаимодействие биоты и геологических процессов, как эндогенных, так и экзогенных.

Эндогенные геологические процессы проявляются в виде вулканической и тектонической деятельности Земли. С вертикальными тектоническими движениями связано формирование рельефа, ландшафтной поясности гор. В горах с

увеличением высоты происходит изменение климата, что влияет на формирование почв, развитие рельефообразующих процессов, различных видов животных и растений. Существенна роль неотектонических движений, разрывных и складчатых деформаций в формировании залежей и месторождений нефти и

газа. Оценка экологического риска связана с развитием эндогенных и экзогенных процессов, параметров их проявления и экологических последствий.

Геодинамическая экологическая функция литосферы - это функция, отражающая способность литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные (техногенные) геологические процессы и явления.

Объект изучения эколого-геодинамических исследований - геологические процессы и геодинамические зоны и аномалии.

Предмет изучения - знания о воздействии этих компонентов литосферы на биоту. Их проявление связано как с факторами извне (космическими), так и с разрядкой напряжений в геофизических полях Земли, а влияние геологических процессов на биоту - с преобразованием рельефа.

Реализация геодинамической функции проявляется как непосредственно -через негативное по отношению к биоте явления, так и опосредованно - через геофизическую, ресурсную, или геохимическую функции. Например, оценку эрозии можно рассматривать через интенсивность процесса и количественную охват ею определенной территории (геодинамический критерий оценки), или через потерю или сокращение земельных ресурсов и запасов гумуса (ресурсный критерий оценки).

Существует два подхода к оценке воздействия геодинамического фактора литосферы на биоту. Первый подход связан с анализом и оценкой воздействия отдельных геологических процессов на человека и проявляет экологические последствия этих процессов. Второй связан с изучением современных геодинамических зон и аномалий литосферы и их воздействием на биоту. Эти факторы определяют состояние массивов горных пород, участков повышенной трещиноватости, проницаемости, влияющих на особенности циркуляции подземных вод, увеличение количества геологических и экологически опасных техногенных процессов.

Геодинамические аномалии влияют на процесс проникновения физических и химических загрязнителей в литосферу, окружающий ландшафт, биологические объекты, на здоровье человека и снижают ценность почвенных ресурсов.

Иерархия структуры геодинамической экологической функции литосферы:

·        Второй уровень - группы геологических, других природных и техногенных процессов, различающихся по характеру проявления и воздействия на экосистему и человека, и геодинамические аномалии.

Характерной чертой геодинамической функции литосферы является ее возможность проявляться в форме как негативного, так и позитивного отношения к развитию и пространственному распространению биоты. Это отношение может быть прямым и опосредованным, т.е. может проявляться через ресурсную или геофизико-геохимическую функции.

В рамках этой функции должны рассматриваться геодинамические процессы и явления, непосредственно влияющие на условия существования биоты. Исходя из степени воздействия на биоту, в том числе и на человека все геодинамические процессы можно разделить на две группы:

·        одни процессы в силу своей масштабности и скорости проявления не способны оказывать прямого негативного влияния на живые организмы

·        другие действуют на биоту в форме катастрофических явлений и стихийных бедствий и, таким образом, являются опасными природными процессами.

К первым относятся, например, перемещения литосферных плит, тектонические медленные вертикальные и горизонтальные движения, такие геологические процессы, как выветривание, денудация, транспортировка осадочного материала и осадконакопление. К катастрофическим геологическим явлениям относятся те из них, которые из-за кратковременности своего проявления быстро разрушают привычную природную структуру и систему обитания биоты, нарушают условия жизни человека и приводят к жертвам.

Рис. 5 Структура геодинамической экологической функции литосферы (По А.Д. Абалакову)

Особенностью эколого-геодинамической функции литосферы является проявление негативных и позитивных свойств к развитию и пространственному распространению биоты. Некоторые геодинамические процессы не проявляют прямого воздействия на биоту, а другие оказывают катастрофическое воздействие на растительный покров, животный мир и человека.

Все известные катастрофические и неблагоприятные природные и антропогенные явления, связанные с литосферной оболочкой, можно разделить на две крупные группы.

К первой группе относятся процессы и явления, не несущие непосредственной угрозы для существования биоты, но влияющие на условия проживания человека, изменяя их. Однако в силу высокой приспособляемости органического мира нередко их воздействия на биоту оказываются минимальными. Для человека эти природные явления меняют только условия комфортности жизни. К их числу относятся ветровая эрозия и дефляция, водная эрозия, перенос вещества

и аккумуляция, суффозия, заболачивание, формирование термокарста, новообразование и деградация многолетней мерзлоты, формирование карста, Негативностъ воздействия катастрофических природных явлений весьма высока. К особо опасным природным явлениям относятся землетрясения, извержения вулканов взрывного характера, оползни, обвалы и камнепады, провалы и т.д.

3. ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

3.1 Проявление геодинамической функции

Геодинамическая функция литосферы в экологическом аспекте проявляется в ходе различных геологических процессов (экзогенных - оползней, обвалов, селей, береговой абразии, подтопления и т.д. и эндогенных - землетрясений, вулканических извержений и т.д.), так или иначе влияющих на различные экосистемы, в том числе и человеческое общество. Эти процессы, делятся на природные геологические и процессы, вызванные человеком, техногенные - инженерно-геологические. Важно подчеркнуть, что последние могут по своей интенсивности, мощности и масштабам проявления существенно превосходить их природные аналоги, поэтому их прогнозу, оценке и инженерной защите территорий с развитыми на них экосистемами от негативного влияния инженерно-геологических процессов в экологической геологии уделяется первостепенное внимание.

Пока нерешенных проблем в этой области очень много и среди них одна из центральных - выявление предельно допустимых уровней техногенных воздействий на геологическую среду и ее отдельные компоненты - почвы, горные породы, подземные воды, рельеф территории и развитые на ней геологические процессы, изменение которых влияет на различные экосистемы. Основная задача заключается в том, чтобы научиться правильно прогнозировать экологические последствия тех или иных техногенных воздействий на литосферу, а, следовательно, научиться предотвращать негативные экологические процессы и тем самым влиять на разразившийся глобальный экологический кризис. Немалую роль в решении этой проблемы должен сыграть экологический мониторинг геологической среды - система постоянных наблюдений, контроля, оценки, прогноза и управления состоянием геологической среды с целью обеспечения ее экологических функций.

3.2 Землетрясения

Землетрясения, являются наиболее опасным проявлением геологических процессов. Это внезапное освобождение потенциальной энергии земных недр в виде продольных и поперечных волн.

Землетрясения - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок).

Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических масштабах) переход потенциальной энергии, накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.

По генезису природные землетрясения подразделяются на тектонические, вулканические и экзогенные. Самыми разрушительными являются тектонические, вызываемые быстрым смещением крыльев тектонических нарушений.

Виды землетрясений:

Вулканические землетрясения - разновидность землетрясений, при которых землетрясение возникает в результате высокого напряжения в недрах вулкана. Причина таких землетрясений - лава, вулканический газ. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно - недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей этого вида землетрясение не представляет.

Техногенные землетрясения. В последнее время появились сведения, что землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность - увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.

Обвальные землетрясения - вызваные обвалами и большими оползнями, они имеют локальный характер и имеют небольшую силу.

Землетрясения искусственного характера - вызванные, например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при ядерном взрыве. Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества.

Сила землетрясения зависит от количества выделившейся в области очага энергии, характеризуемой магнитудой (условной энергической характеристикой) и глубиной залегания очага.

Интенсивность - качественный показатель последствий, включающий размер ущерба, количество жертв и степень восприятия людьми последствий землетрясения.

Для определения интенсивности колебания поверхности в эпицентре используется 12-балльная шкала силы землетрясений, основанная на степени разрушения построек. Более широко применяют шкалу магнитуд, которая неверно называется баллами. Она была предложена Ч. Рихтером и соответствует относительному количеству энергии, выделившейся в очаге землетрясения. Наиболее сильные землетрясения характеризуются магнитудой (М) от 1 до 8,9. Магнитуда 6 соответствует землетрясению силой 8 баллов и М 7-9 - 10-балльному землетрясению, а М 8-11 - 12 бальным землетрясениям.

Надо отметить, что оценка землетрясений в магнитудах болееобъективна, чем в баллах, так как степень разрушения построек зависит не только от количества выделившейся энергии, но и от других факторов, в частности от качества построек и применения антисейсмической технологии строительства, глубины очага, донасыщенности горных пород и т.д.

Землетрясения выражаются многими толчками, направленными вверх от очага, из которых только один или несколько являются главными и наиболее разрушительными. Главному толчку предшествуют форшоки, а после следуют повторные толчки - афтершоки.

Различают несколько типов сейсмических волн:

·        Волны сжатия - продольные сейсмические волны - вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах

·        Волны сдвига - поперечные сейсмические волны - заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны

·        Существует ещё третий тип упругих волн - длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

До 80 % землетрясений происходят в земной коре, и у многих из них очаги располагаются на глубине 8-20 км. Максимальная глубина очага землетрясения находится примерно на границе нижней и верхней мантии (620-720 км).

При смещении блоков земной коры возникает несколько типов волн.

Продольные волны (Р) - волны сжатия и разрежения среды, следующие попеременно одна за другой со скоростью (в твердых породах) порядка нескольких километров в секунду. Продольные волны - реакция среды на изменение объема; они распространяются с твердых, жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении движения волн, т.е. во все стороны от источника колебаний.

Поперечные волны (S) - результат реакции среды на изменение формы, следовательно, они не могут распространяться в жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении, поперечном к направлению движения волн.

Поверхностные волны, или волны Релея (L) - возникают в особых условиях, именно на границе раздела двух сред, различных по своему агрегатному состоянию (жидкость-газ, твердое тело-газ и т.д.) под воздействием колебаний, приходящих от очага землетрясения к этой границе. Отличаются гаименьшей по сравнению с Р и S скоростью распространения (V_L=0,9 V_S) и быстро затухают, но в эпицентре могут привести к большим повреждениям. В жидкости вызываются силами веса (под действием ветра и т.п.), в твердой среде - упругими силами.

Землетрясение обычно происходит не в результате единовременного акта на глубине, а вследствие какого-то длительно развивающегося процесса движения материи во внутренних частях земного шара. Обычно за начальным крупным толчком следует цепь более мелких толчков (афтершоков). Время их проявления составляет период землетрясения. Все толчки одного периода исходят из общего гипоцентра, который иногда в процессе развития может смещаться, а вместе с ним и эпицентр.

Большая часть крупных землетрясений приурочена к Альпийско-Гималайской области и Тихоокеанскому огненному кольну (рис. 6).

Рис. 6. Очаги сильных землетрясений

В состав первой входят горно-складчатые сооружения Северной Африки, Апеннины, Альпы, Карпаты, Крым, Кавказ, горные сооружения Балканского полуострова. Малой и Средней Азии, Ирана, Афганистана, Памира, Гималаев и Бирмы.

Тихоокеанское огненное кольцо включает Алеутские острова, Камчатку, Сахалин. Курильскую гряду, Японские острова, горные сооружения Юго-Восточной Азии, Центральной Америки, Анды и Кордильеры. В перечисленных районах происходят самые сильные землетрясения, как правило, превышающие 9-10 баллов. В сейсмоопасных областях проживает более половины населения Японии, одна треть населения Китая, одна седьмая часть населения США и одна сотая часть населения России.

В Казахстане наблюдаются землетрясения до 9 баллов. Наиболее сейсмически активные зоны это Алматинская, Восточно-Казахстанская, Жамбыльская, Южно-Казахстанская, Кызылардинская, Мангистауская области. (см. приложение)

Землетрясения - это комплексное бедствие с прямым и косвенным вторичным ущербом, возникающим в результате схода лавин и оползней, селей, возникновения цунами и пожаров. Причем в материальном исчислении ущерб из-за сопутствующих стихийных бедствий нередко превышает первичный ущерб.

Величина ущерба, наносимого землетрясениями, зависит от силы сейсмических волн, достигающих земной поверхности, частоты, продолжительности сейсмических колебаний, от конструктивных особенностей зданий и состояния грунта основания.

Сильные землетрясения приводят к серьезным изменениям природной среды. Меняются рельеф земной поверхности, конфигурация водораздельных пространств и горных хребтов, возникают новые прибрежные и подводные равнины, грабены и горсты, рвы и трещины, по которым перемещаются блоки земной коры.

Последствия землетрясений бывают особенно катастрофичны, когда они провоцируют экзогенные гравитационные процессы - обвалы, камнепады, оползни и сели.

Землетрясения в силу своего мгновенного действия вызывают сильные разрушения и приводят к большим жертвам. Продолжительность главного толчка, характеризующегося наибольшей магнитудой, редко превышает одну минуту. Это бедствие застает людей врасплох. Повторные подземные толчки - афтершоки - проявляются длительное время, и население успевает к ним подготовиться.

Таким образом, землетрясения являются одним из наиболее опасных и разрушительных видов проявления геодинамической функции литосферы и эндогенных процессов в частном.

3.3 Шкала интенсивности землетрясений

балл	Краткая характеристика (по С.В. Медведеву)
I	Колебания почвы отмечаются приборами
II	Ощущаются в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии на верхних этажах
III	Колебания ощущаются немногими людьми, особенно на верхних этажах, но многие еще не понимают, что происходит землетрясение; стоящие автомобили иногда покачиваются. Ощущается сотрясение, как от проходящего мимо поезда
IV	Колебания ощущаются многими людьми. Возможно дребезжание стекол. Ночью многие просыпаются. Сдвигается с места посуда, открываются и закрываются окна и двери, трещат стены. Стоящие машины иногда заметно подскакивают.
V	Качание висячих предметов. Многие спящие просыпаются. Некоторые хрупкие предметы трескаются, неустойчивые предметы опрокидываются. Образуются небольшие трещины в штукатурке. Заметно раскачиваются деревья и столбы. Могут остановиться маятниковые часы.
VI	Ощущаются всеми, многие в испуге выбегают из домов. Легкие повреждения в зданиях. Сдвигается тяжелая мебель. Отваливается штукатурка.
VII	Трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков. В хорошо построенных обычных зданиях небольшие и умеренные повреждения, тонкие трещины в стенах; некоторые дымовые трубы рушатся. Замечается людьми, ведущими автомашины.
VIII	Большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб, частичное разрушение прочных зданий, падение памятников, фабричных труб. Опрокидывается тяжелая мебель. Выбросы песка и грязи. Изменяется уровень воды в колодцах и скважинах.
IX
X	Обвалы во многих каркасных и каменных зданиях. Искривляются железнодорожные рельсы. Трещины в грунтах шириной до 1м. Оползни с крутых склонов и речных берегов.
XI	Не обрушиваются только единичные каменные строения. Мосты разрушаются. Подземные трубопроводы полностью выходят из строя. Сильно искривляются рельсы. Многочисленные трещины на поверхности Земли, большие обвалы в горах.
XII	Полное разрушение. Волны на поверхности грунта. Значительные изменения рельефа. Предметы подбрасываются в воздух.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пока человек не в состоянии предотвратить многие опасные и катастрофические геологические процессы. Однако в арсенале методов инженерной геологии накоплен огромный научный опыт по прогнозу геологических и инженерно-геологических процессов, направленным на инженерную защиту территорий и снижение ущерба. Таким образом, в обостряющемся на Земле экологическом кризисе роль различных геологических и инженерно-геологических процессов, происходящих в литосфере, огромна, что необходимо иметь в виду при решении экологических проблем. В связи с этим в современных условиях значение инженерной и экологической геологии в жизни общества неизменно возрастает.

Таким образом, можно сделать вывод, что влияние экологичеких функций литосферы на биосферу огромно. Они имеют значение не только для ОПС, но и для организма человека и животных. От ресурсной функции напрямую зависит благополучие человека и его здоровья. Все это необходимо учитывать при техногенной деятельности человека и не допускать чрезмерной нагрузки на литосферу.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абалаков А.Д. Экологическая геология. -И: Издательство Иркутского Государственного Университета, 2007

. Королев В.А Современные проблемы экологической геологии: Московский Государственный Университет им. Ломоносова. Соросовский образовательный журнал, №4, 1996

.Трофимов В.Т., Герасимова Н.С., Красилова Н.С. Устойчивость геологической среды и факторы ее определяющие. Геоэкология. 1994. №2.

. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Содержание и значение учения об экологических функциях литосферы . Отечественная геология. 1999, №3

. Хуторской М.Д., Зволинский В.П., Рассказов А.А. Мониторинг и прогнозирование геофизических процессов и природных катастроф, - Москва 1999 год.

. Ясаманов Н.А. - Основы геоэкологии. Москва, 2003 год