Лекция 7. Загрязнения литосферы

 https://youtu.be/E3jwQIg8CY4 

ВИДЕОРОЛИК ПО ТЕМЕ

Сильное загрязнение литосферы — следствие неразумной хозяйственной деятельности. Чем выше концентрация загрязняющих веществ, тем больше нарушаются экологические геофизическая, геохимическая и ресурсная функции литосферы.

Источники загрязнения литосферы

Основные антропогенные источники загрязнения твердой оболочки Земли, или литосферы:

• промышленность и теплоэнергетика,
• добыча полезных ископаемых,
• транспортные системы,
• сельское хозяйство,
• жилищно-коммунальное хозяйство,
• вырубка лесов.

Промышленность и теплоэнергетика

Виды техногенного загрязнения литосферы:

• химическое,
• физическое,
• радиоактивное.

Источниками вредных веществ являются пыле-газовые выбросы, твердые и жидкие промышленные отходы. Большая часть загрязнителей, которые выбрасываются в атмосферу, оседает вблизи предприятий. Остальное разносится по воздуху на большие расстояния. Вместе с осадками загрязнители выпадают на поверхность Земли, накапливаясь в земле и растениях.

Добыча полезных ископаемых

Горнодобывающие предприятия — второй по значимости источник загрязнения литосферы. Наибольший вред окружающей среде наносит разработка месторождений открытым способом, когда образуется огромное количество отходов горных пород. Некоторые методы предполагают применение токсичных веществ и тяжелых металлов. Например, на каждые добытые 0,024 г золота приходится 100 кг спецотходов и отбитой горной породы.

Транспортные системы

В придорожных и прижелезнодорожных полосах сильно превышена предельно допустимая концентрация поллютантов. К основным относятся:

• бытовые отходы;
• перевозимые транспортом материалы и вещества;
• химические соединения, которые содержатся в выхлопных газах.

N.B!!! Почвогрунты в районе автозаправочных станций пропитаны нефтепродуктами. Степень загрязнения верхних слоев литосферы и тесно взаимодействующей с ней гидросферы зависит от продолжительности и интенсивности эксплуатации автомобильных или железных дорог.

Сельское хозяйство

Земли сельскохозяйственного назначения загрязнены отходами животноводческих комплектов, перенасыщены удобрениями и пестицидами, которые применяют для повышения плодородия почв, защиты культурных растений от вредителей. При соблюдении правил внесения химикатов негативное воздействие на окружающую среду минимальное. Однако нередко они не выполняются, что становится причиной нарушения экологического равновесия.

Жилищно-коммунальное хозяйство

ЖКХ — главный источник твердых бытовых отходов разных классов опасности, большая часть которых оказывается на мусорных свалках. Там они постепенно разлагаются или распадаются на мелкие частицы, загрязняя и отравляя землю.

Вырубка лесов

Леса нейтрализуют попадающие в воздух вредные вещества, и они не оседают на поверхности Земли. Вырубка деревьев, особенно вдоль дорог или промышленных объектов, приводит к усилению загрязнения почвенного покрова. Негативное воздействие оказывают работающие на топливе машины: трактора, лесосечная техника.

Вырубка лесов

Леса нейтрализуют попадающие в воздух вредные вещества, и они не оседают на поверхности Земли. Вырубка деревьев, особенно вдоль дорог или промышленных объектов, приводит к усилению загрязнения почвенного покрова. Негативное воздействие оказывают работающие на топливе машины: трактора, лесосечная техника.

Основные виды загрязнителей

Среди главных загрязнителей, под воздействием которых меняются структура, состав, свойства почвы:

• тяжелые металлы,
• нефть и нефтепродукты,
• пестициды и минеральные удобрения,
• бытовые и промышленные отходы,
• радиоактивные элементы.

Тяжелые металлы

Встречаются в природе естественным образом. К их избыточному содержанию в окружающей среде привела деятельность человека. К широко распространенным токсичным загрязнителям относятся кадмий, хром, ртуть, свинец, никель, медь, цинк. Безопасными считаются железо и марганец. Основные источники тяжелых металлов — транспорт (например, бензин с тетраэтилсвинцом), горнодобывающие и металлургические предприятия (производство, обработка металлов).

Из-за роста популярности автомобильных катализаторов выросла концентрация в почве (в первую очередь на обочинах) родия, палладия, платины. Насколько это опасно, ученые пока сказать не могут, так как соответствующие исследования не проводились.

Отходы от катализаторов

Нефть и нефтепродукты

Загрязнение литосферы нефтью происходит при добыче, переработке, транспортировке сырья в результате аварий на объектах нефтедобывающей промышленности или повреждений трубопроводов. Утечки или разливы нефтепродуктов возникают в местах их хранения, на АЗС и ТЭЦ, а также при перевозке.

Пестициды и минеральные удобрения

Химические средства для защиты растений разрабатываются начиная с середины XX века. Многие из них относительно быстро разлагаются в почве (от нескольких недель до нескольких месяцев), но некоторые чрезвычайно устойчивы. Например, до сих пор присутствуют в почвах давно запрещенные к использованию ДДТ и ГХЦГ.

Бытовые и промышленные отходы

В местах хранения и уничтожения бытовых и промышленных отходов почвенно-грунтовый покров загрязнен токсичными веществами. Среди них диоксины, полихлорбифенилы, стирол.

Радиоактивные элементы

Радиоактивные вещества оказываются в почве в результате:

• ядерных испытаний,
• аварий на атомных электростанциях,
• ненадлежащей утилизации опасных отходов.

N.B!!! Радионуклиды преимущественно скапливаются на поверхности. Некоторые изотопы (цезий 137, стронций 90) мигрируют вглубь почвенно-грунтового покрова.

Оценка степени загрязнения

При определении степени загрязнения литосферы учитываются результаты анализов:

химического,

бактериологического,

паразитологического,

энтомологического.            

Исследования в основном проводятся на территориях населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных предприятий с целью оценить риск воздействия на здоровье населения. Пробы берутся на разной глубине.

Возможные последствия

Среди последствий антропогенного загрязнения литосферы:

снижение качества почв,

гибель растений,

ухудшение здоровья людей и животных.

Влияние на почву

Загрязняющие вещества наносят прямой вред литосфере, вызывая нарушение ее экологических функций. Они ухудшают фильтрующую способность почв, оказывают негативное воздействие на почвенные микроорганизмы. Возникает переуплотнение плодородного слоя, происходит минерализация питательных веществ, уменьшается видовое разнообразие. Страдает также гидросфера, так как из почвы загрязнители попадают в грунтовые воды.

Гибель растительности

Токсичные поллютанты нарушают рост растений или препятствуют их распространению на определенной территории, не давая пустить корни. На загрязненных землях, даже если они долгое время не используются, часто мало или совсем нет деревьев.

Воздействие на здоровье животных и людей

Загрязнители почвы, попадая вместе с пищей в организм животных и людей, наносят вред их здоровью. Многие из них повреждают органы или вызывают расстройство функций организма, способствуют развитию онкологических заболеваний, негативно влияют на репродукцию или изменяют структуру генов.

Методы борьбы с загрязнением

Экологи предлагают такие пути решения проблем, как:

• переработка и утилизация отходов,
• сокращение промышленных выбросов,
• увеличение количества зеленых насаждений,
• постепенный отказ от пестицидов,
• рекультивация земель.

Внедрение технологий переработки и утилизации

Повсеместное внедрение современных технологий переработки и утилизации позволит значительно уменьшить объем отходов и площадь мусорных свалок. Сократится количество попадающих в почву вредных веществ.

Сокращение промышленных выбросов

Решить проблему выбросов и сократить площади земель, загрязненных отходами промышленности, помогает модернизация предприятий. Уменьшение вредного воздействия на окружающую среду достигается путем применения новых технологий производства и установки более современных очистных сооружений, которые лучше справляются со своей задачей.

Увеличение количества зеленых насаждений

Некоторые виды деревьев поглощают определенные поллютанты. Например, акация белая, дуб черешчатый, липа мелколистная аккумулируют минеральные элементы. Каштан конский, тополь Болле, липа накапливают железо, а клен остролистный и тополь Болле — свинец. Для охраны литосферы от загрязнения такие растения целесообразно высаживать вдоль автомагистралей и в городах, особенно вдоль дорог и рядом с промышленными предприятиями.

Сокращение применения пестицидов

Согласно аграриям, резкий отказ от химических препаратов повлечет за собой сильное снижение урожайности. Они предлагают постепенно снижать их применение, строго соблюдая севооборот и все больше используя альтернативные методы защиты сельскохозяйственных культур, такие как:

• очистка посевного материала,
• тщательная предпосевная обработка земли,
• механическое уничтожение сорных растений,
• обработка полей биопестицидами.

Рекультивация земель

Рекультивация — это очищение загрязненных земель с целью снизить содержание вредных веществ до безопасного уровня.

Предпочтение отдается способам, которые позволяют провести санацию без замещения грунта. Так сохраняется структура почвы, не страдают почвенные микроорганизмы.

Рекультивированный полигон ТБО

Методы очистки от загрязнителей делятся на 3 группы:

1. Ограничение распространения, или локализация. Для этого используются, например, геоконтейнеры, механическая изоляция, остеклование.
2. Обработка in situ (на месте). Сюда относятся отмывание, откачивание почвенного воздуха для удаления вредных летучих веществ, биологическая очистка с помощью микроорганизмов от органических соединений.
3. Обработка ex situ (вне места). Проводится на специально оборудованных площадках. Среди применяемых методов физическая сепарация, пирометаллургическая обработка, выращивание травянистых растений (фиторемедация).

Выбор способов зависит от вида поллютантов, уровня загрязнения, свойств почвы, степени адаптации растительного покрова и других факторов.

Прочие пути решения проблемы

Для решения проблемы загрязнения литосферы экологи рекомендуют также:

• осуществлять меры, направленные на экологическое просвещение населения, чтобы предотвратить образование стихийных свалок и неправильную утилизацию опасных отходов;
• внедрять малоотходные и безотходные способы производства;
• ужесточить юридическую ответственность за порчу земли.

Меры государственного контроля

Обязанность контролировать использование и охрану земель в России и принимать необходимые меры возложена на Комитет по земельной реформе и земельным ресурсам при правительстве и Министерство экологии и природных ресурсов. За нарушение правил обращения с опасными отходами предусмотрена административная или уголовная ответственность.

Для выявления превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ в литосфере регулярно проводятся исследования состояния почвенного покрова в сельхозрайонах, санитарно-защитных зонах предприятий, рекреационных зонах и на других территориях. Качество почвенного покрова должно соответствовать санитарно-эпидемиологическим требованиям (СанПин 2.1.7.1287-03).

Условия проявления процессов эрозии и оврагообразования и борьба с ними

Эрозия почв, или водная эрозия, — это процессы разрушения и сноса почв под воздействием текучести вод. Дефляция, или ветровая эрозия, — разрушение и перенос почв под воздействием ветра. К основным типам водной эрозии почв относятся: плоскостная эрозия, при которой идет смыв верхних горизонтов почв; линейная или струйчатая, размывающая почву концентрированными потоками и образующая рытвины, промоины; овражная эрозия, возникающая при сильном развитии линейной эрозии и являющаяся ее крайним проявлением. Различают эрозию почв нормальную, или геологическую, и ускоренную, или антропогенную. Первая свойственна нераспаханным территориям с сохранившимся естественным растительным покровом, где она протекает медленнее, чем формирование почвенного профиля. Вторая развивается в результате нерациональной хозяйственной деятельности человека. В таком случае процессы водной и ветровой эрозии ускоряются, опережают процессы восстановления почвенного профиля.

В зависимости от факторов, вызывающих эрозию, различают два ее вида: водную и ветровую.

Водная эрозия может быть плоскостной (поверхностной) и линейной (овражной).

Плоскостная эрозия — это смыв верхних горизонтов почвы на склонах при стекании по ним дождевых или талых вод сплошным потоком или ручейками. Вследствие смыва верхнего, наиболее плодородного слоя почва теряет свое главное свойство — плодородие. Установлено, что на слабосмывных почвах урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 20—30%, среднесмытых —40—50%, а на сильносмытых — 65—70%.

Линейная эрозия вызывается талыми и дождевыми водами, стекающими значительной массой, сконцентрированной в узких пределах участка склона. В результате происходят размыв грунта в глубину, образование глубоких промоин, рытвин, которые постепенно перерастают в овраги, и пашни становятся непригодными к использованию. Рост и формирование оврага зависят от почвенно-климатических условий и идут со скоростью от 1—3 до 8—25 м/год.

По данным научно-исследовательского института защиты почв от эрозии, широкому развитию процессов водной эрозии способствует высокий удельный вес склоновых земель в общей площади пашни. Так, в Центральночерноземной зоне 43,5% пахотных земель расположено на водоразделах и склонах крутизной менее 1%; 35,6% полей— на склонах 1—3°; 13,9% — на склонах 3—5°; 7% — на склонах круче 5°. Поэтому сельскохозяйственные предприятия вынуждены применять систему защиты почв от водной эрозии.

При ветровой эрозии, или дефляции, происходит выдувание почвы, снос ее мелких сухих частиц ветром. Сухие почвы поддаются действию ветра легче, чем влажные, поэтому ветровая эрозия больше всего наблюдается в засушливых районах. В процессе горных работ при формировании отвалов, снятии, хранении и перемещении плодородных почв эрозия проявляется более успешно.

При проектировании противоэрозионных мероприятий должно быть предусмотрено выполнение следующих главных требований: в зонах водной эрозии — создание водоустойчивой поверхности почвы, регулирование стока талых и ливневых вод; в зонах ветровой эрозии — создание ветроустойчивой поверхности почвы, уменьшение скорости ветра в приземном слое и сокращение размеров пылесборных площадей.

Создание эрозионно устойчивой поверхности при карьерном землевосстановлении прежде всего зависит от формирования ее рельефа и эффективности метода рекультивации (восстановление почвенного и растительного покрова). Рельеф и его растительный покров, в свою очередь, определяют величину стока талых и ливневых вод, а также скорость ветра в приземном слое и размеры пылесборных площадей. Таким образом, при восстановлении земель, нарушенных горными работами, вопрос селективного формирования породных отвалов необходимых параметров и качества является основополагающим и в деле повышения их устойчивости против водной и ветровой эрозий.

Исходя из интенсивности водной эрозии, восстанавливаемые под сельскохозяйственное производство территории по рельефу (уклону) поверхности можно подразделить на следующие группы площадей: несмывные — уклон рекультивируемой площади до 1°, т. е. угодья расположены на ровной части рельефа, водной эрозии почти не подвержены, потери влаги на поверхностный сток почти отсутствуют, земли для сельскохозяйственного освоения особо пригодны; слабосмываемые — угол поверхности 2—3°, наблюдается заметный смыв нанесенных почв, потери влаги на поверхностный сток очень большие, для сельскохозяйственного освоения пригодны при условии специальной обработки почв и сева культур поперек склона; сильносмывные — угол поверхности 3—5°, увеличенный смыв нанесенных почв, значительные потери влаги на поверхностный сток, для сельскохозяйственного освоения ограниченно пригодны с почвозащитными севооборотами; эрозионно опасные — угол поверхности 6° и более, происходит сильный смыв нанесенных почв, без залужения площади подвержены плоскостной и линейной эрозиям и для пропашного земледелия непригодны.

Кроме того, в зависимости от местных почвенно-климатических и агро- экономических условий при проектировании и проведении землевосстанови- 247

тельных работ на карьерах необходимо применять установленные в данной зоне противоэрозионные мероприятия в системе земледелия.

Особенно большую роль в борьбе с эрозией играют лесные насаждения. Массивные леса оказывают мелиорирующее влияние на окружающую территорию. По данным А. А. Молчанова, леса снижают скорость ветра с наветренной стороны на расстояние 5—15 Н (Я— высота деревьев), а с заветренной — до 20—40 Я, среднее значение скорости ветра в поле составляет около 30%.

Важнейшими элементами системы мероприятий по защите рекультивируемых земель от водной эрозии являются: противоэрозионная агротехника, обеспечивающая повседневную защиту почвенного слоя и повышение его плодородия при рекультивации земель; лесомелиоративные мероприятия по борьбе с эрозией почв на восстанавливаемых землях; гидротехнические сооружения, предотвращающие размыв рекультиваци- онного слоя и откосов отвала.

Простым и доступным агротехническим мероприятием по борьбе с водной эрозией является обработка почв поперек склона. Она создает своеобразный микрорельеф пашни, в результате чего гребни, бороздки, ряды сельскохозяйственных культур препятствуют поверхностному стоку, способствуют проникновению воды в почву и повышают ее запасы в пахотном горизонте, предотвращают смыв.

Для уменьшения процессов смыва и для накопления влаги в почве на обрабатываемых склонах применяют крестование и бороздование зяби. Для задержания ливневых и талых вод проводится щелевание участка — нарезка поперек склонов щелей глубиной 40—50 см с расстоянием между ними 70— 180 см в зависимости от крутизны склона.

Кротование способствует повышению содержания влаги, регулированию стока и предотвращению смыва почвы с рекультивированных земель. Для этого в корпусах плуга ставят специальные кротователи, которые образуют на глубине 35—40 см кротовины диаметром 6—8 см через 70—140 см, что позволяет значительно улучшить водопроницаемость, воздушный и водный режим почвы, предотвратить развитие смыва.

Значительную роль в борьбе с эрозией почвы играет использование удобрений. Применение органических и минеральных удобрений в сочетании с другими агротехническими приемами оказывает большое влияние на почвообразовательные и биохимические процессы.

Большое значение в сдерживании эрозионных процессов имеют почвозащитные севообороты, буферные полосы из многолетних трав, постоянное залужение или облесение эрозионных участков.