ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 1, с. 10-17
УДК 550.311
МЕЖГЕОСФЕРНЫЙ ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
© 2007 г. Б. Н. Лузгин
Алтайский государственный университет Поступила в редакцию 28.10.2005 г. После исправления 10.03. 2006 г.
Обобщенные данные по структуре и составу смежных геосфер показывают их зональное строение в приграничных слоях. Вероятно, межгеосферный обмен веществ (и энергий) обуславливается и поддерживается постоянно происходящей дифференциацией состава взаимодействующих сред, включая достаточно глубокие приграничные слои.
ВВЕДЕНИЕ
С освоением космоса человечество убедилось в относительности бескрайности Земли и бесконечности ее ресурсов. С началом количественных экологических оценок загрязненности окружающей среды мы осознали, что и качественно эти ресурсы могут стать конечными. Полностью восстановимых ресурсов не существует так же, как и неисчерпаемых. Это касается не только отдельных их видов, но и комплексов, популяций, экосистем. Целый ряд из них уже оказался утраченным или приближается к тому состоянию, которое мы часто обозначаем как "на грани...". Оказались не столь устойчивыми даже глобальные системы. И, пожалуй, с этих позиций не лишне уже сейчас перспективно оценить природно-ресурсные возможности самих геосфер и вероятность их частичного восполнения за счет обмена веществ со смежными геосферами, чтобы заранее понять конечные пределы антропогенного воздействия на эти структуры мироздания.
Накопленные к настоящему времени знания со всей очевидностью свидетельствуют о существенной неоднородности структуры и состава всех геосфер, о чрезвычайно сложной динамике происходящих в пределах каждой из них физико-химических процессов.
ПРИРОДНО-РЕСУРСНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ ГЕОСФЕР
Значение атмосферы для жизни на Земле трудно переоценить как с энергетической, так с экологической и ресурсной позиций. Атмосфера -среда передачи и трансформации солнечного излучения, накопитель избыточной свободной энергии, обеспечивающей жизнь [13]; буферная и защитная система всей наземной биоты, специфическая парниковая система, обеспечивающая жизнепригодные термические условия; это огромный резервуар так необходимых для живых орга-
низмов кислорода и азота, природный ресурс для промышленного получения этих компонентов, аргона, криптона, ксенона, неона и гелия, а также активизации окислительных процессов и охлаждения по существу во всех видах производств [15].
Качество воздуха зависит не только от содержания летучих компонентов, но и от загрязняющих атмосферу примесей как природного, так и антропогенного происхождения. Хорошо известны влияния вулканических извержений, отражающихся даже на климатических условиях тропосферы, в связи с ослаблением механическими частицами и аэрозолями части солнечного излучения, препятствующими свободному проникновению его к земной поверхности. Содержание кислорода и ряда других компонентов тропосферного воздуха разряжается вверх и резко снижается в контактирующих с атмосферой верхних частях гидросферы (от 23.12% в воздухе до 5 мл/л в воде) [13].
Оценки антропогенных загрязнений тропосферы известны лишь ориентировочно, а верхних слоев атмосферы, вплоть до космической, носят преимущественно качественный характер. Так, наиболее изучена группа кислотообразующих загрязнений, особенно СО2. Содержание ее за XX в. возросло на 120 ppmv (с 280 до 360 ppmv). Важен не только количественный рост, но и соответствующее снижение рН водородных соединений, как показатель закисления атмосферы и образования кислотных осадков. Подобным же образом ведут себя окисные азотные, серные и некоторые другие соединения. Так, уровень выпадения сульфатов в настоящее время превышает доиндустри-альный более чем на порядок [12].
Возросшие количества аэрозолей, источниками которых являются и промышленные предприятия, привели к росту смоговых областей, начиная с первых проявлений в Денвере и Лондоне, и занимающих теперь при благоприятных природ-
ных условиях огромные территории (до десятка процентов площади суши в северном полушарии). Крайне масштабны и тепловые загрязнения в связи с большими утечками тепла на промышленных производствах, вокруг крупных городов, характеризующихся наличием многих "островов тепла", обширных открытых искусственных ("морских") водоемов и т.п.
Таким образом, даже традиционно фигурирующий как типичный возобновимый ресурс - тропосферный воздух, потерял способность к быстрому восстановлению в пределах своих естественных природных колебаний.
Аналогично атмосфере гидросфера Земли представляет собой огромный по масштабам энергетический и сырьевой ресурс, аккумулятор тепла, вместилище разнообразного животного и растительного мира. Это практически неисчерпаемый источник многих используемых человечеством неорганических и органических ресурсов, находящихся, однако, преимущественно в рассредоточенном виде, в связи с чем их реальное извлечение зачастую весьма затруднено или невозможно.
В отличие от воздуха это такая смесь взаимосвязанных растворителей и растворенных веществ, которая настолько разнородна, что пресная вода как чистый природный ресурс существует в количестве менее 0.3 % от ее общего объема (1.4 млрд. км3), а в виде динамично текущих речных потоков - 0.02 %. Подземные пресные воды до глубины 2000 м составляют 30.8 % от объемов поверхностных вод. Восполняются поверхностные и подземные воды преимущественно за счет атмосферных осадков (т.е. за счет межгеосфер-ного обмена).
Несмотря на устоявшееся мнение об однородности состава вод в пределах географически обособленных водоемов, это не всегда согласуется с реально наблюдаемыми объектами. Контраст солености вод определяет превышение уровня Тихого океана над Атлантическим на 0.6 м [6], он многомерен, в местах проникновения через морское дно "черных курильщиков" наблюдаются заметные отличия в концентрации солей в разных фациях единых озер (типа Балхаш) и т.п. Часто фиксируют значительные перепады в уровнях солености в системах интенсивного антропогенного воздействия, сопровождаемые тер-мохалинными явлениями [7]. В связи с орошением кислотными дождями меняется кислотность водоемов пресных вод, с закислением тысяч озерных систем. Происходит термальное загрязнение не только речных вод, но и областей морских прибрежий, приобретающих планетарное распространение.
Приобретает темпоральное развитие эвтроф-ное химико-биологическое загрязнение есте-
ственных и искусственных водоемов, а также прибрежных частей морей. При этом осуществляется ускоренная циркуляция биогенных компонентов [17], вплоть до формирования сероводородных токсичных застойных вод на субтропических и тропических гидроэлектростанциях.
Качество пресных вод в параметрах, отвечающих всем санитарно-гигиеническим нормам для питьевых целей, резко сократилось, и составляет, в частности для России, всего 1% от суммы поверхностных и подземных их разностей. Идет устойчивое понижение уровней грунтовых вод за счет интенсивной сельскохозяйственной деятельности и водно-мелиоративных работ, происходит иссушение почв континентов.
Из-за недостатка речных вод, помимо поверхностных широко используют подземные, забор которых составляет около 20% мирового объема используемых вод [9], т.е. помимо гидросферных ресурсов поверхности земли восполнение недостатка потребляемых вод происходит из коллекторных вод литосферы.
Литосфера представляет собой уникальный ресурсный потенциал всех используемых живым миром (и человеком) химических элементов, минеральных и органических природных соединений [18]. Она также в той или иной мере подвержена геодинамическим природным (и антропогенным) преобразованиям и характеризуется мозаично-зональной апатогенно-патогенной природной дифференциацией региональных и локальных земных структур. Внешняя ее оболочка - педосфера уникальна по своим общебиосферным экологическим функциям [5]. Это исключительно насыщенная органикой среда обитания, аккумулятор, связующее звено биологического и геологического круговорота веществ, своего рода планетарная мембрана, защитный барьер от активного воздействия атмосферных агентов на структуру самой литосферы, фактор биологической эволюции. Это зона исключительного ускорения миграции химических элементов. Плодородные функции почв определяются деструктированной органикой в виде гумуса и элементарным составом питательных минеральных веществ, поступающих в почвы из нижележащей зоны минерального питания [1].
Содержание гумуса в результате преимущественно антропогенного воздействия уменьшено практически вдвое. Общий баланс питательных элементов Б, в частности в почвах России, стал отрицательным и достиг более 100 кг/га [5].
Минеральные богатства недр литосферы широко используют как источник топливно-энергетического сырья, сырья для промышленности и нужд сельского хозяйства, а также сырья для осуществления производства самих технологических циклов. Темпы добычи минеральных ресурсов
достигли свыше 100 млрд. т в год. Эксплуатация ведется без учета наличия соответствующих суммарных ресурсов в "кладовой" недр, определяемых кларками соответствующих элементов. Общая тенденция горнодобывающих производств -обращение ко все более бедным рудам, в связи с выработкой более богатых источников получения минерального сырья. Однако недалеко то время, когда пределы подобного "разубожива-ния" руд могут быть достигнуты.
Вместе с тем прогнозы по поводу исчерпания тех или иных руд к определенным срокам ни разу не оправдались. Поэтому геологи вынуждены существенно видоизменить подобные схемы прогнозирования. Было предложено выражать возможности Земли в части доступности для извлечения минерально-сырьевых ресурсов в относительной форме глобального начального метал-логенического потенциала, как сумму исторически накопленной добычи, установленных запасов и прогнозных ресурсов (т.е. потенциальный резерв открытий будущего) [10]. По этим представлениям, мировая цивилизация уже исчерпала от 0.5 до ~ 0.7 РЬ, Sn, Ag, Аи; от 0.2 до 0.4 Си, №, Zn; от 0.05 до 0.13 - Мп, Сг, Со. К особенно "высоколиквидным" (с уровнями превышения накопленной добычи последующи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.