Создание антропогенных ландшафтов и антропогенного рельефа

Наиболее существенные изменения антропогенные процессы производят в рельефе земной поверхности. В одних случаях техногенная деятельность вы­зывает денудацию земной поверхности, что, в свою очередь, при­водит к выравниванию рельефа, а в других в результате аккумуля­ции материала создаются разнообразные аккумулятивные формы рельефа — мелкогрядовый, холмистый, техногенно-расчлененный, террасированный.

По степени распространения и по своему происхождению ан­тропогенные формы рельефа и создаваемые руками человека ланд­шафты группируются в несколько типов.

Городской (селитебный) ландшафт характеризуется почти пол­ным изменением естественного рельефа, сменой положения и видоизменениями условий деятельности гидросети, преобразова­нием почвенного покрова, сооружением промышленно-хозяйствен­ных и жилых построек, значительным понижением или повыше­нием уровня грунтовых вод. В одних случаях из-за понижения ста­тического уровня водоносных горизонтов они перестают дрениро­ваться реками, что приводит к значительному их обмелению и в некоторых случаях к полному исчезновению. В пределах городских агломераций в результате аварий на водопроводах и в канализаци­онных системах в подпочвенные горизонты поступают воды, что приводит к повышению уровня грунтовых вод и к подтоплению жилых и промышленных зданий.

Создание городских ландшафтов ведет к необратимым измене­ниям в составе атмосферы и климата над городскими агломераци­ями. В частности, чем крупнее населенный пункт, тем большая разница между дневными и ночными температурами, между тем­пературами в центре и пригороде. Это вызвано тем, что промыш­ленные предприятия выделяют в атмосферу значительное количе­ство теплоты и парниковых газов. Состав атмосферных газов над городами суще­ственно иной, чем над сельскими территориями.

Горно-промышленный ландшафт отличается созданием наряду с производственными зданиями систем обогащения, очистки и складирования отходов с соответствующей инфраструктурой гор­но-обогатительных комбинатов (ГОК), карьеров, выемок и шахт, строительством террасированных воронок, иногда заполненных во­дой, расположением озер в карьерах и выемках, внешне сходных с карстовыми озерами. Техногенные отрицательные формы релье­фа чередуются с положительными — отвалами, терриконами, на­сыпями вдоль железных и грунтовых дорог.

Создание горно-промышленного ландшафта влечет за собой уничтожение древесной растительности. При этом существенно изменяется не только растительный покров, но и состав почв.

Открытая и подземная разработка полезных ископаемых наряду с выемкой грунта и горных пород обычно сопровождается обиль­ным водопритоком за счет подземных вод, дренирующих с разных горизонтов горных выработок. В результате этого создаются огром­ные депрессионные воронки, снижающие уровень грунтовых вод в районе горно-промышленных объектов. Это приводит, с одной стороны, к заполнению карьеров и выемок водой, а с другой, когда происходит снижение уровня грунтовых вод, — к осушению земной поверхности, ее опустыниванию.

Горно-промышленные ландшафты формируются на протяже­нии довольно короткого времени и занимают обширные террито­рии. Особенно это характерно для разработки месторождений по­лезных ископаемых, обладающих пластообразными полого залега­ющими породами. Такими, в частности, являются пласты камен­ного и бурого угля, железных руд, фосфоритов, марганца, полиметаллических месторождений. Примерами горно­промышленных ландшафтов являются ландшафты Донбасса и Куз­басса, Курской магнитной аномалии (районы городов Белгород, Курск и Губкин) и т.д.

Ирригацнонно-технический ландшафт характеризуется наличи­ем системы каналов, канав и арыков, а также запруд, прудов и водохранилищ. Все перечисленные системы существенно меняют режим поверхностных и особенно грунтовых вод. Заполнение во­дохранилищ и подъем уровня воды до высоты верхнего бьефа пло­тин приводит к подъему уровня грунтовых вод, что, в свою оче­редь вызывает подтопление и заболачивание примыкающих тер­риторий. В засушливых регионах этот процесс в связи с присут­ствием в воде значительных примесей солей сопровождается засо­лением почв и образованием солончаковых пустынь.

Сельскохозяйственный ландшафт на Земле занимает около 15 % площади всей суши. Он создан на Земле более 5000 лет тому назад, с тех пор человечество продолжает осваивать все новые тер­ритории. В результате интенсивной преобразовательной деятельно­сти на поверхности Земли многие природные ландшафты оконча­тельно преобразовались в антропогенные. Исключение составляют высокогорные и горно-таежные ландшафты, которые в силу свое­го сурового климата не привлекают человечество. Создание сельскохозяйственного ландшафта сопровождается не только выравниванием территории и удалением находящихся на поверхности мешающих проведению сельскохозяйственных работ глыб и валунов, но и засыпкой оврагов, сооружением террасовидных уступов на склонах гор, дамб и насыпей, защищающих сель­скохозяйственные угодья и хозяйственные постройки от потоков воды во время половодий и паводков.

Характерной разновидностью антропогенного ландшафта яв­ляются польдеры — бывшее дно шельфа морей с расположенными на них садами и полями. Польдерные ландшафты широко распро­странены в Бельгии, Франции, Италии и Нидерландах.

Военный ландшафт характеризует­ся широким распространением мелкобугорчатого рельефа, возни­кающего в результате образования многочисленных воронок, лож­бин и насыпей от взрывов, а также мелких отрицательных и поло­жительных форм рельефа. Последние формируются при строительстве насыпей дорог, укрепленных районов и т.д. Своеобразный ландшафт до­полняют военные инженерные сооружения — противотанковые рвы, окопы, подземные убежища и ходы сообщения.

Преобразованные природные ландшафты и созданный антро­погенный рельеф в своем большинстве являются необратимыми и долгоживущими формами. Неблагоприятные экологические послед­ствия некоторых антропогенных ландшафтов могут быть сведены до минимума рекультивационными работами, которые подразу­мевают частичное или полное восстановление былого природного ландшафта и существовавшего почвенно-растительного покрова на местах открытой разработки месторождений полезных ископа­емых, мест военных действий и военных учений и т.д.

Активизация процессов экзогенной геодинамики в рез-тате антропогенной деятельности

Активная хозяйственная деятельность человека не только пре­образует природные ландшафты, но способствует развитию и бо­лее энергичному проявлению процессов экзогенной, а в ряде слу­чаев и эндогенной геодинамики.

Проходка подземных горных выработок ведет к перехвату подземных вод, на­рушению их режима, понижению уровня, а это, в свою очередь, сопровождается или осушением, или обводнением, или заболачи­ванием поверхностных территорий. Кроме того, подземные гор­ные выработки стимулируют гравитационные процессы как на по­верхности, так и в глубине. Происходят провалы, проседания, об­валы, оползни и смещения блоков горных пород.

Широкое использование методов подземного выщелачивания при добыче полезных ископаемых, закачка в специальные буро­вые скважины морских и пресных вод, закачка в буровые скважины термальных вод в про­цессе добычи серы и тяжелой нефти, захоронение отходов хими­ческого производства приводят к резкой активизации процессов растворения горных пород. Возникают и начинают действовать ру­котворные карстовые процессы. Вследствие возникновения под­земных пустот и галерей на дневной поверхности появляются про­вальные гравитационные формы рельефа — воронки, просадки, полья.

В процессе сельскохозяйственного освоения и бесконтрольного использования земель резко усиливаются поверхностная и боко­вая эрозии. Возникает овражно-балочная сеть. Особенно это харак­терно при массовой распашке земель и нерегулированном выпасе скота. Эти же действия способствуют бороздовой и плоскостной дефляции, в результате чего уничтожается плодородный почвен­ный покров и дерновый слой.

Большие изменения появляются вследствие нарушения тепло­вого режима в криолитозоне при промышленном и городском стро­ительстве, при прокладке транспортных магистралей, сооружении нефте- и газопроводов, при разработке месторождений полезных ископаемых. В многолетнемерзлых грунтах, выведенных на поверх­ность и подвергающихся тепловому воздействию, активизируются криогенные процессы. Увеличивается скорость вытаивания под­земных вод; происходит разжижение грунтов; образуются термо­карст, наледи и бугры пучения. На склонах усиливается солифлюкционное перемещение грунтов. Одновременно происходит де­градация тундровых почв и ликвидируются или видоизменяются тундровые ландшафты.

Мелиорация болот, так же как и ирригация, нарушает гидрогео­логический режим подземных вод. Эти процессы сопровождаются или дополнительным заболачиванием, или опустыниванием.

Вырубка лесов на склонах гор не только оголяет их, но и спо­собствует возникновению подводных осыпей и камнепадов, резко усиливает селеопасность территории и создает угрозу схода лавин.

Возникновение большого объема подземных пустот в процессе добычи полезных ископаемых, выкачка нефти и газа, меняющая внутрипластовое давление, а также создание больших по площади и глубине водохранилищ приводят к усилению напряжения в толщах горных пород. Внутренние смещения и обрушения пустот вызывают наведенные землетрясения, которые по своей силе приближаются к природным сейсмогенным явлениям.

Последствия антропогенных изменений состояния геологической среды

Основной и постоянно действующей при­чиной естественного напряженного состояния в геологических телах является гравитация. Напряжения, вызванные тектоническими, сейсмическими, вул­каническими, физическими или иными причинами, реализуются в геологической среде в виде дислокаций. К ним относятся трещи­ны, глубинные разломы, линеаменты и кольцевые структуры.

Трещины являются областями, по ко­торым осуществляются миграция и разгрузка атмосферных и подземных вод. Это влияет на интенсивность протекания экологически неблагоприятных экзогенных процессов — мерзлотного вывет­ривания и криогенных процессов, оврагообразования, карстообразования, гравитационных склоновых процессов. Линеаменты— это линейные аномалии, обладающие значительным пре­вышением длины над шириной. Ширина их составляет от сотен метров до первых де­сятков километров, а протяженность — многие сотни и тысячи километров. Кольцевые структуры—это геологические объекты изо­метрической и овальной формы, наиболее крупные достигают в поперечнике 1000 км и более. Диаметр самых мелких составляет около 50 км.

С ними связаны изменения в распределении поверхностных и подземных вод, скорость и интенсивность протекания экзогенных и некоторых эндогенных процессов, а также некоторые геопатогенные зоны.

Глубинные разломы представляют собой зоны подвижного сочленения крупных блоков земной коры, обладающие значительной протяженностью (многие сотни и тысячи километров) и шириной (несколько десятков километров). Глубинные разломы рассекают не только всю литосферу, но нередко распространяются ниже границы Мохоровичича и характеризуются длительностью существования. Вдоль разломов проявляются вулканический и сейсмические процессы, осуществляются перемещения блоков земной коры. К глубинным разломам приуро­чено большинство очагов мелкофокусных и глубокофокусных оча­гов тектонических землетрясений. Вдоль глубинных разломов и особенно в местах их взаимного пересечения отмечаются наиболее интенсивные вариации внешнего и аномального геомагнитных полей, возбуждаемых солнечной активностью, космическим из­лучением, внутриземными физико-химическими и тектонически­ми процессами, перемещением подземных вод различной глуби­ны залегания. Вариации геомагнитного поля воздействуют на фи­зическое поле человека, меняют параметры его биомагнитного и электрического полей, тем самым оказывая воздействие на психи­ческое состояние человека, действуют на различные органы.

К глубинным разломам приурочены места выхода из недр рас­плавленных горных пород. Они являются каналами дегазации Зем­ли, путями подъема из земных недр трансмантийных флюидов, состоящих из водорода, гелия, азота, диоксида и оксида углерода, паров воды и других химических элементов и соединений.

Вдоль глубинных разломов происходят вертикальные и гори­зонтальные перемещения блоков земной коры. Такие перемеще­ния вызваны глубинными причинами, размеры их составляют 8— 15 мм в год. Когда в зоне глубинных разломов распо­лагаются сложные и экологически опасные тектонические объек­ты, смещения могут привести к нарушению целостности объектов со всеми вытекающими последствиями.

Инженерно-геологическая деятельность приводит к нарушению сложившегося естественного напряженного состояния геологической среды. Деформации массивов и блоков горных пород на глубине и на поверхности активизируют перемещения блоков по дислокациям, вызывают опускания земной поверхности, порождают наведенную сейсмичность (антропогенные землетрясения), разрушают инженерные сооружения.

Опускания земной поверхности. По частоте проявления, скоростям и негативным последствиям техногенные опускания превосходят естественные тектонические движения. Одной из причин опускания урбанизированных территорий является дополнительная статическая и динамическая нагрузка от зданий, сооружений и транспортных систем города, от возникающих под ними пустот после разрывов канализационных и водопроводных систем. Еще больший эффект оказывают пустоты, оставленные после извлечения из недр подземных вод и других видов полезных ископаемых. Например, территории г. Ме­хико и Лонг-Бич к концу 70-х годов XX в опустились на 9 метров. От просе­дания серьезно пострадали здания и транспортные магистрали.

В России проблема проседания особенно актуальна для Западной Сибири, где добывают жидкие и газообразные углеводороды, За­падного Приуралья, Поволжья и Прикаспия, а также для Коль­ского полуострова, на территории которого расположены многочисленные горнодобывающие предприятия. Опускания этих тер­риторий даже на несколько десятков сантиметров довольно опас­ны. Так, в Западной Сибири они усиливают заболачивание, в Приуралье и Поволжье интенсифицируют карстовые процессы.

Наведенная сейсмичность. Суть наведенной сейсмичности со­стоит в том, что вследствие антропогенного вмешательства в гео­логическую среду в ней происходит перераспределение существовавших или образование дополнительных напряжений. Это влияет на течение природных процессов, ускоряя их образование, и порой играет роль своеобразного «спускового механизма». Тем самым увеличивается частота природных землетрясений, а антропогенные действия способствуют разрядке уже накопленных напряжений, оказывая триггерное действие на подготовленное природой сейсмическое явление. Иногда действие антропогенного фактора само является фактором накопления напряженности в сейсмических полях. Возможность проявления наведенной сейсмичности резко возрастает, если антропогенному воздействию подвергается зона глу­бинного разлома, вдоль которой генерируются очаги возбужден­ных землетрясений.

Наиболее мощными объектами, в которых реализуется наве­денная сейсмичность, являются мегаполисы и крупные промыш­ленные центры, водохранилища, шахты и карьеры, районы за­качки газовых флюидов в глубокие горизонты геологической сре­ды, проводимые подземные ядерные и неядерные взрывы боль­шой мощности.

Наведенные землетрясения происходили в Нижнем и Среднем Поволжье, на Ромашкинском месторождении нефти в Татарии, Узбекистане, в Апатитах, в Донбассе, Кузбассе, Воркуте.

Подземные ядерные взрывы способны спровоцировать весьма опасные заведенные афтершоки (Невада (США) Новая Земля и Семипалатинск). Несмотря на то что энергия афтершоков обычно не превышает энергию самого взрыва, случаются и исключения. После подзем­ного взрыва в апреле 1989 г. на Кировском руднике в ПО «Апатит» на горизонте +252 м произошло землетрясение силой 6—7 баллов в эпицентре и магнитудой, равной 4,68—5,0. Сейсмическая энер­гия составила 1012 Дж при энергии самого взрыва 106—1010 Дж.

Горные удары и внезапные выбросы возникают в результате нарушения естественного напряженного состояния гео­логической среды при проходке подземных горных выработок, созданных при разработке полезных ископаемых. Горный удар сопровождается выбросом пород в горную выработку, сильным звуковым эффектом, возникновением воздушной волны. Подобные явления довольно часто происходят в шахтах во время добычи полезных ископаемых, при строительстве подземных линий метро и т.д. Горные удары обычно происходят на глубинах свыше 200 м. Наибольшую опасность представляют горные удары, возникающие при проходке шахт через хрупкие горные породы— сланцы и добыче каменного угля. Внезапный выброс газа или полезного ископаемого (угля или каменной соли), длится всего несколько секунд. С увеличением глубины горной выработки частота и сила выбросов увеличиваются. Горная выработка заполняется природным газом (метаном, углекислым газом, азотом) и массой раздробленных пород. Горные удары и внезапные выбросы приводят к разрушению подземных вырабо­ток и гибели людей под землей. Ограничить силу горного удара можно применением специальных проходческих комбайнов, созданием специальных щитов, податливой крепи, исключением особо опасных горных выработок из использования.

Лекция 8. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Геологическая среда - это верх­няя часть литосферы, находящаяся под воздействием инженер­но-хозяйственной деятельности человека. Её мощность определяется глубиной проникновения в толщу горных пород глубоких и сверхглубоких буровых скважин. На континентах она в среднем составляет 5—6 км, а самая глубокая скважина (Кольская) проникла в толщу горных пород на глубину около 12 км. В океанах пробурено 800 скважин, которые углубились от дна на 1- 1,5 км. Области, охватываемые геоло­гической средой будут увеличи­ваться по мере освоения человеком глубоких недр. В целом геологическая среда - это среда, в которой совершаются любые геологические процессы.

Наибольшие видоизменения геологическая среда претерпевает в верхней части литосферы. Тектонические движения здесь проявляются в форме разнообразных дислокаций (разрывные нарушения, приводящие к трещиноватости), разрывов (сбросы, сдвиги), крупных деформа­ций и перемещений блоков земной коры (горсты, грабены). Все они формируют рельеф и затрудняют инженерно-хозяйственную деятельность человека.

Геологическая среда создает аномальные геофизические (маг­нитные, гравитационные, электромагнитные, геотермические и др.) и геохимические поля и аномалии, которые влияют не толь­ко на хозяйственную деятельность людей, но и на здоровье и со­стояние органического мира.

Дата добавления: 2014-11-26