Как человек может изменить литосферу

I. Материал урока

Литосфера играет большую роль в жизни человека, ведь это территория, на которой обитают люди, они строят дома и различные сооружения, используют недра Земли, добывая различные полезные ископаемые, которые используются во многих отраслях народного хозяйства и повышения благосостояния человека. ↓ Записать схему в тетрадь

ДОБЫЧА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Бюджет многих стран состоит из добычи полезных ископаемых, которые находятся на их территории. Некоторые страны, такие как Саудовская Аравия, Ирак, Нигерия, в основном живут за счет добычи нефти. Россия занимает одно из первых мест в мире по запасам многих полезных ископаемых. На территории нашей страны имеются почти все виды полезных ископаемых.

Существует несколько способов добычи полезных ископаемых:(↓ Записать схему в тетрадь )

Твёрдые полезные ископаемые добывают открытым способом (карьер) или закрытым способом (шахта). 1. Открытый способ добычи — добыча полезных ископаемых непосредственно с земной поверхности. С помощью экскаваторов снимается верхний слой пустых горных пород. Затем ведётся добыча полезного ископаемого в образовавшемся карьере. Открытый способ дешевле подземного, но ведёт к нарушению природной среды. В карьерах обычно добывают уголь, железные руды, строительные полезные ископаемые (глина, песок и др.).

2. Закрытый способ добычи — подземная добыча полезных ископаемых. Шахты – места добычи полезных ископаемых закрытым способом. Они строятся в тех случаях, когда полезное ископаемое залегает глубоко в недрах Земли (до 1–2 км и более). На поверхность полезное ископаемое поднимают при помощи специальной техники. Подземная добыча более дорогостоящая, но наносит не столь серьёзный ущерб природе.

3. Жидкие полезные ископаемые и природный газ добываются с помощью специально пробуренных скважин.

Ведущее место по запасам нефти принадлежит государствам: • Венесуэла — 300 млрд баррелей; • Саудовская Аравия — 266 млрд баррелей; • Канада — 172 млрд баррелей; • Иран — 157 млрд баррелей; • Ирак — 143 млрд баррелей; • Россия — 80 млрд баррелей (8 место в мире)

Крупными запасами нефти обладают США, Мексика, страны Северной Африки.

Ведущее место по запасам природного газа принадлежит государствам: • Россия — 47 трлн м³; • Иран — 34 трлн м³; • Катар — 24 трлн м³; • США — 10 трлн м³; • Саудовская Аравия — 8 трлн м³; • Туркменистан — 7 трлн м³.

Топливные полезные ископаемые в большом объёме используются для получения электроэнергии на электростанциях. При сжигании топлива выделяется большое количество тепла, которое преобразуют в электрическую энергию. Крупнейшими потребителями топлива являются развитые страны Европы, США и Япония.

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО Человек интенсивно воздействует на верхнюю часть твердой оболочки Земли. Преимущественно это воздействие приходится на верхний плодородный слой литосферы — почву, благодаря которой человечество удовлетворяет основную часть своих потребностей в продуктах питания. Плодородные земли относятся к условно возобновимым ресурсам, однако время, необходимое для их восстановления, т. е. формирования плодородного слоя, достаточного для сельскохозяйственного использования, может исчисляться сотнями или даже тысячами лет. При нормальных природных условиях 1 см толщины плодородной почвы образуется за 125—400 лет. Процесс значительно ускоряется при оптимальной агротехнике, но даже в этих условиях для создания 1 см плодородного слоя требуется не менее 40 лет.

На нашей планете в качестве пашни обрабатывается около 10% суши. Пашни – сельскохозяйственные угодья, ежегодно обрабатываемые и используемые под посев сельскохозяйственных культур, многолетние травы, плюс пары (вспаханное поле, оставляемое на одно лето незасеянным) и площадь садов и огородов.

В начале нового тысячелетия человечество, вероятно, приблизится к полной реализации всех потенциальных земельных ресурсов. Почти вся площадь, используемая под сельскохозяйственные культуры, освоена с давних времен.

Кроме того, огромные территории используются для организации пастбищ – сельскохозяйственных угодий с травянистой растительностью, систематически используемых для выпаса травоядных животных

ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА НА ЛИТОСФЕРУ Открытые карьеры, шахты и подземные сооружения создают большие пустоты. Они вызывают опускания и обрушения земной поверхности. на месте добычи возникают огромные карьеры – совокупность выемок и ступенчатых ям в земной коре, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом.

При добыче полезных ископаемых и строительных работах из недр Земли извлекается огромная масса горных пород — до 20 т на каждого жителя планеты в год. После переработки ненужную породу ссыпают на поверхность. Так образуются искусственные горы — отвалы и терриконы. Известны случаи взрывов терриконов, ведь они содержат пустую горную породу отработанных шахт – некоторое количество угля и другие горючие породы.

Ветер поднимает над отвалами и терриконами пыль. В состав этой пыли иногда входят ядовитые вещества. Люди, живущие поблизости, часто страдают хроническими заболеваниями.

Крупные плотины и водохранилища, создаваемые при строительстве гидроэлектростанций, также оказывают на поверхность огромное давление. Из-за этих нагрузок увеличивается подвижность земных слоёв, и возникают искусственные землетрясения.

Добыча полезных ископаемых, распашка земель, ненормированный выпас скота и вырубка лесов ведут к тому, что территория становится непригодной для жизни и хозяйственной деятельности человека.

Нарушенные земли нужно восстанавливать. Для этого проводят специальные работы: (↓ Записать определение в тетрадь ) Рекультивация

— комплекс мер по экологическому и экономическому восстановлению земель и водных ресурсов, плодородие которых в результате человеческой деятельности существенно снизилось.

Эти работы включают в себя восстановление растительности, почв и рельефа (засыпка карьеров, уничтожение отвалов горных пород). Укрепление склонов и берегов водоёмов, посадка на них деревьев и создание ограждений помогают бороться с эрозией.

Для облагораживания территории терриконов проводят озеленение и облесение, рассаживая деревья на терриконах в большом количестве с целью остановить воздействие от разрушения под факторами погодных условий, создают пастбища и горнолыжные спуски.

Человек, который хочет сберечь для будущих поколений природный рельеф, а также противостоять грозным силам литосферы, должен изучать каменную оболочку Земли и разумно пользоваться богатствами её недр.

Структура литосферы

Она состоит из трех слоев:

• Осадочный. Состоит из пород, которые образуются из осадка, который образуется под действием различных климатических факторов на горные породы. Один из примеров осадочной породы — кухонная соль, хотя не только ею ограничиваются залежи этого слоя. Это торф, каменный уголь, глина и другие.
• Гранитный. Он занимает промежуточное положение, а под водами океанов его и вовсе не сыскать.
• Базальтовый. Он состоит из пород вулканического происхождения. Этот слой является основой.

Это интересно: МОУ СОШ — расшифровка аббревиатуры.

Основная составляющая земной коры — плиты, которые постоянно двигаются, как бы плавая по поверхности астеносферы.

Состав отличается в зависимости от того, где она располагается — под океанами или континентами. Описанные выше три слоя характерны для материковой структуры. Так, в океанической части отсутствует гранитный слой, а также значительно меньше легкоплавких редких соединений.

В структуре можно также выделить складчатые пояса и платформы. Первые участки довольно подвижные, а вторые — стабильные.

III. Домашнее задание

1. § 27, стр.90-92 – читать, пересказывать, знать основные термины и понятия урока. 2. Выполнить работу в контурных картах: задания 1-4 (стр.10-11 контурных карт), пользуясь указаниями к работе: • Все надписи в карте производить простым карандашом или цветными карандашами! • Внимательно изучите “Условные обозначения”- как обозначаются зоны землетрясений, высокие точки рельефа суши и океана, вулканы. • Для нанесения зон землетрясений можно использовать карту в учебнике на стр. 76 или карту в Атласе на стр. 22-23 • Названия горных систем (в 1 задании под буквами) и названия островов и полуостровов (4 задание) записываете в легенду карты (стр.11, справа от карты)

3. У кого нет контурных карт на руках – выполнить тест, пройдя по ссылке.

Толщина литосферы

Толщина отличается в зависимости от места, в котором замеряются ее размеры:

• Под океанами она может быть в пределах 5 –100 километров. Наибольшее значение характерно для периферии водоемов. Наименьшее — под Срединно-океаническими хребтами.
• Под материками минимальная мощность литосферы достигает 25 километров. Такое расстояние характерно для мест, располагающихся под молодыми горами и вулканическими дугами. Ну и соответственно, максимальное значение (200 километров) характерно для старых гор.

Наибольшую мощность литосфера имеет в холодных областях. Также она может увеличиваться по мере понижения плотности теплового потока.

Пангея

Несмотря на солидный возраст, формирование планеты не окончено до сих пор. И тонкая поверхность коры, что является домом для человека, растений и животных, и горячие недра находятся в постоянном движении. Меняются очертания материков, рельеф местности, климатические условия.

Глядя на современные космические снимки планеты с очертанием шести отдельных континентов, сложно поверить, что около 250 миллионов лет назад на планете существовал единый сверхконтинент, носящий название Пангея

.

В результате активных процессов в недрах планеты единый материк раскололся на современные континенты, которые, благодаря медленному, от 2.5 см до 7 см в год (по данным различных источников), движению тектонических плит за миллионы лет удалились на максимальное расстояние. Доказательства этой теории подробно изложены на странице 178 учебника «География. Землеведение 5-6 классы» под редакцией Климановой О. А.

Поднимаясь на царапающие облака горы или спускаясь в недра океана, человек считает себя покорителем природы, но ни один рукотворный небоскреб не сравнился по высоте с горами, и ни один батискаф не спустился в самую глубокую Марианскую впадину.

Поверхность литосферы не сплошная, а представлена отдельными плитами, которые в некоторых местах находят друг друга, образуя горные хребты или расходятся, формируя морские впадины.

В строении литосферы ученые выделяют восемь крупных плит и значительное количество более мелких. Плиты не зафиксированы неподвижно, а медленно передвигаются по горячей и жидкой астеносфере, образуя в местах стыков пластин зоны сейсмической активности.

География. Землеведение. 5-6 классы. Учебник

Учебник адресован учащимся 5-6 классов и входит в линию учебников по географии под редакцией О.А. Климановой и А.И. Алексеева. Методический аппарат учебника хорошо проработан и отражает замысел развивающего и личностно-ориентированного обучения; возможность параллельной работы с электронным приложением к учебнику способствует эффективному усвоению учебного материала. Учебник особенно подходит для гимназий и классов с углублённым изучением гуманитарных предметов.

Купить

Свойства литосферы

Более распространенное название свойств литосферы — функции. Можно выделить следующие функции этого слоя планеты Земля:

• Ресурсная. Означает то, что данная часть планеты имеет ресурсы, которые помогают живым организмам жить — пищу, минералы, необходимые полезные вещества и прочее.
• Геодинамическая. Означает то, что ее задача — обеспечить комфортное проживание человеку и другим видам живых существ: животным, растениям и грибам.
• Геохимическая. Отображает то, как влияет химический состав планеты на жизнь человека и других существ.
• Геофизическая функция — это по сути то же самое, что и геохимическая, за тем лишь исключением, что здесь влияют на жизнь и существование биологических видов не геохимические, а геофизические слои.

Интересные факты

• Самый большой вклад в изучение литосферы был осуществлен сейсмологией. Это наука, которая изучает землетрясения. Ведь главная причина, почему случается это явление, имеющее порой ужасающие последствия — сталкивание тектонических плит между собой. И чтобы понять причину землетрясения, нужно было их обнаружить.
• До того как были открыты литосферные плиты и поняты истинные причины землетрясений, люди раньше придумывали множество версий, которые сейчас поражают своей нелепостью, но раньше воспринимались вполне серьезно. Например, раньше люди считали, что землетрясения появлялись из-за того, что змеи, которые опутывали землю, двигались. Это уже потом ученые доказали, что этими «змеями» является мантия, которая сама по себе достаточно подвижна и пластичная.
• В состав входит верхняя часть мантии, потому что она такая же твердая, как и кора Земли, но при этом имеет другой химический состав.
• Слово «литосфера» переводится, как «каменный шар».
• Температура отличается в зависимости от глубины. Каждый километр в глубину прибавляет к температуре 35 градусов.

Ну и, наконец, нижняя граница литосферы имеет температуру 1300 градусов.

Современные технологии и технический уровень позволяют человеку существенным образом изменять геологическую среду. Огромные по масштабам воздействия на природную среду оказываются сопоставимыми с геологическими процессами. Именно объемы производимых работ и те изменения, которые претерпевает геологическая среда в результате хозяйственного освоения, дали основания академику В. И. Вернадскому признать действия человека «огромной геологической силой».

Техногенными, или антропогенными, воздействиями называют различные по своей природе, механизму, длительности и интенсивности влияния, оказываемые деятельностью человека на объекты литосферы в процессе его жизнедеятельности и хозяйственного производства. Антропогенное воздействие на геологическую среду по своей сути является геологическим процессом, так как оно по размерам и масштабам проявления вполне сопоставимо с естественными процессами экзогенной геодинамики. Разница заключается только в скорости течения процесса. Если геологические процессы протекают медленно и растягиваются на сотни тысяч и миллионы лет, то скорость воздействия человека на среду укладывается в годы. Еще одна отличительная черта, характерная для антропогенной деятельности, — стремительное нарастание процессов воздействия.

Точно так же, как и природные экзогенные процессы, антропогенное воздействие на геологическую среду характеризуется комплексностью проявления. В нем выделяют:

1) техногенное разрушение (дезинтеграция) толщ горных пород, слагающих геологическую среду. Это действие в природных условиях осуществляют процессы выветривания, поверхностные и подземные воды и ветер;

2) перемещение дезинтегрированного материала. Это аналог денудации и транспортировки в процессах экзогенной геодинамики;

3) накопление перемещенного материала (дамбы, плотины, транспортные артерии, населенные пункты и промышленные предприятия). Это аналог аккумуляции осадков, их диа- и катагенеза.

В процессе добычи твердых (разнообразные руды), жидких (подземные воды и нефть) и газообразных полезных ископаемых производятся различные по характеру и объему горно-геологические работы. В процессе добычи твердых полезных ископаемых проводят как открытые горные выработки — шурфы и карьеры, так и подземные горные выработки — шахты, штольни и штреки. Геологопоисковые и геологоразведочные работы, а также добыча жидких и газообразных полезных ископаемых осуществляются бурением многочисленных поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин, которые внедряются в приповерхностную часть литосферы на разные глубины — от нескольких десятков метров до нескольких километров. При проведении горно-геологических работ толщи горных пород дезинтегрируются и удаляются из земных недр. Такие же действия производятся при сооружении котлованов под жилые здания и промышленные предприятия, во время выемок при сооружении транспортных магистралей, во время сельскохозяйственных работ, в процессе строительства гидро- и тепловых электростанций и других работ. Антропогенная деятельность, называемая инженерно-хозяйственной, немыслима без воздействия на самую верхнюю часть земной коры. В результате разрушается твердое вещество верхнего слоя геологического разреза и нарушается связность его составных частей. При этом дробятся и измельчаются некогда твердые горные породы. При извлечении горных пород и полезных ископаемых на глубине возникают наземные и подземные пустоты.

В. Т. Трофимовым, В. А. Королевым и А. С. Герасимовой (1995) предложена классификация техногенных воздействий на геологическую среду. Позже этими же авторами классификация была дополнена характеристикой прямых экологических последствий воздействия человека на геологическую среду и обратных воздействий на жизнедеятельность человека, природные ландшафты и биогеоценозы.

Создание антропогенных ландшафтов и антропогенного рельефа

Наиболее существенные изменения антропогенные процессы производят в рельефе земной поверхности, причем как равнинном, так и горном. 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. Точно так же в результате выбросов в атмосферу газов при работе промышленных предприятий и автотранспорта состав атмосферных газов над городами существенно иной, чем над сельскими территориями.

Горнопромышленный 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 горнопромышленного 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 горнопромышленных 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 и ее опустыниванию.

Горнопромышленные 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, стратиформных полиметаллических месторождений. Примерами горнопромышленных ландшафтов являются ландшафты Донбасса и Кузбасса, Курской магнитной аномалии (районы городов Белгород, Курск и Губкин) и т. д.

Ирригационно-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, когда человечество перешло от потребительского отношения к природе в процессе собирательства и охоты к производительному хозяйству — созданию земледельческих и скотоводческих цивилизаций. 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. На месте лугов, степей, лесостепей, лесных массивов в равнинных и предгорных территориях возникают освоенные сельскохозяйственные ландшафты. Техногенные сельскохозяйственные ландшафты, в частности земля для отгонного скотоводства, создаются в результате орошения пустынь и полупустынь. На месте осушенных озер и морских побережий и особенно на заболоченных территориях возникают типичные сельскохозяйственные ландшафты. На склонах гор в субтропическом климате, подверженных привносу влаги, создаются террасированные ландшафты, используемые под выращивание цитрусовых, чая и табака.

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 возникает в процессе ведения военных операций и крупномасштабных военных учений, а также на территории военных полигонов различного назначения. Он 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 проведении военно-инженерных мероприятий (строительство 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 результате 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 (шахт, штолен, штреков, вертикальных стволов) 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 по контурам нефтяных месторождений 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

Естественное напряженное состояние (ЕНС) представляет собой совокупность напряженных состояний геологических тел (массивов изверженных и метаморфогенных горных пород, отдельных блоков, тел полезных ископаемых и т. д.) вследствие воздействия естественных факторов. Основной и постоянно действующей причиной ЕНС является гравитация. С ней сочетаются вертикальные и горизонтальные тектонические движения земной коры, денудация и аккумуляция толщ горных пород.

В конкретных геологических телах (слой, пачка, толща, интрузив, тело полезных ископаемых и т. д.) или в массивах горных пород напряженное состояние характеризуется определенным полем напряжения. Его качественное выражение зависит от физического состояния слагающих эти тела горных пород, т. е. от формы, размера, деформированности, прочности, вязкости, обводненности и т. д.

Напряжения, вызванные тектоническими, сейсмическими, вулканическими, физическими или иными причинами, реализуются в геологической среде в виде дислокаций. К ним относятся трещины и трещиноватость, кливаж, линеаменты, глубинные разломы, кольцевые структуры.

Трещинами называют нарушения сплошности горных пород и их слоев, по которым отсутствуют перемещения. Множество трещин в горной породе определяет ее физическое состояние. По морфологии трещины подразделяют на открытые (зияющие), закрытые и скрытые; по размерам — на микроскопические, малые, большие, а по генезису — на тектонические и нетектонические. Среди первых различают трещины отрыва и скалывания. Нетектонические трещины возникают при диа- и катагенезе осадочных горных пород, остывании магматических горных пород, при метаморфизме, в результате разгрузки напряженности горных пород за счет денудации, при напоре на породы надвигающихся ледников.

Независимо от причин трещинообразование происходит в поле ротационных напряжений. Это, в свою очередь, определяет закономерную ориентировку планетарной трещиноватости. Она может быть ортогональной или диагональной.

Трещины и зоны трещиноватости 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.

Кливаж (от франц. clivage — раскол) — система параллельных трещин в горных породах, не совпадающих с первичной текстурой пород (в осадочных породах кливаж не совпадает со слоистостью), по которым породы легко раскалываются. Первичный кливаж возникает под влиянием главным образом внутренних причин, зависящих от вещества самой породы, от внутреннего сокращения ее объема в процессах литификации и метаморфизма. В осадочных породах первичный кливаж выражается обычно в образовании перпендикулярных друг другу и к наклону слоистости параллельных трещин. Вторичный кливаж является результатом деформации горных пород под влиянием внешних, в основном тектонических воздействий. Последний разделяется на кливаж течения и кливаж разлома.

Линеаменты и кольцевые структуры хорошо выражены и читаются на космоснимках различных уровней генерализации. Линеаменты — это линейные аномалии, обладающие значительным превышением длины над шириной и выраженные на отдельных отрезках спрямленными элементами геологической структуры. Они проявляются как в форме отдельных трещин, разрывных нарушений, даек магматических пород и их систем, так и в форме эрозионно-денудационного или аккумулятивного рельефа. Последнее выражается в виде распределения по определенной системе эрозионно-овражной сети, уступов речных террас, сети рек, водораздельных гребней и т.д.

Линеаментные зоны, или области концентрации линеаментов, пересекают как платформенные структуры, так и складчатые пояса. Ширина их составляет от сотен метров до первых десятков километров, а протяженность — многие сотни и тысячи километров. Это специфический класс структур, отражающий своеобразный план распределения трещиноватости.

Кольцевые структуры — это геологические объекты изометрической и овальной формы, выявляющиеся на космических снимках. Наиболее крупные структуры достигают в поперечнике 1000 км и более. В крупные кольцевые структуры довольно часто вписаны более мелкие кольца, овалы, полукольца и полуовалы. Диаметр самых мелких структур составляет около 50 км.

На земной поверхности кольцевые структуры выражаются расположенными в форме дугообразных и кольцевых систем трещин, разрывов, магматических тел, форм рельефа эрозионного и тектонического происхождения.

По генезису выделяют магматогенные, тектоногенные, метаморфогенные, космогенные и экзогенные структуры. Широко распространены кольцевые структуры сложного полигенного происхождения. Они отличаются своеобразным расположением элементов рельефа на земной поверхности. Экологическая роль линеаментов и кольцевых структур полностью не выяснена. По-видимому, они имеют такое же геоэкологическое значение, как и остальные структурные элементы, сформированные в областях естественного напряженного состояния геологической среды. 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. Как правило, они состоят из сближенных крупноамплитудных разрывных нарушений различной морфологии и опирающих их разломов. Вдоль разломов проявляются вулканические и сейсмические процессы, осуществляются перемещения блоков земной коры.

Исходя из геологической роли глубинных разломов определяется их экологическая значимость. 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, нередко вызывая их функциональные расстройства.

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. В том случае, когда в зоне глубинных разломов располагаются сложные и экологически опасные тектонические объекты, смещения могут привести к нарушению целостности гражданских, промышленных и военных объектов со всеми вытекающими последствиями.

Инженерно-геологическая деятельность приводит к нарушениям 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), рождают горные удары и внезапные выбросы, разрушают инженерные сооружения.

Опускания земной поверхности

На многих территориях промышленных и городских агломераций на фоне природных тектонических перемещений земной поверхности наблюдаются процессы внезапного опускания поверхности, вызванные техногенной деятельностью. По частоте проявления, скоростям и негативным последствиям техногенные опускания превосходят естественные тектонические движения. Грандиозность последних вызвана длительностью проявления геологических процессов.

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, территория г. Токио только за период 1970—1975 гг. опустилась на 4,5 м. На территории г. Мехико интенсивная откачка подземных вод привела в 1948— 1952 гг. к опусканию поверхности со скоростью до 30 см/год. К концу 70-х годов XX в. значительная часть территории города опустилась на 4 м, а его северо-восточная часть — даже на 9 м.

Добыча нефти и газа обусловила оседание территории небольшого городка Лонг-Бич вблизи г. Лос-Анджелеса (США). Величина опускания к началу 50-х годов XX в. достигла почти 9 м. От проседания серьезно пострадали промышленные и жилые здания, морской порт и транспортные магистрали.

В России проблема проседания связана в первую очередь с обширными территориями. Особенно актуальна она 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 При-уралье 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. Изменение естественного напряженного состояния геологической среды приводит к регенерации отдельных разрывов, входящих в зону глубинного разлома, и вызывает сейсмическое событие.

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.

Механизм воздействия каждого фактора имеет свою специфику. Особенности проявления наведенной сейсмичности в районе крупных водохранилищ рассматривались выше.

Промышленные центры, так же как и горные выработки, меняют естественное напряженное состояние среды. Их перераспределение создает в одних местах дополнительную нагрузку (мегаполисы, крупные промышленные центры), а в других — разгрузку (горные выработки) земных недр. Тем самым те и другие после накопления напряженности вызывают разрядку в виде землетрясения. Наведенная сейсмичность может возникать также в результате изменения гидростатического давления в геологической среде после откачки нефти, газа или подземных вод и при закачке различных жидких веществ в буровые скважины. Закачка проводится с целью захоронения загрязненных вод, создания подземных хранилищ в результате растворения каменной соли на глубине, обводнения залежей углеводородов для поддержания внут-рипластового давления. Примеры возникновения наведенных землетрясений многочисленны. В 1962 г. в штате Колорадо (США) произошли землетрясения, вызванные закачкой отработанных радиоактивных вод в скважину на глубину около 3670 м, пробуренную в докембрийских гнейсах. Очаги находились на глубине 4,5—5,5 км, а эпицентры — вблизи скважины вдоль проходившего недалеко разрывного нарушения.

На Ромашкинском месторождении нефти в Татарии в результате многолетнего законтуренного обводнения было отмечено повышение сейсмической активности и появление наведенных землетрясений силой до б баллов. Аналогичной силы наведенные землетрясения происходили в Нижнем и Среднем Поволжье в результате изменения внутрипластового давления, а возможно и в результате проведения подземных испытательных взрывов для регулирования внутрипластового давления.

Крупные землетрясения магнитудой более 7 произошли в 1976 и 1984 гг. в Газли (Узбекистан). По мнению специалистов, они были спровоцированы закачкой 600 м³ воды в Газлийскую нефтегазоносную структуру с целью поддержания внутрипластового давления. В конце 80-х годов XX в. вблизи ряда горнодобывающих предприятий на Кольском полуострове, в частности в Апатитах, произошла серия землетрясений силой около 6 баллов. По свидетельству специалистов, землетрясения были спровоцированы сильными взрывами при проходке подземных выработок и обрушением оставшихся в них пустот. Подобные наведенные землетрясения довольно часто происходят на территориях угледобывающих предприятий в Донбассе, Кузбассе, Воркуте в результате просадок поверхностных частей над шахтами.

Подземные ядерные взрывы сами по себе вызывают сейсмические эффекты, а в сочетании с разрядкой накопленных природных напряжений способны спровоцировать весьма опасные наведенные афтершоки. Так, взрывы подземных ядерных зарядов на полигоне в штате Невада (США) с тротиловым эквивалентом, равным нескольким мегатоннам, инициировали сотни и тысячи толчков. Они длились несколько месяцев. Магнитуда основного толчка из всех толчков была на 0,6, а других последующих толчков на 2,5—2 меньше магнитуды самого ядерного взрыва. Подобные афтершоки наблюдались после подземных ядерных взрывов на Новой Земле и в Семипалатинске. Сейсмические толчки были зарегистрированы многими мировыми сейсмостанциями.

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 — внезапное быстротекущее разрушение предельно напряженной части массива полезных ископаемых или массы горных пород, прилегающей к горной выработке. Он сопровождается выбросом пород в горную выработку, сильным звуковым эффектом, возникновением воздушной волны. Подобные явления довольно часто происходят в шахтах во время добычи полезных ископаемых. Они случаются при проходке туннелей при строительстве подземных линий метро и т. д.

Горные удары обычно происходят на глубинах свыше 200 м. Вызываются они наличием в массиве горных пород тектонических напряжений, превышающих по величине гравитационные в несколько раз. По силе проявления выделяют стреляния, толчки, микроудары и собственно горные удары. Наибольшую опасность представляют горные удары, возникающие при проходке шахт через хрупкие горные породы— сланцы и добыче каменного угля.

Степень удароопасности оценивают на основе регистрации явлений и процессов, сопровождающих бурение скважин (выход и размерность бурового шлама, захват бурового снаряда в скважине, раскалывание керна на диски сразу же после его поднятия на поверхность), а также по различным геофизическим параметрам (скорости прохождения упругих волн, электрическому сопротивлению).

Ограничить силу горного удара можно применением специальных проходческих комбайнов, созданием специальных щитов, податливой крепи, исключением особо опасных горных выработок из использования.

Внезапный выброс представляет собой самопроизвольный выброс газа или полезного ископаемого (угля или каменной соли), а также вмещающей горной породы в подземную выработку. Выброс 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. Самый мощный в мире внезапный выброс составил 14 тыс. т угля и 600 тыс. м³ метана. Это произошло в 1968 г. в Донбассе на глубине 750 м. Горные удары и внезапные выбросы приводят к разрушению подземных выработок и гибели людей, работающих под землей.

Геологические и геолого-сейсмические данные свидетельствуют о трехчленном внутреннем строении Земли. По своему строению и функциональным направлениям резко различаются континентальный и океанский типы земной коры. Геологическая среда — это пространство, в котором протекают геологические процессы. Экологическая роль литосферы состоит из ресурсной, геодинамической и геофизико-геохимической функций. К ресурсной функции относятся комплекс полезных ископаемых, добываемых из недр и используемых человечеством для получения энергии и вещества. Геодинамическая роль проявляется в форме геологических процессов, влияющих на жизнедеятельность организмов, в том числе и человека. Некоторые из них носят катастрофический характер. Геофизико-геохимическая роль определяется влиянием геофизических полей разной интенсивности и природы и геохимических аномалий на жизнедеятельность организмов. Эндогенные процессы вызывают сильные изменения физико-географических условий и нередко становятся негативными. Геофизические и геохимические аномалии по происхождению разделяют на природные и антропогенные. Все они отрицательно влияют на здоровье человека. Антропогенная деятельность создает специфические ландшафты и формы рельефа. В процессе антропогенной деятельности активизируются процессы экзогенной геодинамики.