МИНИСТЕРСТВО ПО РАЗВИТИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОММУНИКАЦИЙ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ЗЕМЛЯ, ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И ЕЕ ГЛОБАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

ТАШКЕНТ 2020

Авторы: Абдуллаева С.М., Амурова Н.Ю., Борисова Е.А.

Учебное пособие по дисциплине “Земля, окружающая среда и ее глобальные изменения”.- Ташкент: ТУИТ. 2020.- 310c.

Напечатано по решению учебно-методического Совета ТУИТ. (протокол № ___ от _________________)

ВВЕДЕНИЕ

Современные  аспекты   рационального припродопользования и охраны окружающей среды являются одними из наиболее актуальных направлений в формировании экологической культуры и профессиональной экологической грамотности будущего специалиста. В связи с этим особую значимость и приоритетность приобретают знания в области естественнонаучных дисциплин. Программа предназначена для изучения учебной дисциплины «Земля, окружающая среда и ее глобальные изменения» и обеспечивает базовую подготовку студентов, необходимую для принятия грамотных решений в области рационального природопользования, анализа и прогноза экологической обстановки, изучения основных закономерностей развития окружающей среды с учетом антропогенного влияния, а также для решения вопросов региональных и локальных проявлений экологических проблем современности, изучение которых направлено на соблюдение и обеспечение экологического равновесия между постоянно растущими потребностями человечества и природно-ресурсным потенциалом Земли.

Изучение дисциплины «Земля, окружающая среда и ее глобальные изменения»в рамках данной программы будет способствоватьповышениюфундаментальной подготовкиспециалистов,способных в ходе профессиональной деятельности осуществлять интеллектуальное,образовательное и инженерное обеспечение сохранения устойчивого состояния окружающей среды, экологического разнообразия, национального природноресурсного потенциала, способствовать созданию ресурсосберегающих технологий.

II.Цели и задачи дисциплины

Пререквизиты (перечень дисциплин, необходимых для усвоения данной дисциплины): экология в объеме программы средней школы.

Постреквизиты (перечень дисциплин, для изучения которых необходима данная): Ботаника, Зоология, Биология.

- приобретение знаний по основным закономерностям развития окружающей среды в неразрывном единстве слагающих компонентов;

- изучение принципов рационального природопользования и охраны окружающей среды, разумного управления экологической деятельностью;

- систематизация знаний об экологических проблемах, возникающих в процессе хозяйственной деятельности человека;

- формирование умений и навыков прогнозирования влияния производственной деятельности человека на окружающую среду и связанных с ней рисков;

- овладение методами научного мышления на основе методологии естественных наук.

Цели преподавания ”Земля,окружающая среда и её глобальные изменения“:

- рассмотрение различных подходов к изучению изменений окружающей среды,

- происходящих в ходе естественных тенденций ее развития и антропогенного воздействия,

- экологических аспектов функционирования природных и природно-антропогенных систем,

- анализ локальных, региональных и глобальных проблем,  возможные пути их решения.

            В результате изучения дисциплины ”Земля,окружающая среда и её глобальные изменения“ формируются следующие компетенции:

   а) Общие:

-  уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения теоретических и практических задач;

-  владеть системным и сравнительным анализом;

- уметь работать самостоятельно;

- уметь учиться, повышать свою квалификацию в течение всей жизни;

- использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности;

- владеть основными методами защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий;

- на научной основе организовывать свой труд, самостоятельно оценивать результаты своей деятельности;

            б) профессиональные:

- анализировать и оценивать собранные данные;

- организовывать работу малых коллективов исполнителей для достижения поставленных целей;

- взаимодействовать со специалистами смежных профилей;

-проводить обучение и подготовку специалистов по вопросам оценки угроз и рисков для объектов и персонала;

-выполнять анализ технических и расчетно-теоретических разработок, их соответствия требованиям законов в области промышленности, экологии, технической, радиационной и ядерной безопасности и другим нормативным актам;

-обеспечивать выполнение требований энергосбережения;

-обеспечивать условия безопасной жизнедеятельности.

      В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

             знать:

– закономерности развития и изменения жизненно важных процессов и явлений на Земле и принципы устройства биосферы;

– физические свойства и особенности физических процессов, происходящих в твердых оболочках, на поверхности и в атмосфере Земли;

– причины и последствия антропогенного воздействия на состояние окружающей среды;

уметь:

– объяснять геофизические, геохимические и геодинамические процессы и явления, происходящие на Земле;

– анализировать опасные факторы природного и техногенного происхождения, взаимозависимость между деятельностью человека и состоянием окружающей среды;

– давать оценку прогнозируемого состояния окружающей среды и происходящих в ней под действием антропогенных факторов изменениям и процессам.

владеть:

– методами и способами рационального природопользования, приоритетных направлений в области охраны окружающей среды.

Лекция №1

Предмет, цели, задачи курса «Земля, окружающая среда и ее глобальные изменения»

План:

1. Цель и задачи курса «Земля, окружающая среда и ее глобальные изменения»

2. Сведения о Земле

3. Тектоническая периодизация истории Земли

Современное распространение живых организмов определяется в первую очередь условиями среды, в которой они обитают. Все живые и неживые объекты, окружающие растения и животных и непосредственно взаимодействующие с ними, называются средойобитания.

Под термином окружающая среда (или окружающая природная среда) обычно понимается та часть природы, на которую простирается влияние человека.

Элементы среды, воздействующие на живые организмы, называются экологическими факторами. По своему происхождению и специфике влияния экологические факторы делят на три основные группы:

— абиотические факторы – это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы, определяя условия их существования (температура, свет идругая лучистая энергия, влажность игазовый состав воздуха, атмосферное давление, осадки, снежный покров, ветер, солевой состав воды, почвы, рельеф местности и т.п.);

— биотические факторы –это все формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм испытывает прямое или косвенное влияние других особей, вступает во взаимоотношения с представителями своего или иных видов (растений, животных, микроорганизмов), зависит от них или сам оказывает воздействие;

— антропогенные факторы – все формы деятельности человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на условиях их существования. К таким факторам относится воздействие промышленности, сельскохозяйственного производства, транспорта и всех других форм ведения хозяйства. Антропогенные воздействия на живоймир планеты продолжают возрастать.

Любой из экологических факторов может то проявляться как непосредственная причина изменения обмена веществ, то действовать косвенно, влияя на жизнедеятельность организмов, изменяя среду обитания.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ есть ряд общих закономерностей. К ним относится реакция организмов на интенсивность или силу воз действия фактора. Как недостаточное, так и избыточное действие его отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма. Для представителей разных видов условия, в которых они себя особенно хорошо чувствуют, неодинаковы. Например, некоторые растения (влаголюбивые) предпочитают очень влажную почву (капуста, кабачки), другие – переносят засушливую погоду. Одни любят сильную жару (дыня), другие предпочитают тень, прохладу (цветная капуста). Эти факторы очень существенно влияют на рост и состояние растений. Точка, при которой наблюдается их максимальный рост, называется оптимумом. Обычно это относится к диапазону температур. Благоприятная сила воздействия фактора (дозировка) называется зонойоптимумафактора для организма, данного вида. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которой еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости. Точки, ограничивающие его, то есть максимальная и минимальная пригодная для жизни температура – это пределы устойчивости, или пределы выносливости вида. Степень выносливости по отношению к данному экологическому фактору называют экологическойвалентностью. Экологическая валентность организма представляет собой его способность заселять разнообразные среды.

По мере приближения к точкам предела устойчивости, если действие фактора уменьшается или возрастает, жизнедеятельность снижается вплоть до полного угнетения или гибели живого существа (в нашем примере – растения), то есть речь идет о стрессовых зонах в рамках диапазона устойчивости. Аналогичное влияние могут оказывать и другие факторы.

Для каждого вида растений и животных существуют оптимум, стрессовые зоны, или зоны угнетения, и пределы устойчивости (выносливости) в отношении каждого фактора окружающей среды (рис. 1.1).

Разбирая пример с температурой, мы рассматривали изменение только одного фактора, полагая, что все остальные как бы соответствуют зоне оптимума. Мы наблюдали действие закона лимитирующих факторов, сформулированного Ю. Либихом. Фактор, который за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, называют лимитирующим. К изменениям этого фактора организмы особенно чувствительны. Нередко лимитирующими факторами оказываются биотические, то есть воздействие одних видов животных и растений на другие. Например, недостаток пищи лимитирует развитие и распространение различных видов животных. К лимитирующим факторам развития растений относятся температура, свет водообеспеченность и т.д.

Рис. 1.1. Зависимость результатов воздействия фактора от его интенсивностиодиночку.

Все организмы при взаимодействии со средой должны поддерживать динамическое равновесие, или гомеостаз.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки "эври" (от греческого eurys– широкий). Например, эвритермный вид – выносящий значительные колебания температуры. Узкая экологическая валентность обозначается приставкой "стено" (от греческогоstenos– узкий) – стенотермный. Виды, которые могут приспособиться к колебаниям различных экологических факторов в широких пределах, называются эврибионтными; виды, для существования которых необходимы строго определенные условия, называются стенобионтными.

Под воздействием экологических факторов живые организмы объединяются в определенные иерархические системы, которые представляют собой разные уровни организации живого вещества: популяции, сообщества и экосистемы.

Популяцией называютгруппу особей одного вида, занимающую определенное пространство и обладающую необходимыми возможностями для поддержания своей численности в постоянно изменяющихся условиях среды. Слово "популяция" происходит от латинского populus– народ, население.

В природе популяции разных видов объединяются в системы более высокого ранга – сообщества. Сообщество (биотическое) – это совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Сообщества организмов связаны энергетическими связями с неорганической средой. Растения, например, могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Наименьшей единицей, к которой может быть применен термин "сообщество", является биоценоз (термин введен К. Мёбиусом в 1877 г.). Биоценозами называют группировки совместно обитающих и взаимосвязанных организмов. Масштабы биоценозов различны – от сообществ нор, муравейников, листвы деревьев до населения целых ландшафтов – лесов, степей, пустынь и т.п. Термин "биоценоз" употребляют чаще всего применительно к населению территорий, которые на суше выделяют по относительно однородной растительности, например, биоценоз еловых лесов, пшеничного поля и т.п.

Б и о т а (от греческого biote– жизнь) – совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения. В отличие от биоценоза, может характеризоваться отсутствием экологических связей между видами.

Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально-энергетическими связями. Пространство, занимаемое биоценозом, называется биотопом. Биоценоз и его биотоп представляют собой два нераздельных элемента, образующих более или менее устойчивую систему, именуемую биогеоценозом. "Понятие биогеоценоз (от греческого bios– жизнь, ge– земля, koinos– общий) введено в науку русским ученым В.Н. Сукачевым в 1940г.

Идея о взаимосвязи и единстве всех явлений и предметов на земной поверхности возникла почти одновременно в СССР и за рубежом с той лишь разницей, что в СССР она развивалась как учение о биогеоценозе, а в других странах – как учение об экосистемах. Экологическая система, или экосистема – это единый природныйкомплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором все компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии.

Биогеоценоз и экосистема – понятия сходные, но не тождественные. И то, идругое понятие подразумевает совокупность живых организмов и среды обитания, но экосистема – понятие безразмерное. "От капли до океана" – так образно охарактеризовал ее автор термина "экосистема" английский биолог А. Тенсли. Муравейник, аквариум, пруд, болото, кабина космического корабля – все это экосистемы (рис. 1.2).

Рис. 1.2.Схематическое строение экосистемы

Биогеоценоз в отечественной литературе принято характеризовать как экосистему, границы которой очерчены ареалом распространения растительного покрова – фитоценоза. Например, степные, болотные, луговые и т.п. биогеоценозы. Иными словами, биогеоценоз – это частный случай экосистемы, всегда явление естественное, даже в случае воздействия на него человека. Экосистема же может быть целиком искусственной (аквариум, космический аппарат и т.п.).

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. Жизнь на Земле существует благодаря энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими растениями (автотрофами) в химические связи органических соединений. Все остальные организмы получают энергию с пищей. Перенос энергии пищи от ее источника (автотрофов) через ряд организмов, происходящий путем поглощения одних организмов другими, называется пищевой(трофической)цепью (рис. 1.3).

Каждая экосистема содержит совокупность животных и растительных организмов, которые по формам питания можно разделить на две группы:

♦ автотрофы(кормящие себя сами) – зеленые растения, способные осуществлять фотосинтез и использующие минеральные элементы для роста и воспроизводства. Фотосинтез – это сложный процесс превращения воды и углекислого газа в сахара с помощью солнечной энергии. Из образованных таким образом Сахаров и минеральных элементов питания, получаемых из почвы или воды, растения синтезируют сложные вещества, входящие в состав их организмов. Иными словами, простые химические вещества, из которых состоят воздух, вода и минералы горных пород и почвы, превращаются в сложные соединения типа белков, жиров и углеводов, называемые органическими. Автотрофные растения – это продуценты экосистемы (от латинского producens– производящий), создающие органические вещества из неорганических. Из этих органических веществ и образуются ткани растений и животных. Фотосинтезирующие

Рис. 1.3. Схема, иллюстрирующая пищевые цепи в экосистеме (Т.А. Акимова, В.В. Хаскин, Основы экоразвития. М., 1994.)

растения продуцируют пищу для всех остальных организмов экосистемы, поэтому их и называют продуцентами;

♦ гетеротрофы(питающиеся другими) – организмы, которым для питания необходимы органические вещества. Эти организмы имеют значительно более сложный обмен веществ. В свою очередь все гетеротрофы подразделяются на организмы-потребители (консументы) и организмы, разлагающие органические вещества на исходные неорганические компоненты (редуценты).

Консументы (от латинского consume– потребляю) – это организмы, потребляющие органические вещества. К ним относятся как простейшие, черви, рыбы, моллюски, насекомые и другие членистоногие, пресмыкающиеся, птицы, так и млекопитающие, включая человека. Различают консументы первого порядка – растительноядные животные, будь то слон или клещ (или первичные консументы), консументы второго, третьего и более высоких порядков, потребляющие животную пищу, – хищники (или плотоядные), а также всеядные (или эврифаги), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу (лисы, свиньи, тараканы и др.).

Редуценты (от латинского reducers– возвращающий, восстанавливающий) – организмы, разлагающие мертвое органическое вещество. К ним относятся всевозможные сапрофитные бактерии, грибы и животные – детритофаги, питающиеся мертвым или частично разложившимся органическим веществом – детритом. В почве это мелкие беспозвоночные, питающиеся отбросами, например, мелкие клещи, земляные черви, многоножки; в водных экосистемах – моллюски, крабы и черви; при гниении – бактерии; при разложении растительного опада — грибы. По составу и активности сообщества редуцентов не менее разнообразны, чем другие сообщества, но гораздо менее знакомы обычному человеку.

Очевидно, что ни один организм не существует вне связи с другими. Каждый может жить, только взаимодействуя с окружающей средой, в рамках определенной экосистемы. Наглядным примером в этом смысле является лес. В экологической системе все связи между организмами соединены между собой и образуют сложную цепь пищевых взаимоотношений, или трофические цепи (продуценты – консументы – редуценты), поскольку пища – важнейший фактор жизнедеятельности организмов.

У животных и растений возникло огромное количество взаимных адаптации (приспособлений), определяемых трофическими или пищевыми связями. Существует четкая экологическая закономерность, называемая пирамидойчисел, согласно которой количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев, неуклонно уменьшается. Например, на 1 волка в северных лесах приходится около 100 лосей, на каждого крупного хищника (льва, леопарда, гепарда) в саваннах Африки – от 350 до 1000 диких животных. Располагая данными о численности волка и его суточной потребности в пище, приблизительно рассчитано, что в течение календарного года 2400 особей изымают 7480 кабанов, 5560 лосей, 4020 косуль. Последовательное уменьшение количества животных в цепи питания сопровождается соответственным снижением их общей биомассы, а это приводит к сокращению потока энергии в экосистеме.

Особая трофическая связь в биоценозе – паразитизм, при котором один вид – хозяин – служит для другого – паразита – не только источником пищи, но и местом постоянного или временного обитания (например, фитофтора). Существуют и взаимополезные связи между видами (бобовые – клубеньковые бактерии), называемые симбиозом. Совокупность множества параметров среды, определяющих  условия существования того или иного вида и его функциональные характеристики (преобразование им энергии, обмен информацией со средой и с себе подобными и др.) представляет собой экологическуюнишу. Экологическая ниша включает не только положение вида в пространстве, но и функциональную роль его в сообществе (например, трофический уровень, или место в пищевой цепи) и его положение относительно абиотических условий существования (температура, влажность и т.п.). По Н.Ф. Реймерсу, экологическая ниша – это совокупность условий жизни внутри экологической системы, предъявляемых к среде видом или его популяцией. Таким образом, каждый вид в среде, где он обитает, занимает место, которое обусловлено его потребностью в пище, территории, связано с функцией воспроизводства. Такие экологические связи создают определенную структуру биоценоза. Биоценозы – динамические системы, они находятся в постоянном развитии, им свойственна сукцессия.

Сукцессия (от латинского succession– преемственность) – последовательная смена одного биоценоза другим. Суть этого явления заключается в том, что под влиянием внутреннего развития биоценозов, их взаимодействия с окружающей средой они постепенно "стареют" и сменяются другими типами биоценозов. Так, озеро, зарастая, превращается в болото; болото, высыхая, трансформируется в луг; в лесу после пожара сменяются породы.

Процесс сукцессии включает этапы:

♦ возникновение не занятого жизнью участка;

♦ миграция на этот участок различных организмов;

♦ приживание организмов;

♦ формирование структуры биоценоза путем конкуренции;

♦ преобразование местообитания для стабилизации условий среды и отношений между организмами.

Важное экологическое положение состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценоз, тем выше его устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям.

Устойчивость природных биоценозов определяется тем, что слагающие их виды в процессе эволюции приспособились друг к другу настолько, что стали, как бы заботиться о целостности, структуре своего биогеоценоза. Взаимоотношения между хищником и его добычей, или жертвой, является примером так называемой обратной связи, при которой один вид наносит ущерб другому и не может жить без него. Еще один пример. В годы, когда растительная пища для какого-либо вида насекомого в избытке, популяция его быстро размножается и резко повышается его численность. В системе проявляется положительная обратная связь, которая стремится вывести ее из равновесия. Но резко возросшая численность популяции приводит к столь же резкому снижению запасов растительной пищи, в результате нехватки которой в системе обнаруживается отрицательная обратная связь, возвращающая ее в исходное состояние. Устойчивость экосистем характеризует так называемый принцип Ле Шателье. Суть его состоит в том, что при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется (действуют отрицательные обратные связи).

Экосистемой высшего ранга на Земле является биосфера– оболочка планеты, населенная живым веществом.

Понятие биосферы появилось в биологии в XVIII в., однако первоначально оно имело совсем иной смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине XIX ст. в биологии уточняются позиции научных представлений о реальных органических клетках, и термин "биосфера" утрачивает свой прежний смысл. К идее биосферы в ее современной трактовке пришел Ж.-Б. Ламарк (1744-1829), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком к современному смыслу понятие "биосфера" ввел австрийский геолог Э. Зюсс, который в книге "Происхождение Альп" (1875) определил ее как особую, образуемую организмами оболочку Земли. В настоящее время для обозначения этой оболочки используются понятия "биота", "биос", "живое вещество", а понятие "биосфера" трактуется так, как его толковал академик В.И. Вернадский (1863-1945).

Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе "Биосфера" (1926). В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли. В физико-химическом составе биосферы В.И. Вернадский выделяет следующие компоненты:

♦ живое вещество – совокупность всех живых организмов;

♦ косное  вещество – неживые  тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения и т.п.);

♦ биокосное вещество – разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.п.);

♦ биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);

♦ радиоактивное вещество;

♦  рассеянные атомы;

♦  вещество космического происхождения (космическая пыль, метеориты).

Согласно воззрениям В.И. Вернадского весь облик Земли, все ее ландшафты, атмосфера, химический состав вод, толща осадочных пород обязаны своим происхождением живому веществу. Жизнь – это связующее звено между космосом и Землей, которое, используя энергию, приходящую из космоса, трансформирует косное вещество, создает новые формы материального мира. Так, живые организмы создали почву, наполнили атмосферу кислородом, оставили после себя километровые толщи осадочных пород и топливные богатства недр, многократно пропустили через себя весь объем Мирового океана. В.И. Вернадский не занимался проблемой возникновения жизни, он понимал ее как естественный этап самоорганизации материи в любой части космоса, приводящий к возникновению все новых форм ее существования. Учение В.И. Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей к целостному восприятию природных систем.

С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами, биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Структурабиосферыпредставляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05 % массы Земли, а ее объем – 0,4 % объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Несмотря на различную концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Максимальная концентрация молекул озона (трехатомарного кислорода) приходится на высоту 20-25 км, где толщина озонового слоя составляет 2,5-3 мм. Озон интенсивно поглощает радиацию на участке солнечного спектра с длиной волны менее 0,29 мкм.

Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая размножение, они осуществляют в литосфере, гидросфере и на границе этих сред с атмосферой.

В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды, ледники, снежники), мощность которой составляет 11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Именно здесь сконцентрированы все фотосинтезирующие растения и продуцируется первичная биологическая продукция. Глубже начинается дисфотическая зона, где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.

Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана. О более глубоком проникновении жизни в толщи литосферы сведений нет.

На границе атмо-, гидро- и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биогеосферой, или пленкой жизни. Только в ее пределах возможны жизнедеятельность и существование человека.

Суммарная биомасса живого вещества биосферы составляет 2-3 трлн. т, причем 98 % ее – это биомасса наземных растений. Биосферу населяют около 1,5 млн. видов животных и 500 тыс. видов растений. Однако если мысленно равномерно распределить все живое вещество по поверхности планеты, то получится слой толщиной всего около 2 см. Вместе с тем в процессах самоорганизации биосферы живое вещество играет сегодня ведущую роль и выполняет следующие функции;

♦ энергетическую – перераспределение солнечной энергии между компонентами биосферы;

♦ средообразующую (газовую) – в процессе жизнедеятельности живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, метан и др.;

♦ концентрационную – извлечение и накопление живыми организмами биогенных элементов (кислорода, углерода, водорода, азота, натрия, магния, калия, алюминия, серы и др.) в концентрациях, в сотни тысяч раз превышающих их содержание в окружающей среде;

♦ деструктивную – (проявляется в минерализации органического вещества);

♦ окислительно-восстановительную (заключается в химическом превращении веществ биосферы).

Живое вещество находится в постоянном энергетическом обмене с внешним миром. Оно является основным организующим элементом в поддержании круговорота веществ, обеспечении динамического равновесия экологических систем.

Процесс создания органического вещества в биосфере происходит одновременно с противоположными процессами потребления и разложения его гетеротрофными организмами на исходные минеральные соединения (воду, углекислый газ и др.). Так осуществляется круговорот органического вещества в биосфере при участии всех населяющих ее организмов, получившиеназвание малого, или биологического (биотического), круговорота веществ в отличие от вызываемого солнечной энергией большого, или геологического, круговорота, наиболее ярко проявляющегося в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Большой круговорот происходит на протяжении всего геологического развития Земли и выражается в переносе воздушных масс, продуктов выветривания, воды, растворенных минеральных соединений, загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных.

Малый (биологический) круговорот начинается с возникновения органического вещества в результате фотосинтеза зеленых растений, то есть образования живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные (консументы I порядка) поглощают соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы II порядка) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д. Останки животных и отмершие растения перерабатываются насекомыми, грибами, бактериями (редуцентами), превращаясь в минеральные и простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Так начинается новый виток биологического круговорота (рис. 1.4).

В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты.

Биосфера является чрезвычайно сложной экосистемой, работающей в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Как свидетельствуют данные исследований, по крайней мере последние 600 млн. лет характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся, изменялись лишь скорости геохимических процессов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь деятельностью живого вещества, обеспечивающей определенную скорость трансформации солнечной энергии и биогенной миграции атомов.

Рис. 1.4. Схема биотического круговорота в экосистеме

Шимова, О.С. [и др.]. Основы экологии и экономики природопользования: учебник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. – Минск: БГЭУ, 2002.(стр. 19-26)

Балансовые уравнения геосиcтем.

Исследование функционирования геосистем должно основываться на функционально-динамическом подходе, а количественные характеристики функционирования и соотношение между внутренним и внешним вещественно-энергетическим обменом изучаться посредством анализа их балансовых уравнений.

Анализ балансовых уравнений геосистем является одним из главных средств их познания. Основное назначение балансового метода – изучение и количественная характеристика динамических явлений, связанных с перемещением вещества и энергии внутри геосистем и между ними в процессе их функционирования. Основными балансами, описывающими процессы функционирования геосистем, являются энергетический, водный и биогеохимический.

Энергетический баланс.Важнейший энергетический источник функционирования геосистем – лучистая энергия солнца. Доля участия других потоков энергии, связанных с излучением небесных тел, тектоническими процессами, вулканической деятельностью и т. д., весьма небольшая. Обеспеченность солнечной радиацией, ее способность превращаться в тепловую, химическую или механическую энергию определяет интенсивность функционирования геосистем. Все вертикальные и горизонтальные связи в геосистемах прямо или косвенно связаны с трансформацией солнечной энергии. Она обуславливает пространственную и временную упорядоченность метаболизма в геосистемах, цикличность их функционирования.

Радиационный баланс (R) геосистем описывается уравнением:

R = (I + i)(1-А)– (Ез – σЕа), где I – прямая и i – рассеянная солнечная радиация; А – альбедо поверхности; Ез – собственное излучение       поверхности; Еа – встречное излучение атмосферы; σ – относительный коэффициент  поглощения  длинноволновой радиации земной поверхностью.

Радиационный баланс и его составляющие являются важнейшими геоэкологическими характеристиками геосистем, позволяющими исследовать процессы их функционирования. Положительные или отрицательные величины радиационного баланса компенсируются несколькими потоками тепла. В результате перемещения этих потоков тепла в геосистемах происходит цикличное изменение температуры воздуха и почвы. Величина и интенсивность теплообмена зависят от влажности воздуха и почвы, литологического состава грунтов, растительного покрова и других факторов. Значительное количество радиационного баланса затрачивается на физическое испарение и транспирацию, т. е. суммарное испарение. Алгебраическая сумма рассмотренных выше тепловых потоков, приходящих на земную поверхность и уходящих от нее, составляет тепловой баланс геосистем и описывается выражением: R + Р + В + LЕ = 0, где R – радиационный баланс; Р – турбулентный поток тепла между земной поверхностью и атмосферой; В – поток тепла между земной поверхностью и нижележащими слоями почвы; LЕ – поток тепла, связанный с фазовыми преобразованиями воды, испарением и конденсацией.

Другие составляющие теплового баланса, не включенные в уравнение, такие как потоки тепла от диссипации энергии ветра, поток тепла переносимый ветром, расход энергии на таяние льда или снега, физическое разрушение горных пород, фотосинтез и т. п., значительно меньше основных членов баланса и обычно их не принимают во внимание при его анализе. Тем не менее, эти потоки играют существенную роль в функционировании геосистем, и более полное уравнение теплового баланса имеет вид: R = L(E + T – C) ± Р ± В ± F ± A, где E – физическое испарение; C – конденсация водяных паров; L – скрытая теплота парообразования; F – затраты тепла на фотосинтез; A – различные адвекции тепла.

Предложенная схема транспортировки лучистой энергии солнца в геосистемах охватывает почти все возможные ее потоки. Однако для разных геосистем она будет различаться в соответствии с их функционированием в конкретном состоянии.

Водный баланс. Влагооборот в геосистемах включает в себя обмен водными потоками между их компонентами и элементами. В процессе превращения, перемещения и изменения водных потоков в них образуются растворы, коллоиды, осуществляется транспортировка и аккумуляция химических элементов, происходят биогеохимические реакции. Интенсивность влагооборота и его структура индивидуальны для различных геосистем и зависят от энергообеспеченности, климатических условий, характера литогенной основы, почв, растительности и других факторов.

Процесс влагооборота в геосистемах может быть описан уравнением водного баланса, отражающим соотношение между его составляющими, то есть статьями прихода и расхода воды. Основной приходной статьей водного баланса является сумма осадков, проступающих в геосистемы из атмосферы (Θос). Часть этих осадков перехватывается растительным покровом (Θрп), остальные в основном поступают на поверхность почвы (Θп) и расходуются на поверхностный сток (Θпов.с), инфильтрацию в почве (Θин) и подземный сток (Θподз.с). К расходным статьям водного баланса геосистем также относятся затраты тепла на физическое испарение с поверхности почвы и растений (Θфи) и транспирацию (Θтр). Кроме того, заметную роль в водном балансе геосистем могут играть различные горизонтальные адвекции влаги (Θад). Таким образом, если начальное количество влаги в геосистеме принять за Θн, а конечное за Θк, то уравнение ее водного баланса примет вид: Θк – Θн = Θрп + Θп – Θпов.с – Θин – Θподз.с – Θфи – Θтр – Θад или ∆Θг = Θос – Θсс – Θси + Θад, где ∆Θг = Θк – Θн; Θос = Θрп + Θп; Θсс = Θпов.с + Θподз.с + Θин; Θсс – суммарный сток; Θси – суммарное испарение; ∆Θг – водно-балансовый индекс геосистемы.

Если за многолетний период водно-балансовый индекс больше нуля, в геосистеме наблюдается прогрессирующее увлажнение; если меньше – иссушение. Нулевое значение ∆Θг соответствует динамическому равновесию водных потоков в геосистеме.

При рассмотрении основных составляющих водного баланса геосистем не было учтено количество воды, расходуемое на фотосинтез и некоторые другие процессы, так как ее количество, как правило, меньше точности определения всех остальных составляющих водного баланса. Однако, ее роль в функционировании геосистем, формировании их геоэкологического потенциала весьма значительна.

Биогеохимический баланс. Специфическим выражением сущности геосистем, позволяющим определить внутренние причины, основу их динамики и развития, выявить значение в формировании геосистем внешних условий, являются процессы образования и разрушения органического вещества, протекающие в рамках биогеохимического цикла их функционирования.

Под биогеохимическим круговоротом понимается вся совокупность процессов обмена веществом между биотическими и абиотическими компонентами геосистем. Основные потоки движения органического вещества в процессе биогеохимического круговорота в геосистемах можно представить в виде балансового уравнения за какой-либо отрезок времени: ∆F = Fнф – Fкф  = Fос – Fтр + Fп + Fс + Fж ± Fв ± Fа, где Fнф и Fкф – соответственно начальное и конечное количество органического вещества, образовавшееся в геосистеме в результате фотосинтеза; ∆F – коэффициент эффективности биогеохимического цикла геосистемы; Fос – поступление химических элементов с осадками; Fтр – вынос химических элементов с транспирацией; Fп – переход химических элементов из отпада и опада в почву и поступление элементов питания в растения; Fс – вынос или поступление органического вещества с поверхностным, внутрипочвенным и подземным стоком; Fж – потребление химических элементов животными при поедании растений или поступление химических элементов в почву с трупами животных или их экскрементами и другими выделениями;        Fв – вынос или поступление органического вещества с воздушными массами; Fа – антропогенное  внесение  или изъятие органического вещества.

Глобальный круговорот вещества состоит из запасов (резервуаров) и потоков. Как правило, суммарная величина запасов значительно больше, чем потоков, что обеспечивает устойчивость круговорота. Одна из важных количественных характеристик–среднее время оборота вещества, вычисляемое как отношение запаса к потоку. Оно может определяться также для любой ветви круговорота. Из отдельных химических элементов важнейшими геоэкологическими характеристиками географической среды являются глобальные биогеохимические циклы углерода, азота, фосфора и серы.

При сравнении геосистем по отдельным показателям функционирования обращает на себя внимание их определенное соответствие друг другу. Анализ системы балансовых уравнений дает возможность изучить взаимосвязи и взаимообусловленность их составляющих, выразить эти зависимости в виде уравнений связи двух и более элементов балансов, исследовать процессы их взаимодействия и роль в формировании геоэкологического потенциала геосистем. Он также позволяет  выявить  наиболее   существенные  факторы,   определяющие условия жизнедеятельности человека, дает возможность количественно оценить их роль и степень участия в формировании среды его обитания.

Следует отметить, что отличительная особенность вещественно-энергетических круговоротов и балансов географической среды – высокая степень их замкнутости и сбалансированности, в то время как деятельность человека ведет к разомкнутости и, следовательно, к неустойчивости геосистем. Нарушения замкнутости как локальных геосистем, так и глобальных циклов приводят к серьезным геоэкологическим проблемам.

Биота– исторически сложившаяся совокупность живых организмов, объединенных общей областью распространения. Живые организмы играют огромную, определяющую, роль в формировании и функционировании геосистем. Именно они превратили Землю в планету, резко отличающуюся от других. Биота обеспечивает стабильность окружающей среды, поддерживая оптимальные условия ее существования.

Функционирование биоты основано на физико-химических и молекулярно-биологических закономерностях. Один из самых важных природных процессов в географической среде – фотосинтез. При образовании органического вещества в процессе фотосинтеза растения, в дополнение к углероду, водороду и кислороду, превращают в органическое вещество азот и серу. Фотосинтезированное органическое вещество – это важнейший возобновимый ресурс географической среды, основа всей жизни и мощный регулятор глобальных биогеохимических циклов.

Для фотосинтеза используется менее одного процента поступающей к поверхности Земли солнечной радиации. В то же время, по абсолютной величине суммарная энергия, затрачиваемая на фотосинтез, значительна. Она на порядок превышает количество энергии, потребляемой человеческим обществом.

Наряду с синтезом органического вещества в природе, происходит и его разложение, или деструкция, то есть распад органических структур на составные части, включая питательные (биогенные) вещества, с выделением энергии. В этом процессе биота играет определяющую роль. На глобальном уровне, главным образом вследствие деятельности биоты, устанавливается с очень высокой степенью точности баланс между продукцией и деструкцией органического вещества. Тем самым обеспечивается устойчивость цикла углерода, важнейшего биогеохимического цикла. Кроме того, биота осуществляет эффективное управление потоками и концентрацией биогенных элементов, определяя тем самым устойчивость соответствующих глобальных биогеохимических циклов.

В процессе фотосинтеза также образуется кислород. Именно благодаря деятельности биоты атмосфера Земли имеет значительное содержание кислорода. Одним из фундаментальных последствий формирования кислородной атмосферы было образование озонового слоя, отсекающего наиболее губительную для живых организмов часть ультрафиолетовой солнечной радиации, что позволило биоте в процессе ее эволюции выйти из океана на сушу. Важнейшую роль биота играет в выветривании горных пород и образовании почв: микроорганизмы обеспечивают эффективное формирование большей части мелкодисперсной фракции почв, играющей определяющую роль в плодородии почвы. Это далеко не полный перечень важнейших глобальных процессов, в которых биота играет определяющую или важную роль.Дополнительная литература (стр. 15-20): Витченко А.Н. Геоэкология: курс лекций / А.Н. Витченко. – Мн.: БГУ, 2002. – 101 с.

Геоэкологические аспектыприродопользования

Современный этап развития мирового хозяйства отличается всевозрастающими масштабами потребления природных ресурсов, резким усложнением процесса взаимодействия природы и общества, интенсификацией и расширением сферы проявления специфических природно-антропогенных процессов, возникающих вследствие техногенного воздействия на природу. В этой связи большое значение приобретает изучение проблем природопользования.

Недоучет или игнорирование принципов научно обоснованного природопользования приводит к многочисленным кризисным явлениям в природе и хозяйстве, столь характерным для многих регионов мира.

Под природопользованием понимается–совокупность всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциалаи мер по его сохранению. Природопользование включает извлечение и переработку природных ресурсов, их возобновление или воспроизводство; использование и охрану природных условий окружающей среды; сохранение, воспроизводство и рациональное изменение геоэкологического баланса природных систем. Природопользование бывает нерациональным, когда деятельность человека не обеспечивает сохранения природно-ресурсного потенциала; и рациональным, когда она обеспечивает экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий и наиболее эффективный режим их воспроизводства с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей.

Анализ природных ресурсов и разработка рекомендаций об их рациональном использовании предполагает следующие этапы научных изысканий: 1) изучение отдельных видов природных ресурсов в исследуемом регионе, их качественный и количественный учет на основе новейших методов оценки; картографирование выявленных природных ресурсов; 2) установление природно-ресурсного потенциала (ПРП) территории, т. е. совокупности естественных ресурсов, выступающих в качестве средств производства или предметов потребления в границах геосистем; 3) экономическую оценку природно-ресурсного потенциала геосистем; 4) установление приоритетных направлений в хозяйственном освоении ПРП территории; разработку схемы наиболее рационального освоения ПРП с учетом геоэкологических ограничений; 5) организацию охраны отдельных природных объектов и мероприятий по восстановлению и расширенному воспроизводству природных ресурсов. Для решения этих задач необходимо участие специалистов различного профиля– физико- и экономико-географов, экономистов, геоэкологов и др. Но полноценное, научно обоснованное решение проблемы рационального использования природно-ресурсного потенциала территории возможно лишь на основе комплексных геоэкологических работ.

В самом общем плане ресурсы – это любые источники и предпосылки получения необходимых людям материальных и духовных благ, которые можно реализовать при существующих технологиях и социально-экономических отношениях. Ресурсы принято делить на три основные группы: материальные, трудовые, в том числе интеллектуальные, и природные (естественные).

Природные ресурсы– часть всей совокупности природных условий и важнейших компонентов природной среды, которые используются либо могут быть использованы для удовлетворения разнообразных потребностей общества, поддержания условий существования человечества и повышения качества жизни. Они являются главным объектом природопользования и в интересах нынешнего и будущих поколений людей подлежат рациональной эксплуатации.

Природные ресурсы–пространственно-временная категория; их объем различается по регионам земного шара и в зависимости от стадии социально-экономического развития общества. Тела и явления природы выступают в качестве определенного ресурса в том случае, если в них возникает потребность. Но потребности в свою очередь появляются и расширяются по мере развития технических возможностей освоения природных богатств.

Территориальное расширение сферы хозяйственной деятельности человеческого общества и вовлечение в материальное производство новых видов природных ресурсов вызывало в природе разнообразные изменения, своего рода ответные реакции в виде различных природно-антропогенных процессов.

Во второй половине XX в. ресурсопотребление неизмеримо возросло, охватив практически всю сушу и известные в настоящее время природные тела и компоненты. Научно-технический прогресс непосредственным образом отразился на практике ресурсопользования. Разработаны технологии освоения таких видов природных богатств, которые до недавнего времени не включались в понятие «природные ресурсы». Возникло представление о потенциальных ресурсах или ресурсах будущего. Потенциальные или общие ресурсы – это ресурсы, установленные на основе теоретических расчетов, рекогносцировочных обследований и включающие помимо точно установленных технически извлекаемых запасов природного сырья или резервов еще и ту их часть, которую в настоящее время освоить нельзя по техническим или экономическим соображениям.

Техническое и технологическое несовершенство многих процессов извлечения и переработки природных ресурсов, соображения экономической рентабельности и недостаток знаний об объемах и величинах природного сырья заставляют при определении природно-ресурсных запасов выделять несколько их категорий по степени технической и экономической доступности и изученности. Доступные, или реальные запасы – это объемы природного ресурса, выявленные современными методами разведки или обследования, технически доступные и экономически рентабельные для освоения.

В связи с двойственным характером понятия «природные ресурсы», отражающим их природное происхождение, с одной стороны, и хозяйственную, экономическую значимость– с другой, разработаны и широко применяются в специальной и географической литературе несколько классификаций: по происхождению, по видам хозяйственного использования, по признаку исчерпаемости и др.

Природные ресурсы условно подразделяют на неисчерпаемые и исчерпаемые, заменимые и незаменимые. По отношению к тем или иным компонентам природы различают геологические, минеральные, климатические, водные, земельные, биологические и т. д. В зависимости от характера использования в производственной и непроизводственной сферах выделяют минерально-сырьевые, топливно-энергетические, промышленные, сельскохозяйственные, рекреационные и другие природные ресурсы. Несомненный познавательный и практический интерес, особенно с геоэкологических позиций, представляет характеристика природных ресурсов по источникам и местонахождению. При этом различают ресурсы: энергетические, атмосферные газовые, водные, литосферы, растений-продуцентов, консументов, редуцентов, климатические, рекреационные, познавательно-информационные, пространства и времени.

Основные отличительные признаки природных ресурсов: способность некоторых важных их видов в известных пределах и при определенных условиях к самовоспроизводству (саморегулированию) количественного и качественного состояния; способность переходить из одного качественного состояния в другое в результате естественной эволюции и под воздействием человека; связь конкретных состояний и оценок природных ресурсов с условиями жизнедеятельности человека; зависимость качественных состояний от технологического способа, характера, интенсивности производственной и непроизводственной деятельности людей; зависимость (количественная и качественная) каждого природного ресурса от других.

Пределы эксплуатации природных ресурсов определяет степень их истощения, делающая экономически нерентабельным их использование (издержки добычи, транспортировки, переработки и реализации выше получаемых доходов). Однако нередко геоэкологические пределы  эксплуатации,  связанные  с угрозой полного  исчезновения ресурса или  катастрофического  воздействия  результатов  эксплуатации  ресурса на окружающую среду, наступают раньше экономического исчерпания.

Принципы рационального использования природных ресурсов: соответствие характера и способов использования конкретным местным условиям; предвидение и предотвращение негативных последствий природопользования; повышение интенсивности освоения; сохранение научных и эстетических ценностей; соблюдение целесообразной, экономически обоснованной очередности хозяйственного освоения; комплексное использование; уменьшение или устранение потерь на всех этапах природопользования; всемерная экологизация производственных процессов. Дополнительная литература (стр. 38-41) Витченко А.Н. Геоэкология: курс лекций / А.Н. Витченко. – Мн.: БГУ, 2002. – 101 с.

Лекция №2

Современные представления о литосфере и геодинамических процессах

План:

1. Тектоническаяструктура литосферы

2. Природно-антропогенные особенности и функции литосферы

3. Современные тектонические и геоморфологические процессы и их влияние на состояние окружающей среды

4. Роль минеральных ресурсов в воспроизводственном процессе

5. Общая характеристика и классификация полезных

Ископаемых

6. Оценка полезных ископаемых Республики Узбекистан

7. Внутреннее строение Земли

8. Внутреннее тепло Земли

9. Магнетизм Земли

10.  Общая характеристика поверхности Земли

Тектоническаяструктура литосферы

Неоднородность строения литосферы, сложившаяся в результате ее развития на протяжении нескольких миллиардов лет, обусловила формирование в ее пределах различных структурных элементов. Они обладают неодинаковой степенью подвижности, отличаются свойственным им геологическим строением, рельефом и протеканием природных процессов. Строение литосферы и ее изменение под влиянием механических, тектонических движений изучает тектоника — одна из геологических наук. Крупнейшими тектоническими элементами литосферы считаются геосинклинали, платформы, щиты, краевые прогибы, плиты, срединно-океанические хребты, островные дуги и желоба.

Геосинклинали представляют собой участки земной коры, вытянутые на тысячи и десятки тысяч километров при их ширине в сотни и тысячи километров. Они состоят из геосеинклинальных прогибов, испытывающих длительное опускание и заполняющихся мощными толщами осадочных пород, горных систем и относительно малоподвижных срединных массивов — жестких глыб земной коры, которые слабо поддаются тектоническим движениям. В целом же геосинклинали характеризуются высокой подвижностью. Положительные и отрицательные движения земной коры имеют большие скорость и амплитуду.

На протяжении сотен миллионов лет геосинклинали претерпевают несколько периодов своего развития. В первый период существования геосинклинали преобладают опусканиеземной коры и накопление мощной толщи осадочных горных пород преимущественно в морских условиях. Во второй период развития геосинклинали преобладают положительные тектонические движения. Слои земной коры, сминаются в складки. Многочисленные разломы приводят к образованию трещин и раздроблению земной коры на отдельные блоки. Наблюдаются интенсивное внедрение магмы в земную кору и извержение вулканов. Горообразование и вулканизм сопровождаются сильными землетрясениями.

На всех этих этапах развития геосинклинали тектонические процессы способствуют метаморфизму (превращение) горных пород.

В дальнейшем складчатые и глыбовые горные системы геосинклиналей теряют подвижность. Экзогенные процессы приводят к их разрушению и выравниванию рельефа.

Отдельные участки геосинклинали могут находиться на разных этапах ее развития. Поэтому в пределах одной геосинклинали встречаются и территории с активным горообразованием, вулканизмом и землетрясениями, и территории, на которых развитие геосинклинали заканчивается и уже сформировались молодые платформы, или тектонические плиты.

В настоящее время находятся в стадии активного развития две геосинклинали: Тихоокеанская, окружающая кольцом Тихий океан и отделяющая от него прилегающие платформы, и Средиземноморская, протянувшаяся от Атлантического до Тихого океана и включающая север Африки (Атласские горы), Средиземное море, юг Европы со всеми ее горными системами, Черное море, юг Крыма, Кавказ, Малую Азию, Копетдаг, Памир, Гималаи и соединяющаяся с Тихоокеанской геосинклиналью в области Малайского архипелага. Урало-Монголо-Охотская геосинклиналь в современную эпоху продолжает активно формироваться только в южной и юго-восточной частях, где она разделяет Сибирскую и Китайскую платформы. В западной части она находится на заключительном этапе своего развития. Уральские горы в ее пределах уже разрушаются, а Западносибирская плита опустилась и перекрылась мощными осадочными отложениями.

П л а т ф о р м ы - это крупные структурные элементы земной коры. Они территориально компактны в отличие от линейно вытянутых геосинклиналей. Размеры их достигают нескольких тысяч километров в поперечнике. Мощная земная кора с прочным кристаллическим фундаментом обеспечивает платформам относительную тектоническую стабильность. Здесь наблюдаются лишь медленные колебательные движения земной коры с малой амплитудой.  На  платформах  в настоящее  время почти отсутствует вулканизм. Для них характерен равнинный рельеф вследствие продолжительной денудации и отложения осадочных горных пород.

Древнейшие докембрийские платформы Восточно-Европейская (Русская), Сибирская, Китайская, Индийская, Австралийская, Африканская, Антарктическая, Северо-Американская составляют основу современных материков. На этих платформах не всегда кристаллический фундамент перекрыт осадочными отложениями. На щитах-участках платформ, испытывающих преимущественно тектонические поднятия, чехол осадочных горных пород практически отсутствует. Продукты выветривания горных пород выносятся за пределы щитов в пониженные места, а на поверхность выходят более древние кристаллические породы. Примером может служить в Европе Балтийский щит, в Северной Америке — Лабрадорский щит.

Молодые платформы, или плиты образовались на месте геосинклиналей в палеозое (230—570 млн. лет тому назад) или даже в начале кайнозоя (не позднее 67 млн. лет назад). Их кристаллический фундамент перекрыт осадочными горными породами мощностью 3—5 км. Наиболее типичными молодыми платформами являются Западносибирская, Туранская, Скифская и др.  

В поздний период развития геосинклиналей на их границах с платформами возникают крупные понижения земной коры — краевые прогибы. Их формирование является следствием горообразования во внутренних областях геосинклиналей. Краевые прогибы заполняются огромными толщами осадочных пород морского и терригенного происхождения. В них содержатся различные полезные ископаемые, в том числе уголь, нефть и соли, оставшиеся на месте высохших морей.

На территории СНГ выделяются различные тектонические структуры земной коры.

В пределы Средиземноморской геосинклинали попадают Карпаты, Крымские горы, Кавказ, Копетдаг, Памир. Курильские острова и Камчатка относятся к Тихоокеанскому геосинклинальному кольцу.

Восточно-Европейская платформа располагается на европейской части СССР, за исключением Урала, Кавказа, Карпат и Крымских гор. Прочный кристаллический фундамент ее разбит трещинами на множество блоков. Одни из них подняты, другие опущены, что сказывается в значительной мере на современном рельефе. На Восточно-Европейской платформе находятся два щита — Балтийский на северо-западе и Украинский кристаллический на юго-западе. В их пределах практически отсутствует осадочный чехол и на дневную поверхность выходят древние кристаллические породы. По окраинам платформы размещаются Прикарпатский, Предкавказский, Приуральский и другие глубокие краевые прогибы, в которых мощность осадочных  пород иногда превышает 16 км.  В азиатской частиСНГ расположена Сибирская платформа. Древний кристаллический фундамент на Сибирской платформе обнажен на Алданском и Анабарском щитах. Интрузии магмы в северной части платформы привели к образованию алмазоносных кимберлитовых трубок. По окраинам платформ в Ленском, Иркутском и других краевых прогибах в толщах осадочных пород сформировались крупные месторождения углей, солей, газа и других полезных ископаемых.

Тектоническая структура океанической земной коры изучена сравнительно слабо. Основную часть океанов с глубинами более 4000 м занимают океанические платформы. Они имеют относительно незначительную мощность. На них отсутствует гранитный слой.

Ложе океанов осложняется срединно-океаническими хребтами, которые образуют единую систему горных поднятий протяженностью свыше 60 000 км. Высота их 2— 4 км при ширине 250—1000 км. Некоторые ученые считают, что образование срединно-океанических хребтов связано с глубинными разломами земной коры, растеканием ее и поднятием вещества мантии на поверхность. В центральной части срединно-океанических хребтов находятся рифтовые впадины с крутыми склонами. Глубина впадин достигает 5 км. Они возникли в результате тектонических разломов и опускания отдельных участков земной коры. Крупнейшими срединно-океа-ническими хребтами являются Северо-Атлантический, Южно-Атлантический, Аравийско-Индийский, Восточно-Индийский, Восточно-Тихоокеанское поднятие и др.

На границе континентальной и океанической земной коры в океанах возникают островные дуги — тектонические поднятия в виде подводных хребтов, вершины которых выступают над поверхностью воды. Островные дуги отделяют окраинные моря от акватории океана, как, например, Курильские, Алеутские, Антильские острова.

Рядом с островными дугами обычно находятся желоба — прогибы земной коры, в которых размещаются наиболее глубокие впадины Мирового океана: Марианский, Алеутский, Кермадек, Курило-Камчатский и др.

Незначительная толщина океанической земной коры, множество тектонических разломов в ней способствуют развитию вулканизма. Активное извержение не только вдоль островных дуг и срединно-океанических хребтов, но и в пределах океанических платформ осложняют рельеф дна Мирового океана, приводят к образованию многочисленных вулканических островов.

Земная кора под воздействием внутренних сил Земли находится в непрерывном движении.

В настоящее время существуют две концепции движения земной коры.

Сторонники гипотезы фиксизма утверждают, что земная кора подвержена в основном вертикальным движениям, и отрицают возможность перемещения отдельных ее участков на значительные расстояния в горизонтальном направлении.

Гипотеза мобилизма, впервые сформулированная в 1912 г. А. Вегенером, предполагает не только вертикальные движения, но и горизонтальные перемещения литосферных плит на значительные расстояния. Материки и обширные области океанической коры плавают по астеносфере со скоростью 1—5 см в год. Растекание океанической коры в зоне срединно-океанических хребтов приводит к расширению океанов и переформированию континентов.Дополнительная литература:Фоменко А.Н. Общая физическая география и геоморфология: учебник  /  А.Н. Фоменко, В.И. Хихлуха. – М.: Недра, 1987. (стр. 25-53)

Роль минеральных ресурсов в воспроизводственном процессе

Основой развития современной индустрии и ряда направлений научно-технического прогресса выступают минерально-сырьевые ресурсы, или ресурсы земных недр. Минерально-сырьевые ресурсы — это природные вещества минерального происхождения, используемые для получения энергии, сырья и материалов.

В отличие от геологического понятия "минерал" понятие "минеральные ресурсы" — экономическое и не находится в прямой зависимости от какого-либо определенного и неизменного содержания полезных веществ в горных породах. С развитием научно-технического прогресса и вовлечением в эксплуатацию месторождений полезных ископаемых с более низким содержанием полезных веществ, более высоким содержанием вредных примесей и менее благоприятными горно-геологическими условиями залегания круг минерально-сырьевых ресурсов расширяется.

Минеральные ресурсы как предмет труда используются в сфере производства товаров, и главным образом в промышленности, являются материальной основой и активным элементом роста производства. С достижениями науки и совершенствованием средств труда увеличивается роль минеральных ресурсов как важнейшего фактора развития и размещения производительных сил, специализации и концентрации производства.

Минеральное топливо (уголь, нефть, природный газ) — основной источник энергии в мировом хозяйстве и важнейшее промышленное сырье. Переработка минерального топлива является базой формирования многих промышленных комплексов, в том числе нефтехимических, газохимических, углехимических и т.п. Развитие ведущих отраслей тяжелой индустрии, прежде всего черной и цветной металлургии, не может обойтись без рудного сырья. Велика роль минерального сырья в химической промышленности, которая широко использует апатиты и фосфориты, поваренную и калийную соли, серу и другое горно-химическое сырье. Некоторые минералы и продукты их химической переработки применяются в виде лекарств и радиоактивных веществ для лечебных целей и т.д.

Минеральные ресурсы выступают материальной основой развития строительного комплекса, прежде всего в промышленности строительных материалов для производства цемента, кирпича, извести, в качестве заполнителей бетона и железобетона, стеновых материалов и конструкций, стекла и керамических изделий. Часть минерального сырья (песок, гравий и др.) в натуральном виде поступает непосредственно на предприятия строительной индустрии.

Для минерально-сырьевых ресурсов характерны:

—резкая неравномерность размещения;

—невозобновляемость конкретных видов ресурсов;

—возможность восполнения путем разведки и освоения новых объектов;

—большое разнообразие горнотехнических и природно-экономических условий эксплуатации;

—ограниченность крупных и относительно благоприятных месторождений при значительной их рассредоточенности.

Новыми минеральными ресурсами технического прогресса становятся редкие и редчайшие элементы земной коры. Без них невозможно развитие современной техники, многих отраслей промышленности, которые требуют высокопрочных, кислотоупорных, жаростойких, антикоррозийных и в то же время легких по весу материалов. Среднегодовая мировая добыча полезных ископаемых (включая топливно-энергетические) к концу XX ст. достигла 8—10 млрд. т. В предстоящее столетие человечеству потребуется значительно больше минеральных ресурсов, чем использовалось на предыдущих этапах его развития.

Несомненно, использование достижений научно-технического прогресса значительно расширит добычу полезных ископаемых из глубин земной коры, из океанической воды и морского Дна, где сосредоточены огромные запасы самых разнообразных минералов. Для получения минерального сырья более широко будут использоваться руды и обычные горные породы, содержащие богатейшие ресурсы различных химических элементов.

Общая характеристика и классификация полезных

ископаемых

Все ископаемые вещества (твердые, жидкие и газообразные) и геотермальная энергия сосредоточены в верхних слоях земной коры. Числовая оценка среднего содержания химических элементов в недрах Земли, различных типах горных пород производится с использованием кларка данного вещества (выражается в процентах, в г/т и др.). Более 99 % массы земной коры составляют кларки следующих элементов: кислорода — 47 %, кремния — 29,6, алюминия — 8,05, железа — 4,65, кальция — 2,96, натрия — 2,50, калия — 2,5, магния — 1,87 %. Знание кларков важно при поисках и промышленной оценке месторождений полезных ископаемых.

Полезнымископаемым(минеральным сырьем) принято называть природное минеральное образование земной коры неорганического и органического происхождения, которое может быть использовано в народном хозяйстве.

Залежи горных пород, которые обогащены одним или несколькими минералами (независимо от их практической ценности), получили название просто минеральных (геологических) месторождений.Те из них, которые представляют естественные скопления полезных ископаемых, по количеству, качеству иусловиям залегания пригодные для промышленного и иного хозяйственного использования, называются месторождениямиполезныхископаемых.Минеральные скопления с небольшими запасами или бедными рудами (что делает разработку экономически нецелесообразной) принято рассматривать как рудопроявления. В случае усовершенствования техники добычи и извлечения полезных компонентов рудопроявления могут перейти в разряд промышленных месторождений.

Полезные ископаемые, в зависимости от области хозяйственного применения, подразделяются на группы:

♦ топливно-энергетическую (нефть, природный газ, ископаемый уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды);

♦ рудную, являющуюся сырьевой основой черной и цветной металлургии (железная и марганцевая руды, хромиты, бокситы, медные, свинцово-цинковые, никелевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, сурьмяные руды, руды благородных металлов и др.);

♦ горно-химическогосырья (фосфориты, апатиты, поваренная, калийные имагнезиальные соли, сера и ее соединения, барит, борные соли, бром и йодсодержащие растворы);

♦ природных (минеральных) строительных материалов и нерудных полезных ископаемых, к которым примыкают поделочные, технические и драгоценные камни (мрамор,  гранит, яшма, агат, горный хрусталь, гранат, корунд, алмаз и др.);

4 гидроминеральные (подземные пресные и минерализованные воды).

Группировка минерально-сырьевых ресурсов носит условный характер, так как области хозяйственного использования одних и тех же полезных ископаемых могут быть различными. Например, нефть и газ — не только экономичные виды топлива, но иважнейшее технологическое сырье для химической промышленности.

Количественная оценка минеральных ресурсов выражается запасами полезных ископаемых, выявленных и разведанных. Величина разведанных запасов минерального сырья изменяется в зависимости от размеров добычи полезных ископаемых, степени разведанности (прироста разведанных запасов), а также от развития геологических знаний о строении земной коры и возможных концентрациях полезных ископаемых в различных ее частях.

Данные геологической разведки позволяют вычислять объем тел полезных ископаемых, а при умножении объема на плотность определяются запасы полезных ископаемых в весовом исчислении. При подсчете запасов жидких и газообразных полезных ископаемых помимо объемного метода применяется способ расчета по притокам в скважинах. Для некоторых месторождений полезных ископаемых, кроме того, подсчитывается количество содержащихся в них запасов ценных компонентов, например, запасы металлов в рудах. Запасы полезных ископаемых в недрах земли измеряются в кубических метрах (строительные материалы, горючие газы и др.), в тоннах (нефть, уголь, руда), в килограммах (благородные металлы), в каратах (алмазы).

Величины запасов полезных ископаемых обладают различной достоверностью их подсчета, зависящей от сложности геологического строения месторождений и детальности их геологической разведки. По степени достоверности определения запасов они разделяются на категории. В странах СНГ действует классификация с разделением на четыре категории: А, В, С, и С₂.

Запасы категории А являются наиболее разведанными, с точно определенными границами залегания и вполне подготовленными для добычи. К категории В относятся предварительно разведанные запасы полезных ископаемых с примерно определенными границами залегания. В категорию С, включают разведанные в общих чертах месторождения с запасами, подсчитанными с помощью экстраполяции геологических данных. К категории С₂относятся перспективные запасы, выявленные за пределами разведанных частей месторождений. Как правило, Данные о запасах полезных ископаемых категорий А и В используются при разработке текущих планов и прогнозов развития народного хозяйства. Остальные категории запасов (С, и C₂,) учитываются при обосновании долгосрочных прогнозов, планировании геологоразведочных работ.

Запасы полезных ископаемых подразделяют также по их пригодности для использования в народном хозяйстве на балансовые и забалансовые. К балансовым принадлежат такие запасы, которые целесообразно разрабатывать при современном уровне техники и экономики; к забалансовым — запасы, которые при имеющейся технике не могут быть эффективно использованы. Существует также категория прогнозных — геологических запасов, оцениваемых приближенно в качестве возможных. Экономическая оценка полезных ископаемых, как и других видов природных ресурсов, основывается на исчислении дифференциальной ренты, которая здесь получила название дифференциальнойгорной ренты. Основным оценочным показателем является показатель эксплуатационной ценности ресурсов. Он представляет собой денежное выражение максимально возможного народнохозяйственного экономического эффекта, приносимого данным видом ресурсов. Эксплуатационная ценность природного ресурса определяется как разность между величиной денежной оценки продукции, полученной из ресурса, и прямыми затратами на его добычу и переработку.

Важнейший принцип экономической оценки полезных ископаемых — соблюдение народнохозяйственных интересов при выборе оптимального варианта использования ресурсов. Здесь предполагается, прежде всего, комплексное их освоение, максимальное снижение потерь при добыче и переработке, соблюдение природоохранных мероприятий.

Расчетная денежная оценка () месторождения полезных ископаемых проводится по формуле

                                   (10.1)

где  — извлекаемые запасы в пересчете на конечную продукцию;  — срок отработки запасов; Z — замыкающие затраты для данного района (или по стране в целом) на конечную продукцию, то есть предельно допустимые затраты на прирост производства данной продукции горной промышленности на прогнозируемом отрезке времени (в определенных условиях функции замыкающих затрат могут выполнять мировые цены);— расчетные текущие эксплуатационные затраты на единицу конечной продукции;  — коэффициент учета фактора времени, включая расчетный срок эксплуатации оцениваемого месторождения (рассчитывается по особой формуле); — предстоящие капитальные вложения, связанные с разведкой, разработкой, переработкой единицы годовой конечной продукции с учетом фактора времени (то есть приведенные к году оценки).

Оценка полезных ископаемых Республики Узбекистан

По состоянию на 01.01.2018г. Государственным балансом полезных ископаемых Республики Узбекистан числятся 2028 месторождений: строительные материалы – 867, подземные воды – 649, углеводороды – 244 (нефть, газ, конденсат), драгоценные металлы – 97 (золото, серебро), цветные и редкие металлы – 12, радиоактивные металлы – 38, горнорудное сырье – 37, горнохимическое сырье – 32, камнесамоцветное сырье – 30, уголь и горючие сланцы – 7, черные металлы – 5 и др. Республика Узбекистан находится в числе мировых лидеровпо обеспеченности запасами отдельных золото, уран, медь, фосфориты, молибден и др.видов полезных ископаемых:

№	Полезные ископаемые	Ед.изм.	Запасы	Добыча (2017)
	Золото	Тонн	5990,5	89,9
	Серебро	тонн	21559,9	232,3
	Уран	Тыс.тонн	96,7	3,6
	Медь	Тыс.тонн	16336,2	137,1
	Вольфрам	Тыс.тонн	123,6	-
	Нефть	Млн.тонн	178,1	0,9
	Природный газ	Млрд.тонн	2239,9	55,4
	Уголь	Млн.тонн	1950,1	3,5

Основные виды полезных ископаемых расположены в центральной
и восточной части республики. 

Основные проблемы развития геологической отрасли.

При достаточно высоком уровне обеспеченности отраслей экономики республики общими запасами ряда полезных ископаемых (медь, золото, уран, уголь и др.) в стране наблюдается явный дефицит отдельных видов минерального сырья, потребность в которых не обеспечивается собственно добычей, а удовлетворяется
за счет импорта (барит, асбест, огнеупоры, уголь и др.).

Данные по импорту товаров показывают, что несмотря на наличие
в республике сырьевых ресурсов (месторождения), потребность
по отдельным видам сырья удовлетворяется за счет импорта (графит, песок кварцевый, бентонит, глина огнеупорная, камень для памятников, уголь, йод и др.).

Недра республики располагают еще неизученными (платиноиды, хромовые руды, редкие и другие металлы, абразивы, перлиты) и не освоенными промышленностью (олово, висмут, стронций, графит, высокоглиноземное сырье, минеральные краски, фарфоровые камни, агрорудное сырье) видами полезных ископаемых, требующих постановку комплекса физико-химических, опытно-технологических и технико-экономических исследований.

Узбекистан входит в десятку стран мира по запасам важных полезных ископаемых, таких как золото, уран, газ, медь, калий, фосфаты и другие. Узбекистан является одним из ведущих производителей золота, урана и газа. За счет добычи и переработки полезных ископаемых вклад в экономики Узбекистана энергетические и минеральные запасы и ресурсы составит более 16% национального ВВП.

Республика Узбекистан является одной из ведущих стран Средней Азии с развитой горнодобывающей, нефтегазовой и др. отраслей и инфраструктурой. В целом, в республике различные виды полезных ископаемых добывается и геологоразведочные работы ведется около 30 видам полезных ископаемых и ежегодно 200 - 300 млн долларов привлекается на эти работы. Применения новейших методов и технологий комплексного геологического изучения недр, а также привлечения на взаимовыгодных условиях капиталов республиканских и зарубежных инвесторов, позволят добиться получения максимальных результатов от использования природных богатств Узбекистана.

Внутреннее строение Земли

Земля состоит из газообразных, жидких и твердых веществ. В целом наблюдается закономерное увеличение плотности и массы вещества от периферии к центру нашей планеты, в результате чего сформировалось несколько оболочек, которые отличаются между собой построению, вещественному составу и свойствам (рис. 2.1).

Изучение внутреннего строения Земли сопряжено с большими трудностями. Человек проник в недра с помощью бурения на глубину немногим более 10 км. Но, применяя косвенные методы исследования, в первую очередь сейсмические, ученые смогли заглянуть внутрь планеты. Сейсмические волны явились тем «лучом», который помог увидеть внутренние геосферы Земли.

При землетрясениях и искусственных взрывах по телу Земли распространяются колебательные движения различного характера. По земной поверхности от очага землетрясения расходятся поверхностные волны. Они похожи на волны, возникающие на водной поверхности, и имеют незначительную скорость. Поперечные волны вызываются колебанием вещества в направлении, перпендикулярном к направлению волны. Эти волны распространяются только в твердом веществе и затухают в газообразной и жидкой среде. Продольные волны возникают при растяжении и сжатии вещества, т. е. его смещении относительно своего среднего положения. Эти волны распространяются в газообразной, жидкой и твердой среде, достигая наибольшей скорости—до 14 км/с.

Анализ сейсмограмм показал, что в теле Земли разные участки волны проходят с различной скоростью. Резкое изменение скорости прохождения волн на определенных глубинах свидетельствует о границах твердого, пластичного или жидкого вещества. Затухание поперечных волн на отдельных глубинах позволяет утверждать, что дальше залегает вещество в жидком или пластичном состоянии.

Верхняя твердая оболочка Земли называется литосферой. До 60-х годов XX в. понятия литосфера и земная кора являлись синонимами и обозначали твердую оболочку Земли. В настоящее время установлено, что литосфера неоднородна. Верхнюю часть ее составляет земная кора, в которой сконцентрированы наиболее легкие химические элементы и их соединения. Нижняя часть литосферы — с у б с т р а т, залегает на глубинах до 50 км под океанами и до 100 км под материками. Вещество в нижней литосфере находится в более плотном состоянии. На глубинах от 5 до 70 км находится поверхность (или раздел) Мохоровичича, разделяющая земную кору и субстрат. Здесь резко возрастает скорость сейсмических волн — от 5 до 8 км/с.

Ниже литосферы находится мантия —самая мощная из оболочек планеты. Мантия сложена силикатными породами, содержащими оксиды кремния, магния и. железа. Вещество в мантии находится в твердом кристаллическом состоянии. Скорость прохождения сейсмических волн возрастает от 8 до 14 км/с у нижней границы мантии.

Мантия делится на верхнюю и нижнюю. Верхняя мантия простирается от границы литосферы до глубины 900 км. От кровли ее до глубины 250—350 км  находится астеносфера, или ослабленная зона. Вязкость вещества в астеносфере меньше, чём в слоях, расположенных выше ее. Поэтому предполагают, что происходит перемещение вещества в литосфере в горизонтальном направлении вследствие неравномерной нагрузки земной коры на различных участках. Этим объясняются перемещение литосферных плит, движение материков. В астеносфере протекают процессы, вызывающие вулканическою деятельность и землетрясения.

Нижняя мантия располагается на глубинах от 900 до 2900 км. Она отличается более однородным строением и высокой плотностью вещества. Атомы кристаллов в нижних слоях мантии находятся в плотнейшем состоянии вследствие высокого давления.

Центральную часть планеты занимает ядро. В составе ядра преобладают тяжелые элементы (железо и никель) с примесью более легких компонентов (серы, кремния, кислорода). Ядро делится на внешнее и внутреннее. Внешнее ядро как бы жидкое. Оно подобно воде не пропускает поперечные сейсмические волны. На границе мантии и ядра скорость продольных сейсмических волн резко падает—с 14 до 8 км/с. В пределах ядра скорость их возрастает до 11 км/с к центру. Внутреннее ядро состоит из твердого вещества. Оно располагается глубже 4980 км.

Средняя плотность вещества Земли 5,52 г/см³. Но она неоднородна и увеличивается с глубиной от 2,7 г/см³ в верхней части литосферы до 5,5 г/см³ на границе мантии и ядра. В центре земного ядра плотность вещества достигает 13 г/см³. Возрастание плотности вещества по мере приближения к центру Земли объясняется увеличивающейся концентрацией тяжелых химических элементов и плотной упаковкой атомов в условиях огромного давления, которое составляет 101 325- 10³ кПа в нижней мантии и около 303975-Ю³ кПа в центре ядра.

Земля, состоящая из достаточно большой массы материи, обладает сильным гравитационным полем—полем силы тяжести. Сила тяжести действует на любую материальную частицу в пределах нашей планеты. Она незначительно уменьшается от полюсов к экватору (на 0,5%)- На земной поверхности сила тяжести зависит от структуры литосферы и состава горных пород в ней.

Сила тяжести существенно влияет на все процессы, происходящие на Земле: формирование геосфер, структуры земной коры, рельефа, циркуляцию атмосферы и гидросферы и др. Действием гравитации объясняется шарообразная форма Земли. Сила тяжести удерживает вокруг Земли атмосферу, обеспечивает возможность существования жизни на Земле.

В результате проведения гравиметрической съемки получают характеристики гравитационного поля для различных районов Земли. Составленные по данным такой съемки гравиметрические карты используют для определения геологических структур и поисков полезных ископаемых. Гравиметрические измерения обеспечивают точное определение фигуры Земли, расчеты траекторий полетов искусственных спутников.

Внутренние геосферы Земли существенно влияют на формирование географической оболочки Земли. Постоянная дифференциация вещества в теле Земли (перемещение более тяжелых элементов вглубь и всплывание более легких на поверхность) определила химический состав литосферы, явилась одним из факторов, влияющих на ее тектоническое строение,, на рельеф земной поверхности. В течение геологического развития благодаря внутренним процессам, в том числе вулканизму, на Земле появились атмосфера и гидросфера. Современные тектонические движения земной коры, вулканизм и землетрясения являются следствием

Внутреннее тепло Земли

Земля содержит огромное количество тепловой энергии. Согласно гипотезам о происхождении Земли из звездного вещества и ее дальнейшем остывании земное тепло считали остаточным. В настоящее время в соответствии с гипотезой О. Ю. Шмидта о происхождении Земли из холодных твердых тел путем аккумуляции их вокруг наиболее твердого ядра происхождение внутреннего тепла Земли объясняется иначе.

Наиболее вероятным является разогрев первоначально холодной Земли за счет тепла, выделяющегося при радиоактивном распаде урана, тория и других элементов. Другим важным источником внутреннего тепла Земли следует считать гравитационную энергию, выделяющуюся при сжатии вещества в условиях огромных давлений внутри Земли. Определенное количество тепла образуется в результате различных хтических реакций, происходящих в геосферах Земли.

Солнечное тепло не является источником внутренней энергии Земли, так как оно проникает только в самые верхние слои земной коры. Суточные колебания температуры" почво-грунтов наблюдаются обычно до глубины 2 м, а годовые —до 20 м. Чем больше амплитуда летних и зимних температур воздуха, тем глубже в земной коре наблюдается колебание температуры по сезонам года. Следовательно, в умеренном и холодном климатах на глубине в несколько десятков метров залегает изотермический горизонт, сохраняющий в течение всего года постоянную температуру, близкую к средней годовой температуре воздуха соответствующей местности. Ниже изотермического горизонта наблюдается постоянное повышение температуры. Непосредственные измерения ее доступны только в верхних слоях земной коры на глубинах до 10 км. На больших глубинах она определяется косвенно—по температуре лав вулканов и по некоторым данным геофизических измерений.

Особенности распределения температур в земной коре характеризуются геотермическим градиентом — величиной, на которую повышается температура горных пород с увеличением глубины на 100 м. Средняя величина геотермического градиента 3 °С. Соответственно геотермическая ступень—глубина в метрах в земной коре, соответствующая повышению температуры на 1 °С, в среднем равна 33 м. Но на различных участках земной коры величина геотермической ступени колеблется от 5 до 200 м в зависимости от характера рельефа, состава и теплопроводности горных пород, циркуляции подземных вод, наличия очагов вулканизма, химических реакций, происходящих в земной коре и др. С глубинойвеличинагеотермической ступени сильно возрастает.

На границе литосферы и мантии температура достигает 600°С, а в очагах активного магматизма даже до 1200  °С, о чем свидетельствует температура лавы, изливающаяся надневную поверхность при извержении вулканов. На границе мантии и ядра температура вещества составляет около 4000 °С, ;а к центру ядра увеличивается до 5000—5700 °С.

Высокая температура внутри Земли размягчила вещество, придала ему пластичность, а в отдельных очагах расплавила его. Это способствовало дифференциации вещества по геосферам, опусканию тяжелых элементов на большие глубины и перемещению более легких в земную кору. Внутренняя энергия Земли вызывает развитие тектонических процессов, проявление землетрясений и вулканизма, образование крупных форм рельефа земной поверхности.

Однако тепловой поток, непрерывно поступающий из недр Земли к ее поверхности, рассеивается в окружающем пространстве, практически не влияя на климат планеты, так как он в 4000 раз меньше количества тепла, получаемого Землей от Солнца.

Внутреннее тепло Земли частично используется как дешевый источник энергии.

Магнетизм Земли

В результате сложного движения вещества внутри Земли под действием сил гравитации и тепловой конвекции, а также притяжения Луны и Солнца, изменяющих положение земной оси, на нашей планете возникло магнитное поле.

Околоземное пространство, в пределах которого проявляется влияние земного магнетизма, называется магнитосферой Земли. Форма магнитосферы напоминает комету с хвостом, направленным в сторону от Солнца. С дневной стороны граница магнитосферы довольно четкая и находится на расстоянии '60 000—80 ООО км от поверхности Земли, а с противоположной— слабо выраженная и простирается на расстояние не менее 5 млн. км. Асимметрия магнитосферы объясняется действием солнечного ветра, который, наталкиваясь на магнитное поле Земли, сжимает и обтекает его.

В магнитосферу проникают заряженные частицы из космического пространства и образуют радиационные пояса, нижняя граница которых находится на высоте 600—1000 км. Когда потоки заряженных частиц вдоль силовых магнитных линий проникают в верхние слои атмосферы в районах магнитных полюсов, они вызывают полярные сияния.

В магнитном поле Земли выделяют Северный и Южный магнитные полюса. Они не совпадают с географическими полюсами.

Силовые магнитные линии соединяют магнитные полюса Земли. Магнитная стрелка показывает направление магнитных меридианов, соответствующих силовым линиям. Обычно направления географического и магнитного меридианов не совпадают. Угол между географическим меридианом и направлением магнитной стрелки (магнитным меридианом) называется магнитным склонением. Склонение считается, восточным (имеет знак+)> если стрелка отклоняется к востоку" от географического меридиана, и западным (имеет знак —), если она отклоняется к западу от него.

Для определения направления географического меридиана: или азимута необходимо отклониться от магнитного меридиана на величину угла склонения вправо, если склонение западное или влево, если оно восточное. На магнитных картах проводят-изогоны—линии одинакового склонения. Нулевая изогона соединяет точки, где стрелка компаса совпадает с направлением: географических меридианов.

Магнитное поле Земли неодинаково в различных ее районах. Сильное магнитное поле образует Восточно-Сибирскую и Бразильскую огромные мировые магнитные аномалии. Они вызваны процессами, создающими главное магнитное поле Земли. Их влияние распространяется на тысячи километров у поверхности Земли и на значительную часть магнитосферы по высоте,, в частности, они приближают нижнюю границу радиационных: поясов к земной поверхности.

Региональные магнитные аномалии связаны с наличием: большого количества железных руд в земной коре. К таким аномалиям относятся Курская, Криворожская, Кременчугская и др. Региональные магнитные аномалии быстро затухают с высотой и на поверхности Земли, поэтому они являются надежным показателем для поисков месторождений железных руд.

Направление оси свободно подвешенной магнитной стрелки: строго соответствует направлению магнитных силовых линий. На магнитном экваторе, который не совпадает с географическим, стрелка параллельна земной поверхности. За пределами магнитного экватора она образует угол наклона, который называется магнитным наклонением. Последнее увеличивается с удалением от экватора и на магнитных полюсах равно 90°. Так как силовые линии здесь перпендикулярны к земной поверхности, то и стрелка находится в вертикальном положении.

Магнитное поле Земли испытывает непрерывные изменения во времени. Это приводит к отклонению величин элементов земного магнетизма от их среднего значения в точках наблюдения, изменению местоположения магнитных полюсов Земли. Вековые магнитные вариации объясняются, по-видимому, медленным перемещением вещества в глубинах Земли и изменением солнечной активности. Изменение магнитного поля Земли вызывает необходимость систематически, через 5-10 лет выполнять магнитную съемку и составлять новые магнитные карты.

Непродолжительные сильные возмущения магнитного поля Земли называются магнитными бурями. Они длятся от нескольких часов до нескольких суток и вызываются потоками солнечной плазмы в периоды высокой активности Солнца. Достигая Земли, солнечная плазма резко увеличивает сжатие магнитосферы и, соответственно, изменяет элементы земного магнетизма, частично проникает внутрь магнитосферы, особенно в полярных областях. Процессы в магнитосфере вызывают образование электрических токов, полярные сияния, нарушение радиосвязи, усиление циклонической деятельности в атмосфере.

Магнетизм существенно влияет на природу Земли, используется в практической деятельности людей. Магнитосфера вместе с атмосферой защищают органическую жизнь на Земле от губительных космических излучений. Исследование магнитных аномалий позволяет вести разведку полезных ископаемых. Электромагнитные методы помогают изучать внутреннее строение Земли, определять существующие там давление и температуру. Явление магнетизма используется для ориентирования на местности, прокладки курсов морских судов и самолетов, в военном деле, в маркшейдерской работе и особенно при производстве геодезических работ и топографических съемок.

 Общая характеристика поверхности Земли

Поверхность Земли имеет сложный рельеф. Он сформировался в течение длительного развития под влиянием внутренних и внешних процессов.

В н у т р е н н и е, или эндогенные процессы обусловлены внутренней энергией Земли. Непрерывное" образование тепла в недрах Земли сопровождается его перераспределением. Происходит поднятие тепла в верхние геосферы, а также гравитационное расслоение, поднятие и опускание материала, который размягчился или даже расплавился в очагах активного магматизма.

Основные эндогенные процессы — магматизм, вулканизм, тектонические движения, сопровождаемые разломами литосферы и складкообразованием,— создают крупные неровности рельефа земной поверхности. Эти процессы сопровождаются метаморфизацией горных пород и образованием различных полезных ископаемых.

Внешние, или экзогенные процессы обусловлены главным образом солнечной энергией, поступающей на Землю в виде тепла и света, и силой тяжести. Они протекают на поверхности Земли или на незначительной глубине в земной коре в виде механического, физического и химического взаимодействия ее с атмосферой и гидросферой.

Не все экзогенные процессы в равной мере преобразуют земную поверхность. Наиболее активными являются выветривание горных пород, эрозия и денудация-(работа поверхностных вод), карст (работа подземных вод), дефляция (работа ветра), экзарация (работа ледников), абразия (работа воды морей иокеанов). В последнее время чрезвычайно возросло влияние человека на географическую среду, в том числе и на рельеф земной поверхности.

Экзогенные процессы направлены на разрушение гор и возвышенностей, заполнение осадками понижений, т. е. на выравнивание рельефа земной поверхности.

Эндогенные и экзогенные процессы протекают на земной поверхности повсеместно и одновременно. В зависимости от конкретных природных условий ведущую роль играют то одни, то другие. Если более интенсивно проявляются эндогенные процессы, то происходит образование горных хребтов, глубоких впадин и других крупных неровностей рельефа, увеличивается амплитуда высот земной поверхности. При большей интенсивности экзогенных процессов, ведущих к разрушению крупных форм рельефа и денудации продуктов разрушения, наблюдается нивелирование рельефа, снижение абсолютных и относительных высот земной поверхности.

На Земле наблюдается сложное чередование суши и водной поверхности, в пределах которых по-разному протекают природные, особенно экзогенные процессы.

Общая поверхность Земли составляет 510 млн. км², 361 млн. км², т. е. 71 %, занимает Мировой океан. Он расчленяется материками и островами на Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Средняя глубина Мирового океана около 3800 м, но его рельеф отличается большим разнообразием. Более доступен для освсения и богат органической жизнью шельф — примыкающая к материкам часть Мирового океана с глубинами до 200 м. Наибольшие глубины в океанах располагаются у их окраин. Максимальная глубина 11022 м обнаружена в Марианской впадине в Тихом океане. Средняя часть океанов, как правило, занята подводными хребтами высотой в несколько километров, протянувшимися на многие тысячи километров. В Мировом океане происходит накопление огромных толщ осадочного материала за счет выноса с суши продуктов разрушения горных пород, абразии морских берегов и отложения остатков умерших организмов.

Суша занимает 149 млн. км² (т. е. 29%) земной поверхности. Она состоит из материков Евразии, Африки, Австралии, Северной Америки, Южной Америки, Антарктиды и огромного количества островов. Средняя высота суши над уровнем моря 875 м, а максимальную высоту 8848 м имеет Джомолунгма (Эверест) в Гималаях.

Для всех материков характерны значительные поднятия поверхности по их периферии. К наиболее мощным из них относятся горная система, протянувшаяся по югу Евразии от Пиренеев до Гималаев, и горный пояс из Кордильер и Анд, занимающих западные окраины Северной и Южной Америки. В центральных областях материков расположены огромные низменности, например, Амазонская и Ла-Платская в ЮжнойАмерике, Восточно-Европейская и Западно-Сибирская равниныи Туранская низменность в Евразии.

Материки в значительной мере отличаются между собой по размерам и характеру рельефа (табл. 2). Наиболее крупным и сложным по строению рельефа является материк Евразия. В результате накопления огромной толщи льда Антарктидаимеет среднюю высоту поверхности 2040 м — наибольшую средивсех материков.

Наблюдаются резкие отличия в распределении суши и водной поверхности в северном и южном полушариях. В северомполушарии суша занимает 39 % поверхности по сравнениюс 19 % в южном полушарии. В умеренных широтах северного полушария суша почти сплошным кольцом охватывает земнойшар, в то время как в южном полушарии в этих же широтахпреобладает водная поверхность Мирового океана. В полярных широтах северного полушария находится Северный Ледовитой океан, а в южном полушарии — континент Антарктида.

Состав и строение литосферы

В XIX в. бурно развивается геохимия — наука о химическом составе Земли, распространенности в ней химических элементов. Верхняя часть литосферы, более доступная для непосредственных исследований, изучена лучше по сравнению с ее глубинными слоями. Наиболее существенные исследования по геохимии литосферы выполнили американский геолог Ф. Кларк и советские академики А. Е. Ферсман и А. П. Виноградов.

Изучение горных пород, отобранных на земной поверхности и при бурении скважин, и продуктов извержения вулканов, выброшенных на земную поверхность из глубин, недоступных непосредственным исследованиям, а также результаты геофизических исследований позволили определить химический состав литосферы.

Ниже перечислены наиболее распространенные химические элементы в литосфере в порядке их убывания (по данным А. П. Виноградова, в процентах): сферы. Лишь 8 первых элементов образуют 99 % литосферы. Остальные 84 элемента таблицы Менделеева рассеяны в литосфере, их содержание измеряется иногда миллиардными долями. Химические элементы образуют минералы и горные породы. Они распространены в литосфере очень неравномерно. Местами их концентрация увеличивается в тысячи раз и более. Такие участки называются месторождениями полезных ископаемых.

Земная кора, сформированная в процессе длительного развития планеты, имеет сложное строение. Выделяются континентальный и океанический типы земной коры (рис. 3).

Континентальная земная кора размещается в основном в пределах материков и шельфа. Средняя ее мощность 3545 км, но она изменяется от 15 км на границе с океанической корой до 70 км и более в районах мощных горных систем. Она состоит из трех слоев.

Верхний осадочный слой сложен осадочными горными породами. Он почти повсеместно покрывает нижележащий кристаллический фундамент и имеет мощность от 0 до 15—20 км.

В верхней части кристаллического фундамента в пределах континентальной земной коры под осадочным слоем залегает так называемый гранитный слой. В местах отсутствия осадочного слоя он выходит непосредственно на дневную поверхность. Он сложен более легкими и светлыми кристаллическими породами типа гранитов и имеет мощность до 40 км. На границе континентальной земной коры гранитный слой выклинивается  и в пределах океанической земной коры практически отсутствует.

Ниже гранитного слоя располагается базальтовый слой, состоящий из более плотных и темных пород — базальтов и габбро. Мощность базальтового слоя колеблется в пределах 15—35 км.

В гранитном, и базальтовом слоях в значительных количествах присутствуют сильно метаморфизованные осадочные горные породы, оказавшиеся на значительных глубинах в процессе развития земной коры.

Океаническая земная кора размещается под дном океанов и глубоких морей. Она имеет мощность 5—12 км, но в районах активных тектонических разломов и растекания земной коры возможно обнажение вещества верхней мантии, как, например, в Красном море.

Океаническая земная кора состоит из двух слоев. Верхний осадочный слой слагают морские и терригенные осадки. Он имеет переменную мощность от 0 до 2—5 км. В районах длительного опускания дна осадочная толща достигает и больших величин. Ниже осадочного слоя непосредственно залегает базальтовый слой, в пределах которого с глубиной базальты заменяются габбро.

С целью дальнейшего изучения земной коры и поисков полезных ископаемых на Кольском полуострове, в Закавказье, Казахстане и других районах СНГ проводится бурение сверхглубоких скважин.

Тектонические движения

Причины тектонических движений земной коры окончательно не установлены. Ряд гипотез по-разному, иногда с противоположных и взаимоисключающих позиций, объясняют развитие твердой оболочки Земли.

Контрактационная гипотеза (Э. Зюсс, И. В. Мушкетов и другие ученые) объясняет движение и деформацию земной коры постепенным охлаждением первоначально расплавленной Земли и сокращением ее радиуса, в результате чего земная кора сминалась в складки, происходили вертикальные и незначительные горизонтальные ее перемещения.

Гипотеза расширения Земли (Б. Хейзен и другие исследователи) исходит из возможности увеличения радиуса Земли на протяжении геологических эпох. Это приводит к растяжению земной коры, раздвиганию материков и образованию океанических впадин. Однако авторы гипотезы не разъясняют причин увеличения размеров Земли.

Пульсационная теория (У. Бачер, В. А. Обручев и другие ученые) допускает чередование эпох сжатия и расширения Земли, сопровождающихся деформациями земной коры и ее разрывами. Вследствие этого происходит периодическое изменение интенсивности вулканической деятельности, чередование трансгрессий и регрессий Мирового океана.

В. В. Белоусов и другие сторонники гипотезы глубинной дифференциации вещества, исходя из концепции первоначально холодной Земли, считают, что в результате выделения тепла при распаде радиоактивных элементов разогрелось и частично расплавилось вещество мантии. В дальнейшем более тяжелые вещества опустились вниз, а легкие силикатные соединения поднялись вверх. Это привело к поднятию отдельных участков литосферы, их разломам и смятию в складки.

Автор гипотезы дрейфа материков А. Вегенер и его сторонники считают возможным перемещение крупных литосферных глыб на сотни и тысячи километров одновременно с подкоровыми течениями вещества в астеносфере. Допускается, что вместе с материками по поверхности астеносферы передвигаются и части дна океанов, прилегающие к материкам и тесно спаянные с ними. На стыках отдельных литосферных плит при их раздвигании образуются рифты, а затем океанические впадины. На окраинах океанов отдельные плиты могут погружаться и подтекать под более жесткие участки литосферы. В таких случаях происходит формирование островных дуг и рядом сними глубоких прогибов и желобов, сопровождающееся складкообразованием и вулканизмом.

Не исключено также влияние других планетарных и космических факторов на интенсивность и частоту тектонических движений литосферы, в том числе изменение скорости вращения Земли вокруг своей оси, изменение скорости движения Земли и Луны по своим орбитам. Возможно, что эпохи бурного орогенеза связаны с прохождением Солнечной системы через гравитационные, электрические и другие неоднородные поля в пределах Галактики.

Перечисленные гипотезы не дают исчерпывающего разъяснения причин движения литосферы. Дальнейшие геологические, геофизические, геодезические и другие исследования Земли, изучение ближнего и дальнего космоса помогут достоверно объяснить причины тектонических движений литосферы.

Тектонические движения подразделяются на медленные (вековые) и быстрые (сейсмические), горизонтальные (тангенциальные) и вертикальные (радиальные), орогенические и эпейрогенические, новейшие и современные.

Медленные колебательные движения земной коры происходят непрерывно и повсеместно. Земная кора никогда не остается в покое. В результате медленного прогибания одни участки ее поднимаются, другие опускаются. Они многократно меняют знак движения на противоположный. Наиболее масштабные колебательные движения охватывают периоды в 200— 300 млн. лет. Они определяют чередование тектонических циклов в развитии Земли, чередование трансгрессий и регрессий морей, размещение и очертание суши и моря на ее поверхности, формируют основные черты рельефа.

Быстрые тектонические движения связаны с землетрясениями. Они отличаются высокой скоростью. Смещения земной поверхности во время землетрясений иногда составляют десятки метров по вертикали. Однако быстрые тектонические движения проявляются эпизодически, и их суммарное влияние на рельеф не превосходит рельефообразующего эффекта медленных движений.

Горизонтальные тектонические движения литосферы приводят к перемещению отдельных ее участков на десятки и сотни километров, образованию сдвигов и надвигов. Данные палеомагнитных исследований, изучение природных условий геологических периодов развития Земли, палеонтологические -находки, сравнение литологии горных пород отдельных материков,  общая конфигурация материков позволяют предполагать, что что раньше они занимали иное положение на земно поверхности. Возможно, они представляли даже единое целое — гипотетические материки Гондвану и Лавразию. Но в течение сотен миллионов лет, медленно передвигаясь по поверхности Земли, материки заняли известное нам положение.

Современные горизонтальные движения литосферы изучаются с помощью повторных триангуляции. Результаты измерений показали, что скорость смещения отдельных участка достигает 5 см в год, в частности, в Таджикистане и Калифорнии — около 3 см в год. Во время землетрясений отмечен! быстрые смещения земной поверхности вдоль разломов на расстояние до 10 м и более.

Вертикальные тектонические движения литосферы бывают восходящие и нисходящие. На одних и тех же участка: земной поверхности с течением времени они обычно сменяют друг друга. По интенсивности и амплитуде они также неоднородны.

Орогенические движения имеют скорости 20—30 ммв год. Амплитуда их огромна, до 10 км и более. Орогенические движения приводят к горообразованию, сопровождаются складчатостью и разломами литосферы, сильными землетрясениями Они свойственны главным образом для геосинклиналей.

Эпейрогенические движения — это медленные, плавные, вековые перемещения литосферы по вертикали. Скорость их незначительна, несколько миллиметров в год. Они имеют колебательный характер. Амплитуда их составляет обычно сотни метров. Они не приводят к горообразованию и свойственны платформенным, равнинным участкам Земли.

Движения литосферы, происходившие в неогене и антропогене, называются новейшими, а наблюдаемые в последние десятилетия — современными.

При изучении тектонических движений литосферы в более отдаленные геологические периоды широко используется геологический метод: исследуются породы и характер их залегания, складчатость, тектонические разломы и смещения участков литосферы вдоль них и т. д.

Для изучения неотектонических движений кроме геологического применяются и другие методы. Геоморфологический метод учитывает развитие рельефа под влиянием этих движений. Гидрологический метод определяет изменение уровня воды в морях и озерах в связи с поднятием одного берега и затоплением другого (перекос ванн водоемов).

Современные вертикальные движения изучаются с помощью высокоточных повторных геодезических измерений — нивелирования I и II классов.

Тектонические движения оказывают огромное влияние на географическую оболочку Земли. Они являются решающим фактором формирования рельефа земной поверхности. В результате тектонических движений происходят извержения вулканов и землетрясения. Они способствуют метаморфизации горных пород. Косвенно тектонические движения литосферы влияют на циркуляцию атмосферы и вод Мирового океана.

Землетрясения и моретрясения

Землетрясения — это колебания земной поверхности, вызванные различными причинами. Ежегодно на Земле происходят сотни тысяч землетрясений, но большинство из них настолько слабы, что человек их не ощущает. Они фиксируются лишь высокочувствительными приборами — сейсмографами. Десятки тысяч землетрясений на протяжении года люди ощущают непосредственно, но лишь несколько из них имеют разрушительные, катастрофические последствия. Землетрясения изучает сейсмология — одна из наук о Земле.

По происхождению землетрясения, делятся на тектонические, вулканические, денудационные и искусственные.

Наиболее сильны и часты тектонические землетрясения. Они составляют около 95 % всех землетрясений на планете. Основная причина тектонических землетрясений — тектонические движения литосферы и верхней мантии. Под действием внутренней энергии Земли происходят растяжение, сжатие и деформация земной коры, приводящие к огромным напряжениям горных пород. Если сила напряжения превосходит прочность горных пород, они разрываются. В момент разрыва вещества происходит толчок, резкое смещение масс. Энергия движения, возникшая при разрыве горных пород, расходуется на их перемещение и разрушение, а также на передачу сейсмических колебаний на большие расстояния. Достигая земной поверхности, они вызывают ее колебания. Сильные тектонические землетрясения приводят к большим разрушениям и ощущаются на огромной территории.

Вулканические землетрясения наблюдаются в районах активного внедрения магмы в земную кору и извержения ее на дневную поверхность. Они разрушительны лишь вблизи вулканов, но быстро затухают на сравнительно небольших расстояниях от них.

Обвальные, или денудационные, землетрясения возникают в результате обвалов больших масс. Они чаще всего происходят в горах, где рельеф сильно пересечен и где много участков с неустойчивым положением крупных массивов горных пород.

Следует выделить искусственные землетрясения. Они вызываются факторами, связанными с деятельностью человека (мощные взрывы при добыче полезных ископаемых, на строительстве, во время взрывов ядерных устройств). Искусственные землетрясения также ощущаются на ограниченной территории. С развитием технических возможностей человека частота и сила искусственных землетрясений увеличиваются.

Пространство, в пределах которого произошел разрыв вещества и его смещение, сопровождающееся разрядкой накопившейся энергии, называется очагом землетрясения, а его центр-гипоцентром землетрясения. В зависимости от глубины очага землетрясения подразделяются на группы: 1) нормальные с глубиной гипоцентра от 0 до 60 км; 2) промежуточные, глубина гипоцентра которых 60—300 км; 3) глубокие, гипоцентр которых находится глубже 300 км.

Точка земной поверхности, расположенная над гипоцентром, называется эпицентром землетрясения.

Из очага землетрясения его энергия в виде сейсмических волн распространяется во все стороны. В эпицентре оно проявляется с наибольшей силой. С удалением от эпицентра сила землетрясения ослабевает.

На картах точки земной поверхности с одинаковой интенсивностью землетрясения соединяются плавными кривыми — изосейстами. Обычно изосейсты образуют замкнутые кривые вокруг эпицентра землетрясения.

Сила землетрясения на поверхности Земли измеряется в баллах. В СНГ принята 12-балльная шкала.

Землетрясения в 1 балл регистрируются лишь сейсмографами. Человек такие землетрясения не ощущает. Землетрясения силой 2—5 баллов ощущаются людьми, но обычно они не вызывают разрушения зданий и нарушения рельефа земной поверхности. Землетрясения силой 6—9 баллов сопровождаются разрушениями в различной степени сооружений и преобразованием рельефа земной поверхности. Поэтому возможность таких землетрясений учитывают при строительстве в сейсмических районах. Землетрясения силой 10—12 баллов бывают очень редко, их последствия настолько разрушительны, что антисейсмическая защита — очень дорогостоящее мероприятие — выполняется лишь на особо важных объектах.

В Японии и некоторых других зарубежных странах для определения силы землетрясений применяется 7-балльная шкала.

Землетрясения, происходящие па дне морей и океанов, называются моретрясениями. Они часто вызывают образование гигантских волн. При быстром опускании участков земной коры на дне моря вода устремляется в понижение, а затем в результате мощного толчка выплескивается на поверхность, образуя выпуклость. Возникшее возмущение переходит в колебательное движение воды — волны цунами. Цунами образуются также при резком поднятии дна в эпицентре моретрясения и при подводном извержении вулканов (рис. 2.2.).

Длина волны цунами бывает от нескольких километров до 1500 км. Высота ее в месте образования колеблется в пределах 0,01—5 м. Волна цунами почти незаметна и редко ощущается вдали от берегов. Она со скоростью 50—100 км в час устремляется  в разные  стороны от эпицентра моретрясения.

Приближаясь к берегам, цунами своим основанием притормаживается о дно, опрокидывается в сторону берега и многократно возрастает. Увеличению высоты цунами способствует изрезанность береговой линии. В узких клиновидных заливах она достигает максимальной высоты — 50 м и более. За несколько минут, иногда даже за час до прихода цунами наблюдаются понижение уровня моря, отлив воды от берега. Затем на берег накатывается цунами, вызывая катастрофические разрушения. Одна из сильных цунами в 1952 г. разрушила город Южно-Курильск и другие населенные пункты на Курильских островах и Камчатке.

Цунами очень часто возникают в Тихом океане. Поэтому в СНГ, Японии, США и других странах организованы наблюдения для своевременного обнаружения волн цунами и предупреждения населения об их приближении к берегам.

Землетрясения проявляются на Земле крайне неравномерно. Наиболее часты и сильны они о пределах двух главных сейсмических поясов планеты — Средиземноморского, соответствующего Средиземноморско-Гималайской геосинклинали, и Тихоокеанского, кольцом охватывающего берега Тихого океана, соответствующего Средиземноморско-Гималайской геосинклинали. Интенсивны землетрясения также на прилегающих к геосинклиналям участках дна Мирового океана, где происходят процессы орогенеза, складкообразования, формирования островных дуг и желобов.

За пределами указанных сейсмических поясов на материках землетрясения свойственны областям тектонической активности на Тянь-Шане, Алтае, в рифтовых зонах Восточной Африки, Красного моря Байкальской рифтовой зоны. Там землетрясения являются следствием глубоких разломов литосферы и смещения отдельных ее блоков. В океанах активная сейсмическая деятельность наблюдается в срединно-океанических хребтах. На платформах землетрясения случаются очень редко, интенсивность их небольшая—до 5 баллов.

Землетрясения активно изменяют рельеф земной поверхности. Быстро, почти мгновенно совершаются поднятия отдельных участков земной поверхности. На месте опустившихся блоков литосферы возникают понижения — грабены, которые заполняются водой озер (Байкал, Танганьика и др.) или морей (Красное море). Прилегающие к побережьям озер и морей участки суши во время землетрясений уходят под воду, образуя новые заливы. Например, залив Провал на Байкале возник в устье р. Селенги после землетрясения в 1862 г. После землетрясений и моретрясений в морях появляются над водой новые острова и исчезают в пучине ранее существовавшие.

Землетрясения приводят к катастрофическим разрушениям многих городов и целых районов, многочисленным жертвам среди населения. 28 декабря 1908 г. землетрясение разрушило в Италии г. Мессину и прилегающие населенные пункты, погибли 100—150 тыс. человек. Землетрясение, которое произошло 1 сентября 1923 г., превратило в руины Токио и Иокогаму, погибли около 150 тыс. человек. Грозность и неотвратимость землетрясений, их трагические последствия вселяли в людей страх, надолго сохранялись в памяти людей, описывались в исторических документах. В настоящее время регистрация землетрясений и первичная обработка наблюдений проводится на сейсмических станциях. В мире насчитывается около 2000 таких станций. Они работают в системе единого времени — среднего гринвичского. На сейсмических станциях под землей, вдали от всяких помех устанавливают сейсмографы, которые улавливают все колебания земной коры и записывают их на сейсмограммах. Расшифровывая сейсмограмму, устанавливают момент прихода различных сейсмических волн на станцию. Устанавливается времявозникновения землетрясения, координаты его гипоцентра и эпицентра, интенсивность землетрясения. Измерения со станций передаются в сейсмические центры для дальнейшей обработки данных и их обобщения.

В СНГ создана единая система сейсмических наблюдений, включающая более 200 сейсмических станций. Аналогичные службы созданы и вдругих странах.

Международный сейсмический центр находится в Великобритании. Там обобщаются данные большинства сейсмических станций мира.

По результатам обработки наблюдений сейсмических станций осуществляется сейсмическое районирование. Выделяются территории с землетрясениями силой в 6, 7, 8, 9 и 10 баллов и более. Карты сейсмического районирования являются официальным документом, регламентирующим нормы и правила сейсмостойкого строительства.

Успехи сейсмологии позволяют частично прогнозировать землетрясения. Места землетрясений сейсмологи предсказывают достаточно уверенно. Время и силу землетрясений пока прогнозировать очень трудно из-за недостатка информации о внутренних процессах Земли.

Учет многих предвестников землетрясения — скорости опускания или поднятия земной поверхности, изменения электрического сопротивления и динамических напряжений в горных породах, изменения уровня подземных вод и содержания в них радиоактивного радона, внезапный уход воды от берега в морях и океанах, беспокойное поведение животных, выползание из нор пресмыкающихся — позволяет предполагать возможность сильного землетрясения в ближайшие дни и часы.

Вулканизм

Вулканизм — это совокупность явлений, связанных с внедрением (интрузией) магмы влитосферу и ее излиянием (эффузией) на земную поверхность. С вулканизмом связаны образование различных минералов и горных пород, их метаморфизм. На протяжении всей истории Земли магматизм и вулканизм были важнейшими факторами формирования литосферы, рельефа земной поверхности и географической оболочки в целом. Магматизм определяется процессами выплавления магмы, ее перемещением в мантии и литосфере, взаимодействием с окружающими породами, постепенным изменением свойств магмы и ее застыванием. От характера протекания процессов магматизма зависят образование магматических горных пород и минералов, формирование интрузивных тел.

Процессы вулканизма во многом зависят от магмы — расплавленной массы, образующейся в мантии Земли и нижних слоях литосферы. Магма размещается внутри Земли очагами. Она находится на разных глубинах: от 5—6 км (например, под Везувием) до 50—70 км (под Ключевской сопкой на Камчатке).

В состав магмы входят многие химические элементы, но преобладают оксиды кремния. В недрах Земли магма содержит летучие компоненты — пары воды и различные газы. Выделяют два типа магмы: основную и кислую. Основная, или базальтовая, магма содержит до 55 % Si0₂ и богата магнием, железом и кальцием. Она отличается пониженной вязкостью, легко проникает по трещинам и, лишившись паров и газов, изливается на земную поверхность в виде лавы. Лавовые потоки очень подвижны, скорость их достигает 30 км/ч.

Кислая, или гранитная, магма вмещает до 78 % S1O2 и примесей щелочных металлов. Она вязкая и при извержении вулканов с трудом достигает земной поверхности, особенно после потери паров и газов.

Температура магмы внутри Земли достигает 1500 °С, благодаря чему в литосфере частично расплавляются легкоплавкие вещества и образуются магматические очаги. При извержении магмы на поверхность температура ее составляет 900—1200 °С, затем она быстро понижается. Основная магма сохраняет текучесть при остывании до 600 °С.

Различают интрузивный и эффузивный вулканизм. Для интрузивного вулканизма характерно внедрение магмы под огромным давлением в литосферу. Если магма не в состоянии преодолеть сопротивление вышележащих горных пород, то медленно остывает в литосфере, образуя батолиты, лакколиты и другие интрузивные тела. Эффузивный вулканизм проявляется в виде излияний лавы, выбросов твердого вещества, паров воды и газов на земную поверхность. Он сопровождается обычно образованием вулканов — конусообразных гор, сложенных продуктами извержения. На вершине вулкана, как правило, находится кратер — воронкообразное понижение. Если вязкая магма закупоривает кратер, то на склонах вулкана образуется один или несколько побочных, паразитических кратеров, через которые продолжается дальнейшее его извержение.

В зависимости от каналов, по которым происходит извержение, вулканы подразделяют на центральные и трещинные. В вулканах с центральным извержением лава, пепел и другие материалы выбрасываются на поверхность через круглые каналы — жерла диаметром от десятков метров до нескольких километров. Над ними формируются конусы вулканов. Вулканы трещинного типа размещаются над линейными тектоническими разломами литосферы. Лава, излившись по трещине на поверхность, растекается по обе стороны. Она образует вытянутое поднятие, над которым в местах наибольшей активности вырастают отдельные конусы. Типичными представителями трещинных вулканов являются Лаки и Гекла, расположенные в Исландии. Лаки возник над трещиной длиной 25 км. Над лавовым массивом площадью 56 км² вдоль трещины возвышается более 100 небольших вулканических конусов.

По времени извержения вулканы подразделяют на действующие, уснувшие и потухшие. К действующим относятся вулканы, которые извергают в настоящее время лаву, пары и газы или об их деятельности известно из исторических документов. Уснувшими считают сохранившие свою форму вулканы, сведений об извержениях которых нет, но общие геологические условия не исключают возобновления их деятельности. Потухшими называются сильно разрушенные вулканы, не проявляющие активности.

Извержения вулканов — грозное явление природы. Они могут продолжаться от нескольких часов до многих десятилетий. Энергия вулканических взрывов эквивалентна мощности взрывов ядерных зарядов в сотни мегатонн. Извержениям вулканов предшествуют землетрясения,, подземный гул, изменение магнитных и электрических полей и т. д. Извержение обычно начинается усиленным выделением паров и газов. На различную высоту выбрасываются вулканические бомбы диаметром от нескольких сантиметров до нескольких метров, вулканический пепел, пары воды и газы. Во время извержения многих вулканов на поверхность изливается лава. Интенсивная деятельность вулканов чередуется с периодами относительного покоя.

По характеру извержения и типу магмы, определяющему соотношение количества жидких, твердых и газообразных продуктов, выбрасываемых на поверхность, вулканы подразделяются на четыре типа (рис. 7).

Рис. 2.3. Типы вулканов по характеру извержения:

1 — Трещинный; 2 — центральный, гавайского типа; 3 — стратовулкан; 4 — купольный; 5 — газово-взрывной

Вулканы гавайского типа, или лавовые, отличаются спокойным ходом извержения. Жидкая лава, поднимающаяся по центральному каналу, образует в кратере огненное озеро. Во время интенсивных извержений уровень лавы в кратере поднимается настолько, что она переливается через края и потоками стекает к подножию вулкана. Газы выделяются в небольшом количестве. Они фонтанами выбрасывают вверх комки лавы, бурлящей в кратере. Конусы вулканов гавайского типа — щитовидные, низкие и широкие, как, например, у вулкана Килауэа (Гавайские острова).

В древние геологические эпохи на Земле существовали так называемые площадные лавовые вулканы. На Среднесибирском плоскогорье, а также в Северной Америке и па юге Африки очень  жидкая  базальтовая магма изливалась на поверхностьв огромных количествах, образуя обширные лавовые плато. Так, плато Колорадо на западе США на площади свыше 520 000 км² покрыто базальтами. Отдельные потоки лавы, залегая один над другим, достигают здесь суммарной мощности более 3000 м.

С т р а г о в у л к а н ы, или стромболианские, имеют смешанный характер извержения. Периоды относительно спокойного излияния жидкой лавы чередуются с небольшими взрывами, которые выбрасывают твердый материал — вулканические бомбы, песок и пепел. Поэтому в строении конусов стратовулканов хорошо выражена слоистость. К этой группе относится большинство вулканов Земли.

Наиболее грозным является извержение газово-взрывных вулканов. В них главную роль играют газообразные вещества, которые скопляются в канале вулкана. Особенно мощные взрывы бывают, если каналы вулканов закупориваются пробками из очень вязкой кислой магмы. Происходят взрывы, во время которых в атмосферу выбрасывается огромное количество вулканического песка, пепла и более крупного обломочного материала. Иногда при таких взрывах частично или полностью уничтожается конус вулкана, возникший ранее. Так произошло при взрыве вулкана Кракатау в 1883 г. (Зондские острова). В атмосферу на высоту до 50—70 км было выброшено свыше 20 км³ твердого материала, который более двух лет выпадал на всей планете. Падение твердых обломков после извержения было зарегистрировано на площади более 800 тыс. км².

К   вулканам   купольного типа принадлежат Шивелуч,Безымянный, Центральный Семячик на Камчатке и др. Они образуются при извержении очень вязкой, инертной магмы, которая медленно выдавливается из жерла вулкана и тут же застывает, иногда заполняя весь кратер. Такие вулканы на вершинах имеют лавовые купола и обелиски.

Для многих вулканов характерны кальдеры — круглые или овальные понижения размером от несколько сотен метров до 20 км и более. Они возникают по-разному. Взрывные кальдеры образуются при извержении газово-взрывных вулканов. В таких случаях кальдера окружена валом из выброшенных горных пород высотой в несколько десятков метров. Кальдеры обрушения возникают при опускании земной поверхности над очагом вулкана, если оттуда извергается значительное количество вулканического материала. Кальдеры обрушения имеют крутые, обрывистые стенки. Они достигают больших размеров, чем взрывные кальдеры.

Наиболее простые вулканы — м а а р ы, воронкообразные углубления в диаметре до 3 км. Они образуются в результате одного взрыва, выброса паров и иногда небольшого количества лавы. Изверженные породы по краям маара образуют кольцевой вал высотой 20—30 м. Дно мааров в условиях влажного климата занимают озера. Маары часто встречаются в районах древнего вулканизма в Германии и Франции.

Для областей, закончивших активный период вулканического развития, свойственны поствулканические явления, т. е. выделение паров, газов и горячих вод. По мере затухания вулканической деятельности меняется характер поствулканических процессов.

В начальный период затухания вулканов на них часто встречаются фумаролы — выходы хлористого водорода, сернистого ангидрида и других горячих газов с температурой 300—500 °С. Выделение газов может происходить под давлением и сопровождаться свистом, шипением и другими звуками. При дальнейшем ослаблении вулканической активности образуются сольфатары — струи сернистого и других газов с температурой 100—300 °С, выделяющихся через трещины на склонах и в кратерах вулканов. В последней стадии затухания для вулканов характерны мофеты — струи преимущественно углекислого газа, выделяющегося из недр Земли. Его температура менее 100 °С.

В районе современного и угасающего вулканизма иногда встречаются гейзеры — горячие источники, периодически выбрасывающие на поверхность фонтаны кипящей воды и столбы пара. В трещинах литосферы, где циркулирует вода, могут встречаться пустоты. В них за счет вулканического тепла накапливается перегретый пар. Когда создается избыточное давление, этот пар выталкивает на поверхность вышележащий столб воды в виде фонтана высотой иногда более 40 м. Горячая вода,  проходя  через  толщу  горных  пород,  достаточно сильно минерализуется. При быстром остывании воды на поверхности соли выпадают в осадок, создавая натечные образования из гейзерита и других минералов.

Около 100 гейзеров находятся на Камчатке (в основном в долине р. Гейзерной). Примерно 20 из них относятся к крупным. Например, гейзер Великан выбрасывает фонтан воды высотой 40 м и столб пара высотой в несколько сотен метров. Известны гейзеры .в Исландии, Новой Зеландии и США.

К поствулканическим явлениям относится функционирование термальных источников. Они подразделяются на горячие (температура воды 37—100 °С) и теплые (температура воды 20—37 °С). Вода термальных источников, как правило, минерализована.

Воды гейзеров, горячих и теплых источников используются для энергетических и лечебных целей.

С поствулканическими явлениями не следует смешивать псевдовулканические, не связанные с деятельностью вулканов. В толще земли, особенно вблизи месторождений нефти, находятся под огромным давлением метан, водород и другие газы. Вырываясь на поверхность, они могут загораться и создавать иллюзию вулканической деятельности. Проходя через насыщенные водой слои горных пород, они вместе с водой выталкивают на поверхность мелкие твердые частицы. Возникают конусообразные возвышенности — грязевые вулканы, или с а л ь з ы. Высота их колеблется от нескольких до сотен метров. Грязевые вулканы распространены в СССР на полуостровах Керченском, Апшеронском, Челекен, а также в Молдавии и некоторых других районах.

В настоящее время известно около 600 наземных и свыше 60 подводных действующих вулканов с различной степенью активности. Число уснувших и потухших вулканов на Земле составляет около 5000. Периодически возникают новые вулканы. Например, в Мексике в 1943 г. начал действовать вулкан Парикутин. Он за несколько лет достиг высоты более 400 м. Некоторые вулканы, ранее считавшиеся потухшими, возобновляют извержения и переходят в категорию действующих.

Большинство вулканов приурочено к четырем тектонически активным областям.

В пределах Тихоокеанского вулканического пояса, соответствующего Тихоокеанской геосинклинали, размещается почти 2/3 известных вулканов. К ним относятся вулканы Камчатки, Курильских и Японских островов, Филиппин и Восточной Индонезии, Новой Зеландии и Антарктиды (Эребус и Террор). На континентах Южной и Северной Америки вулканы размещаются по их западной окраине в Андах и Кордильерах, а также на Антильских островах. Замыкается Тихоокеанское вулканическое кольцо дугой Алеутских островов,протянувшихся от Аляски до Камчатки. Внутри Тихоокеанского вулканического пояса   сотни   вулканов размещаются на островных дугах западной части Тихого океана, вдоль разломов, поднятий и опусканий океанической земной коры.

Большинство вулканов Средиземноморско-Индонезийского вулканического пояса сосредоточено в его восточной части в районе Зондских островов, в том числе известный вулкан Кракатау. В центральной части пояса много потухших и уснувших вулканов в Малой Азии, на Кавказе (Казбек, Эльбрус), в Крыму (Карадаг), в Карпатах. К средиземноморской части пояса также приурочены и активно действующие вулканы — Стромболи, Везувий, Этна, Вулькано и др.

Мощный вулканический пояс размещается в Атлантическом океане. Он в основном совпадает с Северным и Южным Срединно-Атлантическим хребтами. Действующие вулканы находятся на Ян-Майене, Азорских островах, в Исландии. Большинство островов Атлантического океана — это вершины подводных вулканов, возвышающиеся над уровнем воды в океане.

Почти все 40 действующих вулканов Африки расположены в Восточпо-Африканско-Аравийском рифто-вом поясе, где молодой вулканизм проявился в максимальных масштабах. Здесь сформировалась так называемая Высокая вулканическая Африка, где находятся действующие вулканы Ньирагонго, Алид, Киеджо и др. В центре Восточной Африки возвышается на 5895 м Килиманджаро — самый большой вулканический массив континента.

В СНГ насчитывается 66 действующих вулканов. Все они находятся на Камчатке и Курильских островах. Самый высокий из них — Ключевская сопка (4750 м). В пределах нашей страны только на Камчатке действуют гейзеры. Хорошо сохранились уснувшие вулканы на Камчатке, Курильских островах и Кавказе. Потухшие вулканы, кроме того, имеются в Крыму и на Карпатах. Мощный древний вулканизм, сохранившийся в виде лавовых покровов и горных систем, богатых полезными ископаемыми, характерен для Восточной Сибири, Урала, Ти-манского кряжа, Тянь-Шаня и других районов СНГ.

Вулканизм является одним из самых мощных рельефообразующих факторов. Дополнительная литература:Фоменко А.Н. Общая физическая география и геоморфология: учебник  /  А.Н. Фоменко, В.И. Хихлуха. – М.: Недра, 1987. (стр. 25-53)

                                                Лекция №3

Воздействие хозяйственной деятельности человека на литосферу

План:

1. Последствия антропогенного воздействия на эндогенные и экзогенные процессы в литосфере.

2. Последствия влияния ионизирующих излучений.

3. Опасные геологические процессы и их характеристика.

4. Динамическое, тепловое и электрические воздействия на горные породы и их роль при физическом загрязнении окружающей природной среды.

5. Основные направления охраны и защиты земных недр.

Последствия техногенного преобразования литосферы

Основные пути рационального использования и охраны недр

Верхняя часть литосферы подвергается интенсивному техногенному воздействию в результате хозяйственной деятельности человека, в том числе при проведении геологоразведочных работ и разработке месторождений полезных ископаемых. Возникающие в связи с этим негативные изменения нередко приводят к непрерывной ее перестройке и проявлению опасных и необратимых в экологическом отношении процессов и явлений. Изменения, происходящие в верхней части литосферы, оказывают существенное влияние на экологическую обстановку в конкретных районах, так как через ее верхние слои происходит обмен веществ и энергии с атмосферой и гидросферой, что в итоге приводит к заметному воздействию на биосферу в целом.

Верхние слои литосферы в пределах территории Беларуси испытывают интенсивное воздействие в результате проведения инженерно-геологических исследований и геологоразведочных работ на различные виды полезных ископаемых. Необходимо отметить, что только с начала 50-х годов XX в. пробурено около 1400 поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин на нефть (глубиной до 2,5—5,2 км), более 900 скважин на каменную и калийную соли (глубиной 600—1500 м), более 1000 скважин особо охраняемых геологических объектов, имеющих особую научную, историческую, культурную, эстетическую и рекреационную ценность.

Кодекс Республики Беларусь о недрах (1997) определяет основные требования по рациональному использованию и охране недр, среди них:

♦ соблюдение установленного законодательством страны порядка предоставления недр в пользование и недопущение самовольного пользования недрами;

♦ полное и комплексное геологическое изучение недр, обеспечивающее достоверную оценку запасов полезных ископаемых;

♦ недопущение порчи разрабатываемых и близлежащих месторождений полезных ископаемых в результате пользования недрами, а также запасов этих ископаемых, консервируемых в недрах;

♦ обеспечение наиболее полного извлечения из запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;

♦ рациональное использование вскрышных пород;

♦ охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и других бедствий, снижающих качество и промышленную ценность полезных ископаемых.

Охрана недр и рациональное использование минеральных ресурсов непосредственно связаны с перспективами развития добывающих отраслей, геологоразведочных работ, проведением природоохранных мероприятий в целом по стране. Производственные программы (бизнес-планы) предприятий добывающей промышленности и геологоразведочных работ, с одной стороны, и планы охраны окружающей среды, с другой, должны разрабатываться в едином блоке. Однако добыче и потреблению минеральных ресурсов предшествуют геологоразведочные работы. Именно на стадии поиска и разведки полезных ископаемых выявляются наиболее рациональные пути их использования.

В Программе ускорения геологоразведочных работ по развитию минерально-сырьевой базы Республики Беларусь на 1996—2000 гг. в качестве приоритетных были определены следующие направления:

—поиск и разведка месторождений нефти и газа;

—поиск и подготовка к промышленному освоению бурых углей;

—оценка перспектив алмазоносности;

—разведка запасов железных руд;

—подготовка к промышленному освоению минерализованных рассолов на одной из перспективных площадей;

—поиск и разведка новых месторождений полезных ископаемых.

Предусматривались задания по приросту запасов минерального сырья, другим итоговым показателям геологоразведочного производства, в том числе задания по техническому перевооружению.

Перспективные планы и прогнозы включают разработку эколого-безопасных и  экономически эффективных технологий добычи, переработки и использования минерального сырья, повышения коэффициента извлечения полезных ископаемых на эксплуатируемых месторождениях. Особенно актуально это в отношении добычи нефти, извлечение которой в условиях Беларуси не превышает 40 %, в то время как новейшие технологии позволяют повысить этот показатель до 60 %. Внедрение прогрессивных технологий при разработке калийных солей обеспечит более рациональное использование запасов Старобинского месторождения, сокращение отходов калийного производства до 10 % и уменьшение оседания земной поверхности на 15—20 %. Повышение эффективности использования минерально-сырьевых ресурсов для производства строительных материалов связано с сокращением потерь сырья в процессе добычи и производства, использованием низкосортного сырья, вторичных ресурсов. Развитие научно-технического прогресса обеспечивает вовлечение в эксплуатацию месторождений полезных ископаемых с более низким содержанием полезных веществ, более высоким содержанием вредных примесей и менее благоприятными горно-геологическими условиями залегания и в итоге — расширение минерально-сырьевой базы.

При этом отчуждаются сельскохозяйственные и лесные угодья, происходит изменение теплового баланса недр, загрязнение окружающей среды нефтепродуктами, буровым раствором, кислотами и другими токсичными компонентами, используемыми при проводке скважин. Проведение сейсмических исследований с применением буровзрывных работ, плотность которых особенно высока в пределах Припятского прогиба, вызывает нарушение физико-химических свойств почвы и верхних слоев литосферы, загрязнение грунтовых вод, техногенные изменения минерального состава отложений.

Большое негативное воздействие на характер изменения литосферы оказывает добыча полезных ископаемых. В результате деятельности горнодобывающих предприятий происходит перемещение больших объемов пород, изменение режимов поверхностных, грунтовых и подземных вод в пределах обширных территорий, нарушение структуры и продуктивности почв, активизация химических и геохимических процессов.

Особенностью добычи полезных ископаемых является их временный характер: при истощении запасов полезного ископаемого горные работы на месторождении прекращаются. В связи с этим разработку месторождений целесообразно вести так, чтобы формируемые при этом новые ландшафты, выемки, отвалы, инженерные сооружения могли в последующем с максимальным эффектом использоваться для других народнохозяйственных целей. Это обеспечит снижение негативного воздействия горных работ на окружающую среду и уменьшит затраты на ее восстановление.

Авария на Чернобыльской АЭС привела к радиоактивному загрязнению значительной части минерально-сырьевых ресурсов страны, оказавшихся в зоне ее негативного воздействия. По данным исследований, проведенных Белорусским научно-исследовательским геологоразведочным институтом, в зоне радиоактивного загрязнения оказались 132 месторождения минерально-сырьевых ресурсов, в том числе 59 разрабатываемых. Это, главным образом, месторождения глины, песков и песчано-гравийных смесей, цементного и известкового сырья, строительного и облицовочного камня. В зону загрязнения попали также Припятский нефтегазоносный бассейн и Житковичское место-Рождение бурого угля и горючих сланцев.

Охрана недр рассматривается как система мероприятий, обеспечивающая сохранение существующего разнообразия и рациональное использование геологической среды.Шимова, О.С. [и др.]. Основы экологии и экономики природопользования: учебник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. – Минск: БГЭУ, 2002. (стр. 140-143)

Истощаемые и возобновляемые энергетические

 ресурсы.

Истощаемые ресурсы - это запасы топлива в недрах земли.

Мировой запас угля оценивается в 9-11 трлн.т. (условного топлива)  при добыче более 4,2 млрд./год. Наибольшие разведанные месторождения уже находятся на территории США, СНГ, ФРГ, Австралии. Общегеологические запасы угля на территории СНГ составляют 6 трлн.т. /50% мировых/, в т.ч. каменные угли 4,7 и бурые угли – 2,1 трлн.т. Ежегодная добыча угля – более 700 млн.т., из них 40% открытым способом.

Мировой запас нефти оценивается в 840 млрд.т. условного топлива, из них 10% - достоверные и 90% - вероятные запасы. Основной поставщик нефти на мировой рынок – страны Ближнего и Среднего Востока. Они располагают 66% мировых запасов нефти, Северная Америка – 4%, Россия – 8-10%. Отсутствуют месторождения нефти в Японии, ФРГ, Франции и многих других развитых странах.

Запасы природного газа оцениваются в 300-500 трлн. м³. Потребление энергоресурсов в мире непрерывно повышается. В расчете на 1 человека потребление энергии за период 1990-2000 г.г. увеличилось в 5 раз. Однако это потребление энергоресурсов осуществляется крайне неравномерно. Примерно 70% мировой энергии потребляют промышленно развитые страны, в которых проживает около 30% населения Земли. В среднем на 1 человека приходится в Японии 1,5-5 т., в США – около 7т., а в развивающихся странах 0,15-0,3т. в нефтяном эквиваленте.

Человечество ещё, по крайней мере, 50 и более лет сможет обеспечить значительную часть своих потребностей в различных видах энергии за счет органического топлива. Ограничить чрезмерное их потребление могут два фактора:

- очевидная исчерпаемость запасов топлива;

- осознание неизбежности глобальной катастрофы из-за увеличения вредных выбросов в атмосферу.

К ресурсам возобновляемой энергии относятся:    

- сток рек, волны, приливы и отливы, ветер как источники механической энергии;

- градиент температур воды морей и океанов, воздуха, недр земли /вулканов/ как источники тепловой энергии;

- солнечное излучение как источник лучистой энергии;

- растения и торф как источник химической энергии.

Топливо - вещество, выделяющее при определенных экономически целесообразных условиях большое количество тепловой энергии, которая в дальнейшем используется непосредственно или преобразуется в другие виды энергии.

Топливо бывает:

Ø горючее- выделяет тепло при окислении, окислитель- обычно О₂, N₂, азотистая кислота, перекись водорода и пр.

Ø расщепляющееся или ядерное топливо (основа ядерной энергетики (уран 235).

Горючее делят на органическое и неорганическое. Органическое горючее- углерод и углеводород. Горючее бывает природное (добытое в недрах земли) и искусственное (переработанное природное). Искусственное в свою очередь делится на композиционное (полученное механической переработкой естественного, бывает в виде гранул, эмульсий, брикетов) и синтетическое (произведенное путем термохимической переработки естественного - бензин, керосин, дизельное топливо, угольный газ и т.д.).

Более 90% потребляемой энергии образуется при сжигании естественного органического топлива 3 видов:

¨ твердое топливо (уголь, торф, сланцы).

¨ жидкое топливо (нефть и газоконденсаты).

¨ газообразное топливо (природный газ, СН₄, попутный газ нефти).

Органическое топливо состоит из следующих составляющих: горючая составляющая (органические ингредиенты - С, Н, О, N, S) и негорючая составляющая (состоит из влаги, минеральной части).

Общепринятое слово "горючее" - это топливо, предназначенное для сжигания (окисления). Обычно слово "топливо" и "горючее" воспринимаются как адекватные, т.к. чаще всего "топливо" и бывает представлено "горючим". Однако следует знать и другие разновидности топлива. Так, металлы алюминий, магний, железо и др. при окислении так же могут выделять много теплоты. Окислителем вообще могут быть кислород воздуха, чистый кислород и его модификации (атомарный, озон), азотная кислота, перекись водорода и т.д.

Сейчас в основном используется ископаемое органическое горючее с окислителем - кислородом воздуха.

Различают три стадии преобразования исходного органического материала:

¨ торфяная стадия - распад высокомолекулярных веществ, синтез новых; при частичном доступе кислорода образуется торф и уголь, без доступа кислорода - нефть и газы;

¨ буроугольная стадия - при повышенной температуре и давлении идет полимеризация веществ, обогащение углеродом;

¨ каменноугольная стадия - дальнейшая углефикация.

Жидкая смесь углеводородов мигрировала сквозь пористые породы, при этом образовались месторождения нефти, газа; высокое содержание минеральных примесей приводило к возникновению горючих сланцев.

Твердое и жидкое органическое топливо характеризуется сложностью химического состава, поэтому обычно дается только процентное содержание (элементный или элементарный процентный состав топлива) химических элементов, без указания структур соединений.

Основной элемент, выделяющий теплоту при окислении - это углерод С, менее - водород Н. Особое внимание следует уделять сере S. Она заключена как в горючей, так и в минеральной части топлива. При сжигании сера влияет на коррозионную активность продуктов сгорания, поэтому это - нежелательный элемент. Влага W в продуктах сгорания представлена внешней ("мокрое" топливо), кристаллогидратной, образованной при окислении водорода. Минеральная часть А - это различные окислы, соли и другие соединения, образующие при сжигании золу.

Состав твердого  и жидкого топлива выражается в % по массе, при этом за 100% могут быть приняты:

1) рабочая масса -  используемая непосредственно для сжигания;

2) аналитическая масса - подготовленная к анализу;

3) сухая масса - без влаги;

4) сухая беззольная масса;

5) органическая масса.

Поэтому, например:

Состав топлива необходим для определения важнейшей характеристики топлива --теплоты сгорания топлива (теплотворная способность топлива).

Теплота сгорания топлива -- это количество тепловой энергии, которая может выделиться в ходе химических реакций окисления горючих компонентов топлива с газообразным кислородом, измеряется в кДж/кг для твердого и жидкого, в кДж/м³ - для газообразного топлива.

При охлаждении продуктов сгорания влага может конденсироваться, выделяя теплоту парообразования. Поэтому различают высшую  - без учета конденсации влаги, и низшую  - теплоту сгорания, при этом:

Средние теплоты сгорания, кДж/кг(кДж/м³)

мазут ……….………..40200

соляр…………………42000

торф………..………….8120

бурый уголь….……….7900

антрацит……………..20900

природный газ……….35800

Для сравнения различных видов топлива их приводят к единому эквиваленту - условному топливу, имеющему теплоту сгорания 20308 кДж/кг (7000 ккал/кг). Для пересчета реального топлива в условное используется тепловой эквивалент:

 ,

· для угля в среднем - 0,718;

· газа природного - 1,24;

· нефти - 1,43;

· мазут - 1,3;

· торфа - 0,4;

· дров - 0,25.

Твердое органическое топливо по степени углефикации делится на древесину, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит.

Важной характеристикой, влияющей на процесс горения твердого топлива, является выход летучих веществ (убыль массы топлива при нагреве его без кислорода при 850^оС в течение 7 мин). По этому признаку угли делят на бурые (выход летучих более 40%), каменные (10 - 40%), антрациты (менее 10%). Воспламеняемость антрацитов поэтому хуже, но  выше. Это надо учитывать при организации процесса сжигания.

Зола - порошкообразный горючий остаток, образующийся при полном окислении горючих элементов, термического разложения и обжига минеральных примесей.

Шлак - спекшаяся зола.

Эти продукты сгорания оказывают большое влияние на КПД топочного оборудования (загрязнения, зашлаковка), надежность работы (разрушение обмуровок, пережог труб).

Нефть в сыром виде редко используется как топливо, чаще всего для этой цели идут нефтепродукты. В зависимости от температуры перегонки нефтепродукты делят на фракции: бензиновые (200-225^оС); керосиновые (140-300^оС); дизельные (190-350^оС); соляровые (300-400^оС); мазутные (более 350^оС). В котлах котельных и электростанций обычно сжигается мазут, в бытовых отопительных установках - печное бытовое (смесь средних фракций).

К природным газам относится газ, добываемый из чисто газовых месторождений, газ конденсатных месторождений, шахтный метан и др. Основной компонент природного газа - метан. В энергетике используется газ, концентрация СН₄ в котором выше 30% (за пределами взрывоопасности).

Искусственные горючие газы - результат технологических процессов переработки нефти и других горючих ископаемых (нефтезаводские газы, коксовый и доменный газы, сжиженные газы, газы подземной газификации угля и др.).

Из композиционных топлив, как наиболее употребительное, можно назвать брикеты - механическая смесь угольной или торфяной мелочи со связующими веществами (битум и др.), спрессованная под давлением до 100 МПа в специальных прессах.

Синтетическое топливо (полукокс, кокс, угольные смолы) в Беларуси не используется.

Расщепляющееся топливо - вещество, способное выделять большое количество энергии за счет торможения продуктов деления тяжелых ядер (урана, плутония). В качестве ядерного топлива используется природный изотоп урана , доля которых во всех запасах урана менее 1%.

Природное топливо располагается в земной коре. Запасы угля в мире оцениваются в 14 триллионов тон (Азия - 63%, Америка - 27%). Основные запасы угля -  Россия, США, Китай. Все количество угля можно представить в виде куба со стороны 21 км; из него ежегодно "выедается" человеком на свои разносторонние нужды "кубик" с ребром 1,8 км. Очевидно, при таком темпе потребления этого угля хватит на срок порядка 1000 лет. Поэтому, в общем разговоры о топливных и энергетических кризисах скорее имеют политическую, чем ресурсную подоплеку. Другое дело - уголь тяжелое, неудобное топливо, имеющее много минеральных примесей, что усложняет его использование, но главное - запасы его распределения крайне неравномерно.

Общеизвестны страны, обладающие самыми богатыми месторождениями нефти, при этом разведанные запасы нефти все время увеличиваются; прирост идет в основном за счет морских шельфов. Если некоторые страны берегут свои запасы в земле (США), другие (Россия) интенсивно их "выкачивают". Общие запасы нефти в мире ниже, чем угля, но более удобное для использования топливо, особенно в переработанном виде. После подъема через скважину нефть подается потребителям в основном нефтепроводами, железной дорогой, танкерами, расстояние может достигать нескольких тысяч километров. Поэтому в себестоимости нефти существенную долю имеет транспортная составляющая. Энергосбережение при добычи и транспортировке жидкого топлива заключается в уменьшении расхода электроэнергии на прокачку (удаление вязких парафинистых компонентов, нагрев нефти, применение экономичных насосов, увеличение диаметров нефтепроводов).

Природный газ располагается в залежах, представляющих собой купола из водонепроницаемого слоя (типа глины), под которым в пористой среде (передатчик) под давлением находится газ, состоящая в основном из СН₄. На выходе из скважины газ очищается от песчаной взвеси, капель конденсата и других включений и подается на магистральный газопровод диаметром 0,5…1,5 м длиной несколько тысяч километров. Давление газа в газопроводе поддерживается на уровне 5 МПа при помощи компенсаторов, установленных через каждые 100…150 км. Компрессоры вращаются газовыми турбинами, потребляющими газ, общий расход газа составляет 10…12% от всего прокачиваемого. Поэтому транспорт газообразного топлива весьма энергозатратен. Транспортные расходы намного ниже для сжигания газа, но и доля его потребления мала. Энергосбережение при добычи и транспорте газообразного топлива заключается в использование передовых технологий бурения, очистки, распределения, повышения экономичности газотурбинных установок для привода компрессоров магистралей.

Для всех видов топлива коэффициент извлечения из недр составляет 0,3…0,6, а для его увеличения требуется существенные затраты.

Нетрадиционные и возобновляемые

 источники энергии

Возобновляемые - это ресурсы, энергия которых непрерывно восстанавливается природой: энергия рек, морей, океанов, солнца, ветра, земных недр и т.п.

Невозобновляемые - это ресурсы, накопленные в природе ранее, в далекие геологические эпохи, и в новых геологических условиях практически не восполняемые (органические топлива: уголь, нефть, газ). К невозобновляемым энергоресурсам относится также ядерное топливо.

Энергетика на ископаемом топливе (тепловые, конденсационные электрические станции, котельные) стала традиционной. Однако оценка запасов органического топлива на планете с учетом технических возможностей их добычи, темпов расходования в связи с ростом энергопотребления показывает ограниченность запасов. Особенно это касается нефти, газа, высококачественного угля, представляющих собой ценное химическое сырье, которое сжигать в качестве топлива нерационально и расточительно. Отрицательное влияние оказывает сжигание больших количеств топлива в традиционных энергетических установках на окружающую среду: загрязнение, изменение газового состава  атмосферы, тепловое загрязнение водоемов, повышение радиоактивности  в зонах ТЭС, общее изменение теплового баланса планеты.

Практически неисчерпаемы возможности ядерной и термоядерной энергетики, но с нею связаны проблемы теплового загрязнения планеты, хранения радиоактивных отходов, вероятных аварий энергетических гигантов.

В связи с этим во всем мире отмечается повышенный интерес к использованию нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Их природа определяется процессами на Солнце, в глубинах Земли, гравитационным взаимодействием Солнца, Земли и Луны. Установки работающие на возобновляемых  источниках, оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем традиционные потоки энергии, естественно циркулирующие в окружающем пространстве. Экологическое воздействие энергоустановок на возобновляемых источниках в основном заключается в нарушении ими естественного ландшафта.

В настоящее время возобновляемые энергоресурсы используются незначительно. Их применение крайне заманчиво, многообещающе, но требует больших расходов на развитие соответствующей техники и технологий. При ориентации части энергетики на возобновляемые источники важно правильно оценить их долю, технически и экономически оправданную для применения. Эта задача - оценить, использовать потенциал возобновляемых ресурсов, найти их место в топливно-энергетическом комплексе - стоит перед экономикой Беларуси. Ее решение поможет смягчить дефицитность энергосистемы республики, позволит снизить зависимость от импорта энергоресурсов, будет способствовать стабильности экономики и политической независимости.

При планировании энергетики на возобновляемых источниках важно учесть их особенности по сравнению с традиционными невозобновляемыми. К ним относятся следующие.

¨ 1.Периодичность действия в зависимости от неуправляемых человеком природных закономерностей и, как следствие, колебания мощности возобновляемых источников от крайне нерегулярных, как у ветра, до строго регулярных, как у приливов.

¨ 2.Низкие, на несколько порядков ниже, чем у возобновляемых источников (паровые котлы, ядерные реакторы), плотности потоков энергии и рассеянность их в пространстве. Поэтому энергоустановки на возобновляемых источниках эффективны при небольшой единичной мощности и прежде всего  для сельских районов.

¨ 3.Применение возобновляемых ресурсов эффективно лишь при комплексном подходе к ним.  Например, отходы животноводства и растениеводства на агропромышленных предприятиях одновременно могут служит сырьем для производства метана, жидкого и твердого топлива, а также удобрений.

¨ 4.Экономическую целесообразность использования того или иного источника возобновляемой энергии следует определять в зависимости от природных условий, географических особенностей конкретного региона, с одной стороны, и в зависимости от потребностей в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства, бытовых нужд, с другой. Рекомендуется планировать энергетику на возобновляемых источниках для районов размером порядка 250 км.

При выборе источников энергии следует иметь в виду их качество. Последнее оценивается долей энергии источника, которая может быть превращена в механическую работу. Электроэнергия обладает высоким качеством. С помощью электродвигателя более 95% ее можно превратить в механическую работу. Качество тепловой энергии, получаемой  в результате сжигания топлива на тепловых электростанциях, довольно низкое - около 30%.

Возобновляемые источники энергии по их качеству условно делят на три группы:

1.Источники механической энергии, обладающие довольно высоким качеством:

Ø ветроустановки - порядка 30%,

Ø гидроустановки - 60%,

Ø волновые и приливные станции - 75%. 

2.Источники тепловой энергии:

Ø прямое или рассеянное солнечное излучение,

Ø биотопливо, обладающее качеством не более 35%.

3.Источник энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления, имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем КПД фотопреобразователей составляет порядка 15%.

Основными нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии для Беларуси являются гидро-, ветроэнергетические, солнечная энергия, биомасса, твердые бытовые отходы.

Солнечная энергетика.

 Возможность использования солнечной энергии.

Известно два направления использования солнечной энергии. Наиболее реальным является преобразование солнечной энергии в тепловую и использование в нагревательных системах. Второе направление - системы непрямого и прямого преобразования в электрическую энергию.

Прямое преобразование солнечной энергии в тепловую.

Солнечные нагревательные системы могут выполнять ряд функций:

Ø подогрев воздуха, воды для отопления и горячего водоснабжения зданий в районах с холодным климатом;

Ø сушку пшеницы, риса, кофе, других сельскохозяйственных культур, лесоматериалов для предупреждения их поражения насекомыми и плесневыми грибками;

Ø поставлять теплоту, необходимую для работы абсорбционных холодильников;

Ø опреснение воды в солнечных дистилляторах;

Ø приготовление пищи;

Ø привод насосов.

На рис.3.1 представлены три из большого числа конструкций нагревателя воды, отличающихся по эффективности и стоимости.

Для отопления зданий зимой могут применяться так называемые пассивные и активные солнечные системы. На рис.3.2а показан пассивный солнечный нагреватель: солнечные лучи попадают на заднюю стенку и пол здания, представляющие собой массивные конструкции с усиленной теплоизоляцией, окрашенные в черный цвет. Недостаток такой системы прямого нагрева - медленный подъем температуры в зимние дни и чрезмерная жара летом - устраняется с помощью накопительной стенки с солнечной стороны (рис.3.2б). Стенка работает как встроенный воздушный нагреватель с тепловой циркуляцией. Летом такую стену может затенять козырек крыши. Активные солнечные отопительные системы используют внешние нагреватели воздуха и воды. Их можно устанавливать на уже существующие здания.

В системах непрямого преобразования в электрическую - на гелиотермических электростанциях солнечная энергия, аналогично энергии органического топлива на ТЭС, превращается в тепловую энергию рабочего тела, например, пара, а затем в электрическую. Можно создать гелиотермические электростанции мощностью до нескольких десятков - сотен мегаватт. Концентрация солнечной энергии может осуществляться с помощью рассредоточенных коллекторов в форме параболоидов диаметром более 30м.

Рис.3.2 Пассивные солнечные нагреватели:

а  - прямой   нагрев  задней  стенки  здания:  использованы   массивные,

окрашенные в черный цвет поверхности с усиленной теплоизоляцией

для поглощения и накопления солнечной теплоты;

б  - здание с накопительной стенкой.

Каждый из них независимо следит за Солнцем и передает его энергию теплоносителю. Альтернативный вариант - солнечные электростанции башенного типа. На них системы плоских зеркал, расположенные на большой площади, отражают солнечные лучи на центральный теплоприемник на вершине башни (рис.3.3).

К сожалению, КПД  преобразования солнечной энергии в электрическую на гелиотермических электростанциях составляет не более 10%, а стоимость получаемой электроэнергии несопоставима с ее стоимостью на ТЭС и даже АЭС. Серьезная проблема - непостоянство солнечного излучения в течении суток, его зависимость от времени года. Для обеспечения круглосуточного энергоснабжения  требуется аккумулирование энергии. В этой связи рациональна совместная работа гелиотермической и гидроаккумулирующей  электростанций.

Заманчиво и многообещающе прямое превращение солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных элементов (рис.3.4), в которых используется явление фотоэффекта. В настоящее время наиболее совершенны кремниевые фотоэлементы. Их КПД составляет не более 15%, и они очень дороги. Предложено два варианта реализации принципа фото-электрического преобразования. Первый заключается в создании солнечных станций на искусственных спутниках Земли, оборудованных солнечными

Рис.3.4

панелями из фотоэлементов площадью от 20 до 100 км² в зависимости от мощности станции. Вырабатываемая  на спутниках электроэнергия будет преобразовываться в электромагнитные волны в микроволновом диапазоне частот, направляться на Землю, где принимается приемной антенной. Второй предполагает монтаж сборных панелей солнечных фотоэлектрических элементов в малонаселенных и малоиспользуемых пустынных районах Земли.

Для территории Беларуси свойственны относительно малая интенсивность солнечной радиации и существенное изменение ее в течение суток года. В этой связи необходимо отчуждение значительных участков земли для сбора солнечного излучения, весьма большие материальные и трудовые затраты. Поэтому для нашей республики реально использование солнечной энергии для сушки кормов, семян, фруктов,  овощей, подъема и подогрева воды на технологические и бытовые нужды. В результате возможная экономия топливно-энергетических ресурсов оценивается всего в 5000 у.т./год.

Ветроэнергетика и малая гидроэнергетика.

Гидроэнергетика - это область наиболее развитой энергетики на возобновляемых ресурсах, использующая энергию падающей воды, волн и приливов.

Цель гидроэнергетических установок - преобразование потенциальной энергии воды в механическую энергию вращения гидротурбины.

Принципиальная схема производства электроэнергии на гидроэлектростанции представлена на рис.3.5. С помощью плотины в водохранилище создается запас потенциальной энергии воды. Через подводящий (напорный) водопровод вода под напором подается на турбину, с помощью которой кинетическая энергия падающей воды превращается в механическую энергию вращения турбины и далее вала электрогенератора. КПД превращения энергии воды в электрическую энергию в гидроэнергетических установках оказывается порядка 50%.

Рис.3.5. Схема гидроэлектростанции.

1-электрогенератор; 2 – приводной ремень; 3 – гидротурбина;

4 – сопло; 5 – вентиль; 6 – водовод; 7 – плотина; 8 – решетка.

Основные параметры, от которых зависит мощность ГЭС,- это расход воды, т.е. количество воды, подаваемой на турбину в единицу времени, и напор-перепад между водной поверхностью водохранилища и уровнем установки гидроагрегата. Поэтому мощность ГЭС, количество и стоимость вырабатываемой ею электроэнергии в конечном итоге зависят от типографических условий в районе размещения водохранилища и ГЭС.

Наиболее сложные проблемы гидроэнергетики - ущерб, наносимый окружающей среде водохранилищами (уничтожение уникальной флоры и фауны, затопление плодородных почв, климатические изменения, потенциальная угроза землетрясений и др.), заиливание гидротурбин, их коррозия, большие капитальные затраты на сооружение ГЭС. Вырабатываемую ГЭС энергию легко регулировать, и она преимущественно используется для покрытия пиковой части графика нагрузки энергосистем с целью улучшения работы базисных электростанций (ТЭС, КЭС, АЭС). Гидроресурсы Беларуси оцениваются в 1000 МВт. Однако практически реализуемый потенциал малых рек и водотоков Беларуси составляет едва ли 10% этой величины, что эквивалентно экономии 0,1 млн. тонн условного топлива. Для достижении большего пришлось бы затопить значительные площади из-за равнинного характера рек. К концу 60-х годов в Беларуси эксплуатировалось около 180 малых ГЭС (МГЭС) общей мощностью 21 МВт. В настоящее время осталось лишь 6 действующих МГЭС. Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) предполагается сооружать для использования избыточной мощности при снижении потребления электроэнергии в ночное время и нерабочие дни при вводе в Белорусской энергосистеме энергоисточников на ядерном топливе.

Принципиальная схема ГАЭС дана на рис.3.6.

Рис.3.6 Схема гидроаккумулирующей электростанции.

1 – линия электропередачи; 2 – трансформатор; 3 – двигатель-генератор;

4 – напорный водовод; 5 – верхний резервуар; 6 – насос-турбина;

7 – водовод; 8 – нижний резервуар.

При малых нагрузках в энергосистеме электроэнергия от базисных электростанций (ТЭС, АЭС) может использоваться в действии насосов, перекачивающих воду нижнего водохранилища в верхнее. В периоды пика вода пропускается обратно в нижнее водохранилище, проходя через гидроагрегат и вырабатывая дополнительную электроэнергию для пиковых нагрузок. Возможны надземный и подземный варианты сооружения ГАЭС.

Основные направления развития гидроэнергетики РБ является восстановление старых МГЭС путем капитального ремонта и частичной замены оборудования; сооружение новых МГЭС на водохранилищах неэнергетического (комплексного) назначения, на промышленных водосбросах; строительство бесплотинных ГЭС на реках со значительным расходом воды.

Ветроэнергетика. Энергия ветра на земном шаре оценивается в 175-219 тыс. ТВт/ч в год. Это примерно в 2,7 раза больше суммарного расхода энергии на планете. Постоянные воздушные течения к экватору со стороны северного и южного полушарий образуют систему пассатов. Существуют периодические движения воздуха с моря на сушу и обратно в течении суток - бризы и года - муссоны. Полезно может быть использовано лишь 5% указанной величины энергии ветра. Используется же значительно меньше.

Рис.3.7.

 Энергию ветра человек начал применять в глубокой древности для приведения в движении парусных кораблей, мельничных колес. В наше время  она используется для выработки электроэнергии. Это - наиболее эффективный способ утилизации энергии ветра. В ветроэнергетической установке (ВЭУ) кинетическая энергия движения воздуха превращается в энергию вращения ротора генератора (рис.3.7), который вырабатывает электроэнергию. Выходная мощность установки пропорциональна площади лопастей ветрового ротора и скорости ветра в кубе. Поэтому ветроэнергетические установок большой мощности оказываются крупногабаритными, ведь скорость ветра в среднем бывает небольшой.

Для защиты от разрушения сильными случайными порывами ветра установки проектируется со значительным запасом мощности. Трудности в использовании ветроустановок связаны с непостоянством скорости ветра. Приходится управлять частотой вращения ветроколеса и согласовывать ее с частотой вращения электрогенератора. Кроме того, в периоды безветрия электроэнергия не производится. Для исключения перебоев в электроснабжении  ВЭУ должны иметь аккумуляторы энергии. Крупномасштабное применение ВЭУ в каком-то одном районе может вызвать значительные климатические изменения, испортить ландшафт, ВЭУ создают шум и электромагнитные помехи.

Научные разработки и исследования ориентированы на использование ВЭУ по двум направлениям: в региональных энергосистемах и для местного (автономного) энергоснабжения. Функционируют ВЭУ мощностью до 20 кВт, и созданы установки  мощностью до 3-4 МВт.  Срок службы таких генераторов порядка 20 лет. Стоимость вырабатываемой  ими электроэнергии будет меньше, чем на ТЭС на жидком топливе. Устанавливаться такие ВЭУ могут на открытых равнинных местах. Ветроустановки мощностью от 10 до 100 кВт для автономного энергоснабжения жилых помещений, ферм и других потребителей могут применяться  в странах с высоким жизненным уровнем.

Территория Республики Беларусь находится в умеренной ветровой зоне. Стабильная скорость ветра составляет 4-5 м/с и соответствует нижнему пределу устойчивой работы отечественных ВЭУ. Это позволяет использовать лишь 1.5-2.5% ветровой энергии. Поэтому  ветроэнергетику можно рассматривать в качестве вспомогательного энергоресурса, решающего  местные проблемы, например, отдельных фермерских хозяйств. Основными направлениями использования ВЭУ в нашей республике на ближайший период  будет их применение для привода насосных установок  и как источников энергии для электродвигателей. Готовиться к серийному выпуску ветроустановка ротационного типа (рис.3.7) мощностью 5-8 кВт, устойчиво работающая при скорости ветра 3.5 м/с. Разрабатывается и готовиться к испытаниям более мощная ВЭУ с горизонтальным ветроколесом. Автономные ВЭУ обязательно должны комплектоваться резервными источниками электроэнергии или аккумуляторными батареями.

Энергия биомассы.

Под действием солнечного излучения в растениях образуется органические вещества  и аккумулируется химическая энергия. Этот процесс называется фотосинтезом. Животные существуют за счет прямого или косвенного получения энергии и вещества от растений. Этот процесс соответствует трофическому уровню фотосинтеза. В результате фотосинтеза происходит естественное преобразование солнечной энергии.

Вещества, из которых состоят растения и животные, называют биомассой. Посредством химических или биохимических процессов биомасса может быть превращена в определенные виды топлива: газообразный метан, жидкий метанол,  твердый древесный уголь. Продукты сгорания биотоплива путем естественных экологических или сельскохозяйственных процессов вновь превращаются в биотопливо. Система круговорота биомассы показана на рис.3.8.

Энергия биомассы может использоваться в промышленности, домашнем хозяйстве. Так, в странах, поставляющих сахар, за счет отходов его производства покрывается  до 40% потребностей в топливе. Биотопливо в виде дров, навоза и ботвы растений применяется в домашнем хозяйстве примерно 50% населения планеты для приготовления пищи, обогрева жилищ.

Существуют различные энергетические способы переработки биомассы:

Ø термохимические (прямое сжигание, газификация, пиролиз);

Ø биохимические (спиртовая ферментация, анаэробная переработка, биофотолиз);

Ø агрохимические (экстракция топлива).

Получаемые в результате переработки виды биотоплива и ее КПД приведены в таблице 3.1.

Источники биомассы и производимые биотоплива

Таблица 3.1

Источник биомассы или топлива	Производимое биотопливо	Технология переработки	КПД переработки, %
Лесоразработки	теплота	сжигание	70
Отходы переработки древесины	теплота газ нефть уголь	сжигание пиролиз	70 85
Зерновые	солома	сжигание	70
Сахарный тростник, сок	этанол	сбраживание	80
Сахарный тростник, отходы	жмых	сжигание	65
Навоз	метан	анаэробное разложение	50
Городские стоки	метан	анаэробное разложение	50
Мусор	теплота	сжигание	50

В последнее время появились проекты создания искусственных энергетических плантаций для выращивания биомассы и последующего преобразования биологической энергии. Для получения тепловой мощности, равной 100 Мвт, потребуется около 50 м² площади энергетических плантаций.

Более широкий смысл имеет понятие энергетических ферм, которое подразумевает производство биотоплива как основного или  побочного продукта сельскохозяйственного производства лесоводства, речного и морского хозяйства, промышленной и бытовой деятельности человека.

В климатических условиях Беларуси с 1га энергетических плантаций собирается масса растений в количестве до 10 т сухого вещества, что эквивалентно примерно 5т у.т. при дополнительных агроприемах продуктивность 1га может быть повышена в 2-3 раза. Наиболее целесообразно использовать для получения сырья выработанные торфяные месторождения площадь которых в республике составляет около 180 тыс. га. Это может стать стабильным, экологически чистым и биосферно-совместимым источником энергетического сырья.

Весьма многообещающе для Беларуси использование в качестве биомассы отходов животноводческих ферм и комплексов. Получение из них биогаза может составить на уровне 2000 г. около 890 млн. куб. м в год, что эквивалентно 160 тыс. т у.т.

Сдерживающим фактором развития биогазовых установок в республике являются продолжительные зимы, большая металлоемкость установок, неполная обеззараженность органических удобрений.

В жилых и общественных зданиях (школах, вузах, детсадах, магазинах, столовых и т.д.) образуются твердые бытовые отходы (ТБО). Содержание органического вещества в них составляет 40-75%, углеводов - 35-40%, зольность - 40-70%. Горючие компоненты в ТБО равны 50-88%. Их теплотворная способность - 800-2000 ккал/кг. Бытовые отходы содержат такие трудноразлагаемые химические элементы, в их числе хлорорганические и токсичные. В большей степени ТБО обогащены кадмием, оловом, свинцом и медью.

В мировой практике получение энергии  из ТБО осуществляется сжиганием или газификацией. В Японии, Дании, Швейцарии сжигается около 70% твердых бытовых отходов, остальная часть складируется на полигонах или компостируется. В США  сжигается около 14% ТБО, в Германии - 30%, Италии - 25%.

В Республике Беларусь ежегодно накапливается 2.4 млн.т ТБО с потенциальной энергией 470 тыс. т у.т. Учитывая бедность республики  энергетическими ресурсами, необходимо вовлечь ТБО в ее энергопотенциал путем применения  прогрессивных технологий, заимствованных из опыта других стран либо развернуть исследования и создать собственные технологии переработки ТБО.

Общие возможности экономии ТЭР за счет применения нетрадиционных и возобновляемых источников для условий РБ ограничены. Они оцениваются в 200-540 тыс. т у.т. в год, т.е. порядка 0.5-1% общих потребностей Беларуси в ТЭР. Основными потребителями возобновляемых энергоресурсов могут стать объекты сельского хозяйства. Возобновляемые источники энергии могут решать в основном локальные задачи энергообеспечения и служить необходимым дополнением к традиционной энергетике на органическом топливе и ядерной энергетике. Кирвель, И.И. Основы энергосбережения: курс лекций / И.И. Кирвель. – Минск: БГУИР, 2004. (стр. 8-15, 31-47)

Минералы

* Термин минерал происходит от латинского слова «минера» — кусок руды.

Минералы* — это природные соединения химических элементов, слагающих литосферу. Они возникли в результате разнообразных физико-химических процессов, протекающих в Земле и ее географической оболочке. В настоящее время под минералами подразумеваются составные части горных пород, однородные по составу и строению, любого агрегатного состояния— твердого, жидкого и газообразного. Минералы изучает одна из геологических наук — минералогия.

В настоящее время известно более 2500 минералов. Большинство из них редко встречается в природе, и лишь около 100 минералов относятся к породообразующим. Последние образуют основную массу горных пород. В отличие от них минералы, входящие в горные породы в виде второстепенных, необязательных, называются акцессорными.

В зависимости от условий образования минералы делятся на три группы. Эндогенные, или первичные, минералы образуются при остывании магмы внутри Земли в условиях высоких температур и давления, а также в результате выпадения твердого вещества из воды, паров и газов в глубине литосферы. Экзогенные минералы образуются на поверхности Земли в условиях низких температур и давления путем выветривания горных пород, жизнедеятельности живых организмов и выпадения в осадок солей при высыхании отдельных водных бассейнов на Земле.

Если эндогенные или экзогенные минералы с течением времени в результате горообразования окажутся на большой глубине в земной коре, они могут коренным образом изменить свои свойства, превратиться в новые, метаморфогенные минералы.

Минералы подразделяются на кристаллические, атомы в которых расположены в строго определенном порядке и образуют кристаллы различной формы, и аморфные.

По химическому составу минералы делятся на классы, важнейшие из которых описываются ниже.

Класс самородных элементов образуют минералы, состоящие из одного химического элемента. Они химически неактивны, редко вступают в реакции, а образованные ими химические соединения неустойчивы и легко распадаются. К самородным элементам относятся: золото, платина, серебро, медь, сера, алмаз и др. Этот класс включает около 50 минералов, составляющих 0,1 % земной коры.

Сульфиды чаще всего встречаются в виде соединений цветных металлов с серой. К ним относятся галенит PbS, халькопирит CuFeS2, пирит FeS₂, сфалерит ZnS и др. Многие минералы этого класса имеют гидротермальное происхождение и образуют месторождения полезных ископаемых. Сульфиды насчитывают около 250 минералов, составляющих 0,25 % земной коры.

Галоидные соединения являются солями соляной, фтористоводородной и других кислот. Они образуются в магматических расплавах при высоких температурах, гидротермальных процессах, а также в наземных условиях при выпадении солей в высыхающих водоемах. В состав галоидных соединений входят калий, натрий, магний, кальций и другие металлы.

Часто встречается и широко используется галит NaCl (поваренная соль), залегающий в земной коре пластами мощностью в сотни метров на месте древних озер и морей.

Оксиды и гидроксиды образуют около 200 минералов, составляющих 17 % массы земной коры. Наиболее распространены минералы, включающие кварц Si0₂, оксиды и гидроксиды железа и алюминия (гематит Fe₂0₃, бурый железняк 2Fe₂0₃ • ЗН₂0, корунд А1₂0₃ и др.). Кварц относится к важным породообразующим минералам. Он составляет около 12 % массы земной коры.

Силикаты, представляющие собой различные соединения кремния,— самые распространенные минералы в земной коре. Их известно около 800. Они являются главными породообразующими минералами. Образовались силикаты в основном в процессе остывания и кристаллизации магмы в недрах Земли. К силикатам относятся оливин, гранаты, кварц, тальк, слюда, полевые шпаты и др.

Фосфаты, или соли фосфорной кислоты, включают около 350 минералов. Они часто встречаются в земной коре, составляя 1 % ее массы. Наиболее характерными представителями фосфатов являются апатит Ca₅F(P0₄)₃ и фосфорит. В них вместо фтора часто входит хлор.

Сульфаты представляют собой сернокислые соли кальция, натрия, бария, магния и других металлов. К сульфатам относятся ангидрит CaS0₄, гипс CaS0₄-2H₂0, мирабилит Na₂SO₄-10H₂O и др. Известно около 260 минералов этого класса. Многие из них входят в состав различных горных пород.

Карбонаты являются солями угольной кислоты. Чаще других встречаются карбонаты кальция и магния, образующие огромные толщи известняков и доломитов. Карбонаты имеют светлую окраску, небольшую твердость и малый удельный вес. При их соединении с соляной кислотой происходят бурная реакция вскипания и выделение углекислого газа. К карбонатам относится около 80 минералов, составляющих 1,7% массы земной коры. Наиболее распространенные породообразующие минералы этого класса — кальцит СаС0₃, доломит CaC0₃-MgC0₃ и др.

Органические соединения представлены небольшой группой минералов, из которых янтарь является окаменелой смолой деревьев неогенового и палеогенового периодов, а озокерит (горный воск) и асфальт— продукты естественного преобразования нефти в земной коре.

Минералы различаются по их физическим свойствам — блеску, цвету, твердости, излому, спайности и т. д.

Блеск относится к наиболее постоянным и легко наблюдаемым свойствам минералов. Блестящие непрозрачные минералы обладают металлическим блеском (пирит). Большинство прозрачных минералов со средним светопреломлением имеют стеклянный блеск (кварц, кальцит). Прозрачные, но с сильным светопреломлением минералы обнаруживают сильный блеск, который называется алмазным (горный хрусталь, пьезокварц). Некоторые прозрачные минералы с топкими воздушными прослойками, отражающими свет, имеют перламутровый блеск (мусковит). Блеск, возникающий при рассеивании света от неровной шероховатой поверхности, называется матовым. Существуют также смоляной и жирный блеск минералов.

Минералы отличаются богатой цветовой окраской. Однако цвет минерала не является его определяющим признаком, потому что один и тот же минерал может иметь различный цвет в зависимости от посторонних примесей в его составе. В то же время разные минералы могут иметь одинаковый цвет, если в их химическом составе имеются одинаковые химические элементы. Так, большинство соединений меди окрашено в зеленый и синий цвета различных оттенков. Многие соединения марганца имеют розовый или фиолетовый цвет. Некоторые минералы бесцветны и совершенно прозрачны, например, разновидности кварца и алмаза.

Цвет черты минерала часто служит в качестве более надежного его признака, чем цвет минерала в монолите. Цвет черты определяется получением порошка минерала при трении о шероховатую поверхность фарфоровой или фаянсовой пластинки. На их белой поверхности хорошо выделяется цвет черты определяемого минерала. У некоторых минералов цвет черты резко отличается от цвета металла в куске. Например, цвет талька бледно-зеленый, желтый или буроватый, а цвет черты — белый; пирит светлый, латунно-желтый, а черта — буровато- или зеленовато-черная.

Спайность — свойство минералов колоться по плоскостям, строго ориентированным в данном минерале. Направление плоскостей строго ориентировано и зависит от кристаллической решетки минерала. Принято классифицировать спайность минералов по степени их совершенства. Весьма совершенная спайность позволяет минералу делиться на зеркально-блестящие листочки и пластинки (слюда, гипс). Минералы, рассыпающиеся при ударе на обломки, ограниченные плоскими поверхностями, имеют совершенную спайность (галит, кальцит). Средняя спайность характерна для минералов, распадающихся на обломки, ограниченные как ровными поверхностями, так и шероховатыми (полевые шпаты, флюорит). При несовершенной спайности плоскости на обломках минералов образуются очень редко. Преобладают неправильные изломы (апатит). Существуют минералы, обладающие весьма несовершенной спайностью (кварц, пирит). У них плоскости при расщеплении вообще не наблюдается.

Излом — важный диагностический признак для многих минералов. Под изломом понимают вид или характер поверхности, получающийся при разбивании, раскалывании минерала.

Выделяют занозистый, раковистый, крючковатый, зернистый и землистый изломы минералов. Занозистый излом наблюдается у волокнистых минералов (асбест) и внешне напоминает излом деревянной палки поперек волокон. Раковистый излом напоминает поверхность раковины с концентрически волокнистыми полосами (обсидиан, кремень). Крючковатый излом характерен для ковких минералов типа самородной меди и серебра. Зернистый излом создает впечатление зернистой поверхности с мелкими впадинами и выступами. Землистый излом образует матовую поверхность, как будто покрытую пылью (боксит).

Твердость минералов, или способность сопротивляться царапанию, стиранию, является их важным свойством. В минералогии для определения твердости минералов используется шкала Мооса, которая составлена из 10 минералов-эталонов, каждый из которых соответствует твердости от 1 до 10:

Тальк-1, Гипс-2, Кальцит-3, Флюорит-4, Апатит-5, Ортоклаз-6, Кварц-7, Топаз-8, Корунд-9, Алмаз -10.

В природе твердость 10 имеет только алмаз, а существование минералов, кроме корунда, с твердостью 9 проблематично. Некоторые минералы в результате различного строения кристаллической решетки имеют различную твердость.

Твердость минерала можно определить на ровном участке-свежего излома или на плоскости спайности. Острым краем определяемого минерала царапают по минералу-эталону. Например, если определяемый минерал царапает апатит и не оставляет следа на ортоклазе, то его твердость равняется 5,5.

Важными физическими свойствами минералов являются также плотность, магнитность, радиоактивность, люминесценция  (способность светиться), запах, растворимость и др.

Горные породы

Горные породы — это самостоятельные геологические тела, представляющие собой механическое соединение различных по составу минералов.

Земная кора состоит из весьма разнообразных горных пород, состоящих из не менее разнообразных минералов. При изучении горной породы прежде всего исследуют ее химический и минеральный состав. Но этого недостаточно для полного познания горной породы. Одинаковый химический и минеральный состав могут иметь породы различного происхождения, а следовательно, и различных условий залегания и распространения.

Поэтому, для того чтобы дать полную характеристику горной породы, надо изучить не только ее химический и минеральный состав, но и другие особенности, а именно: структуру, текстуру и др.

Структура горных пород определяется взаимным пространственным расположением минеральных частиц, их формой и размерами. Зернистая структура свойственна интрузивным магматическим горным породам. Магма, медленно остывающая в недрах Земли, успевает кристаллизоваться полностью. Порфировая структура присуща горным породам, остывающим с различной скоростью. Сначала в относительно медленно остывающей магме успевают вырасти кристаллы более тугоплавких минералов. Затем, излившись на поверхность, магма застывает сравнительно быстро, и на фоне мелкокристаллической или стекловатой массы горной породы встречаются отдельные более или менее крупные кристаллы, образовавшиеся ранее. Стекловатая, некристаллическая структура характерна для эффузивных горных. пород. Излившаяся на поверхность магма остывает настолько быстро, что кристаллы не успевают вырасти, и она превращается в однообразную стекловидную массу, например, обсидиан.

Текстура, или сложение горных пород, определяется расположением минералов в них, ориентировкой кристаллов, массивностью, пористостью, слоистостью, сланцеватостью. Однородной, массивной текстурой отличаются горные породы, в которых минералы расположены без определенной ориентировки. Осадочные горные породы часто имеют сложную текстуру, а после их метаморфизации — сланцеватую, позволяющую разделить породу на отдельные пластинки и листы.

Трещиноватость горных пород показывает степень их раздробленности трещинами. В результате дробления породы распадаются на столбчатые, кубические, призматические, шаровые и другие отдельности. Пористость и трещиноватость очень важны при оценке горных пород, так как определяют во многом их прочность, возможность накопления нефти, газа и воды, интенсивность карстовых процессов, развитие оползней и обвалов и т. д.

Важными свойствами горных пород являются их плотность, теплоемкость, теплопроводность, упругость и др. Они влияют на процессы выветривания горных пород и рельефообразование.

В основу классификации горных пород берется их генезис, т. е. происхождение. Выделяют три крупные группы пород: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические (изверженные) горные породы образуются при застывании магмы. Магматические горные породы, возникшие при застывании магмы в литосфере на различных глубинах в условиях высоких температур и давления, называют интрузивны м и. Медленная потеря тепла обеспечивает длительный процесс раздельной кристаллизации химических соединений. Породы, возникающие в таких условиях, имеют крупнокристаллическую структуру, например, лабрадорит и некоторые виды гранита. Чем быстрее поднимается магма, в верхние горизонты литосферы и остывает, тем мельче вырастают кристаллы породообразующих минералов.

Эффузивные магматические горные породы образуются при излиянии магмы на поверхность. Быстрое остывание магмы в условиях низких температур приводит к превращению ее в аморфную, стекловидную массу (обсидиан). Лишь внутри лавовых потоков могут образоваться кристаллы очень малых размеров. Текстура застывшей лавы часто приобретает пузырчатый характер вследствие выделяющихся газов и разбрызгивания лавы при взрывах во время извержения вулканов. Затвердевшая лава с многочисленными пузырями образует легкую пористую горную породу — пемзу.

Изверженные обломочные вулканические породы в виде пепла, песка, вулканических бомб и других слагают многометровые толщи. После цементации они превращаются в вулканические туфы, имеющие небольшую плотность и разнообразную окраску.

Магматические горные породы сложены главным образом силикатными минералами. По содержанию кремнезема Si0₂ (в процентах) они делятся на пять групп.

Таблица 3

Классификация обломочных горных пород

	Неокатан ные		Окатанные
Размер обломков, мм	рыхлые	сцементированные	рыхлые	сцементированные
Больше 200 10—200 2—10 0,05—2 0,01—0,05 Меньше 0,01	Глыбы Щебень Дресва (хрящ) Песок Лесс Глина, ил	Брекчия Брекчия Брекчия Песчаник	Валуны Галька Гравий Песок	Конгломерат Конгломерат Конгломерат Песчаник

Кислые и средние породы, содержащие больше Si0₂, отличаются светлой окраской. Полевые шпаты и особенно кварц являются главными породообразующими минералами для этих пород. Основные и ультраосновные породы окрашены преимущественно о темно-серые и зеленовато-черные тона благодаря присутствию оливина.

Осадочные горные породы возникают на земной поверхности и в водных бассейнах планеты в результате разрушения и химического преобразования магматических, метаморфических и более древних осадочных горных пород, выпадения минерального вещества из водных растворов и жизнедеятельности организмов. По способу образования они подразделяются на обломочные, хемогенные и биогенные.

О б л о м о ч и ы е горные породы (табл. 3) — это продукты механического дробления коренных пород под воздействием главным образом экзогенных факторов. Угловатые обломки горных пород при обработке водой или льдом стираются и становятся окатанными.

Неокатанные грубообломочные горные породы при цементации образуют брекчии, а окатанные — конгломераты. Среднеобломочные горные породы (т. е. пески различной зернистости) при цементации превращаются в песчаники. Мелкообломочная горная порода (лесс) залегает покровом мощностью от нескольких до 100 м преимущественно в степных и пустынных районах умеренного пояса. Обычно лессы богаты карбонатами и являются хорошей материнской породой для формирования почв. Глины и илы состоят из очень мелких частиц и занимают промежуточное положение между обломочными и хемогенными осадочными горными породами.

Хемогенные осадочные горные породы образуются в результате различных химических реакций, протекающих главным образом в водоемах, и выпадения минералов в осадок при избыточной концентрации их в воде. К таким породам относятся различные соли (галит, гипс, мирабилит), известняки, мергели, доломиты, фосфориты и др.

Биогенные горные породы — это продукты жизнедеятельности животных и растительных организмов. Раковины моллюсков, умершие кораллы, останки простейших организмов составляют огромные толщи известняков. В результате жизнедеятельности организмов образуются железистые породы, залежи мела. К биогенным породам относятся каустобиолиты — торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы и нефть. Оказавшись погребенными под толщей других осадочных горных пород, при недостатке кислорода, под действием повышенных температур и давления, остатки животных и растительных организмов подвергались разложению и дальнейшему преобразованию в различные полезные ископаемые.

Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате коренного преобразования осадочных или магматических пород под влиянием высоких температур и давления, а также, в меньшей степени, активных химических соединений в горячих водных растворах и газах. Все метаморфические горные породы приобретают кристаллическое строение, а некоторые изменяют свой минеральный и химический состав, но сохраняется обычно сланцеватая и полосчатая текстура.

Метаморфизация глин приводит к образованию глинистых или слюдяных сланцев. Уплотнение и перекристаллизация песков и песчаников дают в результате кварциты. Известняки при метаморфизации превращаются в мраморы. Исходным материалом для гнейсов служат осадочные и магматические горные породы.

Выветривание горных пород

Горные породы и минералы на поверхности Земли и в верхних слоях литосферы непрерывно подвергаются разрушению и химическому преобразованию, т. е. выветриванию. Процессы выветривания обеспечиваются энергией, поступающей на Землю от Солнца. Неследует понимать, что выветривание — результат работы только ветра. Главными факторами выветривания горных пород являются колебание температур, работа воды, ледников, живых организмов и в меньшей степени ветра. Интенсивность выветривания горных пород зависит от их химического состава, структуры, текстуры и трещиноватости, от рельефа земной поверхности и климата. Наиболее результативны процессы выветривания на контакте литосферы с атмосферой и гидросферой.

По характеру воздействия на земные породы различают физическое, химическое и органическое выветривание.

Физическое выветривание приводит к механическому раздроблению горных пород и минералов на обломки различной величины без изменения их химического состава. Измельчение, разрушение горных пород происходит в результате трения и ударов обломков в камнепадах, речных потоках, морском прибое, в ледниках. В пустынях разрушение горных пород осуществляет ветер с помощью переносимых им песка и мелких камешков.

В пустынях и полупустынях в результате резкого колебания суточных температур наблюдается температурное выветривание горных пород. В дневные часы отдельные камни и монолиты на поверхности нагреваются до 50—80 °С и расширяются, в то время как внутри них сохраняется более низкая температура. Напряжения, возникшие в них, приводят к образованию трещин. В ночные часы, наоборот, горные породы быстро остывают до 0 °С и ниже на поверхности, но некоторое время сохраняется высокая температура внутри них. Это также вызывает растрескивание горных пород. Интенсивность температурного выветривания усиливается, если горные породы состоят из минералов, имеющих различный коэффициент расширения. Например, гранит, состоящий из кварца, полевого шпата и слюды, теряет свою прочность при многократном нагревании и охлаждении, так как происходит разрыв по контактам кристаллов соответствующих минералов.Обломки выветрившегося гранита легко разрушаются на зерна кристаллов даже при сжимании его в кулаке.

Морозное выветривание можно рассматривать как разновидность температурного. Оно происходит при замерзании воды в трещинах горных пород. Лед, занимая больший объем по сравнению с водой, создает огромное давление в трещинах и разрывает самые прочные породы. Морозное выветривание особенно интенсивно в районах, где температуры часто переходят через 0 °С, т. е. летом — в полярных широтах и высоко в горах, а весной и осенью — в умеренных широтах.

Химическое выветривание заключается, в коренном преобразовании горных пород и минералов, изменении их химического состава. Так, при выветривании гранита образуется глинистая порода каолин. Продуктами выветривания кислых магматических пород являются бокситы. Важнейшими агентами химического выветривания выступают вода, кислород и углекислый - газ, находящиеся в атмосфере, и живые организмы. Наиболее интенсивно протекают процессы химического выветривания в условиях влажного теплого климата.

Органическое выветривание приводит к механическому дроблению горных пород и их химическому преобразованию в результате жизнедеятельности бактерий, животных и растений. Например, черви-камнеточцы прокладывают свои ходы даже в камнях, разрушая их. Деревья, растущие на скалах, корнями заполняют трещины и разрывают монолитные горные породы на части. Вещества, выделяемые животными и растениями, вступают в химические реакции с окружающими горными породами, ускоряя их преобразование.

Продукты выветривания горных пород, оставшиеся на земной поверхности на месте их первичного залегания, называются элювием. Он почти повсеместно, за исключением крутых склонов, покрывает коренные породы, образуя кору выветривания. Мощность ее неравномерна, что объясняется денудацией, или сносом части элювия водой, льдом, ветром, непосредственно действием силы тяжести с возвышенных участков местности в понижения. Наносы, аккумулирующиеся у подножия и на низких частях склонов возвышенностей, называются делювием. Они плохо отсортированы, состоят из глины, песков и грубообломочного материала и образуют делювиальный шлейф, сглаживающий переход к прилегающей равнине.

Образование горных пород, их выветривание и метаморфизация являются звеньями цепи круговорота веществ в литосфере (рис. 14). В докембрии более активным было перемещение вещества по вертикали из недр Земли на поверхность. Этому способствовали мощные процессы вулканизма, интрузии магмы, горообразование. Формировались обширные платформы, уменьшались геосинклинали.

В последующие геологические эпохи обмен веществом между геосферами по вертикали достаточно активен в пределах 10— 20 км, а местами до 60 км, главным образом в районах активного вулканизма. Там образуются новые магматические горные породы, выделяются в значительном количестве пар и различные газы.

На большей части планеты в верхних слоях литосферы в результате тектонических движений происходит поднятие отдельных участков земной поверхности, разрушение горных пород, денудация продуктов выветривания и их накопление в океанических впадинах и других понижениях и дальнейшая метаморфизация их. Последующее поднятие территорий, где происходили накопление и метаморфизация горных пород, приведет к повторному разрушению рельефа земной поверхности и дальнейшему перераспределению вещества.

Описанная схема круговорота веществ в литосфере многократно повторяется. Эти процессы имеют определенное поступательное Движение, так как при цикличных изменениях в природе не происходит полного повторения пройденных этапов развития. В каждом цикле имеются изменения в количестве и составе веществ, участвующих в круговороте.

Описание некоторых горных пород

1. Магматические горные породы

а) Интрузивные (глубинные)

Гранит. Кислая горная порода. Строение зернистое: от крупнозернистого до тонкозернистого. Минеральный состав: полевой шпат, кварц, слюда, реже роговая обманка. Окраска определяется цветом полевых шпатов: светло-серая, желтоватая, розовая, красноватая. Залегают в батолитах, штоках, лакколитах, дайках. Отдельности: плитняковая, матрацевидная.

Лабрадорит. Основная горная порода. Строение крупнозернистое. Состоит из полевого шпата (Лабрадора). Цвет темно-серый, зеленовато-серый, синевато-серый. Характерен синий отлив наплоскостях спайности. Поверхности многих кристаллов ровные и блестящие. Залегает в штоках.

б)      Эффузивные (излившиеся)

Андезит. Средняя порода. Строение порфировое. Ноздреватый. Шероховатый на ощупь. Минеральный состав: полевой шпат, немного кварца, слюды, роговой обманки, пироксена. Окраска темно-серая, черная. Залегает в лавовых потоках и куполах. Имеет столбчатые и радиально-лучевые отдельности.

Базальт. - Основная порода. Строение плотное, тонкозернистое. Минеральный состав определяется под микроскопом. Присутствует полевой шпат, пироксен, редко роговая обманка, слюда. Окраска темно-серая, черная. Отдельности — столбчатая и плитняковая. Залегает в потоках, покровах, куполах, дайках.

Пемза. Химический состав непостоянный. Строение пористое. Порода однородная. Окраска белая, желтоватая, сероватая, черная. Плотность 0,3—0,9 г/см². Образуется при быстром остывании лавы, насыщенной газами. Встречается в районах действующих и потухших вулканов.

Обсидиан  (вулканическое стекло).   Строение  плотное, стекловидное. Излом раковистый. Блеск стеклянный. Цвет серый, почти черный, бурый, коричневый. Образуется при быстром застывании на поверхности земли лавы, не насыщенной газами.

2. Осадочные горные породы

Щебень. Обломочная горная порода. Остроугольные обломки размером от 10 до 200 мм. Несцементировапы.

Брекчия. Обломочная горная порода. Щебень и дресва, сцементированы в сплошную массу. Цементирующими веществами служат известняк, гипс, глина, кварц, окислы железа,, битумы.

Боксит (А1₂0₃ • 2Н₂0). Хемогенная осадочная порода.. Блеск матовый. Твердость 3. Цвет кирпично-красный, красно-бурый, розовый, белый. Черта бледнее цвета горной породы, в куске. Спайность отсутствует. Чаще встречается в виде землистой массы. Образуется в результате выветривания магматических горных пород.

Известняки. Осадочные горные породы органического-происхождения. Состоят из кальцита (СаСОз). Строение плотное. Состоят в основном из раковин вымерших морских животных. Цвет белый, сероватый, желтоватый, розовый. Бурна вскипают при действии разбавленной соляной кислоты.

Каменный уголь — углеродистые соединения с примесью минеральных веществ. Мягкий или средней твердости,., матовый. Преимущественно черный. Черта черная. Пачкает, руки. Спайность отсутствует. Плотный, полосчатый, слоистый.. Аморфный. Горит ярким пламенем.

Нефть — жидкость бурого или темно-коричневого цвета,,, как исключение, светлая. Смесь жидких углеводородов с растворенными твердыми и газообразными веществами. Залегает' в порах обломочных и трещиноватых горных пород. Горючая.. Широко используется в энергетике и химической промышленности.

Глинистый сланец. Строение сланцеватое. Состоит из: тонких глинистых частиц с примесью пылеватых частиц кварца. Тусклый. Окраска зеленоватая, сероватая, черноватая, красноватая. Может раскалываться на тонкие и ровные плитки.

Мрамор. Состоит из кальцита (СаСОз). Строение крупнозернистого до тонкозернистого. Цвет различный. Не оставляет царапин на стекле. Спайность совершенная. Вскипает при действии разбавленной соляной кислоты. Используется как ценный строительный, облицовочный и декоративный материал.

Залегание горных пород

Условия образования горных пород и особенности развития литосферы в течение геологической истории Земли определяют формы залегания. Первичные формы залегания горных пород соответствуют тому пространственному положению, которое они заняли в литосфере при их образовании. Вторичные формы возникают при деформациях, разломах и частичном разрушении земной коры.

Интрузивные магматические горные породы залегают в виде батолитов, штоков, лакколитов, даек, пластовых интрузий и других форм (рис. 15).

Батолиты—крупные кристаллические массивы, сложены преимущественно гранитами. Они образуются на значительной глубине в литосфере при медленном остывании крупных интрузий магмы и метаморфизации горных пород, окружающих магматический очаг. Батолиты имеют округлую куполообразную форму. Они более устойчивы к разрушению и при размыве окружающих осадочных пород образуют крупные положительные формы рельефа, например, в западной части Зеравшанского хребта в Средней Азии.

Штоки образуются при застывании расплавленной магмы, внедрившейся в литосферу. Размеры их достигают нескольких километров в поперечнике. Штоки представляют собой вертикальные интрузивные столбообразные массивы.

Лакколиты — это грибообразные тела. Проникая в земную кору по трещинам, магма внедряется под большим давлением между слоями горных пород и приподнимает вышележащую толщу породы над куполом интрузии. Размеры лакколитов достигают нескольких километров в поперечнике. Оказавшись на поверхности после разрушения осадочных горных пород, лакколиты выражаются в рельефе в виде куполообразных гор. Хорошо известны лакколиты Северного Кавказа в районе Пятигорска и Кисловодска (г. Машук, Бештау, Железная и др.) и Крыма (г. Аю-Даг).

Пластовые интрузии представляют собой плоские тела, возникшие в результате внедрения магмы между пластами горных пород. При этом сравнительно невысокое давление магмы не позволяет вспучивать горные породы над пластовыми интрузиями, как это наблюдается при образовании лакколитов. Пластовые интрузии выражаются врельефе ввиде отпрепарированных ступеней, вчастности на Среднесибирском плоскогорье.

Дайки возникают при застывании магмы в вертикальных или наклонных трещинах, секущих горные породы. Дайки обычно состоят из более твердых пород и при выветривании возвышаются над окружающей местностью в виде каменных стен.

Эффузивные магматические горные породы обычно залегают слоями, или пластами. Базальтовая лава, изливаясь при неоднократных извержениях вулканов, образует слоистые покровы различной мощности и состава, например сибирские траппы.

На значительные расстояния от места извержения разносятся вулканический песок и пепел и откладываются слоями на земной поверхности.

Для всех осадочных горных пород первичной формой залегания являются слои. На равнинных участках земной поверхности и морского дна откладываются горизонтальные слои горных, пород. Если слои откладываются на склонах пересеченного наземного или подводного рельефа, то они будут залегать наклонно (моноклинально).

Положение наклонных слоев определяется линией простирания, линией падения и углом падения (рис. 16). Линия простирания является горизонтальной линией на поверхности слоя. По ней определяют азимут простирания слоев горных пород. Линия падения проводится на поверхности слоя под прямым углом от линии простирания в сторону его наклона. Она характеризуется азимутом иуглом падения. Угол падения слоя измеряется между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

При наличии в литосфере различных по возрасту слоев горных пород возможны варианты согласного и несогласного их залегания. Стратиграфическое согласное залегание характеризуется постепенной сменой слоев, свидетельствующей о непрерывном накоплении осадков на данной территории (рис. 17).Если в толще параллельно залегающих слоев отсутствуют один или несколько из них, то имеет место стратиграфическое параллельное несогласное залегание горных пород. Оно объясняется перерывом в накоплении осадков в отдельные периоды развития территории или уничтожением древних отложении в более позднее время. При структурном (угловом) несогласном залегании нижние, более древние, и верхние, молодые слой горных пород имеют различные углы наклона. Обычно нижние слои смяты в складки и залегают под различными углами па клона.

Различают две группы нарушения первичного залегания* горных пород: складчатые (пликативные) и разрывные (дизъюнктивные).

В результате тектонических движений литосфера деформируется, особенно в геосинклинальных областях, где происходит активное горообразование. Слои горных пород при этом сминаются в складки — волнообразные изгибы. В каждой складке выделяют ось, крылья, замок, угол складки, ширину* высоту и другие ее элементы. С их помощью описывают складки и определяют их пространственное положение.

Формы и размеры складок бывают различными. Выделяют-антиклинальные складки, обращенные выпуклостью кверху (рис. 18), и синклинальные, или вогнутые. Антиклиналям обычно соответствуют положительные формы рельефа, а синклиналям — отрицательные.

В зависимости от положения элементов складок в пространстве складки делятся на несколько групп (рис. 19). Прямая складка характеризуется вертикальной осевой плоскостью и одинаковыми углами наклона крыльев. Косая складка имеет^-наклоненную осевую плоскость, но крылья ее падают в разные-стороны от вертикали. Опрокинутая складка имеет наклоненную осевую поверхность, и оба крыла наклонены по одну сторону от вертикального положения. У лежачей складки осевая: плоскость расположена горизонтально. Выделяют сундучные., веерные и другие виды складок.

Размеры простых складок колеблются в весьма широких: пределах — от нескольких сантиметров до нескольких километров. Однако встречаются более крупные и сложные деформации литосферы — с и н к л и н о р и и  и антиклинории. Это обширные прогибы и поднятия земной поверхности шириной до сотни и протяжением на многие сотни километров. Они осложнены множеством простых складок.

Деформация литосферы создает в ней огромные напряжения. Если горные породы недостаточно пластичны или напряжения в них превышают их прочность, в литосфере происходят разломы и разрывы,или дизъюнктивные дислокации. Они могут проникать на всю глубину литосферы и простираться на сотни километров.

Переходной формой от складки к разрывным нарушениям является флексура, или коленообразная складка (см. рис. 19). Она возникает при растяжении горных пород вдоль, линии наибольшего напряжения, если это напряжение недостаточно для их разрыва.

Разрывные нарушения проявляются в различных формах (рис. 20).Блоки земной коры, раздробленной трещинами, в процессе подвижек создают множество комбинаций, по-разному отражающихся на рельефе земной поверхности.

Сдвиг заключается в смещении блоков горных пород относительно друг друга вдоль разломов в горизонтальных направлениях. Сдвиги сравнительно слабо изменяют рельеф земной поверхности, но могут разорвать контуры сельскохозяйственных угодий, дорог и т. д.

Сброс сопровождается опусканием одного из блоков земной коры вдоль вертикального или наклонного разлома. Взброс, наоборот, происходит при поднятии одного из блоков по линии разлома земной коры. Сбросы и взбросы выражаются в рельефе в виде вертикальных или наклонных уступов и: стенок.

Надвиг образуется при надвигании одних горных масс на другие по наклонной плоскости разрыва в литосфере. В отдельных случаях надвиги происходят почти по горизонтальным направлениям. При этом огромные массы горных пород перемещаются на расстояние до 20 км.

Грабен представляет собой понижение в рельефе земной поверхности, образовавшееся в результате опускания участка литосферы по крутым, часто вертикальным разломам. В грабенах размещаются крупнейшие озера Байкал, Танганьика, Ньяса и др.

Горст — это участок литосферы, поднятый по разломам на определенную высоту. В рельефе горсты часто выражены в виде плосковершинных гор.

Обычно разрывные дислокации приурочены к тектонически активным районам земного шара, где многочисленные разломы разбивают толщи горных пород на отдельные глыбы, имеющие разную степень подвижности. Поэтому сбросы, горсты и грабены часто имеют сложный, ступенчатый характер. Высота смещения отдельных блоков колеблется от нескольких сантиметров до нескольких километров, а линейная протяженность разломов достигает 1000 км. Ширина горстов и грабенов также варьирует от нескольких десятков метров до 100 км и более.

Складчатые и разрывные нарушения залегания горных пород оказывают огромное влияние на интенсивность процессов выветривания и формирование рельефа земной поверхности.

Геологическая история Земли

Путем изучения горных пород и минералов, слагающих литосферу, можно восстановить геологическую историю Земли. Поэтому чрезвычайно важно правильно определить время их образования. В настоящее время применяются относительная и абсолютная системы геологического летоисчисления (геохронологические системы).

Относительная геохронология использует стратиграфический и палеонтологический методы определения возраста горных пород.

Стратиграфический метод заключается в изучении последовательности слоев горных пород в геологическом разрезе. Принимается, что каждый вышележащий слой моложе нижележащего. Поскольку условия образования и отложения горных, пород резко отличаются иногда даже на близлежащих участках, стратиграфический метод применяется на ограниченных территориях. Он практически непригоден для районов сильной складчатости, надвигов и других дислокаций.

Палеонтологический метод базируется на изучении находящихся в слоях горных пород окаменевших остатков вымерших животных и растений. Сравнение окаменелостей различных слоев позволило установить процесс развития органического мира и выделить в геологической истории Земли ряд этапов с характерными для каждого из них животными и растениями. Устанавливая сходство руководящих окаменелостей фауны и флоры в слоях горных пород, приходят к выводу об их одновременном образовании. Этот метод широко применяется в геологии, так как он позволяет определить примерный возраст любых слоев, включающих остатки окаменевших организмов, независимо от нарушений залегания горных пород и расстояния между изучаемыми территориями.

Абсолютная геохронология определяет возраст горных пород в годах, тысячелетиях, миллионах и миллиардах лет. Измерение возраста проводится по содержанию продуктов распада радиоактивных химических элементов, содержащихся в горных породах и минералах. Процесс распада происходит с постоянной скоростью на протяжении истории Земли. В результате радиоактивного распада появляются атомы устойчивых, уже не распадающихся элементов. Их количество увеличивается соответственно возрасту горных пород. Разные элементы распадаются с различной скоростью, поэтому разработано несколько методов определения возраста горных пород.

Свинцовый метод базируется на изучении содержания в горных породах количества радиоактивных элементов урана и тория, а также радиогенного свинца, конечного продукта их распада. Зная скорость распада и установив соотношение указанных элементов в горной породе, можно вычислить ее возраст.. Поскольку продолжительность распада урана и тория составляет несколько миллиардов лет, этот метод используется для. определения возраста наиболее древних горных пород.

Аргоновый метод основан на определении содержания радиогенного аргона в калиевых минералах. Изотоп калия с атомным весом 40 при радиоактивном распаде превращается в газ аргон с таким же атомным весом. Определив содержание ⁴⁰К и ⁴⁰Аг в исследуемом минерале, по периоду полураспада ⁴⁰К можно вычислить его возраст. Однако радиогенный аргон сравнительно быстро улетучивается из многих горных пород. Поэтому этот метод применяется для определения возраста некоторых осадочных пород, достаточно надежно удерживающих радиогенный аргон.

Радиоуглеродный метод применяют для определения возраста горных пород в пределах до 60 000 лет. В атмосфере установилась постоянная концентрация атомов радиоактивного углерода ^ИС с периодом полураспада более 5700 лет. Растения и животные в процессе жизнедеятельности усваивают его в такой же концентрации, в какой он находится в атмосфере. После их отмирания обмен веществ прекращается, и концентрация ¹⁴С в остатках организмов начинает уменьшаться в связи с его распадом. Измеряя содержаниеС, можно установить возраст органических остатков, соответственно, возраст горных пород и время различных геологических и исторических событий. Так, с помощью радиоуглеродного метода определены эпохи оледенения в Европе и Северной Америке.

Абсолютный возраст Земли как планеты большинство ученых оценивает в 5 млрд. лет. Образование Земли и ее начальный этап развития относят к догеологической истории планеты. Горных пород догеологического этапа развития планеты практически не обнаружено, так как литосфера за миллиарды лет претерпела неоднократные и во многих районах коренные преобразования.

Геологический этап развития Земли имеет продолжительность 3,6 млрд. лет (по последним данным — около 4,2 млрд. лет). Он подразделяется на докембрий, продолжительность которого составляет более 3 млрд. лет, и фанерозой, охватывающий последние 570 млн. лет существования нашей планеты.

По степени развития органической жизни, характеру протекания геологических процессов и формированию рельефа земной поверхности геологическую историю Земли подразделяют на пять эр: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Каждаяиз эр, кроме архейской, в свою очередь, делится на более мелкие этапы — периоды, выделяемые на основании анализа палеонтологических данных.

На протяжении геологической истории Земли периоды относительного спокойного тектонического развития литосферы неоднократно сменялись эпохами активного вулканизма и горообразования (орогенеза). Наиболее заметными и хорошо выразившимися в рельефе были рифейская (байкальская), каледонская, герцииская, мезозойская и альпийская эпохи орогенеза.

Все эпохи орогенеза представляют собой законченные тектонические циклы. В начале каждой эпохи происходит опускание значительных территорий и наступление моря на сушу (морские трансгрессии). В морских условиях накапливаются толщи осадочных горных пород. Затем происходят положительные тектонические движения, приводящие к отступлению моря (морские регрессии). Заканчивается тектонический цикл смятием горных пород в складки и горообразованием. Тектонические движения сопровождаются разрывами и разломами литосферы, интрузивным и эффузивным вулканизмом, который достигает наибольшей интенсивности в период горообразования в геосинклиналях. После каждой эпохи орогенеза площадь платформ увеличивается вследствие присоединения к ним геосинклинальных участков, которые в результате развития приобрели жесткость, свойственную платформам. " Краткое описание геологической истории Земли приводится в соответствии с геохронологической шкалой (табл. 4).

Архейская эра длилась около 1млрд. лет. Появившиеся на Земле простейшие организмы практически не сохранились в виде окаменелостей. Поэтому архей выделяется в основном по характеру залегания и составу мощных толщ осадочных и вулканических горных пород. Все они чрезвычайно сильно метаморфизованы и кристаллизованы.

Протерозойская эра охватывает период более 2 млрд. лет. В протерозое еще отсутствуют скелетные формы, но было много разнообразных низших животных и растений. В отложениях осадочных горных пород сохранились отпечатки сине-зеленых и нитчатых водорослей, медуз, кольчатых червей, губок и других организмов. Как и в архейскую эру, продолжали формироваться мощные отложения осадочных горных пород, их метаморфизация, сопровождавшаяся активным вулканизмом и складкообразованием. Особенно крупные эпохи складчатости имели место на стыке архея и протерозоя 2500—2700 млн. лет назад и в рифее. Следы рифейской, или байкальской, складчатости хорошо сохранились до наших дней (Таймыр, частично "Урал, Северный Казахстан, Тянь-Шань и обрамление Сибирской платформы и другие районы).

В архейскую и протерозойскую эры в результате неоднократно повторяющихся эпох складчатости и горообразования происходит постепенное слияние крупных участков литосферы "и образование прочных платформ — Восточно-Европейской, Сибирской, Китайской, Индийской, Аравийской, Австралийской, •Северо-Американской, Бразильской, Африканской и Антарктической. На платформах древние докембрийские породы смяты в складки, разбиты трещинами и перекрыты более молодыми ютложениями, которые не везде были нарушены последующими тектоническими движениями литосферы. Наиболее древние породы, слагающие докембрийский фундамент платформ, выходят на поверхность на кристаллических щитах—Балтийском, Анабарском, Украинском, Лабрадорском и других, где преобладали тектонические' поднятия и снос разрушенных пород.

Наряду с платформами к концу докембрия па Земле сохранились весьма подвижные Средиземноморско-Гималайская, Урало-Тянь-Шаньская, Монголо-Охотская, Грампианская, Аппалачская и Андийско-Кордильерская геосинклинальные области с активным вулканизмом, землетрясениями и горообразованием.

Докембрийские горные породы богаты различными полезными ископаемыми. Например, на Восточно-Европейской платформе имеются огромные запасы железных руд на Курской магнитной аномалии, в Кривом Роге и других районах. На Вольском полуострове находится уникальное месторождение .апатитов. В пределах Сибирской и "Африканской платформ открыты алмазоносные кимберлитовые трубки. Практически на всех платформах открыты и разрабатываются месторождения '.цветных и редких металлов.

Палеозойская эра, или эра древней жизни, длилась 340 млн. лет. Различия в фауне и флоре, петрографическом составе торных пород, особенностях тектонических движений и горообразования позволили разделить палеозойскую эру на кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный и пермский периоды.

Первая половина палеозоя (кембрий, ордовик, силур) совпадает с каледонским тектоническим циклом и характеризуется бурным развитием органической жизни в океане.

Кембрийский период отличается слабыми тектоническими процессами. Лишь в Урало-Тянь-Шаньской и Монголо-Охотской геосинклиналях  наблюдались  начало  каледонского горообразования и слабый вулканизм (Салаирский кряж и др.) В начале кембрия преобладали континентальные условия, которые затем сменились морскими трансгрессиями. Климатические условия были разнообразными. Об этом свидетельствуют отложения солей, гипса и известняков в условиях теплых морей, например, на Восточно-Европейской и Сибирской платформах и ледниковые отложения в Австралии. Фауна кембрия богата червями, медузами, трилобитами и другими беспозвоночными морскими организмами. Флора представлена различными водорослями, но появились и наземные растения, по-видимому,, лишайники.

Ордовикский период в первой половине продолжает оставаться тектонически спокойным. Лишь в конце его усилились каледонская складчатость и вулканизм в Казахстане, на Алтае, Урале и в Западной Европе. В ордовике усиливаются морские трансгрессии в связи с опусканием платформ. Климат Земли становится более влажным и мягким. Появляется огромное количество морских животных, в том числе различные кораллы, иглокожие, моллюски, граптолиты, трилобиты и др.

В силурийском периоде заканчивается эпоха каледонской складчатости мощными поднятиями и горообразованием. Сформировались Саяны, Восточный Алтай, горы Казахстана и Центральной Европы, Шотландии и Скандинавского полуострова (в Норвегии), Тиманский кряж. В районах горообразования усилилась вулканическая деятельность. С магматизмом связано образование месторождений руд железа и цветных металлов. В силуре появились первые рыбы, паукообразные и первые крупные наземные растения.

Вторая половина палеозойской эры совпадает с герцинским тектоническим циклом. Она характеризуется дальнейшей эволюцией органического мира, широким распространением наземных растений и животных.

В девонском периоде продолжались поднятие платформ и регрессия моря, начавшаяся в конце силура. Резко изменились климатические условия. В Южной Африке наблюдались оледенения. Теплый, даже жаркий и сухой климат установился на северных материках, где откладывались соли, гипс и: ' красноцветные глины. В связи с изменением физико-географических условий вымирают трилобиты, граптолиты и другие беспозвоночные животные. В девоне быстро распространились разнообразные рыбы, появились первые земноводные. Получили широкое развитие насекомые — клещи, пауки и скорпионы. Богаче стала наземная флора, в состав которой входили примитивные плауны и папоротники, образовавшие наиболее древние небольшие пласты каменного угля. В конце девона поднятия платформ сменились их опусканиями, сопровождающимися трансгрессиями моря. Некоторые платформы' претерпели деформации и разломы. Например, в результате разломов и опускания отдельных блоков на Восточно-Европейской платформе возникли  Днепровско-Донецкая  и (Восточно-Русская  впадина.  В девонских отложениях имеются запасы нефти,    газа,    различных   руд   и   других   полезных   ископаемых.

В каменноугольном периоде происходят главные 'События герцинского тектонического цикла. Начало периода характеризуется преобладанием опускания платформ и обширными морскими трансгрессиями. Влажный, мягкий климат, установившийся на Земле, вызвал развитие пышной растительности. Преобладали споровые, особенно древовидные хвощи, плауны и папоротники, способствовавшие образованию мощных залежей каменного угля. В морях господствовали кораллы, мшанки, фораминиферы и другие беспозвоночные. Как и в девоне, в изобилии представлены рыбы. Все более увеличивается количество земноводных и насекомых. В морях отложились толщи известняков'и терригенных осадков. В конце периода происходит поднятие платформ, складкообразование и мощный •орогенез в геосинклинальных областях, сопровождаемый активным вулканизмом. Поднимаются Уральские горы, Тянь-Шань, складчатые горы северного Казахстана, горы Центральной и Западной Европы (Гарц, Рейнские Сланцевые горы, складчатые сооружения севера Франции и юга Англии), Аппалачские горы.

Уменьшение водной поверхности планеты привело к формированию разнообразных климатических условий на Земле, в том числе вызвало оледенение некоторых районов в южном полушарии.

В пермском периоде продолжаются активное горообразование, поднятие платформ и усиление континентальное™ климата. На Сибирской платформе происходит мощное излияние лавы и образование покровных сибирских траппов. На севере Восточно-Европейской платформы сохранялся умеренный климат, и на базе пышной растительности образовались богатые месторождения каменного угля Печорского угольного бассейна. На юге платформы в сухом, жарком климате откладывались пласты соли и континентальные осадки. В животном мире появляются головоногие моллюски аммониты и рептилии, а в растительности споровые сменяются голосеменными.

В результате многократных мощных складчатостей и горообразования в палеозойской эре изменилось тектоническое строение значительной части литосферы. Отдельные платформы к концу палеозоя соединились и образовали два огромных жестких массива. В северном полушарии возникла Лавразия, включающая современные платформы Северо-Американскую, Восточно-Европейскую, Сибирскую и, возможно, Китайскую. В южном полушарии возникла Гондвана в результате объединения Аравийской, Индостанской, Австралийской и Африканской платформ. Между Лавразией и Гондваной располагалась Средиземноморская  геосинклиналь, занятая  морем, получившим название Океан Тетис. Геосинклинальные зоны размещались также на западной и восточной окраинах Тихого океана.

Мезозойская эра, продолжавшаяся 163 млн. лет, подразде^:ляется на триасовый, юрский и меловой периоды.

В мезозойскую эру наибольшее развитие складчатость и горообразование получили в тихоокеанском геосинклинальном поясе, поэтому мезозойский орогенез часто называют тихоокеанским. Многие ученые рассматривают его не как самостоятельный тектонический цикл, а как предварительный, начальный этап альпийского орогенеза.

Триасовый период в целом отличается слабыми тектоническими движениями. Происходит дальнейшее медленное поднятие платформ и усиление континентальности климата. Активный вулканизм наблюдался в Средиземноморско-Гималайской и Тихоокеанской геосинклиналях, а также на Сибирской платформе, где происходило дальнейшее образование траппов. В морях преобладали головоногие и другие моллюски, появились морские ящеры. Важнейшими представителями флоры стали голосеменные, особенно хвойные и гинкговые.

В юрский период начинается активная фаза мезозойской складчатости. Интенсивная складчатость и горообразование захватывают Сихотэ-Алинь, Нижнее Приамурье, Джуг-джур, Верхоянский хребет, Сунтар-Хаята, хребет Черского, Чукотское нагорье, Южный Китай, Индокитай, Кавказ, Крым, Кордильеры и некоторые другие районы. Горообразование сопровождалось сильным вулканизмом. В пределах платформ и областей горообразования произошли глубокие разломы и образовались впадины. Начался распад Гоидваны и Лавразии. Отделяется Северо-Американская платформа, и формируется северная часть Атлантического океана.

Опускание значительных участков земной поверхности вызвало обширные трансгрессии моря, что, в свою очередь, привело к смягчению климата. В юрском периоде богат и разнообразен животный мир. Из морских беспозвоночных достигли расцвета моллюски аммониты и белемниты. В изобилии появились пресмыкающиеся. В воде обитали ихтиозавры и плезиозавры, черепахи и крокодилы, на суше — динозавры, в воздухе— птерозавры. Появились первые птицы (археоптерикс). В составе наземной растительности преобладали папоротники и голосеменные.

В меловом периоде продолжается интенсивное горообразование, сопровождавшееся складчатостью и разломами литосферы. Мощные поднятия происходили в Андах. Продолжается дальнейший распад Гондваны и Лавразии. Возникли океанические впадины Индийского и южной части Атлантического океанов, произошло образование современных платформ. В этом периоде появляются различные птицы, насекомые и млекопитающие. Гигантских размеров достигли динозавры. В море,  кроме ранее упоминавшихся  организмов,  широкое распространение получили фораминиферы, из остатков организмов которых образовались толщи мела. В меловом периоде появились цветковые растения, голосеменные частично уступают покрытосеменным. В конце мела произошло вымирание-аммонитов и почти всех белемнитов, многих морских пресмыкающихся. Вымерли все динозавры и птерозавры.

Таким образом, в мезозойскую эру произошел распад Лавразии и Гондваны. Одновременно увеличиваются размеры отделившихся платформ в результате присоединения к ним участков геосинклиналей, где сформировалась жесткая литосферав процессе вулканизма и горообразования.

Горные породы мезозойского возраста богаты полезными ископаемыми. К ним относятся угольные бассейны Восточной Сибири, месторождения нефти и газа Западной Сибири и Мангышлака, фосфориты, строительные материалы и др. С интрузивными породами мезозоя связаны месторождения золота, олова, полиметаллов, ртути и других полезных ископаемых.

Кайнозойская эра, или эра новой жизни, продолжается последние 67 млн. лет. Она подразделяется на палеогеновый, неогеновый и антропогеновый периоды. В кайнозойскую эру развивается альпийский орогенез. В начале эры произошли опускание значительных участков платформ и мощные трансгрессии-распространились па большую часть Восточной Европы, Западную Сибирь и Среднюю Азию. В конце палеогена начались интенсивная складчатость и горообразование.

Альпийский орогенез с максимальной силой проявился; в Средиземноморско-Гималайской геосинклинали. Сформировались крупнейшие горные системы: Атлас, Пиренеи, Апеннины, Альпы, Карпаты, Балканы, горы Малой Азии, Эльбрус, Копетдаг, Памир, Гималаи, горы Камчатки и Сахалина. Получили дальнейшее развитие Крымские горы, Кавказ, Алтай,. Тянь-Шань, Анды и Кордильеры. В эпоху альпийского орогенеза произошли обширные разломы в Восточной Африке, образовалась впадина Красного моря. В конце неогена материки приобретают очертания, близкие к современным.

Альпийский орогенез сопровождался интенсивным вулканизмом, распространение которого было близким к существующему в настоящее время.

В кайнозойскую эру наблюдались значительные изменения климата. В палеогене благодаря морским трансгрессиям на обширных территориях он был теплым, влажным, без резких колебаний температур. В неогене с уменьшением водной поверхности планеты климат становился континентальным. В антропогеновом периоде климатические условия северного полушария продолжали ухудшаться. Наступившее похолодание вызвало-образование горного, а затем мощного материкового оледенения на севере Европы и Северной Америки. В связи с колебаниями климата выделяются несколько эпох оледенения, во< время которых ледники опускались далеко  к  югу и  значительно увеличивались по площади. В межледниковые эпохи климат становился значительно теплее, ледники таяли и отступали далеко на север, но не исчезали полностью. Потепление в конце антропогеиа привело к полному таянию материковых льдов, за исключением Антарктиды и Гренландии, и постепенному формированию современных климатических условий.

В растительности палеогена и неогена наряду с голосеменными появляются покрытосеменные растения: дуб, бук, береза, клен, пальмы и др. Меняется характер растительности. Если в начале палеогена господствовали субтропические и тропические теплолюбивые растения (магнолии, пальмы и др.) на большей части суши, то в конце неогена и особенно в антропогене в связи с оледенением в умеренных широтах сохраняются лишь морозоустойчивые и сухолюбивые виды.

Фауна палеогена и неогена обогащается новыми видами животных и насекомых. В морях сохраняется обилие простейших организмов, различных моллюсков и рыб. На суше многие вымершие виды пресмыкающихся заменены млекопитающими и птицами. Появляются лошади, антилопы, носороги и другие копытные, мамонты, многочисленные хищники, грызуны и насекомоядные. Некоторые млекопитающие уходят в море (киты, моржи и др.). Происходит развитие человекообразных.

В антропогене на Земле появился человек. После эпохи оледенения он расселился по всей планете и оказывает решающее влияние на ее растительный и животный мир.

Альпийская эпоха горообразования продолжается и в настоящее время. Происходят поднятия крупных горных систем, прогибы участков океанического дна, образование рифтовых разломов. Во многих районах земного шара наблюдается активная вулканическая деятельность.

Кайнозойские отложения вмещают различные полезные ископаемые. На Сахалине, Апшеронском полуострове, в Туркмении, в предгорьях Кавказа и Карпат открыты месторождения нефти и газа в палеогеновых отложениях. К такому же возрасту относятся месторождения углей на Сахалине, марганца в Никополе (Украина) и Чиатури (Грузия), железных руд на Керченском полуострове и др. На дне морей продолжаются отложения фосфоритов, марганца, железа и других полезных ископаемых. В высыхающих водоемах накопляются толщи различных солей.

Геохронологическая таблица

Эпоха орогенеза	Эра		Период	Начало, млн. лет назад	Продолжительность, млн. лет	Характер тектоники	Районы орогенеза
Альпийская	Кайнозойская		Аптротюгеповый (четвертичный)	1,5	1,5	Интенсивноескладкообразованиеиорогенез	СредиземноморскаяиТихоокеанскаягеосинклинали:Атлас,Пиренеи,Альпы,Карпаты,Крым,
			Неогеновый	25	23,5	Опусканиесуши.Трансгрессииморя	Кавказ,Копетдаг,Памир,Тянь-Шань,Гималаи,Камчатка,Анды, Кордильеры,Алтай
			Палеогеновый	67	42
Мезозойская	Мезозойская		Меловой	137	70	Интенсивноегорообразование	РаспадЛавразиииГондваны.ПоднятиеАид,горТихоокеанской гряды
			Юрский	195	58	Горообразование.Вулканизм.Опусканиесуши. Трансгрессииморя	Сихотэ-Алинь,Северо-Восточная Азия,Кавказ,Крым,Кордильеры, Индокитай,ЮжныйКитай
			Триасовый	230	35	Общееподнятиесуши	Тихоокеанская,геосинклиналь. ВулканизмнаСибирскойплатформе
Герципская	Палеозойская		Пермский	285	55	Общееподнятиесуши
		Каменноугольный		350	65	Поднятиесуши,регрессии моря.	Урал,Тянь-Шань,Центральная Европа,Аппалачи,Алтай,Саяны, Казахстан
		Девонский		410	60	Опусканиесушит,трансгрессииморя
Каледонская		Силурийский		440	30	Складчатость,орогенез, вулканизм	Саяны,ВосточныйАлтай,ЦентральныйКазахстан,Тиманский кряж,Шотландия,Скандинавия, ЦентральнаяЕвропа
		Ордовикский		500	60	Складчатость,орогенез	Алтай,Казахстан,Урал,Западная Европа ^у
		Кембрийский		570	70	Трансгрессииморя,слабые.тектоническиепроцессы	Урало-Тяпь-ШаньскаяиМонголо-Охотскаягеосинклинали
Рифейская	Протерозойская	Верхний(рифей)		1600	1030	Формированиедокембрий-скихплатформигео'сиИ-	Таймыр,Ур'ал,Тянь-Шань,Китайскаяплатформа,Австралия,
		Средний		1900	300	клиналей	Африка,ЮжнаяАмерика
		Нижний		2600	700
	Архейская			3600	1000

Дополнительная литература (стр. 54-83):Фоменко А.Н. Общая физическая география и геоморфология: учебник  /  А.Н. Фоменко, В.И. Хихлуха. – М.: Недра, 1987.

Лекция№4

Физические свойства и процессы в атмосфере

План:

1. Строение и характеристика свойств атмосферы.

2. Роль атмосферы в глобальном круговороте вещества.

3. Общая циркуляция атмосферы.

4. Воздействие солнечной радиации, циркуляции воздушных масс, влажности и термических условий на окружающую среду и человека.

Природно-антропогенные особенности атмосферы

Характеристика и физические особенности процессов

 в атмосфере

Атмосфера, ее состав

Условием появления и развития жизни на Земле является атмосфера — окружающая Землю газовая среда, воздушный бассейн. По объему и составу образующих газов атмосфера Земли резко отличается от газовых оболочек других планет Солнечной системы.

Земная атмосфера простирается на высоту 1,5—2 тыс. км над уровнем моря или суши, то есть составляет около 1/3 радиуса нашей планеты. Ее суммарная масса определяется по силе давления на поверхность Земли и равняется 5,15 * 10¹⁵ т.

Атмосферный воздух — это механическая смесь газов с взвешенными каплями воды, пыли, кристаллами льда и пр. Атмосферное давление и плотность с высотой убывают, и атмосфера без резкой границы постепенно переходит в космическое пространство.

Различают несколько основных слоев атмосферы. Нижний, прилегающий к земной поверхности, называется тропосферой (высота — 8—10 км у полюсов и 16—18 км — над экватором). Температура воздуха с высотой постепенно понижается — в среднем на 6°С на каждый километр высоты, что заметно проявляется не только в горных районах, но и на возвышенностях Беларуси. В тропосфере содержится до 80 % всей массы воздуха, основное количество атмосферных примесей и практически весь водяной пар. Именно в этой части атмосферы на высоте 10—12 км образуются облака, возникают грозы, дожди и другие физические процессы, формирующие погоду и определяющие климатические условия в разных областях нашей планеты.

Выше начинается стратосфера, которая простирается до высоты 50—55 км от поверхности океана или суши. Этот слой атмосферы значительно разрежен, количество кислорода и азота уменьшается, а водорода, гелия и других легких газов увеличивается. Образующийся здесь озоновый слой (экран) поглощает ультрафиолетовую радиацию и сильно влияет на тепловые условия поверхности Земли и физические процессы в тропосфере.

На высоте 55—80 км находится мезосфера, между 80—800 км расположена термосфера, в составе которой преобладают гелий и водород; часть молекул разлагается космическим излучением на атомы и ионы, температура на высоте 400 км достигает 1500 °С. Мезосфера и термосфера вместе образуют мощный слой, называемый ионосферой (область заряженных частиц — ионов и электронов).

Самая верхняя, сильно разреженная, часть атмосферы составляет экзосферу. В ней преобладают газы в атомарном состоянии, температура повышается до 2000°C. Газы экзосферы затем рассеиваются в межпланетном пространстве.

Наибольшее воздействие на жизнедеятельность человека и всех живых существ оказывает приземный слой атмосферы. Химический состав воздуха у поверхности Земли в нормальных условиях примерно следующий: азот — 78 %, кислород — 21 %, углекислый газ — 0,03 %, аргон — 0,93 %, неон, гелий, водород, озон, метан и другие газы — сотые доли процента. Именно такой состав атмосферы обусловил существование жизни на нашей планете. В течение суток человеку необходимо для дыхания примерно 13 м³воздуха. Человек может прожить без пищи 5 недель, без воды — 5 дней, без воздуха — 5 минут.

Самая важная для человека составная часть воздуха — кислород. В теле человека содержится около 65 % кислорода, и при его недостатке нарушается деятельность всех органов (прежде всего легких, сердца, головного мозга). Кислород необходим живым организмам для потребления в разнообразных реакциях окисления. Исключение составляют зеленые растения, с которыми атмосферный кислород находится в двустороннем взаимодействии.

Атмосфера оказывает благодатное воздействие на климат Земли, предохраняя ее от чрезмерного охлаждения и нагревания. Суточные колебания температуры на нашей планете без атмосферы достигли бы 200 V: днем +100 °С и выше, ночью -100 °С. Внастоящее время средняя температура воздуха у поверхности Земли равна +14 °С. Атмосфера пропускает тепловое излучение Солнца и сохраняет тепло, в процессе большого кругооборота она играет роль переносчика влаги на Земле, является средой распространения света и звука. Изменение сложившихся физических и химических свойств атмосферы может отрицательно сказаться на здоровье людей, их работоспособности, продолжительностижизни.

Атмосферный воздух широко используется как природный ресурс в народном хозяйстве. Из атмосферного азота производятся минеральные азотные удобрения, азотная кислота и ее соли. Аргон и азот применяются в металлургии, химической и нефтехимической промышленности (для осуществления ряда технологических процессов). Из атмосферного воздуха получают также кислород и водород.

Последствия загрязнения атмосферы

Атмосферные загрязнения оказывают многообразное вредное влияние на организм человека, животных, растения и микроорганизмы, вызывают глобальные изменения в биосфере, наносят ощутимый экономический ущерб.

Повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха отражается, прежде всего, на здоровье людей. Многочисленными исследованиями доказано, что в промышленных центрах с высоким уровнем загрязнения воздуха резко возрастает количество заболеваний, особенно среди людей старшего возраста и детей, повышается смертность, Взвешенные частицы дыма и сажи поглощают солнечный свет, при этом теряется значительная часть ультрафиолетовых лучей, представляющих наибольшую ценность для здоровья людей и животных. Ультрафиолетовая недостаточность часто становится причиной заболеваний рахитом и авитаминозом. Загрязненный воздух вызывает раздражения и болезни дыхательных путей — бронхит, эмфизему, астму.

Особенно опасны воздействия на человека канцерогенных веществ, которые способствуют развитию раковых и других опухолевых образований. Канцерогенные вещества образуются врезультате частичного синтеза при неполном сгорании топлива. Их источниками являются выхлопные газы автотранспорта, авиации, промышленные отходы при сжигании твердого и жидкого топлива, газы, образующиеся в процессе переработки нефти.

Через атмосферныйвоздух распространяются радиоактивныезагрязнения. Наибольшей биологической активностью обладают рентгеновские и гамма-лучи. Большую опасность для здоровья человека представляет стронций, который накапливается в костной ткани, в результате развиваются рак, белокровие идругие заболевания.

Признаки и последствия действий загрязнителей воздуха на организм человека большей частью выражаются в ухудшении общего состояния здоровья: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается или теряется трудоспособность, сопротивляемость организма инфекциям. Неприятные запахи, запыленность, шумы и другие загрязнители воздушной среды вызывают ощущение дискомфорта, что психологически отрицательно воздействует на людей.

Животные так же, как и человек, подвергаются влиянию загрязнения воздушного бассейна. Находящиеся в атмосфере и выпадающие из нее вредные вещества поражают животных через дыхательные органы и проникают в организм вместе со съедаемыми запыленными растениями. Под влиянием острых и хронических отравлений животные болеют, теряют аппетит и массу; известны случаи падежа скота и диких животных. Происходят генетические преобразования, которые вызывают наследственные изменения, особенно под воздействием радиоактивного загрязнения. Загрязнители атмосферы взаимодействуют с естественными элементами биосферы и природными процессами. В итоге идет перенос загрязняющих веществ из воздуха через растения и воду в организм животных.

Развитие растительности на Земле во многом обусловлено чистотой воздушной среды. Действие загрязняющих веществ на растения зависит от вида загрязнителей, их концентрации, длительности воздействия, относительной восприимчивости видов растений и стадии их физиологического развития. Видимыми симптомами повреждения, то есть внешними признаками заболеваний растений, является, прежде всего, загрязнение от сажи, летучей золы, цементной пыли, оксидов железа и др. В условиях городской среды имеет место интегральный эффект влияния на растения различных загрязнителей и токсичных веществ. Наиболее чувствительны растения к воздействию сернистого газа (SО₂), соединений фтора (HF, SiF₄), соединений хлора (НС₁). Загрязнение воздуха приводит к замедлению роста, снижению качества лесных насаждений, заболеваниям и гибели растительности.

Загрязнение воздушного бассейна вызывает значительные потери в народном хозяйстве. В промышленном производстве — это разрушение металлических конструкций, крыш и фасадов зданий, снижение качества выпускаемой продукции. Высокие концентрации в воздухе окислов серы, азота и углерода ускоряют процессы разрушения строительных материалов и коррозии металлов. Установлено, что в индустриальных городах сталь ржавеет в 20, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской местности. Аналогичный ущерб наносится жилищно-коммунальному хозяйству городов, объектам социально-культурной сферы, памятникам архитектуры и искусства, находящимся на открытом воздухе.

Загрязнение атмосферы наносит огромный ущерб сельскому хозяйству. Существует зависимость недобора урожая сельскохозяйственных растений от содержания загрязнителей ввоздухе Установлено отрицательное влияние фенола, пыли и сернистого ангидрида на урожайность озимой пшеницы. При снижении концентрации пыли на 0,1 мг/м³ урожайность пшеницы возрастает на 0,36 ц/га. С загрязнением воздуха и других компонентов окружающей среды связано снижение продуктивности сельскохозяйственных животных.

Регламентация качества и контроль за состоянием воздушного бассейна

Качество атмосферного воздуха рассматривается как совокупность присущих ему свойств, которые определяют степень воздействия химических, физических и биологических факторов на окружающую среду. Нормирование качества атмосферного воздуха осуществляется с целью установления обоснованных предельно допустимых нормативов воздействия на атмосферный воздух, гарантирующих безопасность здоровья населения и окружающей среды. Для оценки состояния атмосферного воздуха на территории Республики Беларусь действуют единые нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (ориентировочно безопасных уровней воздействия) и уровней вредных физических и иных воздействий на него. Подробнее сущность экологического нормирования и оценки качества природной среды раскрыта в гл. 14.

Качество атмосферного воздуха регулируется также нормативами:

— предельных объемов образования загрязняющих веществ при эксплуатации технологического и другого оборудования, сооружений и объектов;

— потребления атмосферного воздуха для производственных нужд;

— содержания загрязняющих веществ в отработанных газах и вредных физических и иных воздействий передвижных источников на атмосферный воздух;

— удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Наблюдение и контроль за состоянием воздушного бассейна страны осуществляется в рамках Национальной системы мониторинга Республики Беларусь. Наблюдение за состоянием атмосферноговоздуха по химическим, физическим, биологическим и другим показателям проводят органы гидрометеорологической и санитарно-эпидемиологической служб. Они располагают широкой сетью станций и постов наблюдения, соответствующими лабораториями.

Государственный контроль ставит своей целью обеспечить исполнение правил, требований и нормативов по охране атмосферного воздуха; он возложен на органы управления по природным ресурсам и охране окружающей среды. Отраслевые министерства и ведомства проводят контроль за проектированием, строительством и эксплуатацией сооружений, оборудования и аппаратуры для очистки выбросов загрязняющих веществ в воздушное пространство, а также за оснащением их приборами, необходимыми для постоянного наблюдения за эффективностью очистки, величиной выбросов на подведомственных им субъектах хозяйствования.

Наблюдение и контроль на локальном уровне представляет собой подсистему режимного отслеживания за уровнем загрязнения воздуха основными и специфическими вредными веществами, содержащимися в газах, выбрасываемых предприятиями и транспортом. Используются как сеть стационарных постов, расположенных в различных частях городов и на границах санитарно-защитных зон, так и специальные передвижные лаборатории. Производственный контроль проводят субъекты хозяйствования, они же проверяют исполнение планов и мероприятий по охране атмосферного воздуха, его рациональному использованию, сохранению нормативов качества.

Наблюдения за воздушной средой, проводившиеся в 90-е годы, показали, что выбросы загрязняющих веществ в Беларуси постепенно снижались, уровень загрязнения атмосферного воздуха основными вредными веществами был ниже санитарно-гигиенических норм. Вместе с тем, на территории, где проживает 4,4 млн. человек, наблюдались разовые концентрации, превышавшие нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК).

Географическое положение Беларуси в центре Европы обусловливает значительное трансграничное загрязнение атмосферного воздуха. Иными словами, источники такого загрязнения расположены на территории других государств, в основном западноевропейских. Наиболее интенсивно происходит перенос закисляющих соединений, вызванных техногенными выбросами оксидов серы и азота. По данным 1994 г., на территорию Беларуси выпало 301 тыс. т серы, в том числе из собственных источников — 43 тыс. т (14 %), 114,3 тыс. токисленного азота (из собственных источников — 7,2 тыс. т, или 6 %), 82 тыс. т восстановленного азота (от собственных источников — 63,4 тыс. т,или 35 %). Республикой Беларусь подписана и выполняется Конвенция 1979 г. о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. Разрабатывается система наблюдений и оценки источников и степени такого загрязнения, мероприятии, направленных на сокращение объема выбросов, вызывающих трансграничное загрязнение воздуха.

Основные направления охраны атмосферы

Защита атмосферного воздуха от загрязнений предусматривает систему мероприятий.

Группа санитарно-технических мероприятий: установка газопылеочистного оборудования, герметизация технологического и транспортного оборудования, сооружение сверхвысоких дымовых труб. Одна из основных мер предотвращения загрязнения атмосферного воздуха — строительство газоочистных сооружений и устройств. Наиболее распространены сухие инерционные золоулавливатели (батарейные циклоны) и электрофильтры. В мокрых инерционных золоулавливателях процесс осаждения частиц летящей золы осуществляется с участием воды.

При невозможности или нецелесообразности использования пылегазоулавливающих устройств применяют прием рассеивания загрязняющих веществ через высокие исверхвысокие дымовые трубы. Этот метод не позволяет защищать воздушную среду от поступления токсичных примесей, но дает возможность существенно снизить их приземную концентрацию до уровня ПДК. Сущность метода заключается в том, что мощные потоки дымовых газов, двигаясь в трубе с высокой скоростью за счет естественной тяги, рассеиваются на значительном расстоянии от источника загрязнения.

Группа технологических мероприятий: улучшение технологии производства и сжигания топлива; создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, при которых исключаются выбросы вредных веществ в атмосферу. В то же время решается важная задача — утилизация и возвращение в производство ценных продуктов, сырья и материалов.

Группа планировочных мероприятии: оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом "розы ветров", создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий, вынос наиболее токсичных производств за черту города, рациональная планировка городской застройки, озеленение городов.

При проектировании, строительстве, реконструкции городов и других населенных мест необходимо учитывать "розу ветров" (преобладающее направление), состояние атмосферного воздуха и прогноз его изменения. В городах не разрешается размещать промышленные предприятия (металлургические, химические и др.), распространяющие пылевидные и газообразные выбросы и тем самым сильно загрязняющие атмосферный воздух. Такие предприятия следует располагать вдали от крупных городов и с подветренной стороны для господствующих ветров по отношению к ближайшему жилому району. С учетом пре обладания западных исеверо-западных ветров в городах Беларуси промышленные предприятия размещаются преимущественно на восточных и юго-восточных окраинах.

Размещение, проектирование, строительство, ввод в эксплуатацию новых и реконструируемых промышленных и сельскохозяйственных комплексов, предприятий, сооружений и других объектов должно обеспечить сохранение нормативов качества атмосферноговоздуха. Совокупность выбросов, а также вредных физических и других воздействий от проектируемых и действующих предприятий не должна приводить к превышению нормативов ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Субъекты хозяйствования, деятельность которых связана с выбросами загрязняющих веществ, должны оснастить источники выбросов сооружениями, оборудованием и аппаратурой для очистки этих выбросов, а также средствами контроля за количественным и качественным составом выбрасываемых веществ.

Планировочные мероприятия, но оздоровлению окружающей среды включают также приемы застройки и озеленения территории города, функциональное ее зонирование, учет местных природно-климатических факторов, сооружение транспортных развязок, кольцевых дорог, использование подземного пространства и др. С целью охраны атмосферного воздуха на территориях населенных мест при размещении новых объектов и реконструкции действующих устанавливаются санитарно -защитные зоны. Санитарно-защитная зона — это территория вокруг предприятия, где возможно превышение ПДК для одного или нескольких загрязняющих веществ. Проживание людей в такой зоне не предусматривается, однако в крупных городах это правило часто не выполняется. Размер зоны определяется в зависимости от класса (токсичности) загрязнителя, типа промышленного предприятия и его производственной мощности. Санитарно -защитная зона должна быть озеленена газоустойчивыми древесно-кустарниковыми породами.

Большое значение для защиты атмосферного воздуха имеют мероприятия по озеленению городов и пригородных зон. Известно, что зеленые насаждения — "легкие" города. Они очищают воздух от вредных веществ, пыли, газов, снижают шум в жилых кварталах, повышают влажность воздуха в жаркие дни. Один гектар зеленых насаждений за год очищает 10 млн. м³ воздуха, а за час поглощает 8 кг углекислого газа, который выдыхают за это время 200 человек. Газозащитный эффект зеленых насаждений зависит от характера посадки, видового состава деревьев и кустарников, времени года.

Учитывая важную роль зеленых насаждений, в Беларуси Последовательно проводится принцип озеленения населенных мест. В проектах застройки городских поселений отражается система мероприятий по созданию, сохранению и использованию зеленых насаждений для улучшения условий жизни населения, оздоровления воздушного бассейна, рационального использования природного ландшафта. Площадь зеленых массивов и насаждений в городах Беларуси составляет около 40 тыс. га, из них в г. Минске — 5,7 тыс. га. На одного горожанина страны приходится 60 м² зеленых насаждений, на каждого жителя столицы — 33 м, по генеральному плану развития г. Минска этот показатель намечается значительно увеличить.

Состояние воздушной среды крупных и средних городов во многом обусловлено наличием пригородной зеленой зоны, занятой преимущественно лесами, лесопарками и другими зелеными насаждениями. Первые зеленые зоны в Беларуси появились с 1945 г. вокруг городов Бобруйска, Барановичей, Борисова, Бреста, Вилейки, Витебска, Гомеля, Гродно, Лиды, Мозыря, Молодечно, Осиповичей и Минска. В настоящее время их около 120 с общей площадью более 1,2 млн. га. Самая большая зеленая зона — вокруг г. Минска, в радиусе до 80 км, площадью до 300 тыс. га, что обеспечивает около 180 м- зеленых насаждений в расчете на одного минчанина.

Регулирование состояния воздушной среды

В перспективе важно не допустить увеличения удельных выбросов загрязняющих веществ в воздушный бассейн, а в отдельных видах хозяйственной деятельности обеспечить их уменьшение. Этим целям служат законодательные акты, система организационно-технических и экономических мероприятий, направленных на предотвращение загрязнения атмосферного воздуха.

Правовое регулирование состояния воздушной среды в нашей стране осуществляется в соответствии с Конституцией Республики Беларусь, Законом Республики Беларусь "Об охране атмосферного воздуха" (1997), который устанавливает правовые и организационные основы норм хозяйственной и иной деятельности в области использования и охраны атмосферного воздуха, и другими нормативно-правовыми актами.

Основными задачами правового регулирования в области охраны атмосферного воздуха являются:

♦ регулирование отношений в области охраны атмосферного воздуха в целях обеспечения благоприятной среды обитания для человека, сохранения, улучшения и восстановления состояния атмосферного воздуха;

♦ предотвращение и снижение уровней вредного химического, физического, биологического и иного воздействия на атмосферный воздух;

♦ обеспечение рационального использования атмосферного воздуха для производственных нужд;

♦ укрепление правопорядка и законности в области охраны атмосферного воздуха.

В соответствии с Законом Республики Беларусь "Об охране атмосферного воздуха" граждане страны имеют право на экологически безопасное для их жизни и здоровья состояние атмосферного воздуха, вместе с тем они обязаны соблюдать санитарные и другие нормы и правила в этой области. Закон устанавливает права и обязанности предприятий, учреждений, организаций и других субъектов хозяйствования в процессе использования атмосферного воздуха.

Правовое регулирование качества атмосферного воздуха включает, прежде всего, установление нормативов предельно допустимой концентрации (ст. 21) и нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) (ст. 22) загрязняющих веществ в атмосферный воздух и вредных физических воздействий на него. Нормативы ПДВ устанавливаются отдельно для стационарных и передвижных источников.

Субъекты хозяйствования, деятельность которых связана с выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, обязаны проводить организационно-хозяйственные, технические и иные мероприятия для выполнения условий и требований, предусмотренных разрешениями на выброс, принимать меры по снижению выбросов загрязняющих веществ, обеспечивать бесперебойную, с показателями не ниже проектных, работу и поддержание в исправном техническом состоянии сооружений, оборудования и аппаратуры для очистки выбросов и контроля за ними, а также осуществлять постоянный учет количества и состава загрязняющих атмосферный воздух веществ.

В случае нарушения условий и требований, предусмотренных разрешениями, если возникает угроза здоровью населения, выброс загрязняющих веществ в атмосферу должен быть приостановлен или запрещен вплоть до прекращения деятельности предприятий, организаций и учреждений. Все передвижные источники должны подвергаться контролю на соответствие установленным нормативам содержания загрязняющих веществ в отработанных газах. Запрещается производство, выпуск после ремонта и эксплуатация передвижных источников, у которых содержание загрязняющих веществ в отработанных газах превышает установленные нормативы.

Законодательно закреплены требования по охране атмосферного воздуха при использовании средств защиты растений и других препаратов в сельском и лесном хозяйстве, добыче полезных ископаемых, размещении и эксплуатации терриконов, ванное складирование в населенных пунктах производственных, бытовых и иных отходов, их сжигание, кроме случаев, когда сжигание осуществляется с использованием специальных установок и соблюдением требований по охране атмосферного воздуха.

Экономические рычаги охраны и рационального использования атмосферного воздуха включают:

♦ планирование и финансирование мероприятий по охране атмосферного воздуха;

♦ установление лимитов допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух;

♦ установление нормативов платы и размеров платежей за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух и вредные физические и иные воздействия;

♦ установление нормативов платы и размеров платежей за потребление атмосферного воздуха для производственных целей;

♦ установление нормативов платы за превышение лимитов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;

♦ предоставление субъектам хозяйствования налоговых, кредитных и других льгот при внедрении ими малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий, использовании нетрадиционных видов энергии, осуществлении других эффективных мер по охране атмосферного воздуха;

♦ покрытие ущерба, нанесенного окружающей среде и здоровью людей в результате загрязнения атмосферного воздуха.

Регулирование состояния воздушной среды в Республике Беларусь на период до 2010 г. связано с осуществлением ряда организационно-технических мероприятий. В теплоэнергетике это совершенствование системы сбора, транспортировки и переработки попутных газообразных продуктов, снижение выбросов серы и окислов азота за счет перевода энергоустановок на потребление природного газа и повышение эффективности процессов сжигания топлива, усиление контроля за выбросами, использование нетрадиционных экологически чистых методов производства энергии. В других отраслях промышленности — модернизация действующих пылегазоочистных установок, ввод в действие нового пылегазоочистного оборудования, совершенствование технологических процессов. На автомобильном транспорте — разработка и внедрение новых стандартов на нормы выбросов, перевод автотранспорта на сжатый и сжиженный газ, внедрение специальных нейтрализаторов для отработавших газов и фильтров сажи, повсеместное создание диагностических постов и пунктов контроля технического состояния автомобилей. Комплекс мер по охране воздушного бассейна включает также использование более точных методик оценки и прогнозирования уровней атмосферного загрязнения, введение национальных стандартов уровней выбросов в атмосферу, отвечающих международным нормам.

Внедрение достижений научно-технического прогресса в производство и быт человека требует разработки соответствующих мер по охране атмосферного воздуха от шума, вибрации, электромагнитных полей, радиации и других вредных физических воздействий. В целях борьбы с производственными и другими шумами предусматривается:

♦ внедрение малошумных технологических процессов;

♦ улучшение конструкции передвижных источников шума, а также эксплуатационных качеств (качествасодержания) железнодорожных  и трамвайных путей, автомобильных дорог, уличных покрытий;

♦ размещение аэродромов и аэропортов, промышленных и других сооружений и оборудования, которые являются источниками шума, на расстоянии, обеспечивающем экологическую безопасность населенных пунктов и районов жилой застройки;

♦ проведение организационных мероприятий по предупреждению и снижению бытовых шумов (в квартирах, дворах жилых домов, на улицах, в местах отдыха и других общественных местах).

Проведение организационно-технических и иных мероприятий позволило уменьшить в 1998 г. выбросы загрязняющих веществ в атмосферное пространство Беларуси на 8448 т. При этом основной эффект был достигнут за счет совершенствования технологических процессов (60 % общего сокращения выбросов), ввода в эксплуатацию новых пылегазоочистных установок и сооружений (5 %), повышения эффективности действующих пылегазоочистных установок (24 %), ликвидации источников загрязнения (более 1 %), перепрофилирования других предприятий на выпуск другой продукции (около 5 %).Шимова, О.С. [и др.]. Основы экологии и экономики природопользования: учебник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. – Минск: БГЭУ, 2002.(стр. 66-67, стр. 74-81)

Лекция №5

Влияние деятельности человека на атмосферу

План:

1. Антропогенные и естественные источники атмосферных примесей.

2. Роль антропогенного фактора в образовании парникового эффекта, деградации озонового слоя, выпадении кислотных осадков и локальном загрязнении воздуха.

3. Основные направления охраны атмосферы.

4. Методы и способы снижения антропогенного загрязнения атмосферы.

Основные источники и виды загрязнения воздушного бассейна

Важнейшей характеристикой воздушного бассейна является его качество, так как нормальная жизнедеятельность людей требует не просто воздуха, но воздуха определенной чистоты. От качества воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций зданий и сооружений. В процессе антропогенной деятельности атмосфера подвергается изъятию газовых элементов, загрязнению газовыми примесями и вредными веществами, нагреванию и самоочищению. Привнесение в воздушную среду каких-либо новых веществ, не характерных для нее, называется загрязнением.

Особенно острой проблема загрязнения атмосферы стала во второй половине XX в., то есть в период научно-технической революции, характеризующейся чрезвычайно высокими темпами роста промышленного производства, выработкой и потреблением электроэнергии, выпуском и использованием в большом количестве транспортных средств. В итоге отмечается изменение газового состава атмосферы: рост концентрации некоторых ее компонентов (углекислого газа — на 0,4 % , метана — на 1 % , закиси азота — на 0,2 % и др.) и появление новых загрязняющих веществ.

Загрязнение атмосферного воздуха может быть локальным, региональным и глобальным. Масштабы загрязнения связаны смощностью выброса и характером воздушных потоков. Локальное загрязнение обусловлено одним или несколькими источниками выбросов, зона влияния которых определяется, главным образом, изменчивой скоростью и направлением ветра. Под региональным загрязнением понимается загрязнение атмосферного воздуха на территории в сотни километров, которая находится под воздействием выбросов крупных производственных комплексов. Глобальное загрязнение, распространяется на тысячи километров от источника загрязнения и нередко смыкается в пределах всего земного шара. Это относится, прежде всего, к Северному полушарию планеты.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются природные, производственные и бытовые процессы. Естественное, или природное, загрязнение происходит за счет естественных факторов: пылевых бурь, извержения вулканов, выдувания почв, лесных пожаров, различных продуктов растительного, животного или микробиологического происхождения.

Производственное загрязнение образуется в результате деятельности промышленных, сельскохозяйственных, строительных предприятий и при работе различных видов транспорта. На территории Беларуси основные выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух связаны с работой автомобильного транспорта (три четверти всех выбросов), промышленных предприятий и строительного комплекса. За период 1990—1999 гг. в результате усиления контроля за выбросами, увеличения доли природного газа в топливно-энергетическом балансе страны, спада производства в ряде отраслей промышленности произошло снижение объёма выбросов от стационарных источников в3,1 раза. Динамика показателей, характеризующих состояние и охрану воздушного бассейна, отражена в табл. 1.

Таблица1

Основные показатели, характеризующие состояние и охрану воздушного бассейна Республики Беларусь*

Показатель	1990г.	1995г.	1999г.	2010г.(прогноз)
1	2	3	4	5
Всего выбросов вредных веществ от стационарных источников, тыс. т.	1 173,3	508,1	374,2	1160-1180
В том числе:
твёрдых веществ	132,7	50,9	41,6	131,5-133,8
сернистого ангидрида	563,4	218,2	124,9	479,9-488,2
окислов азота	101,6	54,6	50,5	89,0-90,5
окиси углерода	192,0	96,2	85,0	204,2-207,7
Уловлено (обезврежено) вредных веществ, отходящих от стационарных источников, тыс. т.	3 998,0	2 056,6	2 693,0	...
Удельный вес улавливаемых (обезвреженных) вредных веществ в общем количестве этих веществ, отходящих от стационарныхисточников,%	77,4	80,	87,8	83,0-85,0
Выбросы вредных веществ от передвижных источников, тыс. т.	2229	1692,5	1047,0	2060 — 2070
Выбросы вредных веществ от стационарных источников в расчете на душу населения	114	49	37	…
Выбросы вредных веществ от стационарных источников на 1 млрд. р. ВВП, т.	419	2,9	5,47	34 — 38

*Данная и другие таблицы второго раздела учебника составлены по источникам: Национальная стратегия устойчивого развития Республики Беларусь. Мн., 1997; Окружающая среда и природные ресурсы Республики Беларусь. 1999: Стат. сб. Мн., 1999.

Промышленные источники загрязнения анализируются по отраслям, а также по ингредиентам (составу загрязняющих веществ). В глобальном масштабе наиболее крупными загрязнителями являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, химия и нефтехимия, промышленность строительных материалов.

Тепловые электростанции, теплоэлектроцентрали и отопительные котельные потребляют более одной трети добываемого в мире топлива и занимают ведущее место среди других отраслей промышленности по загрязнению воздушного бассейна окислами серы, азота и пылью. Вследствие техногенной деятельности человека увеличивается концентрация оксида и диоксида углерода в атмосфере. В форме продуктов сжиганиятоплива в атмосферу планеты ежегодно вносится 7 * 10¹⁰ т. СО. В наибольшей степени загрязняют атмосферу опасными углеродными смесями пять стран, на долю которых приходится более половины всех выбросов в мире, это: США — 23 %, Китай — 13,9 %, Россия — 7,2% , Япония — 5 % , Германия — 3,8 % . Если потребление минерального топлива будет возрастать, то это может обусловить нежелательные последствия для климата Земли, в частности, повышение температуры на 1,5—2°С.

Другие промышленные предприятия выбрасывают в воздушный бассейн свои специфические примеси. Так, с черной и цветной металлургиейсвязано образование в атмосфере огромного количества пыли, угарного газа, окислов азота и серы, фенола, формальдегида и многих других вредных веществ. Быстрое развитие химической и нефтехимической промышленности ведет к образованию в атмосфере и на поверхности Земли большого количества стойких токсических кислот. Машиностроение дает выбросы угарного газа, окислов азота, фенола, формальдегида, щелочей и других вредных веществ — спутников литейного, гальванического и красочного производств. В промышленности строительных материалов наиболее мощными выбросами вредной пыли отличаются предприятия по производству цемента.

Газообразные выбросы промышленных предприятий образует в атмосферном воздухе аэродисперсные системы и в результате турбулентного движения и других процессов долгое время удерживаются в воздухе. Дальность распространения загрязнений зависит от времени существования того или иного загрязнителя в воздухе и метеорологических условий, скорости и направления потоков в атмосфере, осадков и других процессов. Время пребывания в атмосфере углекислого газа составляет от одного до пяти лет, сернистого — до нескольких дней, твердых частиц — от нескольких секунд до нескольких месяцев и даже лет, в зависимости от их объемов и высоты источника. В результате выброса в атмосферу огромного количества двуокиси серы и окислов азота резко увеличилась кислотность выпадаемых осадков: дождей, снега, тумана. Кислотные осадки снижают урожай, губят растительность, уничтожают жизнь в пресных водоемах. Ветры, не знающие драниц, переносят кислотные осадки на огромные расстояния. По некоторым данным, 20 % кислотных осадков в Европе вызваны выбросами промышленности Северной Америки.

Среди отраслей промышленности Беларуси в конце XX ст. особо выделяется энергетика (на ее долю приходится 30—36 % от общего объема промышленных выбросов), топливная промышленность (в основном нефтеперерабатывающая) — 16, химическая и нефтехимическая — 6, машиностроение — 10, промышленность строительных материалов — около 9 %. В составе выбросов преобладают сернистый ангидрид (43 %), окислы углерода (20 %), окислы азота (11 %), твердые выбросы (10 %).

Оценка интенсивности выбросов (отношение массы выбросов к стоимости ВВП), проведенная в начале 90-х годов, показала, что, по сравнению с большинством индустриально развитых стран, предприятия Беларуси выбрасывали в атмосферу в 1,5 — 2,0 раза больше загрязняющих веществ (особенно SO₂), но значительно меньше, чем другие страны Центральной и Восточной Европы. Эти более высокие, чем у соседей, экологические результаты получены благодаря следующим факторам: значению природного газа в топливно-энергетическом балансе страны; практически полному отсутствию электростанций, работающих на угле; относительно низкой доле угля в потребляемом топливе Жилищного сектора.

На загрязнении воздушного бассейна Земли сказывается и сельскохозяйственная деятельность человека. Вносимые в почву агрохимикаты распространяются в окружающую среду за счет выветривания и с почвенной влагой. Загрязнителями являются чаще всего пестициды, используемые для защиты сельскохозяйственных культур и леса от вредителей и болезней. Особенно возрастает влияние животноводства в связи со строительством крупных животноводческих комплексов. В результате в атмосферу поступают и распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие газы с резким запахом.

Все более мощными загрязнителями воздушного бассейна выступают различные виды транспорта. Бурный рост автомобильного транспорта во многих странах мира обеспечил ему первое место по загрязнению окружающей среды. Автотранспорт — подвижный источник загрязнения, однако наиболее негативно его воздействие в городах. Автомобильные выхлопные газы представляют смесь примерно 200 веществ. Основными вредными примесями являются: оксиды углерода, азота, углеводороды, альдегиды, сернистые газы. Из-за неполного сгорания топлива в двигателе часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества. Весьма опасной составной частью выхлопных газов автомашин являются соединения, образующиеся при сгорании в двигателе тетраэтилсвинца, который добавляют к бензину. Выбросы угарного газа (СО), как и иных загрязнителей, в Беларуси, России, других странах СНГ во многом обусловлены низкими экологическими параметрами автомобилей.

Загрязнение воздушной среды железнодорожным транспортом происходит при использовании тепловозов, проведении погрузочно-разгрузочных работ. Серьезную опасность представляет авиация, так как работа реактивных двигателей связана с расходованием огромного количества кислорода. Запуск сверхмощных ракет нарушает целостность озонового слоя атмосферы и открывает доступ к Земле губительному ультрафиолетовому излучению Солнца. Околоземные слои атмосферы засоряются уже нефункционирующими космическими аппаратами.

Многие бытовые процессы также ведут к загрязнению воз душной среды, прежде всего — накопление, сжигание и переработкабытовых отходов. Канализационные системы, кухни, мусоропроводы, свалки являются источниками загрязнения атмосферы городов и других населенных мест. В большом городе заметно проявляется загрязнение воздуха его населением. Каждый человек ежедневно выдыхает около 10 м³ воздуха, насыщенного парами воды и содержащего около 4 % углекислогогаза. Поэтому в городе с пятимиллионным населением люди ежесуточно выделяют в атмосферу около 2 млн. м³ углекислого газа, 600 м³водяного пара.

Одним из результатов деятельности человечества в XX ст. явилось загрязнение атмосферы и других компонентов природы радиоактивными элементами. Радиоактивное загрязнение окружающей среды представляет собой увеличение естественного радиационного фона в результате использования человеком естественных и искусственных радиоактивных веществ.

Источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды явились, прежде всего, экспериментальные взрывы при испытаниях атомных и водородных бомб, различные производства, связанные с изготовлением ядерного оружия, а также ядерные реакторы и атомные электростанции, отходы атомных предприятий и установок. Различного рода повреждения и аварии атомных реакторов в Англии, Франции, Болгарии, Германии, США и в ряде других стран мира приводили к выбросам в окружающую среду. Крупнейшей катастрофой явился взрыв ядерного реактора на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Радиоактивное загрязнение воздушной среды такими летучимиэлементами, как цезий-137, стронций-90, плутоний распространилось по всей Европе. Самое большое пятно очень сильного загрязнения (более 40 Ки на 1 км²) находится в Беларуси — 2,6км², далее идут Украина — 0, 56 км - и Россия — 0,46 км². В других странах Европы загрязнение не превышает 2 — 5 Ки на 1 км, такие пятна были обнаружены в Финляндии, Австрии, Швеции и Франции. По оценкам отдельных ученых, на рубеже нового тысячелетия население земного шара получает дополнительное облучение, вдвое большее, чем доза естественного радиационного фона.

Воздушная среда является распространителем таких специфических "загрязнителей", как шумы, инфразвук, вибрации, электромагнитные поля и ионизирующие излучения. Различают два вида шумов — воздушный и структурный. Воздушный шум распространяется в воздухе от источника возникновения до места наблюдения, структурный шум излучается поверхностями колеблющихся конструкций стен, перекрытий, перегородок зданий. В зависимости от физической природы шумы могут быть механического, аэродинамического, электромагнитного, гидродинамического происхождения. Воздушный шум проникает в помещения через закрытые или открытые окна, форточки, а также стены; вибрации передаются по грунту или трубопроводам, идущим к строительным конструкциям, колебания которых вызывают появление структурного шума. Возникающее при этом звуковое давление оказывает разрушительное воздействие на организм человека, особенно на его психику.

Шумовые характеристики транспортных средств на автомобильных магистралях крупных городов Беларуси составляют 70—85 дБ (децибел), трамвайных линий — от 71 до 80, железно-Дорожных потоков — от 60 до 75, вблизи аэропортов — до 105 дБ. На отдельных пригодных для заселения территориях, примыкающих к промышленным предприятиям г.  Минска, уровни звукового давления достигают 100—120 дБ (допустимо 60 дБ). В целом в Минске более чем четвертая часть селитебной территории, на которой проживает около 30 % населения города, находится в зонах акустического дискомфорта.Шимова, О.С. [и др.]. Основы экологии и экономики природопользования: учебник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. – Минск: БГЭУ, 2002. (стр. 67-73)

Дополнительная литература (стр. 52-66): Витченко А.Н. Геоэкология: курс лекций / А.Н. Витченко. – Мн.: БГУ, 2002. – 101 с.

Процессы и особенности атмосферы изменяются под воздействием деятельности человека. Крупномасштабные антропогенные изменения поверхности Земли (обезлесение, опустынивание, деградация внутренних морей и озер и др.) обусловливают изменения особенностей энергетического и водного режима атмосферы. Локальные изменения состояния геосистем, такие как возникновение и развитие городов, оросительных и других земледельческих систем, антропогенные преобразования пастбищ, возникновение водохранилищ и т. д. ведут к локальным вариациям климата. Наряду с изменениями физических особенностей атмосферы, происходят антропогенные трансформации ее газового состава, в совокупности создающие ряд серьезных геоэкологических проблем. К их числу относятся антропогенное изменение климата и его последствия, нарушение естественного состояния озонового слоя, асидификацию окружающей среды, включая кислотные осадки, и локальное загрязнение атмосферы.

Парниковый эффект. Источником энергии атмосферных процессов является солнечная радиация. К земной поверхности приходит коротковолновая радиация, тогда как нагреваемая таким образом Земля испускает в атмосферу и далее за ее пределы энергию в виде длинноволнового (инфракрасного, или теплового) излучения. Некоторые газы в атмосфере, включая водяной пар, отличаются парниковым эффектом, то есть способностью в большей степени пропускать к поверхности Земли солнечную радиацию по сравнению с тепловым излучением, испускаемым нагретой Солнцем Землей. В результате температура поверхности Земли и приземного слоя воздуха выше, чем она была бы при отсутствии парникового эффекта. Средняя температура поверхности Земли равна плюс 15 °С, а без парникового эффекта она была бы минус 18 °С. Парниковый эффект – один из механизмов жизнеобеспечения на Земле.

Ведущую роль в парниковом эффекте играет водяной пар, находящийся в атмосфере. Большое значение также имеют газы, не отличающиеся высокой концентрацией в атмосфере. К ним относятся: углекислый газ (диоксид углерода) (СО_з), метан (СН₄), оксиды азота, в особенности N₂О, и озон (О_з). В эту же категорию следует включить не встречающуюся в природе группу газов, синтезируемых человеком, под общим названием хлорфторуглероды. Деятельность человека за последние 200 лет привела к повышению концентрации в атмосфере газов, обладающих парниковым эффектом. Реакция атмосферы на этот процесс заключается в антропогенном усилении естественного парникового эффекта.

Парниковый эффект каждого из парниковых газов зависит от трех основных факторов: а) ожидаемого парникового эффекта на протяжении ближайших десятилетий или веков, вызываемого единичным объемом газа, уже поступившим в атмосферу, по сравнению с эффектом от углекислого газа, принимаемым за единицу; б) типичной продолжительности его пребывания в атмосфере; в) объема эмиссии газа.

Комбинация  первых двух факторов носит название «Относительный парниковый потенциал», выражается в единицах от потенциала СО₂ и является показателем текущего состояния парникового эффекта.

Для понимания глобального парникового эффекта необходимо понять роль каждого из газов. Роль водяного пара, содержащегося в атмосфере, в общемировом парниковом эффекте велика, но не определяется однозначно. В основном при потеплении климата содержание водяного пара в атмосфере будет увеличиваться тем самым, усиливая парниковый эффект.

Диоксид углерода, или углекислый газ (СО₂), отличается, по сравнению с другими парниковыми газами, относительно низким потенциалом парникового эффекта, но довольно значительной продолжительностью существования в атмосфере – 50–200 лет и сравнительно высокой концентрацией. Доля диоксида углерода в парниковом эффекте составляет в настоящее время около 64 %, но эта относительная величина неустойчива, поскольку зависит от изменяющейся роли других парниковых газов.

Основной источник антропогенного поступления углекислого газа в атмосферу – сжигание горючих ископаемых (угля, нефти, газа) для производства энергии. При современном уровне эмиссии углекислого газа концентрация его в атмосфере будет неуклонно увеличиваться. Стабилизация концентрации может быть достигнута посредством значительного сокращения объема выбросов.

Метан (СН₄) также играет заметную роль в парниковом эффекте, составляющую приблизительно 19 % от общей его величины. Метан образуется в анаэробных условиях, таких как естественные болота разного типа, толща сезонной и вечной мерзлоты, рисовые плантации, свалки, а также в результате жизнедеятельности жвачных животных и термитов. Около 20 % суммарной эмиссии метана связаны с технологией использования горючих ископаемых (сжигание топлива, эмиссии из угольных шахт, добыча и распределение природного газа, переработка нефти). Всего антропогенная деятельность обеспечивает         60–80 % суммарной эмиссии метана в атмосферу.

В атмосфере метан неустойчив. Он удаляется из нее вследствие взаимодействия с ионом гидроксила (ОН) в тропосфере. Несмотря на этот процесс, концентрация метана в атмосфере увеличилась примерно вдвое по сравнению с доиндустриальным временем и продолжает расти со скоростью около 0,8 % в год.

Доля оксида азота (N₂О) в суммарном парниковом эффекте составляет всего около 6 %. Концентрация оксида азота в атмосфере также увеличивается. Его антропогенные источники приблизительно вдвое меньше естественных. Источниками антропогенного оксида азота является сельское хозяйство, сжигание биомассы и промышленность, производящая азотсодержащие вещества. Его относительный парниковый потенциал (в 290 раз выше потенциала углекислого газа) и типичная продолжительность существования в атмосфере (120 лет) значительны и компенсируют его невысокую концентрацию.

Хлорфторуглероды (ХФУ) – это вещества, синтезируемые человеком, и содержащие хлор, фтор и бром. Они обладают очень сильным относительным парниковым потенциалом и значительной продолжительностью жизни в атмосфере. Их итоговая роль в парниковом эффекте составляет приблизительно 7 %. Производство хлорфторуглеродов в мире в настоящее время контролируется международными соглашениями по защите озонового слоя, включающими и положение о постепенном снижении производства этих веществ, замене их на менее озонразрушающие с последующим полным его прекращением. В результате концентрация ХФУ в атмосфере начала сокращаться.

Озон (О_з) – важный парниковый газ, находящийся как в стратосфере, так и в тропосфере. Он влияет как на коротковолновую, так и на длинноволновую радиацию, и потому итоговые направление и величина его вклада в радиационный баланс в сильной степени зависят от вертикального распределения содержания озона, в особенности на уровне тропопаузы, где надежных наблюдений пока недостаточно. Поэтому определение вклада озона в парниковый эффект сложнее по сравнению с хорошо перемешиваемыми газами. Его территориальное распределение очень изменчиво, а масса в тропосфере составляет не более 10 % массы стратосферного озона. Под воздействием солнечной радиации оксиды азота, выделяемые главным образом автомобильным транспортом, распадаются с выделением озона. Образуется так называемый фотохимический смог, опасный для здоровья человека и наносящий серьезный ущерб растениям, в том числе сельскохозяйственным культурам.

На образование парникового эффекта также оказывают воздействие тропосферные аэрозоли. Аэрозоли – это твердые частицы в атмосфере диаметром от 10^-9 до 10^{-5 м. Они образуются вследствие ветровой эрозии почвы, извержений вулканов и других природных процессов, а также благодаря деятельности человека (сжигание горючих ископаемых и биомассы). Антропогенные аэрозоли влияют на радиационный баланс Земли непосредственно через поглощение и рассеивание солнечной радиации, и косвенно, как ядра конденсации, играющие важную роль в образовании и развитии облаков. Существует много неопределенностей в понимании роли аэрозолей в парниковом эффекте из-за высокой региональной изменчивости их концентрации и химической композиции. В целом антропогенные аэрозоли снижают величину радиационного баланса, то есть несколько компенсируют антропогенный парниковый эффект. В отличие от парниковых газов, типичный срок существования аэрозолей в атмосфере не превышает нескольких дней. Поэтому их радиационный эффект быстро реагирует на изменения эмиссии загрязнений и столь же быстро прекращается. В отличие от глобального воздействия газов с парниковым эффектом эффект атмосферных аэрозолей является локальным.}

Извержения вулканов – нерегулярный, но существенный фактор образования высоких концентраций аэрозольных частиц, вызывающих рассеивание солнечной радиации и поэтому заметное похолодание, сравнимое в некоторых случаях по масштабам с глобальным парниковым эффектом. Накопление парниковых газов в атмосфере и последующее усиление парникового эффекта приводит к повышению температуры приземного слоя воздуха и поверхности почвы. За последние сто лет средняя мировая температура повысилась приблизительно на 0,3–0,6 °С. Наблюдаемый рост температуры обусловлен не только естественными колебаниями климата, но и деятельностью человека. Прогрессирующее антропогенное накопление парниковых газов в атмосфере может привести к дальнейшему усилению парникового эффекта.

Изменение климата и его последствия. Климат всегда оказывал существенное воздействие как на естественные, так и на социально-экономические процессы. Потепление климата привлекло к себе внимание мирового сообщества и побудило ученых, практиков и политиков рассматривать климат как важнейший природный ресурс, перераспределение которого между государствами имеет серьезные социально-экономические и политические последствия, определяющие благосостояние государств мира.

Оценки ожидаемых изменений климата обычно производятся на основе использования глобальных моделей циркуляции атмосферы. Их сложность постоянно увеличивается по мере совершенствования технических качеств компьютеров и накопления новых данных наблюдений. Однако точность моделей все еще не высока даже для расчетов на глобальном уровне. Прогноз же изменений по регионам мира, чрезвычайно важный для практических целей, пока еще вряд ли надежен. Кроме того, необходимо учитывать возможные изменения в деятельности человека, осознанные или неосознанные, приводящие к изменениям в накоплении парниковых газов, а значит и к последующим изменениям парникового эффекта. Эти обстоятельства учитываются посредством составления различных сценариев.

В соответствии со сценариями наиболее низкой и высокой вероятной величины эмиссии парниковых газов средняя мировая температура приземного слоя воздуха за период с 1990 по 2100 г. увеличится соответственно на 1 и 3,5 °С. В любом варианте потепление будет значительнее, чем все колебания климата в течение последних 10000 лет, и это является серьезной проблемой для человечества. Рост температуры воздуха будет сопровождаться увеличением количества осадков, хотя картина пространственного изменения распределения осадков будет более пестрой, чем распределение температуры воздуха. Вариация  изменения  осадков  будет  находиться  в  пределах  от  –35 % до +50 %. Надежность оценки изменений влажности почвы, что столь важно для сельского хозяйства, также значительно ниже, чем оценки изменения температуры воздуха. Очень важно, что относительно небольшие изменения средних показателей климата будут, по всей вероятности, сопровождаться повышением частоты редких катастрофических событий, таких как тропические циклоны, штормы, засухи, экстремальные температуры воздуха и пр.

Следует также отметить, что в больших многокомпонентных системах между временем наступления причины и следствия существует определенное запаздывание. Очень высокая инерционность всех событий вызывает большие трудности при разработке и осуществлении стратегий взаимодействия общества с изменяющимся климатом.

Согласно данным Межправительственного комитета по изменению климата (IРСС), имея в виду, что неопределенность развития событий весьма велика, можно все же ожидать нижеследующие последствия изменения климата.

Изменения ландшафтов суши. В средних широтах повышение температуры на 1–3,5 °С за ближайшие сто лет будет эквивалентно смещению изотерм на 150–550 км по широте в сторону полюсов, или на 150–550 м по высоте. Соответственно начнется перемещение растительности. Флора и фауна отстанут от того климата, в котором они развивались, и будут существовать в другом климатическом режиме. Скорость изменений климата будет, по-видимому, выше, чем способность некоторых видов приспосабливаться к новым условиям, и ряд видов может быть потерян. Могут исчезнуть некоторые типы лесов. Экосистемы не будут передвигаться вслед за климатическими условиями как нераздельная единица; их компоненты будут перемещаться с различной скоростью, в результате чего сформируются новые комбинации видов, то есть возникнут новые экосистемы и их наборы более высоких рангов. Леса умеренного пояса потеряют часть деревьев при сопутствующем увеличении эмиссии углекислого газа, образующегося при окислении отмирающей биомассы.

Пространственное приспособление экосистем к новым климатическим условиям, связанное с миграцией видов, будет осложняться антропогенными препятствиями, такими как сельскохозяйственные угодья, населенные пункты, дороги и пр. Наибольшие изменения произойдут в арктическом и субарктическом поясах. Сократятся компоненты криосферы: морские льды, горные и небольшие покровные ледники, глубина и распространение вечной и сезонной мерзлоты, площадь и продолжительность залегания сезонного снежного покрова. Ландшафты сдвинутся в сторону полюса при их значительной трансформации. Можно ожидать развития пока еще плохо предсказуемых обратных связей.

Частичная деградация вечной и сезонной мерзлоты повлияет на увеличение эмиссии углекислого газа и перестройку процессов эмиссии метана в атмосферу. От трети до половины массы горных ледников растает, в то время как ледниковые покровы Антарктики и Гренландии в ближайшие сто лет практически не изменятся. Пустыни станут еще более аридными вследствие более значительного повышения температуры воздуха по сравнению с осадками. Прибрежные морские системы вследствие их разнообразия будут по-разному реагировать на увеличение температуры воздуха и рост уровня океана.

В последнее столетие происходил неуклонный рост среднего уровня Мирового океана, составивший 10–25 см. Основные причины роста уровня океана - термическое расширение воды вследствие ее нагревания из-за потепления климата, а также дополнительный приток воды вследствие сокращения горных и небольших полярных ледников. Эти же факторы будут работать и в дальнейшем, с постепенным подключением в более отдаленном будущем талых вод Гренландского, а затем и Антарктического ледниковых щитов. В соответствии со сценариями для минимального и максимального повышения температуры уровень Мирового океана поднимется к 2100 г. соответственно на 15 и 95 см. Уровень океана будет продолжать расти в течение нескольких столетий после 2100 г., даже если концентрация парниковых газов стабилизируется.

Рост уровня океана с сопутствующим увеличением частоты и силы штормовых нагонов приведет к затоплению низко расположенных территорий, разрушению берегов с угрозой сооружениям, на них находящимся, увеличению солености рек в их устьях и подземных вод, изменению условий транспорта наносов и растворенных веществ и многим другим, зачастую плохо предсказуемым последствиям. В особенности пострадают низкие острова и плоские побережья, в том числе многие крупные и сверхкрупные города. Могут возникнуть весьма значительные миграции населения с серьезными экономическими и политическими последствиями.

В прибрежной зоне живет более половины человечества. Поэтому проблемы последствий изменения климата добавятся к уже существующим проблемам, возникшим вследствие высокой и увеличивающейся антропогенной нагрузки на прибрежные системы. В настоящее время около 46 млн чел. подвержены риску затопления от морских штормов. При росте уровня океана на 1 м этот показатель возрастает до 118 млн чел. даже без учета ожидаемого прироста населения. Некоторые островные страны практически перестанут существовать.

Океан. Изменение климата может также воздействовать на изменения циркуляции вод океана, что в свою очередь повлияет на обилие питательных веществ, биологическую продуктивность, структуру и функции морских экосистем с последующим воздействием на потоки углерода и, следовательно, на режим парниковых газов и климат.

Водные ресурсы. Климат и его изменения в первую очередь оказывают влияние на гидрологический режим; использование, локальное и глобальное перераспределение водных ресурсов; работу водохозяйственных систем; поиск новых водных ресурсов и обоснование строительства гидротехнических сооружений.

Изменения климата приведут к интенсификации глобального гидрологического цикла и заметным региональным изменениям, хотя конкретный региональный прогноз пока ненадежен. Относительно небольшие изменения климата могут вызвать нелинейные изменения суммарного испарения и влажности почвы, что приведет к относительно большим изменениям стока, в особенности в аридных районах. В отдельных случаях при росте средней температуры на 1–2 °С и сокращении осадков на 10 % средний годовой сток может сократиться на 40–70 %. Потребуются значительные капиталовложения для приспособления водохозяйственных систем к новым условиям. В особенности серьезные проблемы возникнут там, где водопотребление уже значительно, или где велико загрязнение вод.

Сельское хозяйство. Оценки показывают, что в СНГ и США около 70 % потерь, связанных с неблагоприятными погодными и климатическими условиями, приходится на сельское хозяйство. Изменение климата окажет серьезное влияние как вследствие непосредственного климатического воздействия на агроэкосистемы, так и из-за необходимости приспособления сельского хозяйства к новым условиям.

Воздействия на агроэкосистемы будут весьма сложными и неоднозначными. Вследствие увеличения концентрации углекислого газа несколько возрастут величины фотосинтеза и, возможно, урожай. Зависимость продуктивности сельскохозяйственного производства от изменений климата определяется географическим районом. В районах, где земледелие лимитируется притоком тепла, вероятность повышения урожая увеличится. В аридных и семиаридных районах, где оно ограничено наличием доступной для растений влаги, изменение климата отразится неблагоприятным образом. Потребности в воде для орошения найдут серьезную конкуренцию с другими потребителями водных ресурсов – промышленностью и коммунальным водоснабжением. Более высокие температуры воздуха будут способствовать ускорению естественного разложения органического вещества почвы, снижая ее плодородие. Увеличится вероятность распространения вредителей и болезней растений.

Нельзя оставить без внимания влияние потепления климата и на животноводство. Продуктивность скота (мясомолочная продукция) будет возрастать в теплые зимние сезоны и уменьшаться в теплые летние сезоны. Высокие летние температуры могут увеличивать смертность старых животных в результате тепловых стрессов и других явлений.

В целом ожидается, что общемировой уровень производства продуктов сельского хозяйства может быть сохранен, но региональные последствия будут варьироваться в широких пределах. На территории СНГ ожидаемые урожаи пшеницы изменятся от –19 до +41 %. Вариации урожая пшеницы в Канаде и США будут очень значительными, от –100 до +234 %, а риса в Китае, например, от –78 до +28 %. В развивающихся районах мира возрастет риск голода. Общая картина мировой торговли продуктами сельского хозяйства может существенно измениться.

Энергетика. Влияние метеорологических и климатических факторов на энергетику осуществляется через изменение условий производства энергии, эксплуатации и содержания энергетических систем, а также колебания спроса на энергию со стороны потребителей. Наиболее чувствительна к погодным и климатическим факторам гидроэнергетика.

Возобновляемые энергоресурсы зависят от климатических условий даже при самом благоприятном развитии технологического процесса. В настоящее время роль возобновляемых источников в общем энергетическом балансе весьма небольшая, хотя и имеет тенденцию к увеличению. Экспертные оценки показывают, что к 2020 г. доля возобновляемых источников энергии в мировом балансе может составить не более 15 % и прирост будет достигнут в основном за счет использования гидроресурсов.

Использование ветровой и солнечной энергии в ближайшие десятилетия не даст существенного вклада в развитие мировой энергетики в силу того, что концентрация солнечной и ветровой энергии потребует огромных материальных вложений и удорожания электроэнергии.

Развитые страны используют около 17 % общей энергии на производство продовольствия. В развивающихся странах количество потребляемой на эти нужды энергии – от 30 до 60 %. Для получения урожаев с ирригационных площадей использование энергии возрастает на 400 %. Следовательно, в случае потепления климата для сохранения сборов зерна на современном уровне должно произойти увеличение используемой энергии. Это приведет в том числе к увеличению сжигания органического топлива, следовательно, к возрастанию концентрации СО₂ в атмосфере и еще большему потеплению климата. В этой связи необходимо ограничивать сжигание органического топлива и предварительно извлекать из него серу, поскольку имеется серьезная проблема влияния кислых дождей на растительность и воду. С целью исключения указанных воздействий следует увеличить использование возобновляемых, экологически чистых источников энергии, а также термоядерной энергии.

Ожидаются также значительные изменения, касающиеся проблем здоровья людей, транспорта, промышленности и многих других аспектов. Предстоящее изменение климата и его последствия – это крупнейшая проблема выживания человечества, требующая международного сотрудничества по координации действий каждой страны. Стратегия сотрудничества распадается на два основных компонента: управление и приспособление. При стратегии управления проблемой основные усилия направлены на снижение эмиссии парниковых газов, прежде всего углекислого газа. При осуществлении стратегии приспособления разрабатываются, например, комплексные проекты защиты конкретных прибрежных зон (систем) от растущего уровня моря. Основной документ, регулирующий сотрудничество в области изменения климата, – Конвенция ООН по изменению климата, принятая в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро на Конференции ООН по окружающей среде и развитию. В соответствии с Конвенцией, страны-участники должны взять на себя обязательство по сокращению эмиссии парниковых газов и прежде всего углекислого газа.

Проблема деградации озонового слоя. Максимальная концентрация озона сосредоточена в тропосфере на высотах 15–30 км, где существует озоновый слой. При нормальном приземном давлении весь атмосферный озон образовал бы слой всего 3 мм толщиной.

Озоновый слой тоньше в экваториальных районах и толще в полярных. Он отличается значительной изменчивостью во времени и по территории (до 20 %) вследствие колебаний солнечной радиации и циркуляции атмосферы, что маскирует антропогенные воздействия.

Даже при столь малой мощности озоновый слой в стратосфере играет очень важную роль, защищая живые организмы Земли от вредного воздействия ультрафиолетовой радиации Солнца. Озон поглощает ее жесткую часть с длинами волн 100–280 нм и большую часть радиации с длинами волн 280–315 нм. Кроме того, поглощение озоном ультрафиолетового излучения приводит к нагреванию стратосферы и в значительной степени определяет ее тепловой режим и динамические процессы, протекающие в ней. С воздействием жесткой ультрафиолетовой радиации связаны неизлечимые формы рака кожи, болезни глаз, нарушения иммунной системы людей, неблагоприятные воздействия на жизнедеятельность планктона в океане, снижение урожая зерновых и другие геоэкологические последствия.

Предполагается, что жизнь на Земле возникла после образования в атмосфере Земли озонового слоя, когда сформировалась ее надежная защита. Особенно большой интерес к озону возник в 70-е гг., когда были обнаружены антропогенные изменения содержания озона в результате выбросов в атмосферу окислов азота в результате атомных взрывов в атмосфере, полетов самолетов в стратосфере, при использовании минеральных удобрений и сжигании топлива. Однако наиболее мощным антропогенным фактором, разрушающим озон, являются фтор-, хлорпроизводные метана, этана и циклобутана. Этим соединениям дано название фреоны. Они широко используются при производстве холодильников и кондиционеров, аэрозольных упаковок. Еще более эффективно разрушают озон бромсодержащие соединения, которые также являются продуктом человеческой деятельности. Они выбрасываются в атмосферу в результате сельскохозяйственного производства, при сжигании биомассы, работе двигателей внутреннего сгорания и т. д.

Вследствие деятельности человека с конца 1960-х гг. до 1995 г. озоновый слой потерял около 5 % массы. Ожидается, что максимум потерь стратосферного озона будет достигнут к началу XXI в. с последующим постепенным восстановлением в течение первой его половины в соответствии с Конвенцией по защите озонового слоя.

В связи с исключительной важностью озонового слоя для сохранения жизни на Земле в 1985 г. в Вене была подписана Конвенция по охране озонового слоя. В 1987 г. был подписан Монреальский протокол по запрещению выбросов озоноразрушающих веществ в атмосферу. В 1990 г. в Лондоне и в 1992 г. в Копенгагене были внесены поправки к последнему протоколу. Генеральная Ассамблея ООН в декабре 1994 г. приняла решение объявить 16 сентября международным днем охраны озонового слоя Земли.

Проблема кислотных осадков и асидификации окружающей среды. Асидификация – это антропогенный природный процесс повышения кислотной реакции компонентов окружающей среды, прежде всего атмосферы, гидросферы и литосферы, а также усиления воздействия повышенной кислотности на другие природные явления.

В естественных условиях атмосферные осадки обычно имеют нейтральную или слабокислую реакцию, то есть показатель их кислотности обычно меньше 7,0 (рН£7). Кислотные осадки (рН<5) бывают двух типов: сухие, обычно выпадающие вблизи источника их поступления в атмосферу, и влажные (дождь, снег и пр.), распространяющиеся на большие расстояния, соизмеримые с размерами континентов, и потому зачастую превращающие проблему кислотных осадков в международную.

Основные компоненты кислотных осадков – аэрозоли аммиака, оксидов серы и азота, которые при взаимодействии с атмосферной, гидросферной или почвенной влагой образуют серную, азотную и другие кислоты. Кислотные осадки имеют как естественное, так и антропогенное происхождение. Основные природные источники – извержения вулканов, лесные пожары, дефляция почв и др. Источниками антропогенных кислотных осадков являются процессы сжигания горючих ископаемых, главным образом угля, в тепловых электростанциях, в котельных, в металлургии, нефтехимической промышленности, на транспорте и пр.

В настоящее время антропогенная эмиссия кислотных соединений для мира в целом превышает их суммарные естественные выбросы. В Северном полушарии это соотношение достигает 90:10, вследствие широкого использования ископаемого топлива в Европе и Северной Америке. Эти территории выбрасывают в атмосферу около 70 % общемирового объема веществ, образующих антропогенные кислотные осадки, при населении, составляющем только 14 % населения мира. Основные области распространения кислотных осадков – промышленные районы (Северная Америка, Западная Европа, Япония, Корея и Китай, промышленные узлы в России, отдельные пятна в развивающихся странах). Доля развивающихся стран в распространении кислотных осадков постоянно нарастает и будет еще увеличиваться. В особенности заметным будет усиление асидификации в Азии.

Основной путь контроля кислотных осадков – применение технологических приемов, снижающих эмиссию оксидов серы и азота: использование менее загрязняющего топлива благодаря промывке измельченного угля перед его сжиганием, понижение температуры сжигания угля, извлечение серы из отходящих газов и т. п. Другой путь – экономия в использовании энергии.

При оценке реального воздействия кислотных осадков на ландшафты и их компоненты необходимо сравнивать величины осадков с буферной способностью почв и почвообразующих пород. В целом в зонах недостаточного увлажнения кислотные осадки нейтрализуются и потому серьезной проблемы не представляют. Наоборот, в зонах избыточного увлажнения воздействие кислотных осадков на почвы, леса, водные объекты сказывается наиболее неблагоприятным образом.

Поскольку кислотные осадки переносятся на значительные расстояния, возникает необходимость в международном сотрудничестве в этой области. С этой целью в 1979 г. заключена европейская (с участием США и Канады) Конвенция по трансграничному переносу загрязнений воздуха, к которой впоследствии добавился ряд протоколов по сокращению эмиссии оксидов серы и азота. В процессе выполнения Конвенции достигнуты значительные успехи в снижении асидификации. В большей степени успехи относятся к соединениям серы, в меньшей – к соединениям азота.

Одной из серьезных локальных универсальных геоэкологических проблем является загрязнение воздуха. Фоновое загрязнение воздуха охватывает площади, соизмеримые с площадью континентов или всего мира. Оно связано с поллютантами, отличающимися относительно продолжительным временем жизни в атмосфере. К ним относятся парниковые газы, оксиды азота и серы и некоторые другие вещества. Рост их концентрации в атмосфере свидетельствует о том, что естественный экологический баланс нарушен и природная поглотительная емкость атмосферы исчерпана. На фоновое загрязнение воздуха наложены крупные пятна локального загрязнения. Это в основном проблема больших городов и крупных промышленных предприятий и узлов. Она возникла как одна из первых экологических проблем в промышленно развитых странах, где достигла своего пика приблизительно в 1960-х гг. С тех пор благодаря осуществляемым целенаправленным стратегиям качество воздуха в городах Западной Европы, Северной Америки и Японии в целом улучшилось.

Практически во всех больших городах развивающихся стран качество воздуха весьма низкое и продолжает ухудшаться. Это одна из важнейших проблем, влияющая на здоровье людей и состояние городских и пригородных экосистем.

Основными источниками загрязнения воздуха являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, химическая промышленность, транспорт, нефте- и газопереработка. Каждый индустриальный источник загрязнения выделяет в воздух десятки тысяч веществ. По некоторым основным группам предприятий-загрязнителей они распределяются следующим образом: теплоэнергетика (оксиды углерода, серы и азота, пыль, металлы); транспорт (оксиды углерода и азота, углеводороды, тяжелые металлы); черная металлургия (пыль, диоксид серы, фтористые газы, металлы); нефтепереработка (углеводороды, сероводород, дурнопахнущие газы); производство цемента (пыль).

Последствия локального загрязнения воздуха столь же многообразны, как и загрязнители. По статистике, собранной в США, в городах с высоким загрязнением воздуха заболеваемость выше, чем в сельской местности на 15–17 %. Есть все основания полагать, что этот показатель для ряда городов СНГ еще хуже. В экосистемах городов и прилегающих территорий накапливаются вредные вещества (например, тяжелые металлы), а растительность трансформирована или угнетена. Радиус зоны вредных воздействий достигает нескольких десятков километров.

Основными направлениями защиты воздушного бассейна являются: а) санитарно-технические мероприятия (строительство сверхвысоких труб, установка газопылеочистного оборудования, герметизация производственных процессов и др.). Основная масса очищаемых и улавливаемых веществ – твердые частицы; б) технологические мероприятия (внедрение малоотходных или безотходных технологий, соответствующая подготовка сырья, замена сухих технологических способов на мокрые и т. п.); в) пространственно-планировочные мероприятия (выделение санитарно-защитных зон, планировка городской и промышленной застройки в соответствии с преобладающими ветрами, озеленение и пр.); г) контрольно-запретительные мероприятия (введение величин предельно допустимых концентраций веществ и предельно допустимых выбросов в окружающую среду, запрещение производства отдельных веществ, временная приостановка загрязняющей деятельности, мониторинг загрязнения воздуха).

Лекция №6

Строение и физико-химический состав гидросферы

План:

1. Понятие круговорота воды, его звенья

2. Содержание веществ в воде

3. Свойства воды

4. Процессы в гидросфере

Природно-антропогенные особенности гидросферы

Строение и физико-химический состав гидросферы.

Значение водных ресурсов

Гидросфера— важнейший элемент биосферы. Она объединяет все воды земного шара, включая океаны, моря и поверхностные воды суши. В более широком смысле к гидросфере относят подземные воды, лед и снег Арктики и Антарктиды, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Водные массы на поверхности Земли образуют тонкую геологическую оболочку, которая занимает большую часть поверхности Земли и образует Мировой океан (361 млн. км², или 70,8 % всей поверхности планеты). Общий объем гидросферы равен 1,4 млрд. км³ , доля ее по отношению ко всей массе Земли не превышает 0,02 %. Основная масса воды гидросферы сосредоточена в морях и океанах (94 %), второе место по объему водных масс занимают подземные воды (3,6 %), лед и снег арктических и антарктических областей, горные ледники (2 %). Поверхностные воды суши (реки, озера, болота) и атмосферные воды составляют доли процента от общего объема воды гидросферы (0,4 %). Воды гидросферы находятся в постоянном взаимодействии, переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. С гидросферой связано зарождение жизни на Земле, так как вода способна к образованию сложных химических соединений, которые обусловили возникновение органической жизни, а затем — формирование высокоорганизованных животных организмов.

Вода — химическое соединение водорода с кислородом (Н₂0), бесцветная жидкость без запаха, вкуса и цвета. В природных условиях всегда содержит растворенные соли, газы и органические вещества, их количество меняется в зависимости от происхождения воды и окружающих условий. При концентрации солей до 1 г/л воду считают пресной, до 24,7 г/л — солоноватой, свыше — соленой.

Ресурсы пресных вод составляют незначительную долю общего суммарного объема всей гидросферы, но именно они играют решающую роль в общей циркуляции воды, в связях гидросферы с экологическими системами, в жизнедеятельности человека и существовании других живых организмов, в развитии производства. На пресные воды приходится около 2 % гидросферы, используемая часть (речной сток, озерная вода) составляет менее 1 % от общего объема вод гидросферы.

Вода обеспечивает существование живых организмов на Земле и развитие процессов их жизнедеятельности. Она входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. В среднем вода составляет около 90 % массы всех растений и 75 % массы животных. Сложные реакции в животных и растительных организмах могут протекать только при наличии водной среды. Тело взрослого человека содержит 60—80 % воды. Физиологическую потребность человека в воде можно удовлетворить только водой и ничем иным. Потеря 6—8 % воды сопровождается полуобморочным состоянием, 10 % — галлюцинацией, 12 % — приводит к смерти.

Климат и погода на Земле во многом зависят и определяются наличием водных пространств и содержанием водяного пара в атмосфере. В сложном взаимодействии они регулируют ритм термодинамических процессов, возбуждаемых энергией Солнца. Океаны и моря благодаря большой теплоемкости воды служат аккумуляторами тепла и способны изменять погоду и климат на планете. Океан, растворяя газы атмосферы, является регулятором воздуха.

В деятельности человека вода находит самое широкое применение. Вода — это материал, используемый в промышленности и входящий в состав различных видов продукции и технологических процессов, выступает в роли теплоносителя, служит для целей обогрева. Сила падения воды приводит в действие турбины гидроэлектростанций. Водный фактор является определяющим в развитии и размещении ряда промышленных производств. К водоемким отраслям, ориентирующимся на крупные источники водоснабжения, относятся многие производства химической и нефтехимической промышленности, где вода служит не только вспомогательным материалом, но и одним из важных видов сырья, а также электроэнергетика, черная и цветная металлургия, некоторые отрасли лесной, легкой и пищевой промышленности. Широко используется вода в строительстве и промышленности строительных материалов. Сельскохозяйственная деятельность человека связана с потреблением огромного количества воды, прежде всего на орошаемое земледелие. Реки, каналы, озера — дешевые пути сообщения. Водные объекты — это и места отдыха, восстановления здоровья людей, спорта, туризма.

Относительно хозяйственной деятельности человека вводится понятие "водные ресурсы" — это все пригодные для хозяйственного использования запасы поверхностных вод, включая почвенную и атмосферную влагу. Ресурсы поверхностных вод определяются в основном суммарным стоком в средний по водности год. Распределены они и используются по территории Земли и отдельным регионам неравномерно (табл. 7.1). Страны СНГ обладают крупнейшими в мире водными ресурсами, суммарно они занимают второе место в мире (после Бразилии) по объему среднегодового речного стока, на них приходятся также значительные по величине потенциальные запасы подземных вод. Однако эти ресурсы распространены по территории стран СНГ крайне неравномерно, что объясняется различными географическими, климатическими, геологическими и гидрогеологическими условиями отдельных регионов. Общий среднегодовой объем стока составляет почти 4,7 тыс. км³, причем подавляющая его часть приходится на Российскую Федерацию — 4,27 тыс. км³ (более 90 %). Значительными водными ресурсами обладают Украина— 0,21 тыс. км³ (4,5 %), Казахстан — 0,12 тыс. км³ (2,7 %), Узбекистан — 0,11 тыс. км³ (2,3 %), Таджикистан — 0,1 тыс. км³  (20 %)

Неравномерному распределению стока соответствует и различная обеспеченность водными ресурсами стран СНГ. Если удельная обеспеченность стоком в целом для стран СНГ равна 210 тыс. км³ в год на 1 км², то наиболее высокая в Грузии и Таджикистане — 877 и 667 соответственно, а наиболее низкая в Туркменистане — 145 и в Казахстане — 46 тыс. км³ в год на 1 км².

Таблица1

Распределение воды и её потребление по континентам

Континент	Среднегодовой сток рек		Водопотребление
			км^3/год	% к стоку
	км^3/год	в %	1970 г.	2000 г. (прогноз)	1970 г.	2000 г. (прогноз)
Европа	3210	6,9	320	730	10,0	23,0
Азия	14410	31,0	1500	3200	10,4	22,7
Африка	4570	9,8	130	380	2,8	8,3
Северная Америка	8200	17,6	540	1300	6,6	15,8
Южная Америка	11760	25,2	70	300	0,6	2,5
Австралия и Океания	2390	5,1	23	60	1,0	2,5
Всего	46540	100,0	2583	5970	5,8	13,0

Водные ресурсы Республики Беларусь и их оценка

Ресурсы поверхностных вод Беларуси оцениваются в 58 км³ в год, по этому показателю она занимает восьмое место среди стран СНГ (1,2 % общего стока). Большая часть речного стока формируется в пределах Беларуси, приток воды с территории соседних государств (России и Украины) равен 21,6 км³, или 36 %. Таким образом, местные ресурсы речных вод составляют 36,4 км³ в год. В многоводные годы суммарный речной сток может достигать 96 км³ в год, снижаясь в маловодные до 36 км³ в год. Местный сток изменяется в соответствии с водностью года от 61 до 24 км³ в год. Удельная обеспеченность стоком речных вод в Беларуси несколько выше, чем в среднем по странам СНГ, и составляет 279,4 тыс. м³ в год на 1км².

Беларуси характерна довольно значительная дифференциация водообеспеченности, которая усугубляется неравномерным размещением населения и производства. Реки страны принадлежат к бассейнам двух морей — Черного и Балтийского, соответственно 56 % и 44 % площади водосбора. Из общего числа рек и ручьев (20,8 тыс.) суммарной протяженностью 90,6 тыс. км абсолютное большинство водотоков относится к малым равнинным рекам. Статус достаточно крупных рек, длина которых более 500 км, имеют только семь рек — Западная Двина, Неман, Вилия (бассейн Балтийского моря), Днепр, Березина, Сож и Припять (бассейн Черного моря). Основная часть местного стока образуется в бассейнах Днепра с Березиной и Соясем (11,6 км³ в год) и Немана с Вилией (9,26 км³ в год). Значительно меньше приходится на бассейны Западной Двины (7,01 км³ в год) и Припяти (6,97 км³ в год). Транзитные воды поступают в Беларусь большей частью по Западной Двине (7,29 км³ в год) и Припяти (5,74 км³ в год), остальные транзитные воды (7,67 км³ в год) распределяются примерно равными долями по Днепру и Сожу. Таким образом, наиболее развитые в хозяйственном отношении и густонаселенные центральные регионы страны (Минская обл. и г. Минск) располагают гораздо меньшими ресурсами поверхностных вод по сравнению с периферийными регионами, которые обладают и транзитным стоком.

Ресурсы поверхностных вод включают также озера и водохранилища. В пределах границы Беларуси насчитывается около 11 тыс. озер. Наиболее богата озерами северная часть страны — Белорусское Поозерье. Многие озера расположены близко одно от другого или соединены одним водотоком и образуют группы — Нарочанскую, Браславскую, Ушачскую и др. Самые крупные из озер: Нарочь (площадь зеркала воды 79,6 км²), Освейское (52,8 км²), Лукомское (37,7 км²), Дривяты (36,1 км²), Нещердо, Снуды, Свирь. Северные озера отличаются хорошей сохранностью озерных котловин, что позволяет вести их комплексное использование.

Озера на юге страны носят черты деградации, чаще всего имеют низкие заболачиваемые берега, плоские и неглубокие озерные котловины. Особо крупными из них являются: Червоное (40,8 км²), Выгонощанское (26 км²), Черное, Споровское. Мало озер в центральной части страны. Суммарная площадь зеркала всех озер Беларуси составляет почти 2 тыс. км², а общий объем воды, аккумулированной в них, оценивается в 6—7 км³.

Неравномерность размещения водных ресурсов и внутри годового распределения стока поверхностных вод в определенной мере компенсируется строительством водохранилищ и прудов. Водохранилище — искусственный водоем с полным объемом задержанных водных масс более 1 млн. м³, созданный с использованием водонапорных сооружений в долине реки или понижении местности для накопления и сохранения воды, регулирования стока в соответствии с потребностями различных отраслей народного хозяйства. На территории Беларуси сооружено более 140 водохранилищ различного хозяйственного назначения. Суммарный полный объем воды, которая задерживается водохранилищами, достигает 3,0 км³, а полезный — 1,24 км³. Общая площадь водного зеркала акватории водохранилищ достигает 740 км. С созданием водохранилищ озерность Беларуси увеличилась с 0,6 до 1,5 %.

К числу искусственных водоемов относятся и пруды, которые аккумулируют местный сток. Их полный объем не превышает 1 млн. м³. Пруды предназначены для местного хозяйственно-бытового водообеспечения и иных целей. Прудовой фонд Беларуси составляют более 1500 ед. в колхозах и совхозах с полным объемом задержки водных масс более 0,2 км³, площадью водного зеркала 140 км² и 19 рыбных хозяйств с полным объемом 0,3 км³, площадью 179 км².

Естественные ресурсы пресных подземных вод оцениваются в 15,9 км³ в год (43,5 млн. м³ в сутки). Они распространены по всей территории Беларуси на глубинах от 100до 450 м. Взаимодействие климатических, орографических и геологических факторов определяет неравномерный характер распределения подземных вод, что в целом соответствует региональным различиям поверхностного стока. Значительные ресурсы подземных вод находятся в бассейне Днепра с притоками Березина и Сож — 34,4 %. На бассейн Немана с Вилией приходится 28,2 % , Западной Двины и Припяти — 33,7 % . Наименьшие запасы обнаружены в бассейне Западного Буга и Нарева, они составляют 3,7 % суммарных ресурсов пресных подземных вод Беларуси. Всего разведано более 230 месторождений пресных подземных вод с запасами 5,7 млн. м³ в сутки, из них для промышленного освоения подготовлено около 200 месторождений с эксплуатационными запасами около 4,6 млн. м³ в сутки.

Возобновляемые ресурсы пресных поверхностных и подземных вод в целом по Беларуси сегодня и в перспективе оцениваются как достаточные для удовлетворения потребностей страны в воде.

Основные направления использования водных ресурсов

Всвоем развитии человечество прошло через многие этапы в использовании воды. Первоначально преобладало прямое использование воды — в качестве питья, для приготовления пищи, в бытовых хозяйственных целях. Постепенно возрастает значение рек и морей для развития водного транспорта. Возникновение многих центров цивилизации связано с наличием водных путей. Люди использовали водные пространства как пути сообщения, для ловли рыбы, добычи соли и других видов хозяйственной деятельности. В период расцвета судоходства наиболее экономически развитыми и богатыми были морские державы. И сегодня использование водных путей сообщения значительно сказывается на развитии мировой экономики. Так, морской транспорт перевозит в год 3—4 млрд. т грузов, или 4—5 % общего объема грузоперевозок, выполняя при этом свыше 30 трлн. т/км, или 70 % общего мирового грузооборота.

Отличительной чертой XX ст. явился быстрый рост водопотребления по самым различным направлениям. На первое место по объему потребления воды вышло сельскохозяйственное производство. Для того чтобы обеспечить продуктами питания все возрастающее население Земли, необходимы затраты огромного количества воды в земледелии. Ресурсы влаги и тепла и их соотношение определяют естественную биологическую продуктивность в различных природно-климатических зонах мира. Для производства 1 кг растительной массы разные растения расходуют на транспирацию от 150—200 до 800—1000 м³ воды; причем 1 га площади, занятой кукурузой, испаряет за вегетационный период 2—3 млн. л воды; для выращивания 1 т пшеницы, риса или хлопка необходимо 1500, 4000 и 10 000 т воды соответственно.

Площадь орошаемых земель на земном шаре достигает в настоящее время 220 млн. га. Они дают примерно половину сельскохозяйственной продукции мира, на таких землях размещается до 2/3 мировых посевов хлопчатника. В то же время на орошение 1 га посевов расходуется в течение года 12 —14 тыс. м³ воды. Ежегодный расход воды достигает 2500 км³ или более 6 % суммарного годового стока рек земного шара. По объему используемых вод орошаемое земледелие занимает первое место среди других водопотребителей.

Чрезвычайно велика потребность в воде для современного животноводства, содержания скота на фермах и животноводческих комплексах. Для производства 1 кг молока затрачивается 4 т, а 1 кг мяса — 25 т воды. Удельное использование воды на сельскохозяйственные и иные цели в различных странах мира (по данным 80—90-х годов XX ст.) приведено в табл. 2.

Растет потребление воды впромышленном, производстве. Невозможно указать другое вещество, которое бы находило столь разнообразное и широкое применение, как вода. Она является химическим реагентом, участвующим в производстве кислорода, водорода, щелочей, азотной кислоты, спиртов и многих Других важнейших химических продуктов. Вода — необходимый компонент в производстве строительных материалов: цемента, гипса, извести и т.п. Основная масса воды в промышленности используется для производства энергии и охлаждения. Значительное количество воды в обрабатывающей промышленности употребляется на растворение, смешивание, очищение и другие технологические процессы. Для выплавки 1 т чугуна и перевода его в сталь и прокат расходуется 50—150 м³ воды, 1 т меди — 500 м³, 1 т синтетического каучука и химических волокон — от 2 до 5 тыс., м³ воды.

Таблица2

Использование воды на различные хозяйственные цели в отдельных странах мира (в % к общему водопотреблению)

Группы водопотребления	Беларусь	Россия	США	Франция	Финляндия
Сельскохозяйственное	22*	22	49	51	10
Промышленное	32	33	41	37	80
Коммунально-бытовое	46	24	10	12	10

* Включая использование воды в рыбном хозяйстве.

Подавляющее число производств приспособлено к использованию только пресных вод; новейшим отраслям промышленности (производству полупроводников, атомной техники и др.) необходима вода особой чистоты. Современные промышленные предприятия, тепловые электростанции расходуют огромные ресурсы воды, сопоставимые с годовым стоком крупных рек.

По мере роста народонаселения и городов увеличивается расход воды на коммунально-бытовые нужды. Физиологическая потребность человека в воде, которая вводится в организм с питьем и пищей, в зависимости от климатических условий составляет 9—10 л/сут. Значительно большее количество воды необходимо для санитарных и хозяйственно-бытовых нужд. Лишь при достаточном уровне водопотребления, которое обеспечивается централизованными системами водоснабжения, оказывается возможным удаление отбросов и нечистот при помощи сплавной канализации. Уровень хозяйственно-питьевого водопотребления колеблется в значительных размерах: от 30—50 л/сут. в зданиях с водопользованием из водоразборных колонок (без канализации) до 275—400 л/сут. на одного жителя в зданиях с водопроводом, канализацией и системой централизованного горячего водоснабжения. Естественно, улучшение коммунально-бытовых условий жизни в городах и сельской местности влечет за собой рост потребления воды.

Теоретически водные ресурсы неисчерпаемы, так как при рациональном использовании они непрерывно возобновляются в процессе круговорота воды в природе. Еще в недалеком прошлом считалось, что воды на Земле так много, что, за исключением отдельных засушливых районов, людям не надо беспокоиться о том, что ее может не хватить. Однако потребление воды растет такими темпами, что человечество все чаще сталкивается с проблемой, как обеспечить будущие потребности в ней. В странах и регионах мира уже сегодня ощущается недостаток водных ресурсов, усиливающийся с каждым годом.

Рост промышленного и сельскохозяйственного производства, высокие темпы урбанизации способствовали расширению использования водных ресурсов Беларуси. Забор речных и подземных вод постоянно возрастал, достигнув своей максимальной величины, равной 2,9 км³ в 1990 г. В результате спада производства начиная с 1992 г. отмечается уменьшение водопотребления в различных отраслях экономики. В 1999 г. оно составило 1 7 км³. Основным потребителем воды оказалось жилищно-коммунальное хозяйство — 46,0 % общего потребления; производственное (промышленное) водоснабжение — 31,5 %; сельскохозяйственное водоснабжение и орошение — 9,7 %; рыбное прудовое хозяйство — 12,8 % (использование водных ресурсов отражено в табл. 3). В региональном аспекте выделяется центральная часть Беларуси, где потребляется почти треть всего объема используемых вод, что в основном совпадает с экономическим потенциалом данного региона.

Таблица3

Использование водных ресурсов в Республике Беларусь

Показатель	1990 г.	1995 г.	1999 г.	2010 г. (прогноз)
1	2	3	4	5
Забор воды из природных источников, млн. м^3	2 883	1 980	1 851	2 820—3 101
В том числе из подземных источников	1210	104	1 095	1 470-1 610
Использование воды, всего, млн. м^3	2 790	1 878	1 709	2 366—2 590
В том числе:
на хозяйственно-питьевые нужды	691	701	786	903 — 1001
на производственные нужды	1 002	574	539	654—707
на сельскохозяйственное водоснабжение	334	271	161	364—399
на орошение	67	15	5	20—21
в рыбном прудовом хозяйстве	696	317	218	425—462
Полное водопотребление, млн. м^3	12 305	8 990	9 496	12 012—13 209
сброс сточных вод в поверхностные водные объекты, всего, млн. м^3	1 982	1 329	1 170	1 778 — 1 946
В том числе:
загрязненных и недостаточно очи- щенных