Дипломная работа: Комплексная эколого-геохимическая оценка урболандшафтов Волгоградской агломерации

Полвека тому назад академик А.Е. Ферсман писал: "Там поставлено правильно производство, где не пропадает ни одного грамма добытой горной породы, где нет ни грамма отбросов, где ничто не улетает в воздух и не смывается водами". Все это особенно актуально в наше время. Ведь в нашей стране ежегодно поступает в отвалы свыше 2 млрд. м³ всевозможных "хвостов" обогащения руд, до 100 млн. т металлургических шлаков, около 100 млн. т угольной золы электростанций.

Механизм воздействия промышленности на природную, среду необходимо знать, чтобы предвидеть экологические последствия. Такие отрасли промышленности, как черная, цветная металлургия и теплоэнергетика, служат источниками токсичного потока химического загрязненная в атмосферу, термического и химического - в природные воды.

В работах А.В. Дончева и др. [6] изучены[1] техногенные воздействия цветной и черной металлургии, теплоэнергетики на природную среду.

Были предложены программы и методики, комплексных физико-географических исследований загрязнения природной среды на ландшафтной основе, разработаны принципы ландшафтной индикации загрязнения, которые совершенствовались. В монографии обобщены результаты 15-20 - летних исследований техногенных воздействий на ландшафт производств этих отраслей, дана оценка экологических последствий использования загрязненных территорий в сельском хозяйстве.

Принципы и методы ландшафтной индикации загрязнения природной среды отработаны на примерах воздействия медно-никелевого комбината "Североникель", медных и никелевых производств Урала, медно-молибденового Балхашского комбината, Алавердского медно-химического производства.

Исследование нарушений ландшафтов под воздействием черной металлургии проводилось в лесной и лесостепной зонах в сферах воздействия Череповецкого, Нижнетагильского, Серовского и Старооскольского металлургических центров.

Проводившиеся до недавнего времени исследования загрязнения природной среды в подавляющем большинстве случаев носили отраслевой характер. Изучалось изменение одного или нескольких компонентов природной среды под техногенным воздействием (например, влияние загрязнения на поверхностные воды, газов - на физиологические и биохимические изменения в растениях и т.д.) [40,38,25]. В настоящее время исследования принимают все более комплексный характер [3, 4,6,41,18,42].

Комплексные физико-географические исследования техногенных воздействий на ландшафт пока немногочисленны.[43,44,45]. Под руководством Т.В. Звонковой проведено исследование состояния природы всфере действия железорудной горнодобывающей промышленности в районе Курской магнитной аномалии. Изучение воздействия горнопромышленного производства и прогноз развития природных комплексов выполнены на Дальнем Востоке под руководством Ю.Г. Симонова. К.Н. Дьяконовым [7] изучалось воздействие нефтедобывающей техники на природу Северного Приобья. Работы, проводимые под руководством ФЛ. Милькова в Воронежском университете, посвящены в основном картированию антропогенных ландшафтов и их классификации. В.И. Федотов исследовал техногенные ландшафты в лесостепных и степных районах Русской равнины, как генетической группы антропогенных комплексов. Полустанционарные исследования биологических, физико-химических процессов в почвах, а также изменения геохимической среды при загрязнении нефтью и при угледобыче проведены Н.П. Солнцевой и др. В работе В.Г. Волковой и Н.Д. Давыдовой на основании стационарных наблюдений раскрыт механизм влияния на компоненты ландшафта выбросов теплоэлектростанции и выявлены закономерности трансформации растительности в связи с изменениями ландшафтно-геохимической обстановки.

1.1 Антропогенное воздействие человека на литосферу

Говоря о роли человека в преобразовании литосферы, акад. А. Е. Ферсман писал, что «по своему масштабу она отвечает в геологической истории страны революционным периодам усиленных процессов, перед которыми бледнеют даже сильнейшие извержения вулканов» [8, с. 41]. Это высказывание ученого, сделанное 50 лет назад, стало особенно понятным в настоящее время.

Человек в процессе своей деятельности ускоряет рост речных дельт (дельта Миссисипи увеличивается сейчас со скоростью 100 м/год, а в последние 300—500 лет — всего лишь 24 м/год); порождает процессы эрозии, распахивая земли (в США только за последние 100 лет в результате эрозии уничтожено 20 млн. га земли); приводит в движение пески, развевая их [9].

Преобразования литосферы такого рода, а также их последствия в разных частях Земли еще далеко не изучены. Новый взгляд на изменение литосферы дают наблюдения из космоса, которые позволяют оценить результаты не только непосредственных, но и косвенных видов воздействия человека на литосферу. Пожалуй, главное, что дают съемки из космоса, — это возможность оценить суммарный эффект данного воздействия, причем в крупном, региональном и даже глобальном масштабах.

В крупных районах добычи полезных ископаемых открытым способом их площадь достигает многих сотен и даже тысяч гектаров. Земли, нарушенные открытыми горными разработками, наиболее широко распространены в США, где их площадь в 1980 г. составила около 2 млн. га [10].

Помимо вышеотмеченного крупные карьеры являются также мощными источниками загрязнения атмосферы пылью, особенно во время взрывных работ [11,12]. Поднятая над карьером пыль перемещается и, так же как это происходит вокруг городов, выпадает на поверхность земли в прилегающей к карьеру зоне. В результате возможно загрязнение почвы, водоемов, а иногда и поражение растительности и сельскохозяйственных угодий. Дистанционные изображения, в том числе и космические, в сочетании с наземными работами весьма перспективны для изучения этого весьма малоисследованного вида воздействия карьеров на окружающую среду. В СССР проводились такие исследования, в частности в области оценки изменений, происходящих в окружающей среде в результате разработки открытым способом полезных ископаемых [13]. Получена многочисленная информация о техногенных воздействиях на ландшафт на основе космических снимков района Хибин на Кольском полуострове [14].

Особую значимость приобретают дистанционные, и в том числе космические исследования районов добычи нефти. В этом случае по снимкам фиксируются, конечно, не сами глубинные нарушения литосферы, связанные с добычей нефти, нефтепромысловыми работами, а разнообразные попутные изменения ландшафта, и среди них такие экологически опасные, как загрязнение разлившейся нефтью почвы, в результате — поражение растительности. Космические наблюдения начали использоваться для изучения антропогенной динамики ландшафтов в некоторых районах нефте- и газодобычи [15,16].

Все это разнообразие рельефа в конечном счете — результат антропогенной деятельности; картирование и изучение его значительно легче и быстрее проводить на основе материалов космических съемок.

На основании космических наблюдений можно сделать вывод, что человек становится все более мощным преобразователем литосферы Земли [17-19].

На космических снимках видны разнообразные следы дефляции поверхности Земли, связанные с деятельностью человека.

Выявление таких участков, возникающих вследствие нерациональной сельскохозяйственной деятельности, особенно важно для предупреждения развития дальнейшего процесса эрозии. Важно отметить работы, проводимые во ВНИАЛМИ под руководством академика Кулика К.Н.

По некоторым прогнозам, антропогенные овражные - “дурные” земли к 2010 г. будут занимать территорию Земли, равную всем пашням планеты [20]. Отсюда ясно, сколь важна своевременная инвентаризация таких земель (в том числе на основе космической информации) с целью планирования их рационального использования.

Таким образом, космические наблюдения позволяют по-новому оценить воздействие человека на литосферу: выявить масштабность ее преобразования человеком, точнее оценить районы наиболее интенсивного антропогенного воздействия, определить направление транспортировки вещества литосферы на большие и сверхбольшие (сотни и тысячи километров) расстояния, оконтурить зоны осаждения переносимого материала.

Космические наблюдения Земли еще раз убеждают нас в правоте высказываний В. И. Вернадского: <С человеком, несомненно, появилась новая огромная геологическая сила на поверхности планеты> [21, с. 37]. Эти слова интересны для нас не только неожиданной оценкой деятельности человека, как мощного геологического агента, преобразователя верхнего слоя литосферы, в них ощущается и опасение за ее последствия.

1.1.1 Антропогенное воздействие человека на атмосферу

Вопрос о воздействии человека на атмосферу в региональном и даже глобальном масштабе находится сейчас в центре внимания специалистов, в том числе метеорологов, климатологов, экологов. Существуют многочисленные доказательства существования такого воздействия, полученные на основании результатов наземных наблюдений, с помощью которых довольно трудно выявить и оценить их распространение (как в пространстве, так и во времени). Поскольку наземные наблюдения, как правило, узколокальны, т. е. характеризуют только какие-либо отдельные точки наблюдений, постольку экстраполяция (распространение) этих данных на большие расстояния затруднительна и ненадежна. Трудности в изучении вопроса о воздействии человека на атмосферу в региональном масштабе при помощи наземных методов возникают также и из-за динамичности процессов, протекающих в атмосфере. Съемки из космоса оказались значительным подспорьем в решении этого вопроса. Были получены новые фактические данные по данной тематике.

С помощью съемок из космоса получена большая информация о загрязнении атмосферы. С помощью космической съемки стало возможным выделение нескольких типов этого загрязнения, оценка его площадного распространения, миграции, установление источников (очагов) и, наконец, хотя и в небольшой мере, — выделение (разграничение) его от загрязнений атмосферы естественного происхождения. Из космоса обнаруживаются антропогенные загрязнения атмосферы трех типов: 1) дымовые загрязнения от городов, в том числе от промышленных предприятий и транспорта; 2) дымовые загрязнения от лесных, болотных и травяных пожаров; 3) пылевые бури.

Было доказано, что загрязнение атмосферы антропогенного происхождения развито гораздо шире, чем это считалось раньше. Огромные дымовые “языки”, пелена, закрывающая многие густонаселенные районы Земли, поразили не только космонавтов, но и специалистов, которые и не подозревали о таком их масштабе. Главным источником информации из космоса является съемка с автоматических беспилотных спутников.

Среди загрязнений первого типа из космоса постоянно фиксируются дымы от таких источников, как заводы и фабрики, теплоэлектроцентрали, суда, самолеты [22,23].

Дым от промышленных предприятий в Силезии (Польша) протягивался иногда на расстояние до 70—80 км [24]. Такие дымовые скопления вызывают загрязнение атмосферы на площади в несколько сотен, а иногда даже до нескольких тысяч квадратных километров.

В результате съемки из космоса обнаружено ранее неизвестное явление — формирование крупных (региональных и даже субконтинентальных размеров) дымовых облаков промышленного происхождения. Оказалось, что в разных районах мира, и прежде всего над крупными промышленными районами, периодически возникают дымовые замутнения атмосферы площадью в сотни тысяч квадратных километров. Они образуются в результате слияния дымовых загрязнений от отдельных источников или нескольких групп их скоплений. В качестве примера такого загрязнения можно привести огромное дымовое облако, возникшее 05.08.70 над Западной Европой [18].

Из космоса можно проследить особенности динамики различных дымовых загрязнений атмосферы. Большой интерес представляет период, в течение которого существует загрязнение.

Космические изображения позволили не только выявить пространственное распространение и очаги дымовых загрязнений антропогенного (частично смешанного) происхождения. Удалось также получить интересные сведения об их взаимосвязи с некоторыми особенностями (в частности — миграцией) воздушных масс и подстилающей поверхности [17,18,19]. Из космоса также наблюдаются пылевые загрязнения атмосферы антропогенного происхождения.