Общие сведения о литосфере

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, постепенно переходящая в сферы с меньшей прочностью вещества и включающая в себя земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы 5…200 км, в том числе земной коры – до 50…70 км на континентах и 5…10 км на дне океана. Верхние слои литосферы (до 2–3 км) называются литобиосферой.

Литосфера – важнейшая часть окружающей природной среды, характеризующаяся площадью, рельефом, почвенным покровом, растительностью, недрами, а также пространством для размещения всех отраслей народного хозяйства.

Природные химические соединения элементов земной коры – минералы. Из них и состоят многочисленные типы горных пород. Основные группы горных пород: магматические, осадочные и метаморфические. Схема строения литосферы Земли: Магматические породы – результат застывания вулканической магмы. На глубинах 15–30 км – в основном граниты. Осадочные породы – преимущественно поверхностные образования, возникшие при разрушении горных пород. Метаморфические породы – продукты изменения магматических и осадочных пород в результате воздействия физико-химических процессов, в основном высоких температур и давлений.

Литосфера не является застывшим, неподвижным образованием. В ней постоянно происходят длительные (многовековые перемещения материков) и кратковременные (землетрясения) физические процессы, вулканические изменения.

Человек практически не воздействует на литосферу, хотя верхние горизонты земной коры подвергаются сильной трансформации в результате эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Существуют проекты захоронения в недрах жидких и твердых промышленных отходов.

Наибольший трансформации подвергается самый верхний поверхностный горизонт литосферы в пределах суши. (Суша занимает 29,2% поверхности земного шара).

Суша включает земли различной категории, из которых плодородная почва имеет важнейшее значение.

Почва является трехфазной средой, содержащей твердые, жидкие и газообразные компоненты. Для типичных почв характерно следующее соотношение объемов твердой, жидкой и газообразной фаз: Т:Ж:Г=2:1:1. Почва формируется в результате сложных взаимодействий климата, растений, животных, микроорганизмов и рассматривается как биокосное тело, содержащее живые и неживые компоненты.

Верхний плодородный слой почвы называется гумусом – растительные и живые остатки, разложившиеся под действием микроорганизмов, разрушающие крахмал, целлюлозу, белковые соединения. Его мощность 10…15 см. Ниже гумусового горизонта расположен малоплодородный слой толщиной 10…12 см. Питательные вещества вымыты из него водой или кислотами, поэтому его называют горизонтом вымывания, или выщелачивания. Далее залегает материнская порода.

	Слой растительного опада, состоит из ещё не разложившихся растительных остатков
	Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы. Именно в нем происходят процессы, в результате которых образуются элементы питания растений.
	Малоплодородный белесый слой, питательные вещества вымыты из него водой или кислотами. Иногда его называют горизонтом выщелачивания (элювиальным). В черноземных, каштановых и некоторых других этот слой отсутствует.
	В этом горизонте накапливаются вымытые из вышележащих горизонтов минеральные и органические соединения. Он имеет плотную структуру и обычно темную окраску.

Рис. 4.1. Профиль почвы

 

Важнейшее свойство почвы – плодородие, то есть способность обеспечивать органическое и минеральное питание растений. Плодородие зависит от совокупности физических и химических свойств почвы – эдафогенные (эдафические факторы).

Она формируется в результате сложных взаимодействий климата, растений, животных, микроорга­низмов и рассматривается как биокосное тело, содержащее живые и неживые компоненты.В результате перемещения и превращения веществ почва обычно расчленяется на отдельные слой, или гори­зонты.

Существует множество типов почв, связанных с различными климатическими условиями и спецификой процессов её образования.

Главные типы почв России: тундровые, подзолистые почвы таежно-лесной зоны (самые распространенные), черноземы, серые лестные почвы, каштановые почвы (к югу и востоку от черноземных), бурые почвы и др.

 

Биотические факторы почвы.

Важнейшими химическими свойствами почвы, превращающими ее в уникальной реактор, являются концентрация солей в почвенном растворе, кислотность, оказывающая решающее влияние на активность микроорганизмов и усвоение растениями азота, а также об­менная или поглотительная способность почвы, связанная с суммой обменных оснований почвенных коллоидов.

Содержание воды в почве зависит от ряда факторов, в том числе от температуры и количества осадков. Чем выше концентрация солей в почвенном растворе, тем менее они доступны растениям.

В первую очередь зеленые растения извлекают из почвы питательные вещества (химические вещества) и возвращают их обратно вместе с отмирающими тканями.

Основным материалом для образования подстилки и гумуса в лесах служат остатки мхов, травянистых растений, но главным образом – хвоя и листва деревьев, определяющих кислотность почвы.

В процессах почвообразования решающую роль играют населяющую почву живые организмы (педобиониты): микробы, безпозвоночные и др. Микроорганизмам принадлежит ведущая роль в трансформации химических соединений, миграции химических элементов, питании растений.

Питательные вещества из почвы поступают в растение через корневые окончания в ионной форме: катионы оснований, например, обмениваются на катионы водорода, источником которых могут быть органические кислоты. Корни растений извлекают из почвы соеди­нения азота (нитраты), серы, фосфора, а также зольные элементы, в частности соли калия, кальция и в меньшей степени кремнезем и полуторные оксиды. Таким образом, растительность создает непре­рывный поток зольных элементов из более глубоких слоев почвы к ее поверхности, т.е. обеспечивает их биологическую миграцию.

 

Антропогенное загрязнение почв

Человек практически не воздействует на литосферу, хотя верхние горизонты земной коры сильно изменяются в результате эксплуатации месторождения полезных ископаемых. Наибольшей трансформации подвергается самый верхний, поверхностный горизонт в пределах суши, которая занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых важнейшее значение имеет плодородная почва. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100...1000 раз быстрее, чем в естественных условиях.

В результате такой эрозии за последнее столетие утрачено 2·10⁹ га плодородных земельных угодий, что составляет 27% земель сельскохозяйственного использования.

При неправильной эксплуатации почвы безвозвратно уничтожаются в результате эрозии, засоления, загрязнения промышленными или иными отходами.

Различаются несколько типов разрушения почвы: эрозионное, ветровое (дефляция), техническое и ирригационное (разновидность эрозии).

Эрозия – самое распространенное разрушение почвы. Эрозия выражается в размыве почвы, смыве её талыми, дождевыми и ливневыми водами. Обычно эрозия возникает на наклонных поверхностях. Чем круче склон, тем интенсивнее эрозия.

В первую очередь смываются наиболее плодородные верхние слои почвы. Смыв достигает огромных размеров. По некоторым данным благодаря ускоренной эрозии речной водой сносится 24·10⁹ т/год земли. (Примером служит образование оврагов). За последнее столетие утрачены 2 млрд. га плодородных земельных угодий (27% с/х земель). Ирригационная эрозия вызвана нарушением правил полива на орошаемых землях.

Эрозия почвы измеряется в тоннах потерянной почвы на 1 га. В современном сельском хозяйстве ежегодно утрачивается коло 0,25 см почвы, а, значит, весь пахотный слой почвы может быть утрачен через 60-70 лет.

При этом скорость образования верхнего слоя почвы составляет примерно 2,5 см за 100…1000 лет. Этот показатель широко варьируется в зависимости от климата, растительности, типа почвы и характера землепользования.

В составе земельного фонда учитываются семь категорий по назначению земель:

• I – земли сельскохозяйственных предприятий и граждан;

• II – земли лесного фонда;

• III – земли в ведении городских, поселковых и сельских органов власти;

• IV – земли природоохранного назначения;

• V – земли промышленности, транспорта и иного несельскохозяйственного назначения;

• VI – земли водного фонда;

• VII – земли запаса.

При такой классификации земель только земли одной категории (IV – природоохранное назначение) максимально защищены от возможного интенсивного антропогенного воздействия.

Развеивание верхних горизонтов почвы сильными ветрами называется дефляцией. При этом почва теряет самые мелкие частицы, а вместе с ними важнейшие для плодородия химические вещества.

Дефляции способствуют – уничтожение растительности на территориях с недостаточной атмосферной увлажненностью, неумеренный выпас скота, сильные ветра. (Примером служит возникновение пылевых бурь).

Площади пахотных земель постоянно сокращаются из-за горнопромышленных разработок, расширения селитебных зон, промышленного и гидротехнического строительства.

Застроенные земли составляют ныне 150 млн. га. Полностью урбанизированная поверхность, где дождевая вода не проникает в почву составляет около 50 млн. га (площадь Франции).

Разрушению почв способствует вырубка лесов – их площадь за последние 10 лет сократилась вдвое.

Что касается загрязнения литосферы, то от него в большей степени страдают почвы. В почве протекают различные физические, химические и биологические процессы, которые в результате попадания в нее загрязняющих веществ нарушаются. Загрязнение почв связано с загрязнением атмосферы и гидросферы. В почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими почву веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.

Масштабы деградационных процессов зависят от интенсивности действия естественных (климатические, гидрологические, морфодинамические, фито- и зоогенные) и антропогенных факторов, таких как: нерациональное ведение бочарного и орошаемого земледелия; чрезмерный выпас; уничтожение почвенно-растительного покрова промышленным и коммунальным строительством; горные разработки; технологические и аварийные промышленные выбросы в атмосферу; сброс сточных и дренажных вод.

 

Главные источники загрязнения

Главными источниками загрязнения почвы являются следующие:

В числе загрязняющих веществ преобладает бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, отходы отопительных систем, больниц, столовых, гостиниц, магазинов и др.

В газообразных, жидких и твёрдых промышленных отходах присутствуют те или иные вещества, которые существенно изменяют химический состав почв, загрязняя их.

Помимо образования массы шлака при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение а атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы и других веществ, которые попадают в почву.

Удобрения и ядохимикаты, применяемые для защиты растений от вредителей, болезней и для борьбы с сорняками.  На полях ежегодно рассеивается свыше 500*10⁶ т минеральных удобрений и около 4*10⁶ т ядохимикатов, а типовой свиноводческий комплекс на 108 тыс. голов дает около 106 м3 навозных стоков, т.е. по эффекту загрязнения равен городу с численностью населения 150 тыс. человек.

При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или поглощаемые растениями. В выхлопных газах автомобилей более 40 химических веществ, большинство из которых токсичны.

 

Самоочищение почв – процесс медленный. Почвы могут самоочиститься в тех случаях, когда в этом процессе активно участвуют находящиеся в почве бактерии, грибы, простейшие организмы и т.д.

При накоплении токсичных веществ химический состав почв изме­няется, и происходит нарушение единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсичные вещества могут попасть в организмы животных и людей, в результате чего возникают нежелательные последствия. О масштабах химического преобразования поверхности литосферы можно судить по следующим данным: за столетие (1870–1970 гг.) на земную поверхность осело свыше 20·109 т шлаков; 3·109 т золы; выбросы цинка и сурьмы составили по 600·103 т; мышьяка – 1,5·106 т; кобальта – свыше 0,9·10б т; никеля – более 1·106 т. В год из Земли извлекается до 10 т горных пород, однако использование ископаемых материалов малоэффективно. Каждый год при переработке и добыче минерального сырья образуется около 8,5·109 т твердых отходов.

 

---