VIII. 2. Большой круговорот вещества и роль в нем человека

Взаимодействие литосферы с атмосферой, гидросферой и биосфе­рой происходит в рамках глобального круговорота (цикла) вещества. Продукты коры выветривания, разрушающейся в результате дейст­вия комплекса природных факторов, перемещаются под действием силы тяжести, преимущественно при участии воды, а также ветра, ледников и других агентов. На поверхности Земли, в каждой ее точке взаимодействуют процессы накопления или расходования вещества. Эти процессы называются экзогенными.

С другой стороны, процессы в недрах Земли (эндогенные процес­сы) приводят в конечном итоге к вертикальным и(или) горизонталь­ным тектоническим движениям и к проявлениям вулканической дея­тельности, сопровождающейся выносом на дневную поверхность и в верхние горизонты литосферы большого количества твердого мате­риала.

Результирующая в каждой точке, то есть алгебраическая сумма величин опускания или поднятия отметки поверхности Земли, есть следствие взаимодействия экзогенных и эндогенных процессов, формирующих рельеф Земли.

В областях преимущественного накопления твердого материала осадочные и вулканогенные отложения постепенно погружаются. По мере погружения, в течение геологически длительного времени они подвергаются воздействию весьма значительного и увеличивающе­гося с глубиной давления и температуры, а также глубинных раство­ров, и таким образом метаморфизуются. Часть магмы, образующейся в результате этих процессов, прорывается ближе к земной поверхно­сти и преобразуется в кристаллические породы. Вулканогенные по­роды отлагаются в виде как глубинных интрузий, так и лав, излив­шихся на дневную поверхность. В областях горообразования верти­кальные тектонические движения воздымают кристаллические и ме- таморфизованные породы на большие высоты, тем самым обеспечи­вая потенциальную возможность их денудации, разрушения и сноса. В самом верхнем этаже земной коры (зоне гипергенеза) кристалли­ческие породы разрушаются, снова формируя коры выветривания и тем самым замыкая цикл. Этот круговорот отличается весьма малы­ми, с тоски зрения геологии, скоростями процессов с характерным временем в миллионы и десятки миллионов лет.

Большой цикл вещества (иногда называемый большим геологиче­ским круговоротом) — один из важнейших процессов Земли как сис­темы, вовлекающих в нее глубинные сферы нашей планеты. Однако лишь часть геологического цикла, преимущественно экзогенные процессы, относится к области интересов геоэкологии. Они разви­ваются преимущественно у дневной поверхности и ограничены де­сятками или первыми сотнями метров в глубину, то есть теми слоя­ми, куда достигает деятельность человека и ее последствия.

По-видимому, человек пока в малой степени влияет на эндогенные процессы, хотя и имеются отдельные признаки или предположения о таком влиянии. Наиболее известны факты усиления сейсмической активности после строительства крупных водохранилищ. В то же время многие экзогенные процессы, преимущественно процессы де­нудации и сноса, находятся под сильным влиянием деятельности че­ловека.

Рассмотрим важнейшую, с точки зрения геоэкологии, часть боль­шого цикла вещества, относящуюся к литосфере в пределах суши. Если учитывать основные компоненты уравнения баланса массы все­го объема суши, находящейся выше уровня Мирового океана, то оно выглядит, за длительный интервал времени, следующим образом:

ЛМ = S + D ± V + I + A- G- W- B- F- K + C

Здесь AM - изменение массы всего выделяемого объема суши; S - сток наносов (взвешенных и влекомых) с суши в океан; D - сток рас­творенных веществ с суши в океан; V - баланс вещества, уносимого с суши и приносимого на сушу ветром; I - вынос вещества в океан покровными ледниками; А - разрушение (абразия) вещества в при­брежной зоне с выносом его в океан; G - аккумуляция продуктов вулканической деятельности на суше; W - связывание газообразного вещества атмосферы при процессах выветривания; В - биогенная ак­кумуляция вещества; F - приток вещества на сушу из более глубоких горизонтов литосферы в виде растворов и газов; К - приток вещества из космоса и потери его в космическое пространство; С - сжигание минерального топлива человеком.

В этом уравнении рассматривается весь массив суши в целом, на­ходящийся над базисом эрозии, за который принимается средняя по­верхность океана. Вертикальные тектонические движения в данном уравнении не учитываются, так же как и изменения уровня океана. Передвижение масс твердого материала, в основном гравитационное, происходит внутри массива суши, не влияя на окончательный ре­зультат. Гравитационные перемещения материала в результате про­цессов в пограничной (экотонной) зоне суша-океан учитываются со­ставляющей А.

Сток наносов рек мира в океан (S) оценивался многими авторами, и крайние оценки различаются в 3-4 раза. Наиболее вероятная вели­чина находится в пределах 18-22 млрд. т в год. Крупнейший специа­лист по речным наносам Д.Уоллинг (Англия) считает, что эта вели­чина равна 20 млрд. т в год. Реками выносятся в океан в основном взвешенные наносы, так что доля влекомых наносов в общем твер­дом стоке рек составляет не более нескольких процентов.

Сток растворенных веществ реками мира в океан (D) оценивается в 3 млрд. т в год. (В связи с невысокой точностью, величины компо­нентов уравнения баланса вещества суши даются с округлением до 1 млрд. т в год). Баланс эоловой (ветровой) денудации-аккумуляции (V) оценивается в 2—4 млрд. т в год выноса материала с континентов на поверхность океана. Примем в среднем величину 3 млрд. т. Вели­чина выноса твердого материала в океан в результате ледниковой денудации (I) оценивается в 2 млрд. т в год. Абразия морских бере­гов с выносом материала в океан (А) меньше рассмотренных выше составляющих и, по весьма приближенной оценке, не превышает 1 млрд. т в год.

Вынос лавы и пепла на поверхность суши при извержениях вулка­нов (G) составляет приблизительно 1-2 млрд. т в год. Породы, сфор­мировавшиеся в недрах Земли, достигают в процессе большого кру­говорота вещества верхних слоев литосферы, где они подвергаются процессу выветривания, вступая в химические реакции с кислоро­дом, углекислым газом и водой. В результате масса вновь форми­рующихся пород (W) увеличивается примерно на 1 млрд. т в год.

При образовании карбонатных осадочных пород из атмосферы по­глощается углекислый газ, и таким образом масса осадочных пород увеличивается (В). Среднее содержание соединений углерода в оса­дочных породах Земли составляет 0,2-0,95% по весу. Величина био­генной аккумуляции в массиве всей суши мира - 1 млрд. т в год.

Интенсивность поступления вещества из космоса (К) пренебре­жимо мала: на 3-4 порядка меньше интенсивности обсуждавшихся выше процессов преобразования земного вещества и потому в даль­нейших расчетах не учитывается.

Процессы и величины сжигания топлива человеком (С) подробно обсуждались в разделе, посвященном климату и его изменениям. Напомним, что в атмосферу поступает (а литосферу, следовательно, покидает) вследствие сжигания горючих ископаемых 5,5±0,5 млрд. т углерода в год.

Результат анализа компонентов баланса минерального вещества для массива суши мира приводится в табл. 15.

Таблица 15. Баланс минерального вещества суши мира, млрд. т в год

Расход

Твердый сток (S) 20

Сток растворенных веществ (D) 3

Вынос ветром (V) 3

Вынос с ледниками (I) 2

Вынос за счет абразии морских берегов (А) 1

Сжигание горючих минеральных ископаемых {С)________ 6

Всего: 35

11.3.1. Приход

Накопление продуктов вулканической деятельности (VI) 1-2

Увеличение массы суши при процессах выветривания (W) 1

Биогенная аккумуляция _______________ 1

Всего: 4

Как видим, денудация и снос с суши мира за текущий период гео­логической истории Земли значительно преобладают над аккумуля­цией. Основную роль в сносе вещества играют текучие воды, пере­носящие речные наносы и растворенные вещества. В сумме они со­ставляют около 2/3 всего выноса материала.

Очевидно значительную роль в преобразовании наземной части верхних горизонтов литосферы играет деятельность человека. В раз­деле, посвященном педосфере и земельным ресурсам, мы уже отме­чали, что эрозия и сток наносов заметно увеличились вследствие усиления антропогенных факторов. Изучение осадков в центральной части Черного моря показало, что сток наносов в море увеличился в последних 2000 лет втрое. Эта ситуация характерна для многих реч­ных бассейнов мира со значительной антропогенной нагрузкой. Сток растворенных веществ также увеличился. Наконец, имеется новый, весьма заметный и быстро увеличивающийся, полностью антропо­генный компонент баланса литосферы - сжигание минерального то­плива. Таким образом оказывается, что человек играет ведущую роль в денудации и сносе твердого материала с суши, причем эта роль может быть оценена в 60% от общей величины денудации.