Техногенные воздействия на структуру и функционирование геосистем

Функциональный подход к изучению техногенных воздействий на ландшафты предполагает прежде всего анализ нарушения вертикальных и горизонтальных связей. Входные воздействия (на тот или иной элемент или компонент) передаются по цепочкам вертикальных связей на другие компоненты, а по каналам горизонтальных связей — на иные геосистемы. Отсюда возникают разного рода побочные нарушения структуры и функций не только геосистемы, подвергающейся непосредственному воздействию, но и систем, более или менее отдаленных от нее.

Нарушения гравитационного равновесия и их побочные следствия. Нарушение гравитационного равновесия, приводящее к механическому перемещению масс в геосистемах, может быть вызвано как прямым, так и косвенным хозяйственным воздействием. Наиболее интенсивное непосредственное техногенное перераспределение литосферного материала осуществляется при добыче полезных ископаемых и земляных работах. Ежегодное количество извлекаемого

323

при этом в мире твердого вещества измеряется величиной порядка 10¹¹ т. Первичный географический эффект этой деятельности— появление техногенных форм мезорельефа: терриконов (высотой до 300 м, площадью в десятки гектаров), отвалов (высотой до 100— 150 м, протяженностью до 1,5 — 2,0 км), карьеров (глубиной до 500 — 800 м, площадью до нескольких км). Каждое из этих образований в отдельности имеет локальный характер и чаще сопоставимо с урочищами, однако их комплексы в горнопромышленных районах, на площадях в сотни и тысячи км², формируют своеобразную техно­генную морфологию ландшафтов. Для городских территорий более характерно выравнивание рельефа (искусственное заполнение грунтом мелких долин, оврагов, балок и др., аккумуляция «культурного слоя»), но создаются и специфические насыпные формы (дорожные насыпи, дамбы и др.), все чаще практикуется создание искусственных намывных грунтов.

Создание техногенных форм рельефа стимулирует вторичные гравигенные процессы. Терриконы и карьеры дают начало обвалам, осыпям, оползням, отвалы и терриконы подвергаются смыву, размыву, развеванию. Пустоты, образующиеся при подземных выработках, часто вызывают мульды проседания и провалы глубиной в десятки метров. Аналогичные явления наблюдаются при откачке подземных вод. В больших городах площади мульд оседания измеряются сотнями, а иногда тысячами км², оседание поверхности в Мехико достигло 9 м, в Токио — 7м. Уплотнение и оседание грунтов происходит под влиянием нагрузки, создаваемой различными сооружениями и водохранилищами.

Побочный эффект техногенного перемещения горных пород затрагивает другие функции ландшафта и приобретает более широкий радиус действия. Прежде всего следует отметить нарушения влагооборота и водного баланса. Так, вследствие дренирующего воздействия карьеров и откачки вод подземные воды истощаются на расстоянии, многократно превышающем ширину карьера. Создание насыпей и дамб усугубляет застой поверхностных вод и заболачивание.

Особая группа процессов связана с побочным воздействием на геохимический круговорот. В терриконах и отвалах пустой породы, золы, шлака теплоэлектростанций содержатся различные соли, сульфиды и другие, нередко токсичные вещества, которые вовлекаются в «дальнюю» миграцию, загрязняя поверхностные, подземные воды и воздух (некоторые газы, в том числе 8С"2, попадают в атмосферу в результате самовозгорания остатков каустобиолитов в отвалах). Интенсивность этой миграции усугубляется отсутствием стабилизирующего растительного покрова из-за токсичности и неблагоприятности физических свойств субстрата, слагающего техногенные формы рельефа. Вещество, извлекаемое из земной коры, служит источником перераспределения (рассеяния и концентрации) многих химических элементов по всей земной поверхности.

Как ни внушительны масштабы прямого (целенаправленного)

324

техногенного перемещения вещества, они на целый порядок уступают техногенным процессам иного рода, а именно механической обработке почвы — ее рыхлению, переворачиванию, перемешиванию. Этим путем ежегодно «перерабатывается» не менее 3*10 т твердого почвенного вещества, притом на площади, составляющей примерно десятую долю всей поверхности суши. Механическая обработка почвы, резко ослабляющая сцепление твердых частиц, в сочетании с уничтожением естественного растительного покрова, приводит к нарушению неустойчивого гравитационного равновесия в пахотном слое и развитию вторичных гравигенных процессов — смыва, линейной эрозии, дефляции.

На Земле подвержено эрозии не менее 6 — 7 млн. км² (из 15 млн. км² обрабатываемой площади). Эрозия и дефляция ежегодно безвозвратно уносят с поверхности суши миллиарды тонн почвенных частиц. В интенсивно эродируемых районах потери могут превышать 30 т/га в год. Вынос материала сопровождается образованием эрозионных и эоловых форм рельефа и аккумуляцией наносов в понижениях и водоемах. Дополнительным фактором механического перемещения почвенно-грунтового материала и образования вторичных форм рельефа служит интенсивный выпас скота, особенно в условиях аридного климата и легкого механического состава почв. Во многих ландшафтах для нарушения гравитационного равновесия достаточно свести естественный растительный покров. Особенно чувствительны к этому горные ландшафты, где истребление лесов активизирует эрозию, обвалы, осыпи, лавины, селевые потоки. В ландшафтах области многолетней мерзлоты толчком для гравигенных процессов могут служить всякие воздействия, нарушающие тепловое равновесие в верхней части мерзлой толщи — уничтожение растительного покрова, строительство, спуск теплых сточных вод и др. Протаивание льдистой мерзлой толщи приводит к просадкам, образованию термокарстовых впадин, солифлюкции, оползням.

Важная с точки зрения функционального анализа геосистем особенность гравигенных процессов техногенного происхожденияих практически необратимый характер.

Изменения влагооборота и водного баланса. Из всех звеньев влагооборота наибольшему целенаправленному преобразованию подвергается сток; косвенным изменениям подвержены также испарение и транспирация, перспективы изменения атмосферных осадков в ощутимых масштабах весьма проблематичны. Следует различать воздействия на процессы формирования стока на водосборах и на водотоки как таковые. Первые непосредственно затрагивают функционирование геосистем.

Один из самых радикальных способов преобразования водного баланса наземных геосистем — искусственное орошение, на которое уходит не менее ³/4 забираемой из рек воды. В мире искусственно орошается примерно 2,2 млн. км (1,5% площади суши). В среднем на 1 га расходуется ежегодно 12 — 14 тыс. т воды (1200 — 1400 мм).

325

Часть этой воды теряется на инфильтрацию и непродуктивное (физическое) испарение и лишь около половины транспирируется культурными растениями.

Помимо основного ожидаемого эффекта — производства биомассы (как следствия интенсификации влагооборота и биологического круговорота веществ) в результате ирригации в той или иной степени затрагиваются и другие, сопряженные функциональные звенья геосистем. По сравнению с естественными условиями многократно (в тропиках — до 20 раз) увеличивается затрата тепла на испарение и сильно уменьшается его турбулентная отдача в атмосферу. С другой стороны, озеленение поверхности приводит к уменьшению альбедо и сокращению эффективного излучения, так что в результате радиационный баланс возрастает. Средняя температура воздуха и почвы повышается, но суточная амплитуда уменьшается на 10— 12° С. Интенсивная инфильтрация в условиях слабого дренажа может привести к поднятию уровня минерализованных грунтовых вод и вторичному засолению. В некоторых ландшафтах возможно заболачивание, в других — усиление эрозии.

На богарных пахотных землях в ландшафтах с неустойчивым и недостаточным увлажнением (лесостепных, степных) агротехнические мероприятия приводят не к столь радикальным, как в оазисах, преобразованиям стока и водного баланса, но с широким радиусом действия. Примитивная агротехника способствует усилению поверхностного стока. Зяблевая пахота повышает инфильтрационную способность почв и тем самым запасы почвенной влаги, сокращает поверхностный сток и, по-видимому, несколько увеличивает питание грунтовых вод. Лесные полосы перехватывают весенний сток с полей, задерживают снег, уменьшают непродуктивное испарение. Травосеяние также увеличивает инфильтрацию и сокращает поверхностный сток. Дополнительный эффект дает снегозадержание. Аналогичное действие оказывает террасирование склонов. В целом любые меры по интенсификации земледелия и повышению урожайности (а следовательно, и транспирации) ведут к перестройке водного баланса в сторону сокращения поверхностного стока; вместе с тем уменьшается интенсивность смыва почв и эрозии.

В зонах избыточного увлажнения основным фактором воздействия на водный баланс служит осушительная мелиорация. Сток с осушенных болот вначале обычно возрастает, но в дальнейшем процесс может протекать по-разному. Высокопродуктивные сельскохозяйственные угодья на месте осушенных болот нередко требуют периодического применения искусственного орошения. В целом влияние осушительной мелиорации на сток проявляется неоднозначно в различных ландшафтах.

Существенной трансформации подвергается водный баланс и водный режим на территории городов. Усилению поверхностного стока способствуют застройка, искусственные покрытия, водостоки, уборка снега. Откачка подземных вод и снижение пьезометрических уровней 326

на десятки и даже сотни метров могут привести к уменьшению и даже прекращению грунтового питания рек (что произошло с рекой Москвой в пределах Москвы) . Подпор грунтовых вод, создаваемый подземными сооружениями, и уплотнение грунтов вызывают подтопление и затопление подвалов, конденсацию влаги под зданиями.

Что касается преобразования гидросети и руслового стока, то при современном уровне гидротехнического строительства это стало обычным делом. Из всех относящихся сюда вопросов мы кратко остановимся лишь на географической роли искусственных водохранилищ. Создаваемые для регулирования руслового стока (в гидроэнергетических, мелиоративных, транспортных и других хозяйственных целях), водохранилища оказывают прямое и косвенное влияние на наземные геосистемы.

Появление водохранилища — это прежде всего замена наземных геосистем водным природным комплексом, и такая замена осуществлена уже примерно на 0,3% площади суши. Часть этой площади испытывает своеобразный «земноводный» режим: при сработке уровня в меженный период обнажается значительная часть площади дна (у равнинных водохранилищ до 50%).

Проблеме влияния искусственных водохранилищ на окружающую территорию посвящены многочисленные исследования . Отметим лишь основные вторичные процессы: переработка берегов (размыв, активизация оползней, обвалы, провалы); подпор грунтовых вод, повышение их уровня и подтопление пониженных участков, а отсюда — заболачивание лесов, сельскохозяйственных и других угодий; некоторое изменение местного климата (выравнивание температурного режима, увеличение влажности воздуха, изменение скорости и направления ветра) . Эффект этих воздействий и их пространственные пределы зависят от структуры прилегающих ландшафтов и от параметров самого водохранилища. Практически значимое климатическое влияние самых крупных равнинных водохранилищ ощущается на расстоянии до 1 — 3 км от берегов, хотя приборы могут зарегистрировать его на расстоянии в 10 и даже 30 — 45 км. Подтопление распространяется чаще на сотни метров или первые километры от берегов водохранилища.

В нижнем бьефе водохранилища из-за прекращения поемного режима нередко деградируют пойменные геосистемы на протяжении десятков и сотен километров. Кроме того, действие крупных гидро-узлов сказывается на отдаленных внутренних водоемах, уровень которых падает вследствие забора воды из рек и водохранилищ на орошение и другие хозяйственные нужды (примером может служить Аральское море). В водохранилищах отлагается часть речных наносов, в результате чего сокращается твердый сток рек, нарушается равновесие между поступлением и удалением твердого

¹ См., например: Вендров С. Л., Дьяконов К. Н. Водохранилища и окружающая среда. М.. 1976. С, 136.

327

материала в устьевой зоне морского побережья, происходит разрушение берегов, сокращается рост дельт.

Нарушение биологического равновесия и биологического круговорота веществ. Биота чрезвычайно чувствительна к человеческому воздействию и подверглась наиболее сильному преобразованию. Многие биоценозы испытали перестройку, другие полностью замещены искусственными сообществами. Изменение биоценозов вызывает нарушения в других звеньях функционирования геосистем, о чем уже отчасти упоминалось. Особенно велико стабилизирующее значение лесов, поддерживающих неустойчивое равновесие между компонентами геосистем в условиях расчлененного рельефа, слабых грунтов, многолетней мерзлоты, экстремального климата (с недостатком или избытком тепла и влаги). Площадь лесов на Земле в результате хозяйственной деятельности сократилась, по-видимому, не менее чем на 30 млн. км² и продолжает сокращаться. Это обусловило нарушение гравитационного равновесия и водного баланса во многих ландшафтах. Аналогичные следствия вызывает нарушение травяного и кустарникового покрова, а также мохово-лишайникового (в тундре), главным образом, из-за перегрузки пастбищ. Нерациональное скотоводство, по-видимому, ускорило процесс естественной аридизации Сахары.

Преобразование растительного покрова как главной части биоценоза и продуцента первичной биомассы ведет к более или менее серьезным нарушениям геохимических функций геосистем. Биологический метаболизм играет важнейшую роль в круговороте углерода, кислорода, азота, фосфора и ряда других элементов. Замена естественных биологических сообществ культурными, как правило, приводит к уменьшению общей биологической продуктивности и соответственно интенсивности биологического метаболизма. С урожаем культурных растений ежегодно из почвы отчуждаются сотни миллионов тонн зольных элементов и азота. Так, с урожаем пшеницы выносится (в кг на 1 га): азота — 70, фосфора — 30, калия — 50, кальция — 30; с урожаем картофеля — соответственно 90, 40, 160, 76.

По некоторым расчетам, почва со средним содержанием минеральных веществ может быть полностью истощена в результате изъятия урожая в течение 15 — 150 лет. Наиболее неустойчив баланс минеральных веществ почв, формирующихся в условиях влажного климата и интенсивного выщелачивания, т. е. подзолистых и особенно почв влажных тропических и экваториальных лесов. В естественных условиях баланс поддерживается лесной растительностью, способной накапливать огромную фитомассу и осуществлять интенсивный круговорот веществ. Вырубка лесов, а также корчевка пней, уничтожение подстилки ведут к изъятию из локального круговорота большого количества азота, кальция, фосфора и других элементов и к истощению почвы.

Напомним о косвенном влиянии уничтожения растительности и распашки на необратимую потерю химических элементов из почвы. 328

В США, например, в 30-е годы с полей ежегодно смывалось в реки 1,5 — 3,0 млрд. т почвенных частиц, и почвы теряли до 40 млн. т азота, калия и фосфора.

С целью компенсировать недостаток элементов минерального питания растений применяются химические удобрения. Однако внесение в почву удобрений не может восполнить все потери. В некоторых сильно эродированных районах с полей смывается в 100 раз больше азота, калия и фосфора, чем вносится с удобрениями. Кроме того, поскольку удобрения не могут полностью усваиваться растениями, до 40 — 50 % вносимого в почву количества (что составляет десятки и даже сотни кг/га) вымывается с полей и вовлекается в неконтролируемую водную миграцию.

Особые проблемы возникают в связи с растущим применением пестицидов. Попадая в пищевые цепи, они прогрессирующим образом накапливаются в тканях организмов по мере перехода от низших звеньев цепи к высшим. Это свойство определяет возможность их распространения (например в организме птиц) далеко за пределы того участка, где они были применены.

Многие растения обладают избирательной способностью к поглощению тех или иных техногенных веществ, в том числе радиоактивных (лишайники, например, способны захватывать их непосредственно из воздуха), и тем самым способствуют дальнейшей передаче их по пищевым цепям или накоплению в геосистемах.

Наиболее глубокие изменения функций геосистем, вызванные нарушением биологического равновесия и биологического круговорота веществ, проявляются в локальных масштабах. Однако некоторые косвенные последствия подобных нарушений могут распространяться на более обширные пространства через сток, транспортировку и аккумуляцию наносов, трофические связи и водную миграцию химических элементов.

Техногенная миграция химических элементов в геосистемах. Техногенный геохимический круговорот — одно из самых специфических и трудно контролируемых проявлений современного вмешательства человека в функционирование геосистем. В процессе производства создаются тысячи новых соединений, многие из которых в естественных условиях не образуются. Часть из них предназначена для целенаправленного воздействия на природную среду (удобрения, пестициды), но большинство вводится в геохимический круговорот непреднамеренно — в виде отходов производства, различных отбросов, использованных промышленных изделий. Среди элементов земной коры, вовлеченных в техногенный круговорот, на первом месте стоит углерод, далее следуют Са, Ре, А1, С1, Ка, 8, К, Р, К, Си, 2п и др.

Многие техногенные элементы начинают миграцию в воздушной среде. Основную массу выбросов в атмосферу составляет диоксид углерода СО₂ (не менее 10 — 15 млрд. т ежегодно) — главный продукт сжигания топлива: ему сопутствуют другие газы — оксид угле-

329

рода СО (основной источник поступления — двигатели внутреннего сгорания, а также нефтеперерабатывающие предприятия), сернистый ангидрид 8С>2 (образуется при сжигании и переработке нефти и угля, сланцев, выплавке цветных металлов, производстве серной кислоты, цемента, целлюлозы и т.д.), окислы азота, углеводороды (те и другие в основном входят в состав выхлопных газов автомобилей) и др. Кроме газов в атмосферу попадают твердые продукты сгорания топлива и пыль, поставляемая многими отраслями промышленности (цементной, угольной, абразивной и др.), а также пыльными бурями. Главный компонент пыли — кремниевый ангидрид 8Ю2, кроме того, в ней могут содержаться РЬ, 2п, Аз, №, Со, 8Ь и др. Крупные пылевые частицы поднимаются лишь на сотни метров и довольно быстро оседают под действием силы тяжести. Мелкие частицы вымываются атмосферными осадками или месяцами находятся во взвешенном состоянии, а самые мелкие (<1 мкм) распространяются почти по всей тропосфере и годами не выпадают на поверхность.

Из-за подвижности воздушной среды атмосферные загрязнения (в том числе радиоактивные) способны распространяться на тысячи километров. Копоть и сажа из промышленных центров Европы отлагаются на горных ледниках. Часть воздушных мигрантов попадает в почву, растворяется в поверхностных и грунтовых водах, вовлекается в пищевые цепи, некоторые из них поглощаются непосредственно водами Мирового океана, другие переходят в водное звено круговорота с атмосферными осадками, выносятся с речным стоком в океан, где заканчивают свою миграцию.

Среди техногенных воздушных мигрантов наибольшее физико-географическое значение может иметь диоксид углерода. По некоторым данным, его концентрация в атмосфере возросла лишь за одно десятилетие на 13 %. Относительно баланса СО2 в атмосфере пока еще многое остается неясным. Известно, что часть ее избытка растворяется в водах океана (но поглощают ее только холодные воды, тогда как теплые — выделяют). Кроме того, повышение концентрации углекислоты в воздухе стимулирует фотосинтез, и можно ожидать усиления ее изъятия по мере увеличения интенсивности земледелия. С повышением парциального давления СО2 связано также увеличение ее концентрации в поверхностных водах (что находит локальное проявление в усилении растворяющего действия водных растворов на известняки, доломиты, а также на бетон). Основной предполагаемый глобальный эффект возрастающей концентрации СО2 в атмосфере — это ее возможное влияние на тепловой баланс Земли (см. ниже).

Оксид углерода из-за своей легкости распространяется по всей толще тропосферы. Его средняя концентрация незначительна, но локально (в крупных городах) может возрастать в 200 — 300 раз. Некоторая часть техногенной СО поглощается водами океана или окисляется в озоновом слое атмосферы до СО₂.

330

Сернистый ангидрид оказывает вредное влияние на древесную растительность (с ним связывают, в частности, массовую гибель пихты в некоторых районах Западной Европы) . Лишайники погибают уже при концентрации 8О₂ 0,01 — 0,02 на 1 млн. Пагубное влияние 8О₂ сказывается также на почвенных микроорганизмах. На частицах дыма сернистый ангидрид каталитически окисляется до серного ангидрида 8Оз, который, растворяясь в воде, превращается в серную кислоту, выпадающую с осадками («кислотные дожди»).

Эффект атмосферных загрязнений наиболее интенсивно проявляется в непосредственной близости от их источников, главным образом в крупных городах и промышленных центрах. Под действием серной кислоты стены зданий подвергаются химическому выветриванию, в результате которого образуется сравнительно легко растворимый гипс. Смог, образующийся над городами, содержит сотни различных соединений, нередко опасных для здоровья (в том числе канцерогенных). Смог уменьшает поступление солнечной радиации (особенно ее ультрафиолетовой части) на 30 — 40 %, а повышенное содержание ядер конденсации и сублимации в воздухе вызывает локальное увеличение облачности и осадков (на 5 — 10 %) и в особенности туманов.

Большинство техногенных выбросов проходит через водный цикл миграции. Некоторые из них попадают непосредственно в реки и водоемы через канализацию. Это преимущественно промышленные и бытовые стоки, которые относительно легко учитывать и контролировать. В промышленных водах содержатся различные кислоты, фенолы, сероводород, аммиак, ртуть, свинец, фтор, мышьяк, кадмий, и некоторые другие токсичные вещества, отработанные технические масла, нефтепродукты. С бытовыми стоками в реки и водоемы попадают детергенты, обладающие высокой биохимической активностью и образующие обильную пену. Факторами прямого загрязнения водотоков и водоемов служат также водный транспорт и молевой сплав.

Помимо указанных причин загрязнения вод существуют значительно более сложные и труднее поддающиеся измерению и контролю пути водной миграции различных хозяйственных и бытовых выбросов. Источниками их служат сельскохозяйственные земли (в том числе орошаемые), загрязненные удобрениями и ядохимикатами, животноводческие фермы и пастбища, рекреационные угодья, отвалы и терриконы, свалки промышленных и бытовых отходов. Из этих источников различные органические и минеральные вещества (среди них имеются химически очень активные и нередко токсичные) вовлекаются в водную миграцию посредством плоскостного смыва (преимущественно талыми снеговыми и ливневыми водами), а также инфильтрации. К этому следует добавить ту часть атмосферных мигрантов, которая осаждается в виде пыли или в растворенном виде с атмосферными осадками, о чем уже говорилось ранее. Плоскостные стоки трудно локализовать и изолировать от биологического

круговорота на суше, поэтому часть техногенных водных мигрантов может быть вовлечена в биологический метаболизм.

Естественными коллекторами загрязненных поверхностных и грунтовых вод, как и канализационных, оказываются реки, внутренние водоемы и моря. Не удивительно, что многие крупные реки, такие, как Рейн, превратились в сточные канавы. Некоторая часть загрязняющих веществ накапливается на речном дне, но основная функция рек — транзитная. Благодаря проточности рек их загрязнение— процесс обратимый. Притом, в речной воде происходит частичное самоочищение: часть органических примесей разрущается и минерализуется в результате жизнедеятельности микроорганизмов и водорослей.

В худшем положении оказываются внутренние водоемы, характеризующиеся замедленным влагооборотом (осредненная скорость влагооборота у озер Земли в 230 раз меньше, чем у рек). Поэтому в озерах и водохранилищах условия самоочищения значительно хуже, чем в реках, во многих из них резко изменился гидрохимический и гидробиологический режим, некоторые из них превратились в «мертвые водоемы». За последние десятилетия широко распространилось явление техногенной евтрофикации водоемов, обусловленное увеличением концентрации в воде азота и особенно фосфора.

Конечное звено водной миграции техногенных выбросов — Мировой океан. Его прогрессирующее загрязнение обусловлено не только веществами, поступающими с речным стоком, но и непосредственными выбросами нефтепродуктов (при авариях на танкерах и нефтепромыслах) и промышленных отходов, а также техногенными осадками из атмосферы. Процесс загрязнения океана в основном необратим. Глобальное географическое значение этого процесса определяется выдающейся ролью Мирового океана в формировании структуры всей эпигеосферы, ее теплового баланса, влагооборота, газообмена. Так, образование нефтяной пленки приводит к нарушению газового, теплового и водного обмена океана с атмосферой.

Поведение элементов, участвующих в техногенной миграции, условия их накопления или удаления из геосистем зависят от характера последних. Приведем лишь несколько примеров. Замкнутые котловины (в том числе внутригорные) способствуют формированию устойчивых очагов атмосферного загрязнения. Температурные инверсии, штили, туманы также содействуют концентрации техногенных выбросов в атмосфере. Слабые моросящие дожди эффективнее осаждают атмосферные примеси, чем ливневые. Климат влияет на образование разных типов смога. Например, фотохимический (лос-анджелесский) смог образуется в сухом солнечном климате, а так называемый лондонский смог, главным компонентом которого является сернистый ангидрид, — во влажном. Отрицательные воздействия атмосферных загрязнений на растительность усиливаются при сильной освещенности, повышенной влажности воздуха и умеренной температуре, так как при этих условиях открываются устьица листьев. 332

Существенное значение имеют почвы. Кислые почвы, например, интенсивнее аккумулируют различные вредные соединения, чем нейтральные. Высокое содержание кальция в почве способствует сокращению выноса различных элементов (в том числе содержащихся в химических удобрениях). Токсичные вещества быстрее удаляются из фаций, формирующихся на легком сухом субстрате со слабо развитой подстилкой. Пестициды в условиях холодного климата с длительной зимой, в почвах кислых и гумусированных разлагаются медленнее, чем в теплом климате и в почвах щелочных и малогумусных. Большую роль в техногенном геохимическом круговороте играют растения-концентраторы отдельных элементов, о чем уже упоминалось ранее.

Изменения теплового баланса. Многообразное техногенное влияние на тепловой баланс земной поверхности и атмосферы имеет непреднамеренный характер и является побочным результатом хозяйственной деятельности. Техногенные энергетические факторы можно разделить на четыре группы.

1. Преобразование подстилающей (субаэральной) поверхности. Сюда следует отнести вырубку лесов, создание оазисов, осушение болот, создание водохранилищ и искусственных покрытий в городах, запыление поверхности снега и льда, образование нефтяной пленки в океанах и др. Все эти факторы воздействуют на радиационный и тепловой баланс через изменение отражательной способности и испарения. Локальный, реже региональный (на нижних ступенях) эффект бывает весьма существенным, например в уже приводившемся примере оазисов. Создание водохранилищ приводит к некоторому увеличению радиационного баланса, причем в гумидных районах основная часть этого прироста расходуется на турбулентный обмен с атмосферой, а в аридных — на испарение. Осушительные мелиорации ведут к увеличению потока тепла от земной поверхности в атмосферу. В городах на тепловой режим влияет резкое сокращение испарения и аккумуляция солнечного тепла камнем, бетоном, кирпичом, асфальтом.

2. Выбросы тепла в атмосферу в результате производства энергии. Вся вырабатываемая энергия в конечном счете превращается в тепло и рассеивается в пространстве, причем не менее ²/з энергии, содержащейся в потребляемом топливе, не используется в производстве из-за низкого КПД и непосредственно уходит в атмосферу в виде тепла. Одним из источников тепла служит нагретая вода, используемая для охлаждения на тепловых и атомных электростанциях. Глобальный эффект всего техногенного тепла может быть выражен повышением средней температуры воздуха у земной поверхности примерно на 0,01° С, но в развитых индустриальных странах и районах этот эффект должен быть значительно сильнее. В крупных городах количество выбрасываемого в атмосферу тепла соразмерно с величиной суммарной солнечной радиации или даже превосходит ее.

3. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере. Роль

333

этого фактора служит предметом дискуссий. Многие авторы придают ему особенно большое значение, поскольку он должен усиливать парниковый эффект и, следовательно, вести к прогрессивному повышению температуры воздуха в глобальных масштабах. Однако этому процессу должны сопутствовать некоторые процессы с противоположным температурным эффектом (в частности, изменение облачности). Кроме того, до сих пор отсутствуют надежные способы количественной оценки баланса СО₂ в атмосфере.

4. Увеличение содержания аэрозоля в атмосфере. Запыленность воздуха способствует образованию облаков и повышает величину отраженной солнечной радиации, но в то же время пылевые частицы поглощают длинноволновое излучение и тем самым усиливают парниковый эффект. Соотношение этих противоположных тенденций еще недостаточно ясно.

Суммарный тепловой эффект техногенных факторов наиболее ощутимо проявляется в локальных масштабах, особенно в городах, где действуют все четыре группы факторов, причем определяющее значение имеет непосредственный выброс тепла. В результате средние годовые температуры в крупных городах на 1 — 2° С выше, чем в окрестностях, зимние — могут быть выше на 6 — 7° С, а минимальные — на еще большую величину. Постоянное поступление техногенного тепла в атмосферу должно было бы вызвать повышение температуры воздуха в больших городах на десятки градусов, но циркуляция воздушных масс спасает города от перегрева и сглаживает локальные контрасты в тепловом балансе. Но тем самым кумулируется действие отдельных техногенных очагов и создается глобальный эффект.

Существуют предположения, согласно которым при современных темпах роста производства энергии через 100 лет средняя температура может повыситься более чем на 3° С, что приведет к таянию ледниковых покровов и повышению уровня Мирового океана '. Однако подобные прогнозы пока ненадежны, поскольку количественная оценка различных составляющих техногенного воздействия на тепловой баланс очень неточна и часто противоречива; механизм возникающих при этом атмосферных процессов, в частности обратных связей, не изучен; наконец, мы еще плохо знаем характер климатических колебаний, происходящих в силу естественных причин, вследствие чего трудно отделить техногенный вклад в наблюдающиеся тенденции изменения термики атмосферы.