§ 28. Литосфера и человек

Твердая каменная оболочка Земли, выступающая незаменимой пространственной территорией для расселения человечества, возведения городов, транспортной инфраструктуры, ведения сельского хозяйства и источником минеральных ресурсов.

• 1. Территориальный базис — на поверхности суши литосферы проходит практически вся практическая и хозяйственная деятельность людей (строительство жилья, дорог, распашка полей, выпас скота).
• 2. Инженерно-геологический фундамент — устойчивость любых зданий, мостов и тоннелей напрямую зависит от свойств подстилающих горных пород и сейсмической активности региона.
• 3. Природные опасности — процессы в литосфере несут грозные стихийные катастрофы: разрушительные землетрясения, извержения вулканов, сходы селей, лавин и оползней.

Один из древнейших видов производственной деятельности человека по разведке, извлечению из земных недр и первичной переработке полезных ископаемых.

• 1. Масштабы добычи — современное человечество ежегодно извлекает из недр Земли около 100 млрд тонн горных пород, что превосходит объемы за всю предшествующую историю цивилизации.
• 2. Способы добычи — открытый карьерный способ (при неглубоком залегании пластов руд или угля), подземный шахтный способ (для глубоких горизонтов) и скважинный способ (бурение для добычи нефти, природного газа и минеральных вод).
• 3. Геоэкологические последствия — истощение невозобновимых минеральных ресурсов, образование пустот, провалов и наведенных техногенных землетрясений.

Совокупность искусственных форм земной поверхности, созданных или коренным образом измененных производственной деятельностью человека.

• 1. Положительные формы — отвалы пустых пород, терриконы угольных шахт, дорожные насыпи и дамбы водохранилищ.
• 2. Отрицательные формы — гигантские глубокие карьеры, котлованы, траншеи, каналы и подземные шахтные выработки.
• 3. Вторичные эрозионные процессы — сведение лесов и распашка склонов провоцируют ускоренную водную эрозию и катастрофический рост сети оврагов.

Комплекс научно обоснованных инженерных, мелиоративных и биологических мероприятий по экологическому восстановлению плодородия и хозяйственной ценности нарушенных человеком земель.

• 1. Горнотехнический этап — выполаживание и планировка отвалов, засыпка провалов, террасирование крутых откосов, дренаж и нанесение плодородного слоя почвы.
• 2. Биологический этап — высадка лесных полос, кустарников и посев многолетних трав для закрепления грунтов и предотвращения овражной эрозии.
• 3. Создание рекреационных зон — трансформация отработанных затопленных карьеров в живописные пруды, зоны отдыха, парки и рыбоводные водоемы.

Система конструктивных инженерных решений и приборных наблюдений, направленных на предотвращение обрушения зданий и защиту населения в сейсмоактивных регионах.

• 1. Сейсмограф — высокочувствительный геофизический прибор для регистрации и измерения колебаний земной коры; первый прообраз с маятником и драконами был изобретен во II веке н. э. в Китае.
• 2. Конструктивные меры защиты — применение гибких железобетонных каркасов, специальных амортизирующих демпферов в фундаментах, легких прочных материалов и отказ от массивных декоративных выступов.
• 3. Географическое внедрение — широко применяется в сейсмоопасных районах Японии, Китая, Чили, США, на Кавказе, Камчатке и Байкальской рифтовой зоне в России.

Литосфера имеет для человека первостепенное жизненное и экономическое значение:

• Пространственная среда обитания: на поверхности твердой оболочки Земли протекает практически вся жизнь человечества; здесь люди возводят жилье, промышленные фабрики и заводы, прокладывают транспортные магистрали, возделывают пахотные земли и пасут скот;
• Источник минеральных богатств: недра литосферы обеспечивают цивилизацию всеми видами полезных ископаемых — топливными (нефть, природный газ, уголь, торф), рудными (железо, медь, алюминий, золото) и нерудными строительными материалами (песок, глина, гранит, известняк);
• Фундамент для инженерных сооружений: прочность возводимых зданий, мостов и тоннелей прямо зависит от состава пород и устойчивости геологических пластов;
• Источник природных опасностей: подвижность литосферы порождает грозные стихийные катастрофы (землетрясения, цунами, извержения вулканов, оползни, лавины и сели), требующие от человека постоянных мер защиты.

Человек стал мощнейшей внешней силой, преобразующей облик литосферы:

• Вторжение в недра: для извлечения сырья люди роют карьеры глубиной в сотни метров, прокладывают шахты глубиной более километра и бурят глубочайшие скважины; ежегодно из недр извлекается около 100 млрд тонн горных пород (за один прошлый век извлечено больше, чем за всю историю цивилизации);
• Создание антропогенного рельефа: возникают рукотворные холмы и горы — отвалы пустых пород и терриконы, а также гигантские котлованы, каналы и дамбы;
• Деградация ландшафтов: бесконтрольная распашка склонов и вырубка лесов приводят к разрушению почвенного покрова и стремительному разрастанию оврагов;
• Нарушение стабильности недр: откачка нефти, газа и образование пустот вызывают провалы грунта и провоцируют техногенные землетрясения;
• Загрязнение: отходы горнорудных производств загрязняют токсичными веществами грунтовые воды, почвы и атмосферу.

Литосфера играет ключевую роль в существовании человеческого общества:

• Территория для жизни и хозяйственной деятельности: поверхность суши обеспечивает жизненное пространство для 8 миллиардов жителей планеты, служит основой для формирования почвенного покрова, обеспечивающего продовольственную безопасность (растениеводство и животноводство);
• Сырьевая база промышленности: полезные ископаемые литосферы являются фундаментом мировой металлургии, энергетики, химической индустрии и строительства;
• Строительный фундамент: несущая способность грунтов определяет возможность возведения высотных зданий, транспортных эстакад, гидроэлектростанций и подземных линий метрополитена;
• Фактор безопасности: знание геологического строения литосферы жизненно необходимо для своевременного прогнозирования землетрясений, предотвращения оползней и безопасного строительства в горных и сейсмических районах.

Хозяйственная деятельность человека кардинально видоизменяет литосферу:

• Изменение морфологии рельефа: появление обширных карьеров открытой добычи, отвалов пустых пород, шахтных терриконов, дорожных выемок и насыпей;
• Активизация неблагоприятных процессов: вырубка лесов и распашка земель на водоразделах ускоряют водную эрозию, вызывая образование глубоких оврагов (до 40–80 м глубиной);
• Нарушение гидрогеологического режима: откачка подземных вод и разработка месторождений приводят к иссушению водоносных горизонтов, опусканию земной поверхности и карстовым провалам;
• Техногенная сейсмичность: заполнение колоссальных водохранилищ и обрушение пустот в заброшенных шахтах могут вызывать локальные подземные толчки;
• Экологическая реабилитация: проведение рекультивации нарушенных земель — выполаживание отвалов, лесопосадки и создание искусственных водоемов и зон отдыха на месте карьеров.

Полезные ископаемые территории (на примере Центральной России и Восточно-Европейской равнины):

• Осадочные строительные материалы: богатейшие залежи строительных и силикатных песков, гравия, легкоплавких и огнеупорных глин для производства кирпича и керамики; мощные толщи известняков и доломитов (в том числе знаменитый белый камень Подмосковья, использовавшийся для строительства белокаменных соборов);
• Горючие ископаемые: залежи торфа в заболоченных низинах речных долин и месторождения бурого угля (Подмосковный угольный бассейн);
• Химическое и рудное сырье: пласты фосфоритов (сырье для минеральных удобрений) и крупнейший в мире железорудный бассейн — Курская магнитная аномалия (КМА) с богатейшими запасами железных руд в фундаменте платформы.

Знания о строении, составе и динамике литосферы критически необходимы для безопасной и экономически эффективной жизни:

• Капитальное строительство: инженеры обязаны исследовать грунты перед закладкой фундаментов небоскребов, мостов, плотин и тоннелей (например, при строительстве Крымского моста или тоннелей метро геологи определяют прочность скальных пластов и уровень грунтовых вод, чтобы избежать просадок);
• Сейсмология и защита населения: расчет сейсмостойкости зданий в сейсмоактивных регионах (в Японии небоскребы возводят на специальных подвижных фундаментах-амортизаторах, поглощающих энергию подземных толчков);
• Геологоразведка и горное дело: геологи выявляют закономерности залегания пластов для точного и безопасного бурения нефтяных скважин и прокладки шахтных стволов;
• Сельское хозяйство и противоэрозионная защита: агрономы и мелиораторы используют знания о рельефе для террасирования склонов, высадки лесополос и предотвращения смыва плодородного слоя почвы талыми водами.

Ответственность человека за состояние литосферы обусловлена следующими ключевыми причинами:

• Невозобновимость минеральных ресурсов: полезные ископаемые формировались в недрах Земли на протяжении сотен миллионов лет в уникальных геологических условиях; их бездумное и расточительное исчерпание лишит будущие поколения сырья и энергии;
• Необратимость разрушения почвенного покрова: уничтожение плодородного слоя почвы оврагами и горными разработками лишает землю плодородия, на естественное восстановление 1 см чернозема природе требуется от 100 до 300 лет;
• Предотвращение техногенных катастроф: неконтролируемое создание подземных пустот и перегрузка склонов отвалами провоцируют обвалы, оползни, оседание городов и загрязнение грунтовых вод токсичными шлаками;
• Долг перед будущими поколениями: общество обязано бережно расходовать недра, внедрять вторичную переработку сырья и проводить обязательную рекультивацию земель, превращая выработанные карьеры и отвалы в цветущие леса, парки и водоемы.