Ресурсы литосферы, необходимые для жизни биоты

Ресурсы литосферы, необходимые для жизни биоты, включая человека как биологический вид, представлены четырьмя составляющими:

  1. горными породами, включающими в себя элементы биофильного ряда — растворимые элементы, жизненно необходимые организмам и называемые биогенными элементами;
  2. кудюритами — минеральным веществом кудюров, являющихся минеральной пищей животных — литофагов;
  3. поваренной солью;
  4. подземными водами.

Биофильные элементы литосферы

Характеристика этих элементов и их роль в обеспечении жизни и существования биоты подробно рассмотрены Г.А.Богдановским (1994), В.В.Ивановым (1994-1997) и другими исследователями. Перечень элементов, составляющих основу биофильного ряда, следует из данных, приведенных в табл. 26 и 27.

Ресурсы литосферы, необходимые для жизни биоты Ресурсы литосферы, необходимые для жизни биоты
Элементы и их соединения, требующиеся биоте в больших количествах, называют макробиогенными (углерод, кислород, азот, водород, кальций, фосфор, сера), а в малых количествах — микробиогенными. Для растений — это Fe, Mg, Си, Zn, В, Si, Mo, CI, V, Ca, которые обеспечивают функции фотосинтеза, азотного обмена и метаболическую функцию. Для животных требуются как перечисленные элементы (кроме бора), так и дополнительно селен, хром, никель, фтор, йод и олово. Несмотря на малые количества, все эти элементы необходимы для жизнедеятельности биосистем, для реализации биогеохимических функций живым веществом.

По оценкам А.П.Авцына и А.А.Жаворонкова (1993), для нормального развития и функционирования живых организмов (или как пишут авторы — «некоторых форм жизни») требуется порядка 27 химических элементов. Из них 11 они относят к макроэлементам (С, Н, О, N, Са, S, P, Na, К, Mg, C1) и 16 к микроэлементам и тяжелым металлам, или, как их еще называют, к биогенным компонентам (I, Zn, Mn, Со, Ni, Mo, As, В, Se, Cr, Fe, V, Si). В организме человека набор этих элементов

возрастает до 30, хотя формы их соединений, а главное -их физиологическая роль, еще мало изучены.
С экологических позиций некоторые разночтения в списочном составе макро- и микроэлементов у перечисленных авторов не имеют принципиального значения. Важно другое — развитие биологических форм жизни невозможно без потребления макро- и микроэлементов, резервуаром которых является, главным образом, литосфера.

Еще одним общим аспектом, связанным с пониманием жизнедеятельности биоты, являются биогеохимические циклы. По определению Г.А.Богдановского (1994), это в большей или меньшей степени замкнутые пути циркуляции химических элементов, входящих в состав клеточной протоплазмы, из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. В таком круговороте вещества он различает два фонда-резервныйи обменный. Первый, как правило, представлен небиологическим компонентом, в котором находится большая масса медленно движущихся веществ, второй — фонд быстрого обмена между организмами и их окружением. На этой основе им выделяются два типа биогеохимических циклов: круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и океане и осадочный цикл с резервным фондом в земной коре, который и является предметом изучения геологических наук. Он включает в себя такие элементы, как фосфор, железо, сера, натрий и др. Не трудно заметить, что эти вопросы тесно связаны и с геохимической функцией литосферы, но здесь рассматриваются с ресурсных позиций.

Г..А.Богдановский подчеркивал, что из всех элементов фосфор — один из самых редких в смысле его обилия в доступных резервуарах литосферы и его можно рассматривать как один из лимитирующих факторов среды.

Минеральные биогенные комплексы-кудюриты

Их еще называют «нетрадиционными» источниками минерального сырья, являющимися стимуляторами роста растений и животных. Они — непременная со-ставляющая питания литофагов.

Литофагия, или камнеедение («литое» — камень, «фагос» — пожирание), известна давно. В животном мире это явление столь же обычное, как и традиционное питание, но не нашедшее пока соответствующей однозначной научной оценки.

В.И.Бгатов показал, что кроме пищевых и лечебных солей в природе существует большая группа алюмосиликатных и силикатных минералов, которые едят птицы, звери и люди, однако знают о них лишь немногие путешественники, геологи и охотоведы. Об этом писал В.К.Арсеньев, путешествовавший по Дальнему Востоку, канадские исследователи М.Кадэн и В.Бирк о солонцах в Скалистых горах,
Дж.Мак-Киннон о литофагии индийских слонов на о.Суматра и многие другие.

На склонах холмов сложенных цеолитизированными и монтмориллонитизированными туфами неоген-четвертичного возраста, Дж. Мак-Кинноном описаны пещеры размерами 3,5 х 7,5 м, которые «выскребли» слоны, добывая белую каменную пемзу (продукт выветривания туфов, обогащенный минералами с высокими сорбционными и ионообменными свойствами). Этими слоновыми раскопками пользовались и другие животные — орангутанги, гиббоны, олени и даже белки.

В пределах России также известен целый ряд регионов со зверовыми «солонцами», причем весьма разнообразного минерального состава. В центральном Си-это туфы преимущественно гейландит-клиноптилолитового состава, опал, монтмориллонит и их смеси; на побережье Байкала — выветрелые сланцы, состоящие из тонкого кварца, гидрослюд, хлоритов, амфиболов, плагиоклазов, карбонатов кальция и магния; на Алтае — гидрослюды, монтмориллонит, хлориты, кварц, полевые шпаты; на Абаканском хребте — продукты выветривания серпенти-низированных гипербазитов и т.д.

С экологических позиций, исходя из этих примеров, следует отметить два факта- использование животными как однородного по составу «минерального меню» разными группами животных (о.Суматра), так и разнообразия этого меню по территориальный принадлежности зверовых солонцов. Это очень интересные для экологической геологии выводы.

Природа литофагии пока не имеет однозначного и общепринятого ответа. Однако большинство исследователей склоняется к мнению, что она связана с положительным влиянием минеральных масс солонцовых пород на жизнедеятельность животных. Это естественная потребность диких животных в сбалансировании солевого состава организма, особенно в периоды сезонной смены пищи или перед гоном.
К такому же убеждению на основе анализа обломков каменного материала на «входе» и «выходе» пришел и В.И.Бгатов (1993). Он отмечал, что в основе литофагии лежит литотерапия, направленная на регуляцию солевого баланса организма. В качестве меню животные выбирают минеральные смеси, обладающие высокими ионообменными и сорбционными свойствами.

Последние и получили на Алтае название кудюриты от слова «кудур» — солонцовый грунт, солончак, солонец, которым издревле пользуются исконные скотоводы — алтайцы, монголы, манджуры и др.

Высокая «экологическая» ценность кудюритов как минерального ресурса обеспечивает нормальную жизнедеятельность многих диких животных. Глубокое изучение этого природного феномена приводит к однозначному выводу: литофагия и энергетическое питание являются звеньями единого созидательного механизма — обмена веществ живой и неживой (костной) материи.
В последние годы кудюриты стали использоваться в качестве добавок в корм домашних животных, что существенно увеличило их прирост и улучшило физическое состояние. В районах отгонного животноводства природные солонцы охотно посещаются домашними животными (коровами, яками, лошадьми, козами и овцами), которые становятся активными конкурентами диких животных, нередко вытесняя последних с их традиционных солонцовых участков. С экологических позиций эта проблема требует внимания и регуляции. Изучается возможность использования кудюрита в качестве минеральной подкормки для птиц. В силу этогосфера и объемы использования этого минерального сырья непрерывно возрастают, и проблема приобретает региональный характер.

Читайте также:  Ресурсы геологического пространства

Завершая рассмотрение кудюритов, а точнее литофагии, остановимся на их значении для человека как биологического вида. Миллионы людей и раньше, и ныне употребляют в пищу многие минеральные вещества. А.Е.Ферсман в «Занимательной минералогии» отмечал, что в экваториальной Америке живут целые народы геофагов (землеедов), не страдающих от нехватки пищевых продуктов. В Сенегале негры едят глину, в Италии готовят кушанье «алика» из смеси пшеницы и мергеля. Во многих районах Африки существуют целые производства по приготовлению минеральной пищи. Так, в поселении Анфоэда (Гана) две тысячи рабочих добывают глину и изготавливают из нее лепешки для продажи, а жители деревни Узалла (Нигерия) съедают ежегодно 400-500 т «съедобной» глины (Бгатов, 1993). Перечень фактов геофагии можно было бы продолжить, но и из приведенных данных совершенно очевидно, что поднятая проблема подлежит всестороннему изучению как в рамках ресурсной, так и геохимической функций литосферы.

Следует сказать и несколько слов об оригинальной гипотезе, предложенной В.И.Бгатовым в качестве объяснения массового вымирания мамонтов на территории Сибири в позднем плейстоцене. Он связывает эту экологическую катастрофу не с похолоданием климата, а с переходом в мерзлое состояние кудюров и, как следствие, невозможность «поедания» их мамонтами. Это привело к нарушению солевого баланса этих травоядных животных и их гибели. Не останавливаясь на обосновании приводимых в пользу высказанной гипотезы аргументов, отметим, что такой взгляд на купюры — еще одна возможная грань в роли минерального вещества литосферы в жизни биоты.

Не меньшее значение минеральные вещества литосферы имеют и для растительного мира. Развивая свои представления о зоне минерального питания растений (зона аэрации), В.И.Бгатов (1996 г.) приводит ряд примеров, представляющих интерес с эколого-геологических позиций. Речь идет о роли подземного в жизни растительных биоценозов. Так, в пределах активных тектонических разломов, на нефтегазоносных и угленосных площадях, где в процессе полевых работ были зафиксированы относительно интенсивные его истечения из недр, растительность существенно отличается от зональной. Она более «пышная» и более «южная». Это справедливо и для тундровой зоны с многолетнемерзлыми породами, где в местах активного истечения развиты массивы таежной растительности. Отмечено, что на территории Западной Сибири наиболее мощные торфяные залежи тяготеют к углеводородным месторождениям и здесь же местами произрастают массивы кедровых лесов с высокой биомассой. Этот факт зафиксирован на Собинском, Юрубчанском, Ковыкинском и других месторождениях.

В.И.Бгатов считает, что для территории Сибири характерно формирование азональных (интерзональных) биоценозов, жизнь и развитие которых подчинены минеральному питанию, связанному с особенностями геологического строения этой территории и, прежде всего, с составом газовой атмосферы зоны аэрации. Он убежден, что только через изучение состава и закономерностей развития зоны минерального питания растении и ее газового поля можно понять причины изменений и направленности развития растительного покрова. Из сказанного можно сделать вывод, что условия минерального питания растений, а, следовательно, и ресурсы биофильных элементов, лежащие в его основе, определяют эволюцию.

В контексте рассматриваемой проблемы несомненный интерес представляют данные Д.Г.Звягинцева (1987) о роли природных минеральных сорбентов в жизни микроорганизмов (простейшие, грибы, дрожжи, бактерии, нитчатые бактерии, микроплазмы). Первая позиция постулирует непосредственное взаимодействие микроорганизмов (микробных клеток) с минеральной поверхностью почвенных частиц; при этом минеральный состав почв оказывает существенное влияние на их жизнедеятельность. Другая точка зрения сводится к тому, что поверхность минералов в почве экранирована органическими соединениями и может оказывать на микроорганизмы только косвенное воздействие. Не вдаваясь в детали проблемы, отметим главное: нет сомнений в экологической значимости минерального субстрата. Установлено, что аминокислоты (аргинин, лизин, гистадин) существенно влияют на активность бактерий, что проявлялось в интенсивности дыхания, приросте клеток и биомассы. А аминокислоты, в свою очередь, адсорбируются в больших количествах на глинистых минералах, приводя к сильной агрегации глинистых частиц. По способности адсорбировать аминокислоты глинистые образования располагаются в следующем порядке: гумбрин > бентонит > кил > нонтро-нит > монобермит > каолинит. Из этого следует вывод: глинистые минералы играют важную роль в жизни микроорганизмов, но в данном случае не как питательная среда, а как минеральный субстрат, необходимый для их существования.

Резюмируя приведенную информацию, сделаем вывод, что пока наши знания о кудюритах недостаточны. Не исключено, что цеолиты как один из их представителей в скором времени могут стать объектом интенсивного использования не только биотой, но и в разных отраслях народного хозяйства. Возможно это минеральный ресурс завтрашнего дня. С этих позиций очевидно и надо подходить к оценке их ресурса. При этом совершенно очевидно, что изучение их как биофи-льных минералов — сфера деятельности не только геологов (за ними запасы), но и биологов, химиков и медиков. Соответственно и методы исследования цеолитов в этом отношении будут связаны именно с этими науками.

Поваренная соль

Она является типичным минеральным образованием, потребляемым биотой и, в первую очередь, человеком. По отношению к ней все — литофаги, так как, по оценкам С.П.Горшкова (1992), жители Земли употребляют ее в объеме 8-10 кг в год на человека. С ресурсных позиций это минеральное образование является исключением из общего правила, так как в определенном объеме относится к категории возобновляемого ресурса. Поваренную соль получают либо из рассолов в зоне соляных залежей, либо собирают в местах естественного выпаривания соленой морской воды. Пока природные запасы поваренной соли в ресурсном отношении особой тревоги не вызывают.

Следует напомнить, что этот минеральный ресурс необходим человеку как биологическому виду. Поваренная соль активизирует некоторые ферменты, поддерживает кислотно-щелочное равновесие, она необходима для выработки желудочного сока. Отсутствие или недостаток соли в организме приводит к различным расстройствам: понижению артериального давления, мышечным судорогам, учащению сердцебиения и другим отрицательным последствиям.

Следует отметить, что, несмотря на практически неограниченные запасы поваренной соли, в конце 80-х годов потребность в ней населения Северной Евразии удовлетворялась только на 90%. Такое же положение сохранилось и до настоящего времени.

Подземные воды как ресурс литосферы, необходимый для жизни биоты

С этих позиций экологическая значимость пресных подземных вод особых пояснений не требует. Сошлемся только на В.И.Вернадского, который показал, что живое вещество в течение всего млн лет пропускает через себя такое количество воды, которое равно по объему и количеству Мировому океану.

Подземные воды, пригодные для питьевого водоснабжения, составляют 14% от всех пресных вод планеты. Однако они значительно превосходят по качеству поверхностные воды и в отличие от них гораздо лучше защищены от загрязнения, содержат микро- и макроэлементы, необходимые для организма человека, не требуют дорогостоящей очистки. Именно этим определяется их значимость как важнейшего источника питьевого водоснабжения, т.е. обеспечения водой человека как биологического вида.

Читайте также:  Минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества

Сказанное хорошо согласуется с данными Европейского экономического со-общества, по оценкам которого на долю подземных вод приходится в среднем до 60% в водоснабжении населения европейских стран. Так, в Австрии, Бельгии, Венгрии, Германии, Дании, Румынии, Швейцарии и странах Балканского полуострова удельный вес подземных вод для водоснабжения населения составляет 70-100%, в Болгарии, Италии, Нидерландах, Португалии, Франции, Чехии и Словакии — 50-70%.

В ряде европейских стран (Италии, Швейцарии, Австрии, Люксембурге) су-щественную долю в питьевом водоснабжении составляет каптаж родниковых вод. Полностью или почти полностью подземными водами снабжаются Будапешт, Вена, Гамбург, Копенгаген, Мюнхен, Рим, а для Амстердама, Брюсселя, Лиссабона такие воды покрывают более половины общей потребности в пресной воде. В США подземными водами удовлетворяется потребность в хозяйственно-питьевой воде примерно 50% населения.

В России прослеживается та же тенденция. В настоящее время более 60% городов Российской Федерации имеют централизованные источники водоснабжения. В ресурсном плане использование подземных вод значительно ниже потенциальных возможностей и составляет порядка 5% (для водоснабжения) от потенциальных ресурсов, оцениваемых в 230 Однако сделанные оценки справедливы только для России в целом и существенно меняются при переходе к отдельным регионам. Дефицит подземных вод ощущают следующие регионы: Северный Кавказ (юг и восток Ростовской области, Ставрополье, северная часть Дагестана), Среднее и Нижнее Поволжье (Калмыкия, Астраханская область, заволжские части Волгоградской, Саратовской и Самарской областей), Зауралье (Курганская, большая часть Челябинской и Омской областей), регионы Севера европейской части России (область Балтийского щита, районы Новгородской, Вологодской, Ярославской, Костромской и Пермской областей).

Дефицит в питьевой воде в принципе обусловлен тремя основными факторами: отсутствием достаточных ресурсов подземных вод в связи с природными причинами (зона многолетнемерзлых пород, широкое развитие относительно безводных толщ — Карелия, Мурманская, Кировская и Астраханская области); интенсивной эксплуатацией и сработкой основных водоносных горизонтов (Средний Урал, зоны крупных городских агломераций); техногенным загрязнением водоносных горизонтов, используемых для питьевого водоснабжения.

Последний фактор связан с дефектами оценки экологических последствий при утверждении и реализации крупных проектов и, как следствие, нерациональным недропользованием.

Наиболее впечатляющим примером таких катастрофических техногенных воздействий является Равнинно-Крымский артезианский бассейн. Интенсивная эксплуатация подземных вод для орошения, а также строительство и ввод в действие Северо-Крымского канала привели, по оценке И.И.Крашина (1994), к засолению пресных подземных вод. За 30 лет эксплуатации водоносных горизонтов потеряны вековые запасы наиболее ценной питьевой воды с минерализацией 0,5 г/л (более 20 км3) и около 10 км3 пресной воды стало солоноватой. При этом было получено всего около 5 км3 подземных вод, большая часть которых была использована на орошение.

Невозможность использования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения в результате загрязнения отмечается на участках складирования твердых бытовых отходов. Например, в районе полигона Щербинка Московской области загрязненные грунтовые воды с превышением ПДК по ряду компонентов в раз проникли в водоносный горизонт каменно-угольных отложений. В результате этого в водах горизонта увеличилось содержание хлоридов в 3-7 раз, сульфатов более чем в два раза, отмечено присутствие хрома и кадмия.

Разработка месторождений твердых полезных ископаемых приводит к истощению эксплуатационных запасов подземных вод, что связано не только с отбором откачиваемых вод на разрабатываемом месторождении, но и с выходом из строя действующих водозаборов подземных вод. Наиболее крупные воронки-депрессии формируются в тех случаях, когда в обводнении горных выработок участвуют водоносные горизонты, имеющие региональное распространение. Так, длительная работа (начиная с 1956 г.) системы водопонижения вокруг месторождения КМА привела к смыканию депрессионных воронок вокруг Лебединского карьера и шахты им. Губкина. Уровни мелового водоносного горизонта были снижены на 2025 м, из-за чего строительство следующего Стойленского карьера осуществлялось на первом этапе практически в обезвоженных породах. В настоящее время режим подземных вод района разработок нарушен по верхнемеловому горизонту в радиусе 40 км, а по докембрийскому — в радиусе 80 км, что делает экономически нецелесообразным использование подземных вод этого района для водоснабжения населения.

Существенные изменения в режиме и химическом составе подземных вод вызвало создание системы локального водопонижения на Коршуновском железорудном месторождении. Оно обусловило снижение напоров устькутского водоносного горизонта на м и «подтягивание» к дренажной системе рассольных вод с минерализацией более 80 г/л, что исключает использование этих подземных вод для питьевого водоснабжения. Сильное влияние на гидрогеологические условия и ресурсы подземных вод оказывает разработка угольных месторождений в Кузнецком, Подмосковном, Кизеловском, Печорском бассейнах, месторождений Северо-Уральского бокситового района и др.

Влияние разработки нефтяных и газовых месторождений на ресурсы и качество подземных вод связано с нагнетанием воды в продуктивный пласт с целью поддержания пластового давления. Оно может привести к загрязнению пресных вод неглубоких горизонтов при фильтрации нефти и высокоминерализованных вод по зонам тектонической трещиноватости. Критическая ситуация сложилась с водоснабжением населения в ряде районов республики Татарстан. Засоленность водоносных горизонтов из-за интенсивной нефтедобычи на юго-востоке республики отмечается на значительных территориях. Для водоснабжения городов Альметьевск, Бугульма, Анакаево питьевую воду приходится транспортировать на большие расстояния, что резко повышает ее себестоимость и отрицательно сказывается на ее качестве.

Для решения проблемы обеспечения населения экологически чистой водой намечается строительство заводов по подготовке и разливу питьевой воды.

Приведенных примеров достаточно, чтобы сделать ряд выводов:

  • ресурсы подземных вод питьевого назначения — объект обязательной экологической оценки при планировании и проведении тех или иных мероприятий и проектных решений. Особо подчеркнем — необходимы качественные прогнозы изменения ресурса питьевых подземных вод при планировании всех видов хозяйственной деятельности. Вопросы подтопления территорий, вторичного засоления почв всегда присутствуют в оценках воздействия на природную среду, а вот воздействие, причем опосредованное, на ресурсы подземных вод нередко отсутствует, о чем говорит печальный опыт создания Северо-Крымского канала;
  • уровень детальности проработки рассматриваемой проблемы должен быть дифференцирован по отдельным территориям, исходя из «дефицитности» водного ресурса;
  • соответствующая информация должна отражаться на эколого-геологических картах;
  • сделанные оценки по ресурсам подземных вод подлежат периодическим уточ-нениям, учитывая их высокую динамичность, зависящую как от природных, так и техногенных факторов;
  • питьевая вода — наиценнейший ресурс, бездумное и бесконтрольное расходование (в том числе и загрязнение) которого может привести, а местами уже привело к тяжелым экологическим и социальным последствиям, вплоть до отселения жителей некоторых территорий.

 

Оцените статью