Ресурсы литосферы

Литосфера представляет собой верхнюю твердую оболочку планеты толщиной от 50 до 200 км, имеющую большую прочность и переходящую без определенной резкой границы в нижележащую астеносферу. Сверху литосфера ограничивается гидросферой и атмосферой, частично проникающими в нее. Литосфера является геологической основой ландшафта, почв, средой обмена веществом и энергией с атмосферой и поверхностной гидросферой, через нее осуществляется круговорот воды в природе. Она служит накопителем пресных вод, входящих в структуру наземной биоты, обеспечивая процессы ее жизнедеятельности. Литосфера – среда сосредоточения природных минеральных ресурсов, необходимых для функционирования и развития человечества как общественной социальной структуры. В связи с этим свойства литосферы требуют особого рассмотрения в первую очередь с позиции ее геоэкологических функций, как продукта природного и техногенного развития верхней части земной коры.  Под геоэкологическими функциями литосферы понимается все многообразие функций, определяющих ее роль и значение, в жизнеобеспечении биоты и человеческого общества. Все геоэкологические функциональные зависимости между природной и техногенно преобразованной литосферой, с одной стороны, и биотой и человечеством, с другой, можно свести к четырем основным группам: ресурсной, геодинамической, геофизической и геохимической. 

Ресурсная геоэкологическая функция литосферы определяет роль минеральных, органических и органоминеральных ресурсов, геологического пространства литосферы для жизнедеятельности биоты и человеческого общества. Она включает в себя минеральные ресурсы литосферы, необходимые для жизни биоты; минеральные ресурсы, необходимые для человеческого общества как социальной структуры; ресурсы геологического пространства – площадные и объемные ресурсы литосферы, необходимые для расселения и существования биоты, включая человека как биологический вид и человечество как социальную структуру. Первые два аспекта связаны с изучением и оценкой минеральных, органических и органоминеральных ресурсов литосферы, в том числе подземные воды. Последний вид ресурсов обусловлен геоэкологической емкостью геологического пространства, охватывающего приповерхностную часть литосферы как в площадном, так и объемном измерении. 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 – минеральными веществами кудюров, являющихся минеральной пищей животных – литофагов; 3) подземными водами.  Элементы и их соединения, составляющие основу биофильного ряда и требующиеся биоте в больших количествах, называют макробиогенными (углерод, кислород, азот, водород, кальций, фосфор, сера), а в малых количествах – микробиогенными. Для растений это Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, 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 и выполнения живыми организмами биогеохимических функций. Важным аспектом, связанным с пониманием жизнедеятельности биоты, являются биогеохимические циклы. Это в большей или меньшей степени замкнутые пути циркуляции химических элементов, входящих в состав клеточной протоплазмы из внешней среды в организм и опять поступающих во внешнюю среду. В таком круговороте вещества различают два фонда – резервный и обменный. Первый, как правило, небиологический компонент – большая масса медленно движущихся веществ, второй – быстрый обмен между организмами и их окружением. На этой основе выделяются два типа биогеохимических циклов: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и океане; 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре, который является предметом изучения геологических наук. Он включает в себя такие элементы, как фосфор, железо, сера и др.  Минеральные вещества кудюров являются эпизодической пищей травоядных и всеядных животных, употребляемой ими два раза в год с целью регуляции солевого состава организма. В основном это минералы группы цеолитов. Эта группа минеральных ресурсов включает в себя так называемые «нетрадиционные» источники минерального сырья, к которым относятся цеолиты, бентониты, полыгорскиты, глаукониты, диатомит. Все они являются стимуляторами роста растений, животных и рыб. Подземные воды как основа существования биоты пояснений не требуют. Как отмечал В. И. Вернадский, «живое вещество в течение всего 7–10 млн лет пропускает через себя такое количество воды, которое равно по объему и количеству Мировому океану». Минеральные ресурсы, необходимые для жизни и деятельности человеческого общества относятся к категории исчерпаемых ресурсов и группе невозобновляемых, за исключением пресных подземных вод. Особенно важную роль они играют в социально-экономическом развитии человеческого общества. По сути, минеральные ресурсы являются базисом пирамиды, отражающей социально-экономические и геоэкологические проблемы развития материальной основы современного общества. Эти проблемы взаимосвязаны между собой и в сумме определяют роль ресурсной функции литосферы (состояние ее минерально-сырьевой базы) в функционировании геосистем высокого уровня организации.  В настоящее время из недр извлекается около 200 видов полезных ископаемых, включающих все элементы таблицы Менделеева, а годовой объем мировой добычи минерального сырья достигает порядка 17–18 млрд т. горной массы в год. По прогнозам некоторых экономистов запасы многих видов минерального сырья иссякнут к 2050 г., а свинца и цинка хватит лишь до начала XXI в. Геоэкологическое значение подземных вод определяется объемами и направлениями их использования. Основными из них являются: хозяйственно-питьевое водоснабжение, техническое водоснабжение, орошение земель, обводнение пастбищ, лечебное (использование минеральных вод в бальнеологических целях), геотермальные (использование геотермальных вод для отопления и получения электроэнергии), промышленное (использование подземных вод для извлечения ряда полезных компонентов – йода, брома, бора, лития, стронция, поваренной соли и др.). Рассматривая геологическое пространство как ресурс, необходимый для расселения и существования биоты, можно констатировать, что и здесь его резервы лимитированы. В настоящее время на нашей планете освоено 56 % поверхности суши. Интенсивно осваивается подземное пространство литосферы на урбанизированных территориях и в местах захоронения и складирования экологически опасных (токсичных и радиоактивных) отходов.

Влияние хозяйственной деятельности человека на геологическую среду усиливается с каждым годом и приобретает все более неуправляемый характер. В зависимости от размеров проявления подобных процессов различают широкомасштабное (региональное), локальное (площадное, ограниченное), линейное (латеральное) и точечное техногенное воздействие. По времени воздействие может быть постоянным и эпизодическим. В природных условиях трудно выделить преобладающий фактор воздействия, в большинстве случаев наблюдается результат суммарного влияния нескольких. По характеру влияния на геологическую среду различают воздействия, приводящие, с одной стороны, к истощению ее ресурсов (водоотбор для нужд водоснабжения, осушительные мелиорации, добыча полезных ископаемых и др.), а с другой – к положительным и отрицательным изменениям (искусственное восполнение запасов, орошение земель, подтопление территории и др.).

Среди основных факторов техногенного воздействия выделяют следующие: сельскохозяйственный, промышленно-селитебный, горнотехнический, водохозяйственный, транспортный. Значительное влияние на ход развития (динамику) геологической среды оказывают промышленно-селитебный и горнотехнический факторы. Подобное воздействие вырабатывается трансформацией рельефа земной поверхности, различного рода деформациями массивов горных пород, химическим загрязнением почв и подземных вод, активизацией экзогенных и сейсмотектонических процессов.

Различные факторы техногенного воздействия на верхнюю часть литосферы приводят к нарушению естественного экологического состояния геологической среды либо к загрязнению ее компонентов, прежде всего почв и подземных вод.

Нарушенность геологической среды обусловлена физическим (механическим, гидродинамическим и т. п.) воздействием на массивы горных пород, при котором они деформируются и способствуют развитию неблагоприятных, часто опасных явлений. На примере систем разработки месторождений полезных ископаемых можно получить представление об основных процессах и явлениях подобного рода (табл. 6).

Изъятие и перемещение больших объемов горных пород обусловлены тем, что объемы полезного ископаемого по отношению к массам извлекаемой породы невелики. Для железа и алюминия это 15–30 %, свинца и меди примерно 1 %, серебра и олова – 0,01 %, а для золота и пла- тины – 0,00001 %. В связи с этим внушительны объемы отвалов, которые в мировом масштабе равны для рудных ископаемых более 1200 км3, нерудных около 100 и топливных около 300 км3. Открытая разработка минерального сырья в среднем в 3–4 раза дешевле шахтной, поэтому доля карьерной добычи равна 70 %. В среднем карьеры мира углубляются на 5–10 м в год, их максимальные глубины равны 500–700 м, а высоты отвалов и терриконов превышают 100 м. В настоящее время в крупных угольных бассейнах насчитывается до 1000–1500 терриконов. Таким образом, амплитуды техногенного рельефа приближаются к 1 км. Открытыми разработками полезных ископаемых нарушены сотни тысяч гектаров земли, на которых образовались своеобразные карьерно-отвальные ландшафты. Современные драги перерабатывают продуктивные на россыпные месторождения на глубину до 50 м. Ежегодно техногенные ландшафты промышленных зон расширяются на 35–40 тыс. га.

Откачка воды из карьеров, часто необходимая для создания условий разработки месторождений, вызывает ряд сложных процессов на днищах и стенках карьеров.

Существуют различные способы добычи полезных ископаемых.

Минеральные ресурсы, которые находятся на поверхности земной коры или же залегают неглубоко в недрах, добываются открытым способом. Открытый способ добычи полезных ископаемых представляет собой процесс создания на месторождении котлованов, которые называются разрезами или карьерами. Размеры таких разрезов и карьеров зависят от обширности месторождения и глубины залегания полезных ископаемых. При помощи открытого способа в основном добывают сырье, используемое для строительства: известняк, песок, мел и тому подобное. Также открытым способом добывают торф, некоторые виды угля, также железные и медные руды.

Твердые полезные ископаемые, которые залегают на большой глубине в недрах земли, добывают с помощьюсооружения подземных шахт. Чаще всего таким способом добывается уголь. Шахтный способ добычи полезных ископаемых считается наиболее опасным для жизни сотрудников таких предприятий.

Полезные ископаемые жидкого и газообразного типа извлекают из земли путем бурения специальных скважин, откуда полезные ископаемые поступают на поверхность по трубам. Для добычи полезных ископаемых определенного вида используют дополнительные методы. К примеру, для добычи соли ее растворяют под землей путем подачи в скважину воды. А такое сырье, как сера, предварительно расплавляется под действием горячего пара, подающегося через скважину.

Даже при добыче некоторых цветных металлов в горнодобывающем деле используется вода, точнее примеси из подземных вод. Именно таким образом добывается литий – его находят в подземных водах, где он растворен и находится в минеральной оде в виде соединений. Также можно встретить месторождения подземных вод, из которых осаждают медь. Ярким таки примером является Дегтярский рудник на Урале. Медь растворяется в подземных водах под действие бактерий, способных растворять соединения меди с серой, превращая их в медный купорос.

Такое сырье, как германий, по мнению многих специалистов, выгодно добывать из переработок тепловых электростанций, точнее из их золы.

Ежегодно разрабатываются новые способы добычи полезных ископаемых. Развитие современных технологий способствует появлению новых методов и оборудования для добычи тех или иных полезных ископаемых.



Source: StudFiles.net