2000年8月第30卷第4期西北大学学报(自然科学版Journal of N o rthw est U niversity (N atural Science Editi onA ug .2000V o l .30N o.4收稿日期:2000201213基金项目:国家自然科学基金资助项目(49472132作者简介:雷祥义(19422,男,陕西蓝田人,西北大学教授,博士生导师,主要从事黄土与第四纪地质及环境地质学研究。
协调人与地质环境的关系——人类活动对地质环境的影响雷祥义(西北大学地质学系黄土研究室,陕西西安710069摘要:从地质环境的基本属性和特征入手,重点探讨了人类活动对地质环境的影响。
结论指出:地质环境是生物圈、大气圈、水圈和岩石圈相互交汇而成的地质空间,具有空间性、稳定性、可变性和系统性等特征,是包括人类在内的所有生物的栖息地;由于人口的剧增和科学技术的发展,人类活动导致地质环境发生着深刻的变化,即改变着地球表面的形态、破坏了地表的植被、产生了新的地球化学过程、改变着水的循环途径和物质成分、改变着大气的成分和使物种减少。
认为地质环境的变化直接影响着人类生活环境的质量,甚至对人类的生存构成威胁。
关键词:地质环境;人类活动;环境地质学中图分类号:X 141文献标识码:A 文章编号:10002274 (200004203232051地质环境及其特征1.1地质环境环境,概略地说是指人体周围的境况,亦即人体周围事物的总体。
按其形成原因、物质组成、存在状况、对生命活动的影响等因素,可将其分为自然环境和社会环境两大部分。
自然环境由生物圈、大气圈、水圈和岩石圈4个基本要素组成。
地质环境属于自然环境的范畴。
关于地质环境的含意已有许多研究者进行过较详细的论述[1~4],但认识不尽一致。
笔者认为,地质环境是指人类赖以生存、繁衍的地球表层的地质空间,即生物圈、大气圈、水圈和岩石圈相互交汇而成的地质空间(见图1。
它是岩石圈上部(表层部分有特殊性质的部分,是一个多因子系统,其主要因子是岩石、土壤、有机物、气体、地下水、生物(包括微生物以及动力作用等。
所有这一切组分构成了地质环境系统,此系统处于不断的相互作用之中,并决定着它的动态和性质。
这就是地质环境的基本属性。
1.2地质环境的基本特征地质环境有其固有的一些基本特征,这就是地质环境的空间性、稳定性、可变性和系统性[5]。
11211空间性地质环境是有空间位置的,其上限是岩石圈的表面。
地质环境诸因子在这里与大气圈、水圈、生物界发生着积极的相互作用,正是这种作用对地质环境的结构、性质及其生态质量的形成起着重要的作用。
图1地质环境的空间F ig .1Space of geo logical environm ent地质环境的下限具体到什么深度,目前仍认识不一。
有些学者[2,6]认为,其下限深度决定于人类科学技术水平及生产活动所能达到的深度。
目前的钻探深度大约为5km,最深可达12km(前苏联在克拉半岛开凿技术钻孔的深度。
一般情况下,深处的地质环境对人类的影响不大,而且技术条件也限制了研究如此深度内的地质环境。
因此,没有必要严格划定地质环境的下限位置(深度,具体的下限应视利用和研究的目的而定。
例如:研究地球化学环境对人类的影响,只涉及表层的深度;研究地下水文环境,只涉及含水层的深度;研究有毒废液的深井灌注及高放射核废物的地质处理,常常涉及较深的地质环境,但其深度也不过1~2km左右。
11212稳定性如前所述,地质环境是由岩石、土壤、水气和生物构成的,在天然状态下,这些要素之间进行着能量的流通和物质的交换,不断地进行着由平衡到不平衡再到平衡的反复运动之中,且维持其相对的稳定性。
正是这种相对的稳定性,才形成了今日的大千世界。
但是,当人类活动作为地球外部一种新的因素作用于地质环境时,将改变其天然的平衡关系,使地质环境的态势发生变化,产生新的平衡关系。
11213可变性地球自45亿年前形成以来,其岩石圈的物质组成、结构、构造和地表形态都一直处在不断的变化之中,这就是传统的地质作用。
它包括内动力地质作用(如构造运动、岩浆活动、地震作用、变质作用和外动力地质作用(包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用。
由于人类的出现,尤其是在人口剧增、社会生产力和科学技术大大发展的情况下,地球表面受到了人类活动的强大冲击,人类活动成了天然内外地质动力之外的使地球表面发生变化和发展的不可忽视的又一动力,其作用的规模与速度可同天然地质作用相比拟。
这就是通常所谓的人为地质作用。
11214系统性地质环境是岩石圈的表层系统。
在这个系统中,诸如岩石、土壤、水、大气、生物等因素之间,存在着物质和能量的流通与转换关系,形成一个不可分割的统一体。
地质环境系统和生态系统一样,具有自我调节的能力,当地质环境系统受到外力干扰时,通过其内部机制的调节能力对外界的冲击进行补偿和缓冲,维持地质环境系统的平衡。
但是,当外力干扰超过其本身自我调节能力时,该系统的平衡将会受到破坏。
2地质环境并非人类所独有地球上的一切生物都是地质环境演化的产物,人也不例外。
地质环境系统中有各种各样的生物,有人类、动物、植物、微生物等。
所以,地质环境是所有生物的栖息地,为多种生物所共有。
地质环境正是有了这多样性的生物才显得如此生机勃勃,绚丽多彩。
生物的多样性为人类提供了生产条件并丰富了人类的物质生活,同时还给人以精神上的快乐。
人类自出现以来,一直靠其他生物而生活。
如果没有其他生物,如植物、动物等,人类就不可能生存。
由于人类数量的急剧增加,生产规模不断扩大,科学技术不断发展,消费水平不断提高,对自然资源的需求量日益加大。
然而,地球上的生物资源(及矿产资源是有限的,若人们消耗的速度大于生物资源增长的速度,会使生物资源遭到掠夺性的破坏,从而导致物种日渐灭绝的悲惨局面。
物种的灭绝,就意味着生物的减少,生物的减少,就会减少人类生活所必须的物质,物质少了,便会缺吃少穿,过穷日子,而且随着物种的日益减少将越来越穷,最后将会变得一贫如洗,毫无生机。
人类是万物之灵,又是动、植物的主宰者,地球上种种生物的兴衰都直接或间接地与人的行为有关。
人们应该清醒地认识到:地质环境并非人类所独有,而为多种生物所共有;地质环境不仅是人类的栖居地,而且还是多种生物的栖居地;每个物种在这个大家园中都应有自己的一席之地,人类不能只顾自己而不管其他物种,更不能随意伤害其他物种,应当为每种物种的存在创造条件,让它们能够安然生息、繁衍。
这样,也只有这样,人类才能得以存在并生活得幸福美满,世界才有生机。
3人类活动对地质环境的影响人类为了生存和发展,就要从事各种工程2经济活动,这种活动对地球表层系统产生的影响是多种多样的。
概括起来,主要有以下6个方面:311人类活动改变着地球表面的形态地球形成、演化、发展的历史,到了现今阶段,除其固有的内外地质作用仍在推动着地表形态的运动和发展外,人已成为一种强大的地质作用力。
人为地质作用对地表形态影响的规模与速率,已不亚于天然地质作用力。
人类活动对地表形态的影响,随着社会经济的发展和科学技术的进步还在不断的扩大。
在现阶段,主要表现在以下诸方面:31111人为剥蚀作用人类在修建铁路和公路、开挖航道、建造厂房、修建水库、水渠等等工程活动中—423—西北大学学报(自然科学版第30卷要挖掘土石,农业平整土地,矿山剥离盖层、开采矿石等,都在很大程度上破坏了地质结构,改变了地表形态,所产生的地质效应同天然外动力引起的剥蚀作用是完全一样的。
而且,凡人类活动区域内的这种人为剥蚀作用的强度与速率,远比天然剥蚀作用大得多。
31112人为搬运作用人为搬运作用主要表现在两个方面:①人类因耕作而造成全球土壤流失量为2140×1010t a,超过新生成的表土,加上毁林毁草引起的土壤侵蚀,每年从地表搬走数百亿吨土壤;②为了某种需要(如填筑工程地基、工程场地开挖、采掘矿石、建筑材料等,由人工通过运输工具进行搬运的。
有人估计,人类通过自己的活动每年搬运的物质总量达110×104km3,超过了全球水流的搬运强度。
31113人为堆积作用人类在地表的堆积作用按需要和性质可分为两类。
一类是围填工程地基和围海、围湖造陆,其厚度和分布面积可达相当大的规模。
例如,捷克斯洛伐克布拉格市中心区,分布一层厚达6m的人工堆积土;日本东京港地区的大片土地是由人工填积而成的,填海范围近4000hm2,扩大了陆地面积。
另一类是固体废弃物和垃圾堆积。
前者指建筑施工和工业生产产生的废弃物(如建筑碎料、旧建筑物拆毁残渣、工业灰渣、矿渣废石、工程弃土等堆积;后者主要指固体生活垃圾堆积。
31114人为内动力地质作用人类兴建大型水库、深井注水等,往往可以促使某些断层活化或引起地震。
水库蓄水诱发地震,在世界各地均有实例,如中国、俄罗斯、美国、澳大利亚、瑞士、法国、印度、希腊、意大利、日本、巴基斯坦等。
上述的人为剥蚀作用、搬运作用、堆积作用以及诱发的地震作用,使得地表形态发生了很大变化,形成了新的人为地貌景观,从而破坏了地质环境的天然平衡条件,对人类的生命财产构成威胁。
随着人口的增长、社会生产力的发展和科学技术的进步,人为地质作用力将越来越强,对地质环境的影响亦将更加强烈。
3.2人类破坏了地球表面的植被植被是陆地的外衣和保护层,也是陆地上的绿色水库,起着调节气候的作用。
由于商业、开发耕地、樵薪等原因,人类大肆砍伐森林和毁坏草地。
目前,世界森林总面积为218×109hm2,每年大约有210×107hm2的森林从地球上消失,达40hm2 m in。
从1980~1990年,全世界每年砍伐森林高达1168×107hm2;欧洲1.4×108hm2森林中已有510×107 hm2以上受到不同程度的损害;在80年代,亚太地区减少森林面积达319×107hm2。
若按目前的速度消费,亚洲的森林资源再过40年就将枯竭。
过度的放牧、开荒垦殖以及樵薪等活动,使得草地面积日益缩减。
如果没有森林植被,地球上生物产量的91%将消失,大量物种将灭绝;全世界70%的淡水将白白流入大海,人类将出现水危机;陆地上90%的动植物将面临干旱威胁;生物固氮量将减少90%,生物放氧量将减少67%;许多地方的风速将增加60%~ 80%,亿万人将毁于风灾;人类将得不到燃料用柴、建材和林副产品;许多地区将发生洪水灾害和干旱灾害;许多地区的水土流失、土壤沙质荒漠化将进一步加剧,黄土高原的水土流失和土壤沙质荒漠化就是典型的例证。
总而言之,地球上若没有森林,人类将难以生存。
3.3人类活动改变了地球表层内的地球化学过程人类通过采矿和选冶,使分散的元素集中起来,制成各种金属和非金属产品,随着这些产品的使用以致废弃,元素又发生了新的迁移;人类开采和制造化学肥料,合成一些新的、过去未曾存在过的合成物,通过施用或使用直至废弃,也在地壳表层产生元素迁移;矿业活动,可以改变某些矿物在地壳内的分布状况,发生矿物的人为迁移和富集作用。