Необходимость разработки специфических для вулканических областей превентивных профилактических и рекультивационных мероприятий по предотвращению и исправлению отрицательных последствий хозяйственной деятельности человека, равно как и острейшая насущность в познании всей системы взаимосвязей и взаимоотношений между природными и социальными процессами в вулканических регионах априори предопределяет гносеологическую значимость сравнительного сопоставления между собою вулканогенеза и антропогенеза в их воздействии на природную среду. В свою очередь, таковой сравнительный анализ, проводимый в данной работе, может стать гносеологической предпосылкой создания методологии ландшафтно-экологического мониторинга вулканических областей. То есть, послужить первоосновой создания сугубо специфичной системы слежения за изменением состояний природной среды, могущих возникнуть как в ходе вулканической, так и в результате антропогенной деятельности.
Вполне очевидно, что вулканизм прежде всего и главным образом характеризуется поступлением на дневную поверхность громадных объёмов ювенильного магматического вещества и энергии. Так, например, только на суше в биосферу ежегодно, в среднем, поступает (23) около 0,65 км3 (0,18 км3/год на современных континентах и 0,47 км3/год в пределах островодужных орогенов) изверженного материала, а суммарный геоэнергетический эффект собственно вулканической и гидротермальной деятельности оценивается (22) в 0,17´1011 Вт на платформах и в 1,7´1011 Вт на островных дугах. Да ещё в рифтовых зонах (в областях срединно-океанических хребтов) ежегодно извергается около 3,31-3,36 км3 ювенильного вещества и выделяется до 10´1011 Вт вулканогенной энергии (24). Кстати, более ранние оценки объёмов извергаемого материала – от 1 до 3 км3 в год в пределах современных островных вулканических дуг (28) и около 3–5 км3/год на дне океанов и морей (12) – также, в общем-то, близки к указанным.
Однако природопреобразующая значимость вулканизма предопределяется не только количеством поступающего вещества, но и его – вещества – структурными (механическими, физическими, химическими) параметрами и свойствами. Во всяком случае, роль экструзивной, эффузивной и эксплозивной деятельности в преобразовании подстилающей поверхности, прежде всего, и главным образом определяется именно механическим составом, физическим состоянием и химическими особенностями изверженных горных пород.
Совершенно особую роль в воздействии на природную среду всей планеты играют разнообразные газоаэрозоли, которые постоянно образуются в ходе вулканической и поствулканической деятельности. Ведь даже при чисто эффузивных извержениях в атмосферу поступает от 2–3 до 5–7% (весовых) магматических газов, из которых, в свою очередь, до 97% (объёмных) приходится на пары воды. И примерно такое же количество газов и паров воды, и в таких же соотношениях, поставляют в ландшафтную сферу Земли фумаролы, сольфатары и парогидротермы (табл. 1). Ну а собственно эксплозивная деятельность сопровождается выделением в биосферу до 4´106 тонн, в среднем, пылевидного аэрозоля в виде тонкодисперсного пепла с возрастанием этой цифры в несколько раз после особо катастрофических извержений (11).
62
Таблица 1
Состав вулканических газов по Г. Макдональду (1975) и Е. К. Мархинину (1980)
(в объёмных процентах)
| Компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| CO2 | 21,4 | 46,2 | 40,9 | 4,6 | 10,1 | 2,1 | 15,3 | 10,4 | 25,9 | 18,2 |
| CO | 0,8 | 0,7 | 2,4 | 0,3 | 2,0 | 0,6 | 1,4 | 8,3 | – | 0,3 |
| H2 | 0,9 | 0,03 | 0,8 | 2,8 | 0,2 | 0,4 | 4,4 | 1,1 | – | 10,4 |
| SO2 | 11,5 | 14,3 | 4,4 | 4,1 | – | 0,01 | – | – | 0,0 | 21,7 |
| S2 | 0,7 | 0,0 | – | – | 0,5 | 0,9 | 0,2 | 1,3 | – | – |
| SO3 | 1,8 | 38,8 | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Cl2 | 0,1 | 0,0 | – | – | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,4 | – | – |
| F2 | 0,0 | 0,0 | – | – | 3,3 | 1,5 | 0,0 | 0,0 | – | – |
| HCl | – | – | – | 0,6 | – | – | – | – | – | – |
| N2+редк. газы | 10,1 | 16,6 | 8,3 | 4,5 | 0,9 | 0,6 | 5,2 | 7,2 | 11,1 | 47,5 |
| H2O | 52,7 | 71,4 | 43,2 | 83,1 | 82,5 | 93,7 | 73,2 | 73,1 | 63,0 | ? |
1 – Килауэа, Гавайи, среднее из 10 проб газа, отобранных из лавового озера Халемаумау, взятых Джаггаром в 1917-1818 гг.; 2 – Мауна-Лоа, Гавайи, среднее из двух проб, отобранных Шефердом в 1926 г. из лавового потока; 3 – Ньирагонго, Африка, единственная проба, взятая Шеньо и Тазиевым из лавового озера в 1959 г.; 4 – Суртсей, Исландия, среднее из 11 проб, взятых из жидкой лавы Сигвелдесоном в 1964-1967 гг.; 5 – Мон-Пеле, Мартиника, проба газа, отобранная из иглы (гиперстеновый андезит) вулкана; 6 – Лассен-Пик, Калифорния, проба из дацитовой лавы; 7 – Мауна-Лоа, Гавайи; проба из базальтовой пемзы; 8 – Ниуафооу, о. Ниуафооу, проба из лавы; 9 – Кодзусима, Япония, проба из риолитовой лавы; 10 – Этна, о. Сицилия, среднее из 2 проб жидкой лавы, взятых Шеньо в 1961 г.
Впрочем, стоит отметить, что эти мельчайшие частички вулканического пепла, принимающие самое активное участие в глобальном атмосферном тепломассопереносе, вносят всего до одной трети вклада в изменение радиационного баланса атмосферы. Тогда как две другие трети такового вклада приходится, в основном, на сернокислотный аэрозоль, образующийся в самой атмосфере при поступлении в неё с газово-пепловыми выбросами диоксида серы (SO2), сероводорода (H2S), сероуглерода (CS2), карбонилсульфида (OCS) и мелких частичек серы, совокупный объём которых составляет, в среднем, около 2,8´106 т/год, с возрастанием на порядок и более при особо катастрофических извержениях.
Вполне очевидно, что указанные химические вещества, равно как и углерод, углекислота, фтор, бор, фосфор, железо и их соединения (оксид и диоксид углерода, метан, аммиак, серная, сернистая и соляная кислоты и т. д.), выделяющиеся в ходе вулканических извержений (2, 3, 13, 14, 17) оказывают, ну хотя бы в виде так называемых «кислотных осадков», более чем заметное влияние на биоту в целом и растительность вулканических районов в особенности.
Однако следует специально подчеркнуть, что сводить влияние вулканической деятельности на природу только к «экологическому стрессу» (1), к экологическим аспектам (16), или, даже, экологическим катастрофам будет явно недостаточно для истинной оценки природообразующей роли вулканизма. Поскольку, во-первых, современная наземная вулканическая деятельность сопровождается формированием и развитием собственно оригинальных и по происхождению, и по морфоструктурному строению, и по всему комплексу природных особенностей вулканогенных ландшафтов и экосистем (5, 6, 8) которые занимают, ни много ни мало, около 6,75 миллионов км (4,5%) территории суши.
63
Поскольку, во-вторых, первично-вулканогенного ювенильного вещества, если, конечно, проэкстраполировать приведённые выше и некоторые другие (15, 20) данные об объёмах вулканитов на всю историю геологического развития Земли, вполне достаточно для того, чтобы из него могли сформироваться и земная кора, и гидросфера, и атмосфера. А тем самым и сама по себе ландшафтная оболочка, воспринимаемая как арена наиболее активного взаимодействия всех компонентов (горных пород, воды, воздуха) вышеупомянутых сфер, также может считаться продуктом деятельности вулканизма.
И поскольку, в-третьих, на сегодня накопилось достаточно оснований для того (19, 21), чтобы считать вулканизм одним из ведущих факторов возникновения предбиологических химических соединений. И, отсюда, возможной первопричиной возникновения на Земле ещё одной формы (жизни) существования материи и ещё одного типа внешней оболочки планеты (биосферы) как таковых.
Таким образом, современный активный вулканизм настолько интенсивно и разнообразно вмешивается в ход и направленность всех природных процессов, что это побуждает воспринимать вулкано-магматизм в качестве вполне самостоятельного и крайне интенсивного природообразующего фактора – вулканогенеза. Фактора, деятельность которого прежде всего и главным образом характеризуется формированием на территориях областей современного вулканизма оригинальных вулканогенных ландшафтов и экосистем. Фактора, который, крайне интенсивно воздействует на условия существования биоты в целом и растительного покрова в особенности. И фактора, наконец, который по своим экологическим последствиям во многом аналогичен антропогенному воздействию на биоту (6, 7, 8).
И одним из наиболее характерных в плане сравнительного сопоставления между собою являются процессы химического воздействия на биоту, обусловленные вулканогенной и антропогенной деятельностью. Сопоставление, которое можно осуществить двояким образом. К примеру, можно указать на широко известные факты интенсивного освоения человеком склонов и подножий вулканов, почвенный покров которых обладает, вследствие постоянного поступления вулканитов, повышенным плодородием. Вот как образно об этом говорит известнейший эколог Ю. Одум: – «…если бы оказалось технически возможным блокировать все вулканы на Земле, то от голода могло бы погибнуть больше людей, чем сейчас страдает от извержений».
Показательным в этом смысле является (4) пример вулкана Гунонг-Мерапи на острове Ява в Индонезии, деревни и рисовые поля на склонах которого подступают буквально вплотную к действующему кратеру (рис. 1). И это несмотря на постоянно существующую, и уже неоднократно и притом катастрофически реализованную, угрозу поражения. Причём крестьяне предпочитают селиться на юго-восточных склонах вулкана, поскольку именно туда господствующие местные ветры сносят основную массу изверженного материала (рис. 1). И остаётся лишь добавить к сказанному, что если на острове Ява, где имеется 35 действующих вулканов, плотность населения составляет около 1000 человек на км2, то на соседнем острове Калимантан, где природные условия практически не отличаются от таковых же на острове Яве, но отсутствуют действующие вулканы, плотность населения не превышает и одного человека на км2.
Рис. 1. Особенности размещения населения на склонах вулкана Гунонг-Мерапи на острове Ява. (Добби Э. Юго-Восточная Азия. М.: 1952. Печатается по Л. Г. Бондареву, 1984). Плотность: 1– 100-300 чел/км2, 2 – 300-500 чел/км2, 3 – 500-700 чел/км2, 4 – 700-900 чел/км2, 5 – более 900 чел/км2, 6 – кратер вулкана. Стрелка показывает направление господствующих ветров.
64
Однако более интересным, и, главное, более продуктивным, может оказаться другой путь сравнительного сопоставления между собою антропогенной и вулканогенной деятельности в их воздействии на природную среду в целом и на биоту в особенности. Путь, при котором выявляются и прослеживаются прямые параллели в процессах воздействия антропогенной и вулканогенной деятельности на растительный покров и биоту (табл. 2). Путь, корректность которого подкрепляется тем очевидным обстоятельством, что те же, например, химические вещества, независимо от их генезиса, одинаково воздействуют, в схожих условиях, разумеется, на одни и те же виды живых организмов. А поскольку в настоящее время известно многим более 150 искусственных химических веществ и соединений, которые в столь большом количестве выбрасываются в биосферу, что рассматриваются (10) как подлинные токсиканты, то вполне сопоставимыми между собою оказываются и масштабы и интенсивность таковых воздействий.
Таблица 2
Основные вулканогенные и антропогенные поллютанты и их воздействие на биоту
| Поллютанты | Источники поступления | Характер воздействия |
| Диоксид серы (SO2) | Котельные, электростанции и электроцентрали, коксохимическое, химическое и металлургическое производства, сульфатные и целлюлозные предприятия. Вулканы и фумаролы | Основное токсическое вещество. Воздействует на ассимиляционный аппарат растений, вызывая их дефолиацию, хлороз, некроз и мутагенез, а также на органы дыхания животных. Действует на больших, до 30 км, расстояниях |
| Сернистый ангидрид (SO4) | Производство серной кислоты и нефтехимия. Вулканы и фумаролы | Токсичен. Вызывает некроз и хлороз у растений. Повреждает слизистую оболочку и вызывает отек легких у животных. Действует на близких расстояниях |
| Фтористый водород (HF), четырех- фтористый кремний (SiF4)
| Алюминиевые и кирпичные заводы. Химические и перерабатывающие производства. Вулканы, фумаролы, эруптивные тучи и их осадки | Крайне токсичны. Образуют аэрозоли и смоги. Накапливаются в растениях и организмах. Вызывают острое отравление, рвоту и заболевание у животных. Действует на близких расстояниях |
| Сероводород (H2S) | Очень токсичен. Клеточный и ферментный яд для растений. Вызывает тяжелые отравления и заболевания животных. Действует на очень близких расстояниях | |
| Хлор (Cl), хлористый водород | Электролиз хлора, оцинкование, производство соляной кислоты и калийных удобрений. Сжигание отходов поливинилхлоридов. Вулканы и фумаролы | Токсичны. Вызывают дефолиацию, хлороз и некроз у растений. Повреждают слизистую оболочку и вызывают отек легких у животных. Действуют на близких расстояниях |
| Аммиак (NH3) и аммоний (NH4) | Производство азотной кислоты и аммиака. Химия и нефтехимия. Вулканы и фумаролы | Токсичны. Вызывают хлороз и некроз растений и отравление животных. Действуют на очень близких расстояниях |
| Окиси азота, нитраты, нитриты | Химические и нефтехимические производства. Сельхозудобрения. Вулканы и фумаролы | Токсичны. Повреждают ассимиляционный аппарат растений. Вызывают отравления животных. Действуют в непосредственной близости от источника |
| Углеводороды и окись углерода | Химические и нефтехимические производства. Вулканы и фумаролы | |
| Свинец и его соединения | Автотранспорт. Вулканы и фумаролы | |
| Дымы, сажа, летучая зола | Металлургические производства. Производство ацетилена и карбофоса. Лесные пожары. | Основная часть – CaO. Содержат соединения Al, F, Pb и др. элементов. Приводят к ухудшению химсостава почв. Закупориванию устьица, вызывают дефолиацию, хлороз и некроз у растений. Раздражают слизистую оболочку с поражением глаз и легких у животных. Действуют на больших расстояниях |
| Цементная пыль | Цементное производство | Содержит токсичные K, Ca, Al и пр. элементы. Комплексно (см. выше) воздействует на растения и животных. Особенно вредна для хвойных пород. Действует на близких расстояниях |
| Пыль металлургическая | Металлургическое производство | Содержит Pb, Zn, Ca, Fe, As, Cd, S, а также фтор и фториды. Комплексно (см. выше) воздействует на растения и животных. Действует на близких расстояниях |
| Калийная и содовая пыль | Производство химических удобрений. Стекло-производство | Содержит фтор и мышьяк. Комплексно (см. выше) воздействует на биоту. Действует в непосредственной близости от источников поступления |
| Пыль от моющих средств | Бытовое обслуживание | Содержит HF, HCl, SO3 и др. примеси. Комплексно (см. выше) воздействует на растения и животных. Действует вблизи источников поступления |
| Вулканические шлаки, пеплы и пыль | Вулканические извержения, их эруптивные тучи, колонны и шлейфы | Содержат SO4, H2S, NO2, H2SO4, H2CO3, CmHn, CO2, CO, HF и др. соединения, а также Na, Ca, Si, Al, Mg, Fe, Ti, Mn, P, F, Pb, Hg и прочие элементы. Характеризуются самым разнообразным, от полного погребения и уничтожения, до благотворного влияния на биоту. Вызывают раздражение слизистой оболочки и отравление животных. В отдельных случаях приводят к закупорке желудочно-кишечного тракта с летальным исходом у животных. Действуют вблизи от центров извержений, но при особо сильных и катастрофических извержениях последствия прослеживаются на десятках, сотнч, а то и тысячах километров. |
| Кислотные дожди | Большинство из вышеназванных производств. Газо-пепловые эруптивные облака и шлейфы | Глобально токсичны. Вызывают медленное отравление и иссушение растительного покрова и закисление водоёмов. Действуют на больших, вплоть до нескольких тысяч км, расстояниях. |
И всё же – и это вполне понятно – ни тот, ни другой способ не могут, да и не смогут полностью вскрыть масштабы, интенсивность и направленность тех биохимических процессов, которые реально происходят в районах современного активного вулканизма под воздействием вулканической и поствулканической деятельности. А тем самым получение достоверных и репрезентативных опытных данных превращается в самую, без сомнения, злободневную и важнуюпроблему, поскольку отсутствие именно таковых конкретных данных в принципе лишает нас возможности решать обратную задачу. Задачу, когда по результатам вулканогенно-химического воздействия на биоту и растительный покров можно было бы – по аналогии – предвосхищать, пусть бы и с известной натяжкой, результаты антропогенно-химического воздействия на природную среду вулканических регионов в случае предполагаемого и возможного освоения последних.
В заключение, ещё раз подчеркнём, что проблема сравнительного сопоставления между собою вулканогенно- и антропогенно-химического воздействия на биоту, позволяет рассматривать вулканизм (вулканогенез) в качестве своеобразного эксперимента по химическому поражению биоты. Причём и проведённое выше сопоставление воздействия на биоту вулканогенных и антропогенных поллютантов (табл. 2) и достаточно очевидная корреляция между происхождением и развитием собственно антропогенных и собственно вулканогенных ландшафтов и экосистем (9, 10), с одной стороны, и между сугубо вулканогенным и сугубо антропогенными процессами почвообразования (11), с другой, а также, наконец, потребности и запросы практики подтверждают правомерность, корректность и своевременность подхода к вулканизму как целостному и крайне интенсивному природообразующему и природопреобразующему процессу (фактору).
67
В свою очередь, принципиальная значимость такового методологического подхода прежде всего предопределяется тем, что он может оказаться весьма и весьма продуктивным при прогнозировании более чем возможных отрицательных последствий хозяйственного освоения вулканических регионов. Поскольку, в условиях слабой изученности природы вулканических регионов, конкретные наработки и рекомендации по предотвращению и недопущению отрицательных последствий хозяйственной деятельности в этом случае могут создаваться на основе исследования процессов воздействия вулканизма на весь спектр природных компонентов. И причём, что особенно важно, создаваться на стадии предпроектных и проектных разработок, ещё до начала освоения тех или иных – и в первую очередь горнорудных – видов природных ресурсов, создаваться, ещё, то есть, до того, как эти отрицательные последствия начнут проявляться в реальности.