Антропоцен как новая эпоха в геохронологии
Человек многое изменил на нашей Земле, добывая кубометры леса и природного газа, тонны угля и нефти, производя кВт-часы электроэнергии.Человек через производство и потребление превращает планетарные ресурсы в планетарные стоки, разбрасывая по всей планетемиллиарды тонн отходов.
Возникает вопрос: оставят ли эти глобальные изменения долговременный след в геологических горизонтах, которые определяют периоды и эпохи геохронологической шкалы? Если на этот вопрос ответить положительно, то получается, что мы живём и творим в эпоху, которую следует выделить на геологической шкале времени как эпоху «антропоцена», отличающуюся высоким уровнем активности человека
Такие официальные геологические термины как «юрский и меловой периоды», «эпохи плейстоцена и голоцена» – отражают часть временной шкалы в длинной истории Земли и наполнены конкретным научным смыслом. Геохронологическая шкала времени характеризует в деталях как развивалась планета Земля и вместе с нею её обитатели.
В течение первого периода палеозоя – кембрии – произошел эволюционный взрыв новых форм жизни: губки, кораллы, моллюски, морские водоросли и предки семенных растений и позвоночных. В течение последнего периода палеозоя – пермского – вымерло 95% существовавших видов. Первые звери – предки современных млекопитающих – появились в мезозоеоколо 200 млн лет назад. В эпоху олигоцена (35 млн лет назад) появились человекообразные обезьяны, в плиоцене (3 млн лет назад) – первые люди.
Существует непреложный закон жизни: любая группа не примитивных живых организмов рано или поздно вымирает. Органическое вещество умерших животных и растений «уходило в геологию» и становилось нефтью, природным газом, углем и графитом.Например, картина распределения нефти и газа по геохронологической шкале свидетельствует о периодах массового накопления органического вещества в геологической истории Земли (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Нефтегазоносностьземных недр по стратиграфическому разрезу
Соотношение углерода карбонатного СК и углерода органического СОРГ является показателем лимита роста живого вещества на разных этапах геологической истории. Это соотношениеСК:СОРГ закономерно уменьшается: в толще осадков протерозоя равно 18; палеозоя – 11; мезозоя – 5,2; кайнозоя – 2,9.
Появление человека – сознательного и мыслящего существа – это закономерный результат эволюции биосферы. Человечество от каменных орудий пришло к космическим аппаратам и компьютерам. Наука стала мощной производительной силой и основным фактором прогресса человечества. Научная мысль – это новый фактор, существенно влияющий на геологические процессы и энергетику планеты, от чего все сильнее меняется и всё более отступает биосфера.
Всего несколько тысяч лет назад человек как биологический вид был незаметным в составе биоты Земли. Переход человека к земледелию и скотоводствурасширил экологическую нишу человека. Можно сказать, что в ту историческую пору (10–12 тыс. лет назад) завершилась «животная жизнь» человека, после чего началась активная антропогенная перестройка естественных биохимических процессов.
Всю сумму воздействий человека на биосферу определяют три группы факторов: мировое население, мировое потребление и научно-технический прогресс.
Численность населения предопределяет потребности общества в питании, одежде, услугах и ресурсах. Одно из главных свойств жизни – это способность расти, умножаться во времени и захватывать пространство. С появлением человека функция «умножаться и захватывать» приобрела масштабы, несоразмерные с возможностями биосферы.Человечествоподобно жидкости растекается по земной поверхности, обходя встречающиеся препятствия. В ХХ веке численность населения Земли росла по экспоненте и к 2016 г. достигла 7,3 млрд человек.
Человек своей хозяйственной деятельностью изменил состав земной атмосферы и гидросферы, существенно изменил ландшафты, состав и структуру биосферы. Биосфера, испытывая неосторожные действия человека, пытается защищаться и наносит «ответные удары» увеличением частоты стихийных бедствий.
Способны ли антропогенные воздействия на окружающую среду оставить отпечатки в геологических пластах земной коры?На этот вопрос следует дать положительный ответ, потому что антропогенные факторы по мощности воздействия на биосферу сопоставимы с природными факторами. Например, потребляемая человечеством суточная энергия 1015 кДж сопоставима с энергией извержения вулканов. Сегодня человечество перемещает больше твёрдого вещества (около 200 млрд т/год), чем все природные силы вместе взятые.Поэтому можно уверенно говорить о начале новой геологической эпохи в истории Земли, имя которой «антропоцен».
Антропоцен – это современная эпоха в истории биосферы, когда человечество стало доминирующим факторомглобального изменения окружающей среды. Уничтожение лесов и других естественных ландшафтов, интенсивная добыча ископаемых, перевыпас скота и чрезмерный промысел приводят к необратимому разрушению уникального генофонда планеты. В результате темпы потерь биологического разнообразия на планете по скромным подсчётам превышают 5 тысяч видов в год. На Земле не было такого всплеска вымирания с конца мелового периода, когда исчезли динозавры.
Современная масса живого вещества со временем будет переработана, станет «геологическим прошлым» и по В.И. Вернадскому будет отнесена к области «былых биосфер». Исследователи ХХХ века придут к выводу, что современный мир был перенаселен людьми и биосфера не выдержала большой антропогенной нагрузки.Эпоха антропоцена будет четко отбита будущими палеонтологами снижением разнообразия окаменелостей в геологических слоях, вызванным резким оскудением биоразнообразия. В основном будущим археологамбудут попадаться скелеты наиболее многочисленной человеческой популяции, которая оттеснила на обочину все остальные виды позвоночных.Сохранятся скелеты людей с металлическими суставами и другими протезами.
Рис. 1.4. Рост содержания СО2, метана, окислов азота в атмосфере
Основной движущей силой современного производства является энергия сжигаемого топлива. В год выбрасывается в атмосферу около 45 млрд т антропогенного СО2. Огромный объем продуктов сгорания оставляет долговременные химические отпечатки по всему миру. В настоящее время глобальная площадь лесов уменьшается на 1% в год.Из-за потери лесов – этих лучших поглотителей углерода, концентрация парниковых газов в атмосфере увеличивается ускоренными темпами.Концентрацияметана в современной атмосфере увеличивается на 1% в год. Содержание метана в атмосфере растет быстрее, чем содержание СО2. За последние 150 лет концентрация СН4 в атмосфере увеличилась в 3 раза. К тому же радиационная активность метана выше, чем у СО2 более чем в 20 раз.
Современные выбросы углекислого газа, сажии метана (рис. 1.4) будут обнаружены нашими потомками в пузырьках воздуха, которые вмёрзли в лёд полярных областей Земли. Оседающий на землю дым, образующийся при горении топлива и пожарах, высокое содержание в геологическом слое сажи и золыобразуют долговечный в геологическом масштабе след в разных регионах мира. Нострадамус говорил: «Невежды и ростовщики сожгут леса, задымят небо и отрежут Солнце от всего живого».Например, подобный углеродный след оставили пожары, вызванные падением метеорита, обозначившие границу между меловым и третичным периодами геохронологической шкалы.
Началом голоцена послужило исчезновение ледников, покрывавших значительную часть поверхности планеты. Последствия этих событий ощущаются до сих пор. Например, до сих пор происходит поднятие земной коры, освободившейся от ледовой нагрузки 10 тыс. лет назад. В районе Скандинавии и на Валдае интенсивность современного послеледникового поднятия достигает 13 мм/год.
Строительство крупных водохранилищ весом в десятки миллиардов тонн также как и ледники прогибает земную кору, и инициирует сейсмические события [16]. Например, водохранилищаГЭС Гувер (США) и Саяно-Шушенской (Россия) за 50 лет эксплуатации прогибают толщу земной коры примерно на 350 мм. Эти вековые техногенные процессы в земной коре будут замечены нашими потомками.
Когда более 2 млрд лет назад, в атмосфере появился кислород, образовались окислы железа-ржавчина, которая изменила цвет ландшафта с серого на красноватый. Процесс окисления железа продолжается и сегодня: ежегодный мировой объем выплавки стали превышает 1,5 млрд т. На каждую выплавленную тонну стали выбрасывается в атмосферу 25 кг пыли. Земной шар опоясан сетью железных дорог и металлоконструкций. Железо становится заметной частью современного осадочного слоя.За последние 50 лет произведено более 600 млн т алюминия, который через отбросы также становится частью современного осадочного слоя.
Выразительными представителями эпохи антропоцена становятся стекло и пластмасса. Сегодня годовой уровень производства пластмасс составляет 300 млн т. Благодаря особо ценимым качествам – долговечности и устойчивости против разложения – пластики будут сохраняться в природе многие годы. След разбросанного пластика на суше внушителен, но в океанах его геологическая значимость ещё больше. Микропластиками питаются многие обитатели морей, которые после гибели также оседают в донном иле. Пластиковые волокна синтетических тканей обнаруживаются в иле на каждом квадратном метре морского дна.
Оставление следов своей жизнедеятельности человечество подняло на небывалый уровень. В огромных массах на Земле присутствует рукотворный камень – бетон. К настоящему времени его произведено более 500 млрд т – это почти 3 кг бетона на каждый квадратный метр поверхности суши. Бетон вместе с кирпичом и керамикой составляют знаковую породу эпохи антропоцена. Фундаменты наших инженерных сооружений, магистральные трубопроводы, шахты и рудники, добывающие скважины, уходящие вглубь на многие километры, надолго останутся индикаторами нашего активного присутствия на планете. Только в России протяженность магистральных нефтегазопроводов составляет 250 тыс. км.
Широкое развитие сельского хозяйства оставляет собственную химическую тень. Внесение больших количеств фосфорных удобрений и азотных удобренийстало развиваться только в начале ХХ века. Удобрения попадают в моря, где вызывают активное размножение планктона. К числу химических сигналов относятся долговечные органические загрязнители сегодняшних отложений, например, диоксины. Они накапливаются в пищевых цепях, влияют на метаболизм, токсичны и канцерогенны.
Рис. 1.5. Глобальные выбросы сажи и плутония
Человек в невиданных масштабах концентрирует радиоактивные элементы и синтезирует новые изотопы, не существующие в естественных условиях (рис. 1.5).Во второй половине ХХ века было взорвано в атмосфере больше 500 ядерных зарядов, на территории России было осуществлено более 80 подземных ядерных взрывов. Радиоактивные частицы падали на почву, льды, в океаны и поглощались животными и растениями. Жидкие радиоактивные отходы закачиваются в геологические формации на глубину в несколько сотен метров.Эпоха антропоцена будет четко отмечена долгоживущими радионуклидами, рассеянными по поверхности Земли от сотен осуществленных ядерных взрывов и сотен тысяч тонн захороненных радиоактивных отходов атомных реакторов.
В угле также содержится немало радионуклидов: в 1 кг угля содержится такое количество урана, тория и калия-40, что активность их ядерных превращений составляет в среднем 420 Бк. Ежегодное мировое сжигание 5,5 млрд т угля формирует дополнительный радиоактивный след эпохи антропоцена.
В результате интенсивного использования природных ресурсов облик планеты существенно меняется. Можно сказать, что мы живем на измененной Земле, которая отличается от планеты образца 1900 года. В индустриальных районах сформировались антропогенные ландшафты, занимающие около половины территории суши.
Пуск ракет разрушает озоновый слой. В околоземном пространстве накопилось огромное количество космического мусора: число летающих фрагментов более 1 мм достигает 120 тыс., а более мелких частиц – десятки миллионов.
Человечество представляет собой не менее мощную планетарную силу и оказывает не менее мощное энергетическое воздействие на биосферу, чем удар огромного метеорита, завершивший меловой период и на миллионы лет изменивший биосферу Земли. Можно не сомневаться, что антропогенные напластования в горных породах окажутся настолько долговечными, что формально способны определить новую эпоху, имя которой «антропоцен».
Необычайная «геологическая сила» человечества создала техносферу, которая соперничает с биосферой и не вписывается в естественные биологические циклы. Глобальной вехой начала новой эпохи антропоцена можно считать начало быстрого роста численности мирового населения, широкого использования ископаемого топлива, наращивание в пространстве биосферы содержания огромного количества металлов, бетона, пластмасс, плутония, которые будут зафиксированы будущими геологами и палеонтологами в стратиграфических горизонтах.Следует согласиться, что планета Земля, быстро и глубоко изменяемая человеком, находится в новой геологической эпохе, имя которой «антропоцен».
Мы имеем один экземпляр Вселенной и не можем над ней экспериментировать.
Виталий Гинзбург
ГЛАВА 2. Земля во Вселенной