La evolución de la relación entre los humanos y el entorno geológico
El período anterior a la historia de la civilización
Durante este período, los humanos pasaron de una dependencia pasiva del entorno geológico a buscar activamente ayuda del entorno geológico, y seleccionaron deliberada y conscientemente los minerales adecuados. Los materiales del entorno geológico circundante sirven como materia prima para la fabricación de herramientas. Los historiadores dividen el período anterior a la civilización en Paleolítico, Neolítico, Edad del Bronce y Edad del Hierro según los principales tipos de minerales explotados por los humanos en esa época.
El desarrollo y utilización de los recursos minerales ha jugado un papel enorme e irremplazable en el desarrollo de la civilización social humana. En el Paleolítico, la gente usaba piedras para fabricar herramientas de producción para mantener su vida primitiva de recolección y caza. Los arqueólogos chinos han descubierto que los primeros minerales utilizados por los humanos fueron principalmente piedra, pedernal y pedernal [29]. Por ejemplo, el condimento de legumbres es una materia prima que se encuentra en abundancia cerca de Zhoukoudian. En la práctica a largo plazo, los habitantes de Beijing inventaron el método de trituración para convertir pulsos en productos de piedra en el tiempo, convirtiendo los productos hechos de esta materia prima inferior en el componente principal de los productos de piedra [30]. Alrededor del año 3500 a. C., la antigua Mesopotamia había aprendido a construir casas permanentes con ladrillos de arcilla secados al sol. En el Neolítico, los minerales de piedra se utilizaron más ampliamente, además de los cuchillos y flechas de piedra, también había hachas de piedra, hoces de piedra y arados de piedra. Al mismo tiempo, la gente desarrolla y utiliza minerales no metálicos como arcilla y tierra como materia prima para hacer cerámica, y desarrolla y utiliza diversos minerales como materia prima para hacer jade, joyas, pinturas, etc. Más tarde, se descubrió que cuando se añade un poco de estaño al cobre después de la fundición, la dureza aumenta considerablemente y el cobre comienza a transformarse en bronce. Los primeros metales utilizados por la gente fueron el cobre, el plomo, el estaño y el zinc, y gradualmente alcanzaron la prosperidad y luego pasaron a la Edad del Hierro [31]. De hecho, el hierro es inferior al bronce en muchos aspectos. La popularidad y aplicación de los artículos de hierro se debió en gran medida a la falta de materias primas para los artículos de bronce. Por razones económicas, el mineral de hierro fue probablemente el primer sustituto de otras minas metálicas. Aunque algunos recursos minerales faltaban o estaban agotados, los responsables de la formulación de políticas en ese momento no eran conscientes del impacto de la escasez de recursos en el desarrollo socioeconómico.
Hace unos seis o siete mil años, la gente comenzó a explotar y utilizar el agua subterránea. Los arqueólogos descubrieron el pozo más antiguo de China en el sitio de la sociedad primitiva de Hemudu en Yuyao, Zhejiang. El pozo puede ser un charco de fondo de olla excavado de forma natural o artificial. Para evitar que la pared del pozo colapsara, se clavaron cuatro filas de pilotes en el pozo para formar una pared de madera de pilotes cuadrados, y se excavó la tierra dentro de la pared para construir el pozo [32]. Al final de la sociedad primitiva, la gente perforaba pozos domésticos de seis a siete metros de profundidad y dos metros de diámetro. Con la excavación a gran escala de pozos de agua, la gente adquiere una nueva comprensión de las propiedades del agua subterránea. La "tubería" registra la profundidad del agua subterránea, la calidad del agua subterránea y las correspondientes condiciones de la superficie del suelo. El riego con agua de manantial también es un aspecto del aprovechamiento del agua subterránea. En "Shui Jing Zhu", muchos lugares mencionan el uso de agua de manantial para riego en la antigüedad, como el uso de agua para cultivar arroz en Fenyin, Shanxi (hoy oeste del condado de Wanrong, provincia de Shanxi).
Aunque se han logrado lentos avances en el desarrollo y utilización de minerales, aguas subterráneas y suelos, los seres humanos todavía están a merced de la naturaleza y son impotentes ante desastres geológicos repentinos como terremotos, deslizamientos de tierra y flujos de escombros. Respecto a los desastres naturales, la gente cree que Dios está castigando a los humanos, lo que da origen al concepto de destino [33]. La gente sólo puede orar pidiendo perdón si quiere evitar desastres naturales.
De la discusión anterior se puede ver que la relación entre los seres humanos y el entorno geológico durante este período se manifestó principalmente en las simples necesidades de los seres humanos de recursos ambientales geológicos.
(2) Período de civilización agrícola
Desde el fin de la sociedad primitiva hasta el surgimiento del capitalismo moderno, la humanidad ha experimentado un largo período de civilización agrícola. Durante este período, mientras los humanos buscaban más medios de vida y producción en el entorno geológico, se adaptaron activamente al entorno geológico y lo transformaron con tecnología que avanzaba lentamente. Con el aumento de la población y el avance de la tecnología, la capacidad de las personas para transformar el entorno geológico ha superado la capacidad de carga del entorno geológico en un área local, lo que ha dado lugar a problemas geológicos ambientales que eran difíciles de resolver en ese momento.
Cada vez se extraen y utilizan más minerales en distintos grados. Durante las dinastías Qin y Han en China, la extracción de sal, hierro, cobre, oro, plata, plomo, estaño, mercurio y otros minerales entró en un período de prosperidad. Durante las dinastías Wei y Jin, el carbón se había utilizado como combustible doméstico y la gente también aprendió a utilizar el petróleo como combustible para los ataques con fuego durante las guerras. Durante las dinastías Sui y Tang, florecieron las industrias mineras de sal y cobre.
Durante la dinastía Song, el carbón se había convertido en un combustible común en la vida diaria de la gente y en la industria artesanal. Mucha gente en Shanxi se gana la vida extrayendo carbón, y la minería del carbón cuenta con un conjunto de tecnologías relativamente completo. Sabemos por la antigua mina de carbón de Hebi que se excavó un pozo circular en el suelo con una profundidad de 46 m, y luego se cavaron túneles de acuerdo con los cambios en las vetas naturales de carbón bajo tierra. El túnel tiene más de 1 m de altura, forma estrecha y ancho en la parte inferior, 1 m de ancho en la parte superior y 1,4 m en la parte inferior. Luego, el yacimiento de carbón que se va a extraer se corta en varios trozos pequeños y se utiliza el método de "formato de salto". Solía retirarse gradualmente de adentro hacia afuera. El drenaje subterráneo utiliza un cabrestante para bombear agua y, por otro lado, introduce agua subterránea en los pozos donde se extrae y almacena el carbón. A principios de la antigua Inglaterra, los bosques se talaban principalmente para obtener el combustible necesario. Sin embargo, con la deforestación a gran escala de los recursos forestales y la escasez de suministro de madera, la gente comenzó a desarrollar carbón para reemplazar la madera. En 1300, la industria minera del carbón en Newcastle y el noreste de Inglaterra había alcanzado cierta escala, y la gente utilizaba barcos para transportar el carbón extraído a Londres para que lo utilizaran los residentes. Hacia 1600, el uso de carbón era bastante común. En 1700, en vísperas de la Revolución Industrial, la producción británica de carbón alcanzó los 3 millones de toneladas [34].
Al final de la sociedad primitiva, la gente comenzó a desarrollar y utilizar un nuevo recurso, que pronto reemplazó a los minerales como el recurso geológico más importante: el suelo. El desarrollo y utilización del suelo marcó el surgimiento de la agricultura. El surgimiento de la agricultura es una revolución importante en la historia del desarrollo humano. Con el desarrollo de la agricultura, cada vez más tierras han dejado rastros de agricultura humana, y la influencia humana en el entorno geológico también ha seguido expandiéndose y extendiéndose espacialmente con la expansión de las tierras de cultivo. El desarrollo de la agricultura promovió el crecimiento demográfico y el desarrollo económico. Debido al aumento de la población, grandes extensiones de tierra aptas o no aptas para la agricultura han sido recuperadas para convertirlas en tierras de cultivo, y los bosques, pastizales, lagos y llanuras originales han sido reemplazados por paisajes de tierras de cultivo. La agricultura es un sector productivo que depende directamente del entorno geológico. El desarrollo irrestricto del suelo ha traído problemas geológicos y ambientales inesperados. El desarrollo del suelo en la antigua Mesopotamia es un ejemplo de ello. Mesopotamia está situada en la llanura aluvial entre los ríos Éufrates y Tigris. El terreno es llano y la tierra fértil, pero el clima es seco y el suelo tiene poca permeabilidad. Para obtener suficiente agua, los sumerios cavaron canales y zanjas y utilizaron el agua de los ríos Tigris y Éufrates para irrigar sus tierras de cultivo. El desarrollo agrícola logró un éxito sin precedentes. Según la literatura de Gil-Su, en el año 2400 a.C., el rendimiento medio de grano llegaba a los 2537 litros por hectárea. Sin embargo, el riego prolongado sin drenaje y el riego excesivo han provocado que el nivel del agua subterránea local siga aumentando. Bajo la acción de la evaporación, la sal del agua subterránea se acumula en el suelo, lo que provoca una salinización secundaria del suelo y la degradación gradual de la tierra fértil original. La producción de cereales siguió disminuyendo, alcanzando 1.460 litros por hectárea en 2.100 a. C. y 897 litros por hectárea en 1.700 a. C. [35]. Al mismo tiempo, los ríos atraídos transportan una gran cantidad de sedimentos, que se depositan continuamente en las tierras de cultivo cercanas a la acequia. Si bien destruyó tierras de cultivo, también formó accidentes geográficos con múltiples terraplenes y pantanos, lo que tuvo un gran impacto en la vida y la producción humana. Los arqueólogos dicen que el antiguo Reino Loulan de China está ubicado en un oasis en el curso bajo del río Tarim. A medida que el gobierno Han adoptó la estrategia de recuperación en la región occidental, la escala del desarrollo agrícola en los tramos medio y superior del río Tarim se expandió día a día y el consumo de agua aumentó día a día, lo que destruyó las condiciones de los recursos hídricos. en Loulan río abajo, lo que provocó un deterioro del entorno geológico del oasis y una desertificación del suelo cada vez más grave. El oasis original con exuberantes plantas acuáticas, redes de agua entrelazadas y densos bosques finalmente se degradó hasta convertirse en un entorno geológico inadecuado para la habitación humana, y el antiguo Reino de Loulan también cayó [36]. En vista de la deforestación a gran escala y la recuperación de tierras, en 1666, el shogunato japonés se dio cuenta de los peligros de la erosión del suelo, la sedimentación de los ríos, las inundaciones y otros desastres, y advirtió a la gente que fomentara la forestación y conservara la tierra [37].
Con el crecimiento de la población y el desarrollo de las ciudades-estado en la antigüedad, el comercio de mercancías entre diferentes ciudades impulsó la construcción de vías de transporte. Alrededor del año 600 a. C., los antiguos egipcios cavaron el primer canal que conectaba el Mediterráneo y el Mar Rojo. El canal tiene 60 m de ancho, 13 m de profundidad y 160 km de largo. A lo largo del canal se acumula una gran cantidad de tierra excavada. Durante un período de 400 años, los antiguos romanos pavimentaron 300.000 kilómetros de carreteras utilizando limo, grava y roca. Alrededor del año 100 a. C., la piedra caliza se utilizaba ampliamente como material de construcción para quemar hormigón [38].
(3) Durante la Revolución Industrial
A mediados del siglo XVIII, marcado por la invención de la máquina de vapor, la sociedad humana entró en el período de la Revolución Industrial. La relación entre los seres humanos y el medio ambiente geológico durante este período se manifestó principalmente en la perturbación, transformación y contaminación a gran escala del medio geológico causada por las actividades económicas.
La ciencia y la tecnología cambian cada día que pasa. La capacidad de la humanidad para conquistar la naturaleza ha aumentado sin precedentes. La escala de desarrollo de los recursos minerales, de aguas subterráneas y de la tierra (suelo) se ha ido ampliando día a día. La construcción de instalaciones de conservación de agua, los proyectos mineros y metalúrgicos y la urbanización han aumentado la intensidad del entorno geológico. Los problemas ambientales de las minas, la erosión del suelo, el hundimiento de la tierra, la contaminación del suelo y otros problemas ambientales geológicos. Ha surgido y empeorado gradualmente, planteando una amenaza cada vez más grave para la vida y la producción humanas; la conciencia de la gente sobre la protección del medio ambiente geológico ha despertado lentamente y los países industrializados han comenzado a formular leyes y regulaciones correspondientes para restringir las actividades económicas de las personas.
La Revolución Industrial impulsó en gran medida el desarrollo y la utilización de recursos minerales como el carbón y el mineral de hierro. Los minerales vuelven a ser más importantes para la economía y la sociedad que el suelo. En 1795, William Wilkinson inventó el horno de hierro para fundir mineral de hierro; en 1815, Humphrey Davy inventó la lámpara de seguridad para evitar explosiones de gas en las minas de carbón; en 1856, Henry Bessemer inventó la tecnología del proceso de fabricación de ácido con soplador de fondo; Con la invención de una serie de tecnologías, la capacidad de las personas para desarrollar y utilizar recursos minerales continúa mejorando. Según la estimación de Flynn, de 1750 a 1830, la producción británica de carbón aumentó de 5,2 millones de toneladas a 30,4 millones de toneladas, un aumento de aproximadamente 6 veces en 80 años [39]; la producción de arrabio aumentó de 17.400 t en 1740 a 7.749.200 t en 1880; [40], un aumento de aproximadamente 445 veces. La Revolución Industrial estadounidense estuvo acompañada por el desarrollo a gran escala de los recursos minerales. Según las estadísticas, la producción de carbón en Estados Unidos ha experimentado dos períodos de rápido crecimiento: el primero fue de 1867 a 1918, cuando la producción de carbón aumentó rápidamente de 13 millones de toneladas a 6,14 millones de toneladas, y luego de 1918 a 650. La segunda vez fue entre 1965 y 1998, cuando la producción de carbón aumentó rápidamente de 473 millones de toneladas a 101,4 mil millones de toneladas (Figura 1-13). Al mismo tiempo, con la expansión de la escala económica, la producción de minerales metálicos continúa aumentando (Figura 1-14). Debido a que los problemas ambientales geológicos causados por el desarrollo y la utilización de recursos minerales a menudo tienen un efecto de retraso en el tiempo, cuando la gente se da cuenta del daño de los problemas ambientales geológicos, es posible que ya hayan aprendido una lección dolorosa. Se han producido hundimientos de tierras en Lanarkshire, Hickton, Northwich y otras zonas mineras del Reino Unido. Sherlock estimó que a principios del siglo XX, el hundimiento del terreno causado por la minería en Gran Bretaña equivalía a la remoción de 59,1 mil millones de yardas cúbicas de roca de la superficie [42]. En 1971, debido a negligencia en la minería a cielo abierto, fuertes lluvias provocaron la explosión de una mina de carbón en el sur de Virginia Occidental, lo que provocó una inundación que mató a 118 personas y dejó a 4.000 sin hogar.
Figura 1-13 Diagrama esquemático de los cambios en la producción de carbón en los Estados Unidos (1867 ~ 1990)[41]
Figura 1-14 Diagrama esquemático de los cambios en la producción de metales típicos y productos minerales en los Estados Unidos (1867 ~ 1990)
La agricultura y el desarrollo urbano están imponiendo demandas cada vez mayores al agua subterránea. Antes de 1900, el agua subterránea se extraía principalmente a través de pozos artesianos en los Estados Unidos. A medida que aumenta el número de pozos artesianos en todos los estados, la cantidad de agua contenida en los pozos artesianos está disminuyendo. En la década de 1930, Tolman descubrió la intrusión de agua de mar y el hundimiento del terreno causado por la extracción de agua subterránea. Problemas como el agotamiento de los acuíferos, la contaminación de las aguas subterráneas, la intrusión de agua de mar y el hundimiento de la tierra han surgido uno tras otro, lo que ha hecho que la gente se dé cuenta de que el desarrollo de las aguas subterráneas requiere una planificación razonable y una gestión científica.
Con la creciente escala de las actividades económicas de ingeniería como el transporte, la extracción de minerales, la urbanización y el desarrollo agrícola, las actividades humanas se han convertido gradualmente en la principal fuerza geológica que actúa sobre el entorno geológico. Antes de la invención del tren, Gran Bretaña dependía principalmente del transporte acuático para transportar minerales y mercancías. Para ampliar el alcance del transporte, Gran Bretaña comenzó a cavar canales en 1731. La finalización del primer canal de Newry al último canal de Liverpool llevó casi un siglo. Según las estadísticas, a finales de 2019, el Reino Unido había excavado aproximadamente 253 millones de yardas cúbicas de roca y suelo a través de canales, movido aproximadamente 3031 mil millones de yardas cúbicas de roca y suelo a través del ferrocarril, movido aproximadamente 624 millones de yardas cúbicas de roca y suelo. a través de caminos, y movió aproximadamente 624 millones de yardas cúbicas de roca y suelo a través de la minería. Se eliminaron alrededor de 1,969.2 mil millones de yardas cúbicas de roca y tierra, y alrededor de 500 millones de yardas cúbicas de roca y tierra se movieron a través de las casas. Debido a la recuperación agrícola, la extracción de minerales y la urbanización, la superficie forestal en Europa disminuyó de 230 millones de hm2 a 2,12 millones de hm2 entre 1770 y 1980, una disminución del 7,8%. La superficie de pastizales disminuyó de 190 millones de hm2 a 130 millones de hm2, un descenso del 27,4%. La superficie cultivada aumentó de 67 millones de hm2 a 65438±37 millones de hm2, un aumento del 65438±004,5%.
A nivel mundial, la superficie forestal disminuyó de 62,15 millones de hm2 a 50,53 millones de hm2 entre 1770 y 1980, una disminución del 18,7%. La superficie de tierra cultivada aumentó de 265 millones de hm2 a 15,05438+0hm2, un incremento del 466,4%. El nivel de urbanización aumentó del 3% al 41% y la población urbana alcanzó los 1.810 millones de personas [43]. Se puede ver que en cada vez más áreas, la perturbación del medio ambiente geológico por parte de las personas supera los efectos de las fuerzas naturales.
(4) Período de la revolución de la información
A finales del siglo XX, la revolución del conocimiento y la información trajo un impacto sin precedentes a la sociedad humana. Mientras los países en desarrollo están acelerando la industrialización, los países desarrollados han entrado en la era de la economía del conocimiento. Durante este período, la relación entre los seres humanos y el entorno geológico se caracterizó principalmente por un énfasis igual en el desarrollo y la protección, y un cambio de un modelo de perturbación, transformación y contaminación incontroladas a gran escala a un modelo de coexistencia armoniosa entre el hombre y la Tierra. Impulsado por el progreso tecnológico, el ritmo de la integración económica global se ha acelerado. La mayoría de los países en desarrollo se encuentran en el extremo inferior de la cadena industrial en la división industrial global del trabajo y producen principalmente productos intensivos en recursos y medio ambiente. Por un lado, los países desarrollados han aumentado sus esfuerzos para abordar los problemas ambientales geológicos que quedaron del proceso de industrialización y han fortalecido la conservación y protección del medio ambiente geológico; por otro lado, los países en desarrollo son responsables de un consumo cada vez mayor de recursos; y la contaminación ambiental geológica está aumentando.
El impacto de las actividades económicas sobre el entorno geológico continúa expandiéndose en el espacio y aumentando en intensidad. La extracción de recursos minerales ya no se limita a las capas poco profundas de la superficie terrestre. El primero es adentrarse en el mar y explorar los recursos minerales del fondo marino. Hace unas décadas, la gente extraía petróleo y gas solo en las plataformas continentales, pero ahora están tratando de explorar y explorar el fondo del océano profundo. El segundo es adentrarse profundamente en la corteza terrestre y explorar recursos minerales por debajo de los 500 metros sobre la superficie. Se estima que la cantidad total de recursos minerales desarrollados por los humanos a partir del entorno geológico cada año asciende a más de 30 mil millones de toneladas, y el consumo per cápita es de aproximadamente 6 toneladas [44]. La cantidad de roca y suelo transportados y movidos por actividades económicas de ingeniería como la urbanización, la construcción de ingeniería, la minería de minerales y el desarrollo agrícola ha alcanzado niveles sin precedentes. Hooke estimó el volumen de transporte geotécnico per cápita en diferentes períodos históricos basándose en la escala de las actividades económicas de ingeniería en países típicos en diferentes períodos históricos (Figura 1-15). Si se utiliza la cantidad de roca y suelo transportados per cápita para representar la intensidad de la influencia humana en el ambiente geológico, entonces se puede concluir de la Figura 1-15 que durante el largo proceso histórico de los seres humanos hace 200 años, la intensidad de la La influencia humana sobre el entorno geológico fue muy débil. En los últimos 100 años, la intensidad de la influencia humana sobre el entorno geológico ha aumentado dramáticamente. Hasta ahora, la cantidad total de tierra y roca transportada por los humanos cada año ha excedido el flujo natural de tierra y roca en el ciclo global de sedimentación.
Figura 1-15 Curva de estimación de la cantidad de suelo y roca movida per cápita en diferentes períodos históricos [31]
Bajo el marco del desarrollo sostenible, varios países han promulgado sucesivamente importantes leyes, reglamentos, políticas y Planificar y fortalecer la protección y gestión del medio ambiente geológico. Estados Unidos promulgó la Ley de Recuperación y Minería a Superficie en 1977. La Ley fue revisada y mejorada significativamente en 1990 y 1992, estableciendo disposiciones legales para la extracción de minerales, el cierre de pozos, la recuperación de tierras y otras actividades, y estableciendo sistemas como fondos de recuperación de minas abandonadas. y se han establecido bonos de desempeño de restauración del medio ambiente minero para prevenir y controlar los problemas ambientales geológicos causados por la minería. En 2002, la Unión Europea publicó el "Sexto Plan de Acción Ambiental", cuyo objetivo era promover el uso sostenible de los recursos naturales y la gestión de residuos, enfatizando que el consumo de recursos no debe exceder la capacidad de carga ambiental [45]. En 2006, la Unión Europea publicó la "Estrategia temática del suelo", cuyo objetivo es resolver los problemas ambientales geológicos del suelo, como la erosión, la contaminación y la salinización del suelo, mediante el establecimiento de directrices marco territoriales.