2021-07-31
122Геохимическая экологическая функция литосферы - функция, отражающая
свойство геохимических полей (неоднородностей) литосферы природного и
техногенного происхождения влиятъ на состояние биоты в целом, и человека в
частности. Современное ее морфологическое выражение - продукт
эволюционного развития Земли и наложенного на него техногенеза - результат
совместной эволюции литосферы и биосферы. Первый этап ее становления, как
показано ранее, охватывает весь период развития Земли (до начала техногенеза)
и является временем формирования подавляющей части аномалий
геохимических полей, включая геопатогенные. Динамика и масштабы этого
процесса тесно связаны с этапами эволюции Земли и определялись только
природными факторами.
На втором техногенно-природном этапе развития - техногенез в ряде
районов является доминируюгиим фактором, обуславливающим экологическое
благополучие экосистем, особенно по геохимическим показателям. На
урбанизированных территориях, в промышленных и горнодобывающих
|
|
|
районах, в зонах интенсивного земледелия именно техногенные факторы
экологического риска в значительной мере определяют комфортность
существования, а часто и медико-санитарные условия жизни человека. По сути, 75
такое качество рассматриваемая функция приобрела только в эпоху
техногенеза, когда стали формироваться техногенные геохимические аномалии.
По интенсивности воздействия на биоту, включая человека, они значительно
опаснее многих природных аномалий.
Структура геохимической экологической функции литосферы обусловлена
генезисом неоднородностей литосферы. По генезису среди геохимических
неоднородности литосферы выделяются: 1) природные, сформировавшиеся в
ходе геологической жизни планеты, и 2) антропогенные (техногенные) -
новообразованные, формирование которых произошло в эпоху техногенеза
вследствие использования высокоотходных технологий при низком уровне
внедрения средозащитных мероприятий. К этой же категории отнесем и
природно-техногенные неоднородности, природная составляющая которых
усилена результатами, хозяйственной деятельности человека.
В зависимости от типа депонирующей среды геохимические поля
подразделяются на литогеохимические, гидрогеохимические, сноухимические,
атмогеохимические, биогеохимические. Если рассматривать их во временном
аспекте, то к наиболее стабильным можно отнести природные
литогеохимические аномалии, провинции и зоны. Прочие типы геохимических
неоднородностей имеют значительные вариации состава во времени, зависящие
от комплекса физико-химических, геодинамических, техногенных,
|
|
|
биогеохимических условий. С эколого-геохимических позиций важное
значение имеют природные и техногенные геохимические неоднородности
литосферы, характеризующиеся как повышенным содержанием элементов
относительно фона, так и пониженным их содержанием по сравнению с
фоновым, так как в обоих случаях, как правило, наблюдаются патологические
отклонения у живых организмов, включая человека.
Функциональными территориальными (точнее объемными) единицами
эколого-геохимических исследований являются геохимические зоны,
геохимические провинции и геохимические аномалии, которые объединяются
под общим названием «геохимические неоднородности литосферы». Такая их
иерархия позволяет проводить исследование и описание геохимических
свойств литосферы на планетарном (зоны), региональном (провинции) и
локальном (аномалии) уровнях.
При эколого-геохимических исследованиях чрезвычайно важным является
выявление и вычленение путей воздействия химических элементов литосферы
на человека, а точнее, на состояние его здоровья, или медико-биологические
аспекты его существования. Обзор публикаций позволяет выделить три
основных пути такого воздействия: 1) воздушный - через попадание
токсикантов в виде газа или аэрозолей в организм человека; 2) водный - через
подземные воды, употребляемые для питьевого водоснабжения; 3) пищевой -
через трофическую цепь от загрязненных растений к животным и человеку. В
реальной жизни они чаще всего проявляются совместно или в парных
комбинациях, усугубляя негативное воздействие на население, проживающее в
зоне воздействия техногенных геохимических факторов.
В соответствии с понятиями классической геохимии: зона геохимическая -
широтная климатическая (ландшафтная) зона со всей совокупностью
вызванных ею специфических особенностей в миграции элементов почвенного
покрова и биосферы; провинция геохимическая - геохимически однородная
область, характеризующаяся определенными ассоциациями элементов;
геохимические аномалии - участки территоргаи, в пределах которых хотя бы в
одном из слагающих его природных тел стапастические параметры
распределения химических элементов отличаются от геохимического фона;
геохимический фон - средняя величина природной вариации содержаний
химических элементов (Ферсман А.Е.,1931, Перельман, 1989, Сает, 1990).
Сноухимические аномалии, по существу, отражают эколого-геохимическое
состояние атмосферы, суммируя воздействие природных атмогеохимических
(дегазация Земли), природно-техногенных атмогеохимических (газовые
новообразования в горных выработках и пр.) и техногенных факторов (выбросы
предприятий и др.), влияющих на динамику геохимической экологической
функции литосферы во времени. Снеговой покров отражает контуры
аэрогенного загрязнения на период образования и позволяет судить о динамике
происходящих процессов (Характеристики техногенных аномалий в таких
депонирующих средах могут служить косвенным показателем загрязнения
воздушного бассейна и прямо свидетельствуют об интенсивности
геохимического преобразования приповерхностной части литосферы.). В
период снеготаяния, находящиеся в нем водорастворимые токсиканты
мигрируют в поверхностные воды, донные осадки, почвы и подстилающие их
горные породы; ареал их распространения значительно превышает контуры
сноухимической аномалии, депонируя в себе загрязняющие вещества, которые
нами в дальнейшем будут учитываться через соответствующую среду
накопления. Системы: литосфера (газы) - биота (человек) и литосфера
(подземные воды) - биота (человек) достаточно просты для изучения. Их
|
|
|
абиотическая составляющая представлена одним из компонентов литосферы,
хорошо изученным и оцениваемым по нормированным количественным
показателям (ПДК, ПДС, фон, кларк). Что же касается системы, анализируемой
при ппищевом варианте» попадания поллютантов человеку, то она достаточно
сложная и нуждается в ряде пояснений по выделяемым в ее составе элементам
(подсистемам). По своей сути, она наиболее полно отражает единство
геохимической среды и жизни, которое сформировалось в процессе
естественноисторической эволюции
Современный этап развития литосферы характеризуется высокими
скоростями техногенной миграции вещества (механической, физико-химической, биогеохимической) в приповерхностных условиях. В итоге
возникает загрязнение среды - привнесение в нее и аккумуляция не
свойственных агентов или увеличение концентрации имеющихся (химических,
физических, биологических) сверхъестественного среднемноголетнего уровня,
приводящее к негативным экологическим последствиям.77
Загрязнение верхних горизонтов литосферы происходит при добыче
полезных ископаемых, при функционировании различных типов производства,
при складировании так называемых техногенных отходов. Последние
подразделяются на жидкие и твердые (преднамеренно собираемые и
депонируемые), стоки (поступающие в окружающую среду в виде жидких
потоков, содержащих твердые взвешенные частицы) и выбросы (рассеяние в
атмосфере загрязняющих веществ в твердой, жидкой и газообразной формах).
При мониторинге техногенные отходы делятся на организованные -
поступающие в окружающую среду через специальные устройства (трубы,
факелы, очистные сооружения, накопители, отвалы), поддающиеся контролю, и
неорганизованные (утечки и выбросы загрязняющих веществ в системах
трубопроводов, канализации, при авариях, перевозке отходов и т.д.),
постоянный контроль которых затруднен.
В процессе развития цивилизации добыча элементов складывалась
стихийно в зависимости от экономических условий, прогресса техники,
|
|
|
разведки и разработки месторождений и т.д. В исторической ретроспективе
прослеживается нарастание потребности общества все в более широком
спектре химических элементов. Если в античном обществе их число
ограничивалось 18 элементами, в XVIII в. - 28, в XIX в. - 62, в 1915 г - 71, в
настоящее время - вся таблица Менделеева, включая неизвестные в природных
условиях нептуний, плутоний и др. трансураны, а также радиоактивные
изотопы известных элементов (Перельман, 1999). Масштабы ежегодной добычи
колеблются от миллиардов тонн для С (уголь, нефть) до десятков тонн для Т1,
Pt, Th, Ga, In, т.е. различаются в сотни миллионов раз. Эти различия связаны со
свойствами элементов (их ценностью для хозяйства), технологией получения,
способностью к концентрации в земной коре, но также и с
распространенностью в земной коре, т.е. с кларком. Показателем
интенсивности извлечения и использования химических элементов является
технофильность - отношение ежегодной добычи или производства элемента в
тоннах к его кларку в литосфере (А.И. Перельман, 1989).
Многие химические элементы-аналоги с разными кларками и размерами
добычи обладают одинаковой или близкой технофильностью, т.е. по существу
они извлекаются из недр пропорционально их распространенности в земной
коре. Это Сd и Hg, Та и Nb и Мо, Ti и Zr. Но есть и отличия от этого
положения. Они установлены для С1 и F, К и Na, Са и Mg и других элементов.
Для середины шестидесятых годов двадцатого века A.И. Перельманом
была рассчитана технофильность для большинства элементов, которая с того
периода росла для многих элементов. Увеличение технофильности углерода
наблюдается за счет увеличения добычи нефти и газа; производство фосфорных
удобрений, доломита, магнезита привело к увеличению технофильности
фосфора и магния. Развитие космических технологий, электроники и
теплоэнергетики в 5-10 раз увеличило технофильность редких элементов - Th,
In, Hf, Nb, Zr, Ве, Ga. Вследствие роста производством хлорорганических
соединений, серосодержащих газов и сульфидных руд выявлена тенденция
роста технофильности С1, В, J, S. В десятых долях процента извлекаются из
запасов Cr, С, Ni, Fe, J, U, А1, Mn, В. Невелика доля извлечения К, Ti, С1, Mg и
Zr. По сравнению с добычей практически неисчерпаемы ресурсы Н, Na, Са, Si,
Br. Чрезвычайно низко по сравнению с запасами производство благородных
газов (Глазовская и др., 1989).
Помимо технофильности, предложены и другие количественные
характеристики техногенеза. Так, отношение технофильности элемента (с
учетом содержания его в углях) к его биофильности (на суше) М.А. Глазовская
назвала деструкционной активностью элементов техногенеза (Д), которая
характеризует степень опасности элементов для живых организмов. Для Hg она
равна т 104 - т 105, для Сд и F - т 103, для Sb, As, U, Pb - т 10г, для Se, Ве, Sn - т
10, для многих других элементов ее величина менее 1.
Предложены также коэффициенты техногенной трансформации -
представляющие собой соотношение поступления элемента в техногенный и
природный ландшафты (В.П. Учватов).
Наиболее высокие значения этого коэффициента для угля. Именно при его
использовании в окружающую среду поступает избыточное количество, по
крайней мере, 25 элементов, в том числе углерод, тяжелые металлы, уран.
Значительно ниже значения Cп для других видов горючих ископаемых - нефти
и газа, хотя и при их употреблении поступают: С, N, S, J, Сd, а из инертных
газов - Не, Ar.
Для характеристики территориальных особенностей геохимического
техногенного воздействия можно использовать региональный суммарный
коэффициент ноосферной концентрации - CпS.
Для оценки состояния эколого-геохимических условий так же
используется суммарный показатель содерджания токсикантов (Zc). Поскольку
геохимические аномалии имеют полиэлементный состав, то он рассчитывается
как сумма коэффициентов концентраций металлов, определяемых при оценках
загрязнения за вычетом числа металлов, уменьшенного на единицу.
По суммарному содержанию тяжелых металлов в почвах (Zc) под
руководством Ю.Е. Саета была разработана четырехранговая ориентировочная
оценочная шкала системы «почва-человек»:
- допустимая степень загрязнения почв, Zc < 16. Для данных местностей
характерны наиболее низкие показатели заболеваемости детей и частота
встречаемости функциональных отклонений минимальна;
- умеренно опасная степень загрязнения, где Zc =16-32. Данные
территории характеризуются повышением уровня общей заболеваемости
населения;
- опасная степень загрязнения почв, Zc=32-128. Для территорий с данной
степенью загрязнения почв отмечен высокий уровень общей заболеваемости,
рост числа часто болеющих детей, а также детей с хроническими
заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-
сосудистой системы;
- чрезвычайно опасная степень загрязнения почв Zc> 128. Для территорий
с данной степенью загрязнения почв характерно, наряду с высоким уровнем
заболеваемости детей, нарушение репродуктивной функции женщин
(увеличение токсикоза беременности, преждевременных родов,
мертворождаемости, гипотрофии новорожденных).
Однако следует иметь в виду, что при использовании данного показателя
не учитываются ни подразделения на классы гигиенической опасности, ни
современные разработки по токсикологии химических элементов. Одна и та же
степень загрязнения по суммарному показателю может быть вызвана
различными тяжелыми металлами.
Объединение химических элементов в группы для оценки совместного
воздействия следует делать на основе либо общности их химических свойств,
либо на основе их токсикологической опасности для живых организмов. В
настоящее время этот вопрос мало изучен и требует постановки специальных
исследований.
Так например, металлическое состояние Fe, А1, Сu, Zn и других металлов
не соответствует физико-химическим условиям земной коры. Во все большем
количестве производятся химические соединения, не существовавшие в
биосфере и обладающие свойствами, неизвестными у природных материалов
(искусственные полимеры, пластмассы и т.д.). И, несомненно, чужды биосфере
экспорт - импорт и другие виды миграции, подчиняющиеся социальным
законам (Барабошкина, 2000).
