Концентрирование элементов на техногенных барьерах
Концентрирование элементов на биогеохимических барьерах
На биогеохимических барьерах происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов под воздействием живых организмов. Уменьшение интенсивности миграции может носить временный характер, связанный с продолжительностью жизни живых организмов. После их отмирания, сконцентрированные в них химические элементы, практически сразу вовлекаются в миграционные потоки и биологические круговороты.
Также возможно вовлечение накопленных химических элементов в геологические круговороты, когда они захораниваются (связываются в литосфере) на многие сотни миллионов лет. В этих случаях поглощенные живыми организмами химические элементы входят в состав угля, торфа, известняков, органического вещества, содержащегося в осадочных породах.
При изучении биогеохимических барьеров основное внимание уделяется процессам накопления химических элементов живыми организмами. В первую очередь изучаются закономерности накопления химических элементов растениями, биомасса которых, примерно в 1000 раз больше биомассы животных. Вследствие этого в образовании биогеохимических барьеров ведущую роль играют растения.
К настоящему времени в живых организмах уже выявлены почти все известные химические элементы, что свидетельствует о степени их концентрирования превышающей чувствительность современных методов анализа.
Техногенные геохимические барьеры всех четырех классов (физико-химических, биогеохимических, механических и социальных) появились в биосфере еще до начала формирования ноосферы и оказывали влияние на геохимические процессы. Существуют предположения, что некоторые древние очаги цивилизации погибли вследствие засоления, связанного с орошением земель сельскохозяйственных ландшафтов (испарительный барьер). Учитывая сильное воздействие геохимических барьеров на развитие процессов миграции элементов в биосфере, кратко рассмотрим появление в ее пределах техногенных барьеров в начальный период формирования ноосферы.
Физико-химические барьеры. Из техногенных барьеров этого класса в приустьевых частях рек распространены сероводородные, образовавшиеся в результате разложения органических веществ, поступивших от населенных пунктов, и сульфата морской воды. На них в илах концентрируются многие металлы (Pb, Zn, Mo, U и др.).
Среди кислородных барьеров большие площади занимают образующиеся при осушении болот. Они контролируют миграцию Fe, Mn, Со. Эти же барьеры, часто совместно с щелочными, формируются в зоне отлива глеевых рудничных их вод. На них вероятна концентрация Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Pb.
Среди физико-химических барьеров наибольшее площадное развитие получили испарительные. На площади около 100 млн. га резко понизилась урожайность, а порядка 20...25 млн. га полностью потеряно для сельского хозяйства из-за развития на техногенных испарительных барьерах процессов засоления почв. В пределах барьеров обычно идет накопление не только макрокомпонентов (Са2+, Mg2+, CO32-, SO42-, CI), но и микрокомпонентов – металлов (Mo, Zn, Sr, Cu, Pb, Ba и др.).
Механические барьеры. Техногенные механические барьеры для веществ, перемещающихся в водной среде, создавались еще в древнем мире и в подавляющем большинстве представляли собой плотины. Такое же положение сохранилось и ко времени формирования ноосферы. Только в современный период плотины создаются на крупных реках.
Большинство загрязняющих веществ, перемещавшихся в водных растворах. Практически все они (вместе с природной взвесью и минералами) осаждаются у плотин. Таким образом, плотины препятствуют механическому выносу многих соединений в моря. Связанный с рассматриваемым явлением размыв морских пляжей заставил создавать новые гидротехнические сооружения, учитывающие морские течения и способствующие восстановлению пляжей.
Механическими барьерами для дисперсных частиц, перемещающихся в нижних, приземных слоях атмосферы, стали лесополосы, на которых отлагается большое количество пыли, выдуваемой из почв при обработке сельскохозяйственных ландшафтов. Существенных отрицательных последствий, связанных с созданием таких механических барьеров, не установлено.
Биогеохимические барьеры. В качестве своеобразных техногенных биогеохимических барьеров можно рассматривать сельскохозяйственные ландшафты, занятые определенными культурами. Как правило, каждый вид сельскохозяйственных культур преимущественно накапливает определенные химические элементы в концентрациях, существенно отличающихся от кларка живого вещества. Вещества, концентрировавшиеся на техногенном биогеохимическом барьере (в отличие от других барьеров), сразу же вывозятся (не реже одного раза в год), что представляет собой не природную, а техногенную социальную миграцию.
Социальные геохимические барьеры. Такие барьеры не имеют природных аналогов и связаны с историей человечества. Однако никогда зоны складирования и захоронения отходов не достигали таких размеров, как в период формирования ноосферы. Из геохимических особенностей рассматриваемых барьеров следует выделить прежде всего постоянное техногенное поступление химических элементов в различных формах нахождения и элементов, образующих в повышенных концентрациях ассоциации, не характерные, а иногда и "запрещенные" для конкретных природных условий.
Другой особенностью барьеров является постоянная миграция химических элементов и их различных соединений от барьеров. Она происходит, в основном, с водными растворами и газовыми смесями (рисунок 1.12).
Рисунок 1.12.
Комплексные техногенные барьеры. В настоящее время они встречаются так же часто, как и природные. Нередко процесс формирования одного барьера влечет за собой формирование другого, причем контуры их могут не совпадать.
Рассмотрим этот процесс у плотин. Первоначально в приплотинной части формируется механический барьер. На нем откладывается тонкая взвесь, которая на пути миграции сорбирует из вод значительное количество определенных химических элементов. Таким образом создается сорбционный барьер. Водоросли, развивающиеся в образовавшемся у плотины водохранилище, оседают на дно и, разлагаясь, поглощают свободный кислород из вод. В результате в донных осадках (а часто и в придонном слое воды) появляется глеевый барьер. При наличии в водах сульфат-иона вероятно образование сероводородного барьера. Через определенный промежуток времени в приплотинной части водохранилищ формируется комплексный барьер, состоящий из механического, сорбционного, биогеохимического и глеевого (или сероводородного).
Таким образом, особенностями техногенных геохимических барьеров периода формирования ноосферы можно считать:
· развитие всех их классов при угрожающем росте испарительных и социальных барьеров, последствия чего в основном отрицательно сказываются на безопасности жизнедеятельности людей;
· непреднамеренное образование значительной части барьеров. В связи с этим при организации жизнедеятельности необходимо рассматривать проблемы, связанные с возникновением новых техногенных геохимических барьеров.