Файл: Высшее образование.doc

Характерная особенность техногенных биогеохимических аномалий — динамичность и непостоянство их параметров. В значительной мере это связано с тем, что в образовании этих аномалий важную роль играет атмосферная миграция. В случае смены сухой и дождливой погоды и изменения направления ветра конфигурация биогеохимической аномалии в разное время года может быть неодинаковой. В частности, концентрация свинца на поверхности почвы в условиях интенсивного придорожного загрязнения возрастает от весны к осени. То же самое происходит в растениях на протяжении вегетационного периода. Нарастание концентрации металла в почве и растениях, по-видимому, обусловлено постепенной аккумуляцией высокодисперсных частиц, выбрасываемых с выхлопными газами автомобилей. Указанная закономерность нарушается дождями, которые смывают свинецсодержащие осадки с растений и поверхности почвы. Под влиянием ветра распределение свинца в растениях по обе стороны шоссе часто несимметричное (рис. 16.10).



Рис. 16.10. Распределение концентраций свинца в листьях корнеплодов

по профилю, поперечному направлению шоссе Намюр-Марш (Бельгия)
Металлы в урбогенезе. Самая многочисленная группа антропогенных биогеохимических аномалий тяжелых металлов связана с возникновением городов. Каждый город представляет собой небольшой, но полностью антропогенно преобразованный участок биосферы. Городские грунты, почвы и растительность искусственно скомбинированы людьми. Вода находится в закрытой сети водопроводных труб, поступая в которые она получает не свойственные исходному природному ландшафту макро- и микропримеси. В городах в той или иной степени аккумулируются все химические элементы, используемые современной техноцивилизаци-ей, в первую очередь — металлы. При этом процесс урбанизации сопровождается не только неуклонным обогащением исходного ландшафта продуктами технологических и бытовых отходов, но и образованием новых, характерных для этого процесса соединений, форм нахождения и парагенетических ассоциаций металлов.

Не менее сильно изменен состав атмосферы городов, куда поступает основная часть промышленных и строительных выбросов. В качестве показателя, характеризующего интенсивность загрязнения воздушной среды городов может быть использован

---

коэффициент эмиссионной нагрузки, Е, предложенный Н.С. Касимовым и А. И.Перельманом (1991):

Е = P/N,

где Р — масса выбросов, т/год; N — число жителей, тыс. чел.

Используется также показатель пылевой нагрузки, измеряемый в кг/(км²-сут). По данным Н.С.Касимова и А.И.Перельмана, для большей части городов России этот коэффициент составляет 0,1 — 0,2 т на человека в год, возрастая до 0,3 — 0,7 т/год в городах с химической и нефтехимической промышленностью, как, например, Омск, Тольятти, Уфа, Ярославль, и тяжелым машиностроением (Челябинск, Тула). В городах с черной и цветной металлургией и тяжелым машиностроением этот показатель достигает 1 — 3 (Липецк, Нижний Тагил, Ангарск) и даже превышает 2 т/год на человека, как в Череповце и Магнитогорске.

Наряду с отмеченными различиями геохимия окружающей среды городов имеет общие черты. Известно, что пыль предприятий разных типов промышленности характеризуют определенные парагенетические ассоциации металлов. Для твердых отходов черной металлургии типична ассоциация Мn—Сг—V, а цветной металлургии Zn—Pb—Сu—Сг—Ni—Со. Для пыли металлообрабатывающих предприятий характерна ассоциация W—Mo—Mn—Cr—Ni—Со —Си, химической промышленности Cd — Zn — Со — Мn — As — Сг. В золе теплоэлектростанций представлен широкий набор рассеянных тяжелых металлов, содержащихся на уровне геохимического фона, а строительная пыль со значительной долей цемента отличается повышенным содержанием стронция. В городской пыли все перечисленные особенности интегрируются и отчасти сглаживаются в результате поступления значительного количества продуктов развеивания местных почв.

На графике микроэлементного состава пыли города (рис. 16.11) показано, что определяющий вклад в состав пыли вносят деятельность теплоэлектростанций и строительные работы при значительной доле выбросов предприятий металлообрабатывающей промышленности. Таким образом становление любого города и его дальнейшая история сопровождается аккумуляцией рассеянных тяжелых металлов, большая часть которых связаны с твердыми высокодисперсными частицами. Эти частицы многократно захватываются ветром, перемешиваются с такими же по размерам частицами местных почв и грунтов, в результате чего происходит гомогенизация городской пыли и ее состава с одновременно происходящим поступлением техногенных рассеянных металлов.

Геохимическая динамика тяжелых металлов на урбанизированных территориях осложняется еще одним обстоятельством, типичным исключительно для городов. Поверхность городских почв почти полностью покрыта асфальтом, нарушающим свободный газообмен в системе почва — приземный слой атмосферы и способствующим дефициту кислорода в почвах и грунтах. В такой обстановке развивается анаэробная микробиологическая деятельность, сопровождаемая продуцированием специфических легко возгоняемых углеводородов, способных образовывать комплексные соединения с рассеянными тяжелыми металлами. Указанные соединения диффундируют в атмосферу, вступают во взаимодействие с ядрами аэрозолей и фиксируются на них.

---

Рис. 16.11. Поступление рассеянных элементов с городской пылью

(по Б. А. Ревичу и др., 1990):

1 — поступление с пылью с аномальным содержанием элементов; 2 — поступление с пылью, содержащей элементы на уровне местного геохимического фона
Автор в 1980 г., обобщив имеющиеся к тому времени данные, показал, что избирательная аккумуляция рассеянных тяжелых металлов в аэрозолях является неотъемлемой частью биосферной геохимии металлов, и ввел в качестве количественного показателя интенсивности этого процесса коэффициент аэрозольной концентрации металлов (см. разд. 3.2). Численное значение данного коэффициента для некоторых металлов, особенно для кадмия, свинца и ртути существенно возрастает в аэрозолях над городами. Американские исследователи П.Джил и Г.Гридел в 1983 г. обнаружили, что твердые и жидкие частицы аэрозолей над городами покрыты пленками углеводородов. Можно предполагать, что эффект аккумуляции рассеянных тяжелых металлов в аэрозолях связан с хелатированием определенных металлов летучими органическими соединениями, образующимися анаэробными микроорганизмами, деятельность которых на суше сосредоточена в гидроморфных ландшафтах, а активизируется на урбанизированных территориях под асфальтовыми покрытиями.

Многочисленные данные свидетельствуют, что процесс преобразования природной среды, сопровождающий жизнь городов, настолько своеобразен, что наряду с процессом техноге-неза, происходящим в результате индустриальной деятельности, следует учитывать особый процесс урбогенеза в качестве важной стороны геохимического воздействия человечества на биосферу.

Геохимические аномалии городов имеют сложную структуру, в которой на общем геохимически аномальном урбаногенном фоне выделяются отдельные более интенсивные аномалии, связанные с деятельностью определенных производственных предприятий и крупными транспортными артериями. В качестве примера может служить структура урбаногенной аномалии одного из городов Украины — Мелитополя, изученной Т.А.Алексеевой. На основании данных о содержании цинка в почвенном покрове и коре деревьев можно считать, что на всей территории города урбаногенный фон в 1,5 раза превышает уровень местного природного геохимического фона. На убраногенном аномальном фоне выделяются отдельные участки с более высокой концентрацией цинка, обусловленной производственной деятельностью машиностроительных предприятий и тепловой станции. В центре города, где сосредоточена значительная часть промышленных предприятий, локальные аномалии соединяются в более крупную, где концентрация цинка в 2 раза и более превышает уровень урбаногенного фона (рис. 16.12).

---

Итак, современные мегаполисы и индустриальные урбанизированные агломерации представляют собой огромные антропогенные геохимические и биогеохимические аномалии. Парадоксальность ситуации заключается в том, что абсолютная и относи- тельная численность городского населения неуклонно возрастает, в то время как эмиссия всех видов отходов индустриальной цивилизации наиболее интенсивно происходит именно в городах. Геохимически аномальная окружающая среда не только отражается на состоянии здоровья населения в настоящем, но будет иметь непредсказуемые последствия для последующих поколений. Биогеохимия городов должна стать одной из приоритетных проблем науки в третьем тысячелетии нашей эры.
Рекомендуемая литература
Апексеенко В. А. Геохимия ландшафта и окружающая среда. — М.: Наука, 1990. - 140 с.

Беус А. А, Грабовская Л. И., Тихонова Н. В. Геохимия окружающей среды. - М.: Недра, 1976. - 248 с.

Биогеохимическая оценка состояния природной среды: В.В.Батоян, В. С. Вшивцев, Н. С. Касимов и др. // Тр. Биогеохимической лаборатории. — М.: Наука, 1990.-Т. 21. - С. 108-125.

Геохимия окружающей среды. — М.: Недра, 1990. — 335 с.

Глазовский Н. Ф. Техногенные потоки вещества в биосфере // Добыча | полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. — М.: Наука, 1982.-С. 7-28.

Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем / Под ! ред. М.А. Глазовской — М.: Наука, 1982. — 272 с.

Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта — М.: Астрея-2000, 1999. - 768 с.

Петров К. М. Общая экология. — СПб.: Химия, 1998. — 352 с.

---

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Характерная черта естествознания XX в. — возникновение на стыке устоявшихся классических наук комплекса новых научных направлений. Эта черта — следствие естественного хода развития научной мысли и ее определенный этап, когда решение очередных задач одной отрасли естествознания становится невозможным без использования достижений других, соседних, отраслей. Целенаправленное взаимопроникновение наук не только позволяет обнаружить неизвестные ранее факты, но также способствует открытию новых областей познания.

Как отражение этого этапа развития естествознания, на контакте проблем биологии и геохимии возникла биогеохимия, призванная, по мнению ее основоположника В.И.Вернадского, оценить жизнь как планетарное явление. Роль и значение живого вещества (постоянно существующей совокупности живых организмов) в истории Земли можно выяснить путем изучения биогеохимических процессов, т.е. результатов воздействия жизнедеятельности организмов на миграцию и распределение масс химических элементов. В.И.Вернадский обосновал совершенно новый взгляд на феномен жизни как на фактор геохимической организации планеты.

Каждый организм биогеохимически индивидуален. В то же время состав организмов, образующих систематические группы или обитающих в сходных эколого-геохимических условиях, имеет общие черты. При генерализации результатов химических анализов различных организмов обнаруживаются общие черты состава всей планетарной совокупности организмов. Можно констатировать, что в живом веществе преобладают компоненты, активно дегазировавшиеся в процессе формирования Земли: вода и газы атмосферы. Вместе с тем в состав живого вещества входят все химические элементы, содержащиеся в земной коре. Они присутствуют в совершенно особых соотношениях, неадекватных соотношениям в других наружных оболочках нашей планеты. При этом имеются сходные черты относительной распространенности атомов химических элементов в составе живого вещества, с одной стороны, и в составе межзвездного газа и газового вещества комет — с другой. Отмеченное обстоятельство наряду с другими фактами дает основание рассматривать жизнь как космическое явление.

Химический состав живого вещества обусловлен соотношением состава и массы разных групп организмов. На протяжении геологической истории органический мир непрерывно менялся. Соответственно происходили колебания среднего состава живого вещества, но они не изменяли его основных особенностей. В настоящее время доминирующую часть живого вещества составляют высшие растения суши, средний состав которых определяет состав всего живого вещества Земли.

---