Геохимические представления о техногенезе

     При рассмотрении глобальных циклов макроэлементов преобладает концепция баланса.

     Количество  кислорода, выделяемого в процессе фотосинтеза должно быть равно количеству кислорода, потребляемому в процессе дыхания и процессов его анаэробного использования организмами. Количество поступающего в биосферу углекислого газа должно быть равно количеству оксида углерода, используемого при фотосинтезе и поглощенного водными резервуарами и организмами.

     Живое вещество содержит 9,4% водорода, 18,5% углерода и 68,1% кислорода.[5]

     Полагают, что в настоящее время содержание оксида углерода увеличивается как  результат активности человека. Часть углерода, трансформируемого при сжигании топлива, действительно очень высока – 6 Гг/год, но это значительно меньше природной компоненты суши -11,8 Гг/год.[7]

     Однако  это спорное положение. Мы не располагаем  точными оценками массы живого вещества. Оно дифференцировано по различным резервуарам и его необходимо подвергнуть инвентаризации. Предполагаемая масса живого вещества в биосфере оценивается в 2420 биллион тонн. Это в 2000 раз меньше, чем его масса, рассеянная в атмосфере.[5]

     Необходимо  отметить, что растения выделяют кислород только на свету. Касаясь циклов воды, необходимо вспомнить, что сейчас потребление речного стока воды достигает 10% от общего стока.[10] Этот объем потребления воды требует сокращения.[8]

     Современный период развития биосферы характеризуется  увеличением миграции не только углерода, но и ряда металлов. Сравнение потребляемых и резервных масс металлов, а также количества металлов, вовлекаемых в биогенную миграцию, отражает интенсивность техногенной миграции тяжелых металлов. Она остается весьма высокой как для железа, так и других металлов (хром, марганец, серебро, кадмий, платина, золото).

     Следует отметить, что формирование техногенных  биогеохимических аномалий свидетельствуют в ряде случаев об интенсивном вовлечении железа в локальные биогеохимические циклы. По-видимому, это является реальным отражением эпохи «железа». Если мы сравним данные по распределению концентраций железа в травянистых растениях за 40-60-е годы и за последние 10-20 лет, то становится очевидным различный характер частоты встречаемости определенных концентраций металла в травянистых растениях и кормах (сено). Тип распределения меняется от бимодального (30-40 гг.) через асимметричный (50-60 гг.) к нормальному (80-90 гг.).

     Подобное  явление характерно также для  кальция и железа.[8]

     Приведенные материалы отражают техногенное  развитие биосферы как один из этапов ее естественной эволюции. Современная  стадия развития биосферы является стадией  адаптации и перехода в ноосферу. Использование огромных масс химических элементов, обусловленное техногенезом, пока не сказывается на глобальных циклах химических элементов, поддерживающих целостность биосферы. Но в будущем  ряд техногенных процессов может  оказать заметное влияние на миграцию элементов в биосфере (блокирование атмосферного азота, окисление серы и углерода, повышение кислотности  природных вод, повышение радиационного  фона биосферы), способствуя образованию  техногенных аномалий в результате изменения биогеохимических циклов химических элементов.[9] Техногенные аномалии – своеобразные «геохимические бомбы» в почвах, грунтах, донных отложениях, которые создаются в процессе образования обширных гидро-, атмо-, лито и биохимических ореолов загрязнения. Ореолы загрязнения, в свою очередь, образуются в процессе циркуляции загрязнителей в природных средах.[17]

     Геохимические аномалии являются отклонением от нормы, свойственной данному участку биосферы (или одной из ее составных частей). Геохимической аномалией могут  быть значительно повышенные (положительные) или пониженные (отрицательные), по сравнению с фоном, содержания элементов (их соединений). Сами элементы при этом могут находиться в минеральной, биогенной или изоморфной формах, а также в виде растворов и газовых смесей. Геохимической аномалией может быть и резкое отклонение от нормы отношения двух или более элементов, а также соотношения изотопов одного и того же элемента.[1]

     В классификации техногенных аномалий, предложенной Перельманом (1978), выделяются техногенные аномалии как с повышенным, так и с пониженным (за счет изъятия  вещества) геохимическим фоном.

     По  размерам можно выделить: глобальные аномалии, охватывающие земной шар  или большую его часть; региональные техногенные аномалии, распространяющиеся на части материков, отдельные страны, области, зоны и возникающие, например, в результате массового использования  химических удобрений, ядохимикатов; локальные  геохимические аномалии с радиусом до нескольких десятков километров, связанные  с определенным эпицентром. Пространство, занимаемое локальной аномалией, называют техногенным ореолом рассеяния.[6]

     Все техногенные аномалии Перельман  делит на три типа: полезные, вредные, нейтральные.

     Полезные  аномалии улучшают окружающую среду. Примером могут служить территории, где  в результате дренажа и промывок удалены из почв вредные соли.

     Вредные техногенные аномалии ухудшают условия  существования человека, растений и  животных.

     Нейтральные техногенные аномалии не оказывают  определенного влияния на экологические  свойства окружающей среды. В качестве примеров подобных аномалий служит концентрация железа, алюминия в городах.[13]

     Техногенные геохимические аномалии образуются в различных средах и по этому  признаку их можно разделить на литохимические – в почвах, породах, гидрогеохимические – в водах, атмогеохимические  – в атмосфере, биогеохимические – в организмах.[22]

     Техногенные геохимические аномалии с повышенным содержанием техногенных веществ  возникают: 1) при единовременных аварийных  выбросах техногенных веществ; 2) в  результате ограниченного во времени, но интенсивного техногенного воздействия; 3) в результате стационарного режима воздействия источника техногенных  веществ на окружающую среду.

     В первых двух случаях техногенные  геохимические аномалии относятся  к остаточным. Продолжительность  их существования зависит от степени  первоначального нарушения функций  живого вещества экосистемы и от совокупности ландшафтно-геохимических условий, способствующих или затрудняющих самоочищение данной системы от загрязняющих веществ.

     Хорошо  изучены основные закономерности формирования техногенных локальных геохимических  аномалий, связанных с рассеянием в атмосфере газопылевых выбросов отдельных промышленных предприятий, их агломераций в урбанизированных территориях, вдоль автотрасс и  другими источниками локального загрязнения.[6]

     Как было сказано ранее, появление геохимических  аномалий – это результат загрязнения  окружающей среды под влиянием техногенных процессов.

     Под «загрязнением» понимают процесс поступления и включения в экосистемы техногенных или природных веществ в токсичных для экосистем количествах или, способствующих образованию новых опасных соединений.

     Загрязнитель – это вещество или смесь веществ техногенного или природного характера, нарушающий циклы миграции химических элементов и трансформации энергии и оказывающий неблагоприятное воздействие на функционирование экосистем в целом.

     Среди других экологических факторов следует  отметить влияние излучений как  проявление информационной функции биосферы. В большинстве случаев эти факторы воздействуют на организмы и потоки химических элементов, изменяя их локальные, региональные и глобальные биогеохимические циклы.[9] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Экологические последствия техногенеза

1. Деградация  природной среды

     Деградация  природной среды - постепенное или быстрое ухудшение природной среды, сопровождающееся разрушением экосистемы, в результате хозяйственной деятельности.[20]

     В результате техногенного воздействия  на природные системы мы наблюдаем  деградацию окружающей природной среды.

     Основной  причиной деградации при техногенном воздействии является загрязнение природной среды производственными отходами. Количество этих отходов в последнее время приняло размеры, которые стали угрожать самому существованию цивилизации. В свою очередь эти отходы могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

     Жидкие  отходы загрязняют прежде всего гидросферу, в качестве главных загрязнителей  здесь выступают сточные воды и нефть. Общий глобальный объем  сточных вод в начале 90-х годов  достиг 1800 . Их разбавление и очищение стало самой крупной статьей расходования в странах Азии, Северной Америки и Европы. На страны Азии, Северной Америки, Европы, России приходится более 90% всего мирового сброса сточных вод.[21]

     Нефтяное  загрязнение отрицательно сказывается  прежде всего на состоянии морской  и воздушной среды, поскольку  нефтяная пленка ограничивает газо-, тепло- и влагообмен между ними. По минимальным  оценкам ежегодно в Мировой океан  попадает примерно 3,5 млн. т нефти и нефтепродуктов.[17] Деградация водной среды в наши дни приняла глобальный характер.

     Не  меньшую, если не большую, тревогу вызывает загрязнение атмосферы пылевидными  и газообразными отходами, выбросы  которых в наибольшей степени  связаны со сгоранием минерального топлива и биомассы.

     К числу главных загрязнителей  обычно относят твердые частицы (аэрозоли), диоксид серы, окислы азота  и оксид углерода. Ежегодно в атмосферу  Земли выбрасывается около 60 млн. т твердых частиц, которые способствуют образованию смока и затрудняют видимость в атмосфере. Большинство из этих выбросов попадают в атмосферу в результате техногенеза. Диоксид серы (100 млн. т) и оксиды азота (около 70 млн. т) служат главным источником образования кислотных осадков. Большое воздействие на газовый состав атмосферы оказывают выбросы оксида углерода (175 млн. т). Почти 2/3 всех мировых выбросов этих четырех загрязнителей приходится на экономически развитые страны Запада.

     Но  еще более масштабный и опасный  аспект деградации атмосферы связан с воздействием на нижние слои атмосферы  так называемых парниковых газов, и, прежде всего, диоксида углерода и метана. Диоксид углерода поступает в  атмосферу как в результате разрушения биоты человеком, при котором  она распадается на воду и углекислый газ (1/3 всех поступлений), так и в  особенности вследствие сгорания минерального топлива (2/3). Источниками поступления  в атмосферу метана служат сжигание биомассы, некоторые виды сельскохозяйственного  производства, утечка его из нефтяных и газовых скважин. Хотя метан  даёт гораздо больший парниковый эффект, чем углекислый газ, последний  более устойчив в атмосфере и  к тому же его эмиссия превышает  эмиссию метана в 25-30 раз.

     Изменение газового баланса атмосферы в  связи с увеличением содержания парниковых газов уже привело  к тому, что по сравнению с концом 19 века среднегодовая температура  воздуха у поверхности Земли  увеличилась на 0,5° С. Такое потепление было отмечено нарастанием засух  в США, Китае, России и ряде других стран мира.

     До  сих пор речь шла о тех веществах  и соединениях, которые имеются  и в самой природе, однако в результате техногенной деятельности поступают в неё в значительно больших количествах. Деградация окружающей природной среды связана также с поступлением в природу разнообразных химических веществ, создаваемых в процессе производства. По примерным расчётам, в наши дни в таком загрязнении, которое можно именовать отравлением окружающей природной среды, участвуют 100 тысяч различных химических веществ. Основная доза загрязнений приходится примерно на 1,5 тысячи из них. Это разнообразнейшие химикаты, пестициды и т.д. Они также загрязняют атмосферу, гидросферу и литосферу.

     Одно  из главных последствий техногенного воздействия на природную среду  выражается в оскудении её генофонда, уменьшении биологического разнообразия. Биологическое разнообразие Земли  по самым скромным подсчётам оценивается  в 10-20 млн. видов. И тем не менее  урон в данной сфере уже достаточно ощутим. Это происходит из-за разрушения среды обитания растений и животных, чрезмерной эксплуатации природных  ресурсов, загрязнения окружающей среды.

     Огромный  урон природе ежегодно наносят лесные и торфяные пожары, которые нередко возникают в результате техногенной деятельности человечества, а также пожары аварийных нефтегазовых фонтанов.  Например, в результате пожара в ноябре 1986 г. на химическом заводе под г. Базелем (Швейцария) 30 т. отравляющих химических веществ хлынули вниз по р. Рейн. Это привело к экологической катастрофе в Европе со следующими последствиями: 1) вдоль 155-мильной полосы Рейна к северу от швейцарской границы река была признана если не биологически мертвой, то критически пораженной; 2) погибло много рыбы (более 440 тыс.т. было выловлено мёртвой), в том числе такие редкие виды, как форель, щука, угорь, 3) были заблокированы водоочистительные заводы, что обусловило возникновение дефицита питьевой воды в прибрежных городах и деревнях; 4) произошло загрязнение воздуха, люди, не предупрежденные об этом заранее, получили отравление токсичными веществами. Полностью установить размер экономических потерь от этого пожара не удалось (по причине отсутствия соответствующих методик).[21]