Техногенная миграция и техногенные геохимические барьеры. Технофильность химических элементов — отношении ежегодной добычи элементов к его кларку в земной коре

Исследования А. Е. Ферсмана в этой области сначала почти не привлекали внимания геохимиков, не находили последователей, лишь в условиях новой научно-технической революции, особенно с начала 70-х годов, данные труды приобрели особую актуальность.

По А. Е. Ферсману, культура и промышленность строятся на элементах, наиболее распространенных в земной коре. В будущем зависимость промышленности от клар- ков, очевидно, станет еще более тесной, так как богатые месторождения быстро отрабатываются, и со временем, по прогнозу А. А. Саукова, человечество перейдет к эксплуатации гранитов, базальтов и других горных пород, в которых содержания элементов близки к кларкам.

Автор ввел в геохимию понятие о технофильности химических элементов — отношении ежегодной добычи элементов к его кларку в земной коре. Различия в технофильности определяют изменение химического состава техногенных (культурных) ландшафтов, в которых накапливаются наиболее технофильные элементы,—человечество «перекачивает» на земную поверхность из глубин элементы месторождений. В результате по сравнению с природным культурный ландшафт обогащается Fe, Pb, Hg, Cu, Sb, Sn и другими элементами. Количество элемента, выводимого из техногенного потока в природный, Н. Ф. Глазовский назвал техногенным геохимическим давлением. В бассейнах Черного, Азовского и Балтийского морей техногенное давление калия и серы превышает речной сток этих элементов, на реках других бассейнов соотношение обратное, однако во всех случаях масштабы техногенного давления и речного стока сопоставимы.

В качестве модели техногенной миграции от локального источника можно использовать хорошо изученные процессы образования вторичных ореолов рассеяния рудных месторождений. Центральным понятием служит техногенная геохимическая аномалия — участок ноосферы с повышенным или пониженным содержанием химических элементов относительно местного природного фона. Появление таких аномалий связано с деятельностью рудников, заводов, электростанций, транспорта, колхозов, совхозов и т. д., причем каждый такой объект может рассматриваться как эпицентр аномалии. По среде, в которой они развиваются, техногенные аномалии разделяются на литохимические (в почвах, породах, строениях), гидрогеохимические (в водах), атмогеохимические (в атмосфере) и биогеохимические (в организмах). Так, аналогия с процессами формирования вторичных ореолов рассеяния рудных месторождений позволила установить понятийный аппарат геохимии техногенеза и наметить приемы исследования.

Было разработано также понятие о техногенных геохимических барьерах — таких участках, где происходит резкое уменьшение интенсивности техногенной миграции и, как следствие, концентрация элементов. Техногенные барьеры предложено создавать на путях миграции элементов от источников загрязнения окружающей среды для его локализации. Вопрос о создании таких барьеров поставлен в Молдавии (Н. К. Бургеля, Н. Ф. Мырлян).

Наряду с анализом отдельных процессов в геохимии техногенеза четко выявился и системный подход, когда объектами исследования стали техногенные системы и системы биосферы, сильно измененные техногенезом. Развиваются исследования по геохимии техногенных (культурных) почв, илов, кор выветривания, водоносных горизонтов, а также более сложных систем: городов, агроландшафтов, дорожных ландшафтов, районов горнообогатительных комбинатов, рудников и т. д. Привлекают внимание и еще более крупные системы, например геохимия техногенеза в океане и, наконец, всей ноосфёры нашей планеты.

Большое внимание техногенезу в подземных водах уделяют гидрогеологи. Они накопили большой фактический материал, ставится вопрос об оформлении самостоятельного научного направления — инженерной гидрогеохимии.

Одной из теоретических основ решения проблем техногенеза, в частности борьбы с загрязнением окружающей среды, стала геохимия ландшафта. М. А. Глазов- ская пишет: «Судьба твердых, жидких и газообразных продуктов техногенеза, поступающих в атмосферу, на поверхность растений, в почвы, в водоемы, зависит как от природы самих техногенных продуктов, так и в значительной мере от той ландшафтно-геохимической обстановки, в которую они попадают. В одних условиях продукты техногенеза долго сохраняются и накапливаются в количествах, превышающих устойчивость природной системы, активно включаются в биологический круговорот и влияют, как положительно, так и отрицательно, на живые организмы. В других условиях те же самые по количеству и качеству продукты техногенеза легко „перерабатываются“ природными геохимическими процессами, быстро разлагаются, подвергаются химическим превращениям, утрачивают токсичность, рассеиваются на больших пространствах, в результате чего концентрация их понижается и становится неопасной. Иногда первоначально подвижные продукты техногенеза на определенных ландшафтно-геохимических барьерах преобразуются в устойчивые инертные формы, выводятся из общего миграционного потока и не включаются в биологический круговорот. В таких случаях природный ландшафт легко „самоочищается“ от продуктов техногенеза и обладает значительно большей устойчивостью по отношению к техногенным воздействиям» 9.

В последние годы внимание геохимиков привлекли горнопромышленные районы, в ландшафтах которых изменяется гидрогеологический режим, уровень подземных вод, развивается заболачивание, засоление и т. д. В районах металлургических комбинатов, перерабатывающих сульфидные руды, возникает техногенный сернокислый ландшафт, геохимию которого охарактеризовал В. Г. Прохоров.

Изучение геохимии районов горнообогатительных комбинатов или рудников способствует более полному извлечению полезных компонентов и предотвращению загрязнения окружающей среды.

Интересные данные были получены по геохимии дорожных ландшафтов, в которых за счет выхлопных газов автомашин и других воздействий меняется состав атмосферы, почв, растений и животных. Соответствующие исследования выполнены как в нашей стране, так и за рубежом.

В городах живет около половины населения нашей планеты, в связи с чем изучение геохимии городов имеет особенно важное значение. Само понятие «геохимия города» еще не сформулировано, хотя круг изучаемых вопросов определился. Как и в природных ландшафтах, в городах изучается биологический круговорот атомов, водная и воздушная миграция элементов. Актуальность приобрели вопросы, связанные с загрязнением среды в крупных городах, и в первую очередь атмосферы. Установлено, что загрязнение атмосферы городов отрицательно влияет не только на людей, но и на памятники архитектуры. Техногенное выветривание не пощадило афинский Акрополь, которому за последние годы нанесено больше вреда, чем за предыдущие тысячелетия.

Оптимизация геохимической среды в городах — исключительно важная и вместе с тем сложная проблема. Пути ее решения — внедрение безотходной технологии на фабриках и заводах, строительство очистных сооружений, уменьшение числа котельных, борьба с выхлопными газами автомашин, озеленение и т. д. В СССР в этом направлении проводятся большие работы.

Крупным разделом геохимии техногенеза стало изучение техногенных процессов в реках и озерах. На них ложится огромная «техногенная нагрузка». По данным ЮНЕСКО, ежегодно реки сбрасывают в океан 320 млн. т техногенного Fe, 2,3 млн. т РЬ, 1,6 млн. т Мп, 6,5 млн. т Р и т. д. В результате ионный сток рек с каждым годом увеличивается. К началу 70-х годов техногенная составляющая, по данным В. А. Ковды, колебалась от 30 до 60% общего выноса солей. Речная вода содержит также техногенные жиры и кислоты, ядовитые вещества. Загрязнение сильно изменяет биологический круговорот, в реках и озерах исчезает рыба, вода становится непригодной для питья. В СССР проводится широкий комплекс мероприятий по очистке речных и озерных вод, по предотвращению их загрязнения. Приняты специальные постановления об охране вод бассейнов Волги и Урала, Байкала и других водоемов.

Многообразны аспекты техногенеза океана, который является важнейшим потенциальным источником химических элементов. Из морской воды добывают Mg, Na, К, Cl, ставится вопрос об извлечении и других элементов. Запасы их практически не ограничены, а технология извлечения часто проще, чем при обычной добыче, так как не надо строить шахт, дробить руду, растворять ее в кислотах и щелочах и т. д. Роль океана как источника минерального сырья растет с каждым годом. Уже около 20% мировой добычи нефти получают за счет бурения на шельфе.

Внимание многих стран и международных организаций приковано к проблеме загрязнения океана. Особенно опасно загрязнение нефтью. В моря и океаны поступает огромное количество и других техногенных отходов, нарушающих биологический режим океана и загрязняющих его воды. Для борьбы с загрязнением океанических вод разработаны международные соглашения, проводятся специальные исследования.

В целом возросшая роль человеческого общества как геологического фактора планетарного масштаба ставит перед геохимией важнейшую практическую задачу — разработку теории оптимизации техногенной миграции. Анализ проблемы показывает, что при данном уровне развития производительных сил вполне возможно использовать природные ресурсы, так, чтобы, с одной стороны, получать высокий хозяйственный эффект, а с другой — не допускать загрязнения среды, разрушения производительных сил, обеспечивать их рост и развитие. Изучая ноосферу, техногенную миграцию и техногенные системы, геохимия вносит свой вклад в решение важнейших вопросов, стоящих перед человечеством.

К содержанию книги: Биография и книги Ферсмана