Накопление в ландшафтах продуктов техногенеза и формирование геохимических аномалий.
2.2. Накопление в ландшафтах продуктов техногенеза и формирование геохимических аномалий.
Химические элементы, вырываясь из собственно техногенных потоков, поступают в окружающую среду и включаются в природные воздушные, водные, биохимические миграционные потоки. В зависимости от конкретных ландшафтных условий они испытывают ряд химических превращений, усиливающих или уменьшающих их подвижность. Часть элементов накапливается на геохимических барьерах и формирует техногенные геохимические аномалии.
Техногенные геохимические аномалии. В классификации техногенных аномалий выделяют техногенные аномалии как с повышенным, так и пониженным геохимическим фоном.
По размерам выделяют: глобальные, региональные, локальные. Все техногенные аномалии делятся на полезные, вредные и нейтральные.
Полезные аномалии улучшают природную среду (известкование кислых почв, расселение при промывке и дренаже).
Вредные геохимические аномалии (с повышенными концентрациями токсичных веществ) - ухудшают условия существования биоты. Они систематически изучаются в связи с проблемами загрязнения среды.
Нейтральные геохимические аномалии не оказывают определенного влияние на экологические свойства окружающей среды (концентрация золота в россыпях).
Техногенные геохимические аномалии подразделяются по средам в которых они накапливаются: литохимические (накапливаются в почвах и грунтах), атмогеохимические (накопление в атмосфере), гидрогеохимические (накапливаются в поверхностных и подземных водах), биогеохимические (накапливаются в организмах).
Техногенные геохимические аномалии подразделяют также по механизму образования. Выделяют техногенные аномалии, возникающие:
Рекомендуемые материалы
1. при единовременных аварийных выбросах техногенных веществ;
2. в результате ограниченного по времени, но интенсивного техногенного воздействия;
3. в результате стационарного воздействия источника техногенных веществ.
В первых двух случаях техногенные аномалии хотя и резко выражены, относятся к остаточным, продолжительность их существования зависит от степени первоначального нарушения функций живого вещества экосистемы и от совокупности ландшафтно-геохимических условий, способствующих или препятствующих самоочищению.
В случае стационарного источника, на начальном этапе его функционирования аномалии имеют аккумулятивный характер, а затем в зависимости от интенсивности источника и условий рассеяния и самоочищения среды приобретают стационарный характер по уровню содержания элементов. Опасность стационарных аномалий заключается в том, что при невысоком уровне аномальности они могут и не сказываться заметным образом на состоянии биоты. Однако воздействие в течение длительного времени может иметь кумулятивный эффект. Подобным образом возникают техногенные биогеохимические эндемии, проявляющиеся не только в нарушении жизненных функций данного организма, но и изменяющих генетический код.
Для характеристики локальных техногенных аномалий используют коэффициент техногенной концентрации (Кк) по сравнению с содержанием в "фоновых" незагрязненных ландшафтах отдельных химических элементов и суммарный показатель загрязнения (Кс) равный сумме Кк всех накапливающихся элементов.
Кс = SКк – (n –1),
где Кк – коэффициенты концентрации техногенных элементов больше 1, n – число элементов с Кк больше 1. Суммарные показатели определяются для различных компонентов ландшафта – почв, снега, растений, донных отложений.
Распределение этих показателей позволяет выделять и районировать аномалии в зависимости их удаленности от источника загрязнения. Форма и протяженность техногенной аномалии зависит не только от мощности источника загрязнения, но и от направления и силы преобладающих ветров местной циркуляции воздушных масс.
Техногенные элементы, поступающие на поверхность почв, включаются в радиальные и латеральные миграционные потоки, и в результате латеральной миграции геохимически подчиненные ландшафты (склоны, долины рек, депрессий рельефа) имеют более высокие коэффициенты концентрации, чем автономные ландшафты. Техногенные аномалии имеют сложную структуру, отражающую современную миграционную структуру тех ландшафтов, в которые вторгается техногенный поток. Большую роль при формировании техногенных аномалий имеют геохимические барьеры.
Педогеохимические факторы, контролирующие формирование техногенных аномалий. Почвы являются фильтрами для многих загрязняющих веществ. Первый техногенный "удар" принимают, наряду с растительностью, почвы и прежде всего самые верхние, самые ценные, обогащенные органическим веществом и корнеобитаемые горизонты.
Поступающие в почву техногенные вещества подразделяют на: педохимически активные и биохимически активные. Педохимически активные меняют кислотно-щелочные или окислительно-восстановительные условия, это могут быть щелочи и минеральные кислоты, физиологически кислые соли. Сильное подкисление или подщелачивание может сказаться и на почвенной биоте.
Биохимически активные техногенные вещества действуют на живые организмы. Общее изменение почвенно-геохимических условий возникает не сразу, а в следствие нарушения почвенной биоты. К биохимически активным относится ряд органических и органо-минеральных веществ: пестициды, гербициды, дефолианты, тяжелые углеводороды, токсические микроэлементы, ртуть, мышьяк, селен, свинец, кадмий, хром, никель, радиоактивные и др.
Буферностьпочв как и всей геосистемы по отношению к воздействию техногенных потоков зависит от совокупности процессов, выводящих избыточные деструкционно активные продукты техногенеза из биологического круговорота:
1. процессов вымывания токсичных веществ за пределы почвенного профиля;
2. процессов консервации токсичных веществ на геохимических барьерах в недоступных живым организмам формах;
3. процессов разложения токсичных химических соединений до форм, неопасных для живых организмов.
Биогеохимические факторы, контролирующие формирование техногенных аномалий. В миграции техногенных химических элементов в геосистеме существенную роль играет растительность. Большое значение имеет видовой состав, разнообразие и соотношение видов, слагающих данный биоценоз. Сложная биогеохимическая структура естественных биоценозов обуславливает их большую устойчивость по отношению к техногенным геохимическим факторам, чем искусственных агроценозов. В естественных биоценозах коэффициенты биологического поглощения микроэлементов у разных видов растений существенно различны. По соотношению микроэлементов в почвах, в золе растений и биопродуктивности последних выделяют "безбарьерные" и "барьерные" растения. В безбарьерных растениях содержание элементов растет пропорционально содержанию его в почвах. Продуктивность сначала увеличивается, достигая максимальной (оптимальной), а затем при большом содержании элемента падает. При предельно высокой концентрации растение гибнет. Барьерный тип зависимости между содержанием элемента в среде обитания и золе растений имеет три диапазона:
Ещё посмотрите лекцию "3.3. Модели составных узловых элементов сети" по этой теме.
1. интервал прямой зависимости (пропорциональности) содержания элемента в почве и золе и повышения продуктивности;
2. интервал оптимума-стабилизации содержания элементов в растении и максимальной продуктивности;
3. интервал обратно пропорциональной зависимости: содержание элемента в почвах увеличивается, в золе растения уменьшается при некотором уменьшении по сравнению с оптимумов биопродуктивности. Выделяют: низко, средне и высоко барьерные растения. Высокобарьерные являются главными геохимическими аккумуляторами - агентами формирования природных и техногенных биогеохимических аномалий как в почвах, так и в самих растениях, особенно опасных, если растительная продукция включается во вторичные биологические круговороты.
Техногенные барьеры.
Для защиты от поступления в депонирующие среды мощных техногенных потоков (например, поступления обогащенных металлами рудничных вод) можно использовать свойство химических элементов накапливаться на геохимических барьерах, т.е. в местах резкого изменения геохимической обстановки. Такие искусственно созданные изменения геохимических условий А.И. Перельман назвал "техногенные геохимические барьеры". Техногенные геохимические барьеры можно создавать, усиливая путем технических сооружений некоторые природные барьеры или создавая новые. Так, создание известковых барьеров на пути движения кислых рудничных вод или кислых вод, вытекающих из отвалов вскрышных пород, может не только предотвратить загрязнение прилегающих территорий, но и создать условия для вторичной концентрации на этом щелочном барьере растворенных в кислых водах рудных металлов.
В Молдавии осуществлен эксперимент по созданию известкового барьера по пути стекания обогащенных медью поверхностных снеговых вод с виноградников, обрабатываемых бордоской жидкостью (раствором медного купороса).
