Геохимические представления о техногенезе

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]

Несмотря на возросший уровень агротехники, продолжается деградация земель. Почти 23% всех пригодных для использования земель в мире подвержено разрушению, которое ведёт к снижению их продуктивности.[12]

Поскольку самовосстановление и саморегуляция являются природными свойствами экосистем, то почвы, воздух и вода в природных экосистемах способны к самоочищению. Однако из-за вымирания под натиском деятельности человека многих биологических видов – звеньев трофических цепей – экосистемы теряют способность к восстановлению и начинают разрушаться сами.[21]

Таким образом, деградация природной среды во второй половине XX в. приобрела глобальные масштабы. Несмотря на то, что за 20 лет между конференциями ООН в Стокгольме (1972) и в Рио-де-Жанейро (1992) на охрану окружающей среды было потрачено 1,2 трлн. долл., экологическая обстановка на Земле ухудшается. В глобальной экономике развиваются две противоположные тенденции: глобальный валовой доход растёт, а глобальное богатство (прежде всего жизнеобеспечивающие ресурсы) уменьшается.[12]

 

2. Истощение природных ресурсов

В наши дни происходит стремительное истощение природных ресурсов. 
          Истощаются невозобновимые ископаемые энергоресурсы биогенного происхождения — уголь и нефть, хотя их запасы пока достаточно велики. Кроме того, биосфера имеет и альтернативные неисчерпаемые источники энергии: ветер, приливы и отливы, солнечную радиацию.

Истощаются такие относительно возобновимые ресурсы, как леса. Сейчас на различных участках земного шара происходит опустынивание, связанное прежде всего с вырубкой лесов, сведением кустарников и травяного покрова. Сплошная распашка почв ведет к пыльным бурям, ветровой и водной эрозии плодородного почвенного слоя. Для борьбы с этими явлениями необходима защита полей лесными и кустарниковыми полосами, укрепление склонов оврагов древесными и кустарниковыми насаждениями и иные простые, но эффективные мероприятия.

Из-за загрязнения водоёмов под угрозой исчезновения оказались запасы чистой пресной воды. Загрязняясь биогенами, водоёмы подвергаются авторизации, многие из них превращаются в болота, становясь непригодными для жизни рыб ценных промысловых пород. При загрязнении абиогенными продуктами сельскохозяйственного и промышленного производства (тяжелыми металлами и ксенобиотиками) воды становятся токсичными для своих обитателей. Эта опасность — результат стока воды с полей и ферм, от промышленных объектов. В загрязнение воды и почвы весомый вклад вносят:

- сельское хозяйство вследствие применения удобрений, пестицидов, гербицидов и иных химикатов, особенно при использовании их в произвольных количествах;

- промышленность из-за недостаточно совершенных очистных сооружений.[18]

Разработка полезных ископаемых, инженерно-геологические работы вызывают наиболее глубокие изменения ландшафтов. В результате открытых разработок уничтожается почвенно-растительный покров, образуются карьеры и отвалы горных пород. Развиваются оползни, обвалы, сели и другие экзогенные геологические процессы. Понижается уровень грунтовых вод, растительность близлежащих территорий начинает страдать от недостатка влаги. Часто карьеры используются под свалки мусора или складирования отвалов горных пород, что также оказывает неблагоприятное влияние на состояние окружающей среды и здоровье населения.

При разработке нефтяных и газовых месторождений экологическую опасность представляют попутно добываемые рассолы, потери углеводородов при их добыче и транспортировке. Откачивание сырья из земных недр приводит к медленному проседанию поверхности и связанному с этим увеличению сейсмичности и заболачиванию в таежной зоне, что способствует потерям больших площадей земли.

При разработке месторождений твердых горючих ископаемых, железорудных, бокситовых, марганцевых и других руд основной вред окружающей среде наносят откачиваемые кислые шахтные воды сульфатного и хлоридно-сульфатного состава, а также извлечение минерализованных и рассольных подземных вод.

Разработка полиметаллических сульфидных месторождений влияет на окружающую среду через окисление сульфидов и накопление в рудничных водах серной кислоты, свинца, меди, цинка, кадмия, алюминия и других токсичных элементов.

Большую экологическую опасность представляет отсталая технология разработки соляных месторождений, в частности складирование на поверхности земли больших масс отвалов пород с значительной концентрацией солей. В результате размыва отвалов атмосферными осадками происходит засоление поверхностных водоемов и водотоков.[19]

Активное землепользование обычно сопровождается нарушениями естественного растительного покрова и вырубкой лесов. Возрастают процессы эрозии, происходит смыв плодородного горизонта почв. В зонах недостаточного увлажнения усугубляются процессы опустынивания.