В курсовой работе рассматривается введенное в естественные науки в 1961 году академиком А. И. Перельманом новое фундаментальное понятие геохимические барьеры
 Скачать 0.57 Mb.
|
|
Основные факторы концентрации элементов на биогеохимических барьерах Накопление химических элементов на различных биогеохимических барьерах можно рассматривать как процесс концентрации элементов в различных организмах, животных и растительных. Суммарное количество каждого из этих элементов, составляющих живые организмы, определяется сложным сочетанием целого ряда факторов. Эти факторы несколько условно можно объединить в три большие группы: внутренние, биогеохимические, определяемые биологическими особенностями конкретного вида организмов; внешние, ландшафтно-геохимические, определяемые условиями среды обитания (произрастания) организмов; внутренние, кристаллохимические, определяемые свойствами ионов, входящие в состав растений и животных. Рассмотрим отдельно эти факторы: Биогеохимические барьеры. Влияние этих факторов на концентрацию химических элементов в организмах к настоящему времени изучено наиболее полно. Отметим наиболее важные из них: Для определенных видов растений и животных характерны соответствующие концентрации элементов. Концентрация большинства элементов различна в разных органах растительных и животных организмов. Иногда в одном и том же животном организме она может изменяться в десятки раз. При этом следует отметить, что определенные компоненты органических тканей могут вызвать образование в живом организме даже минералов с очень высокой концентрацией целого ряда элементов (к примеру, камни в почках – соединения кальция и кремния). В одном и том же органе живого организма концентрация химических элементов весьма существенно изменяется в зависимости от фазы развития органа и его возраста. Такие изменения наиболее детально изучены для растений в связи с проведением биогеохимических поисков месторождений. Так, например, содержание свинца в васильке в зависимости от фазы развития изменяется в 3-4 раза (таблица 4.2)[1]. Аналогичных данных о животных пока меньше, но достоверно установлено, что, по крайней мере, концентрация элементов в скелетных образованиях изменяется в зависимости от фазы развития (возраста) этих животных. При этом могут изменяться не только концентрации, но и только форма нахождения химических элементов. Многие элементы из растворов и сложных металлоорганических соединений переходят в минеральную форму (обычно в скелетные образования). Таблица 4.2 – Содержание свинца в васильке в различные фенологические фазы развития (Каратау)
Содержание в конкретных видах организмов многих элементов зависит от биологических закономерностей связи между ними в организмах. Изменение концентрации в организмах одного элемента вызывает изменение содержания другого. Как еще одну подобную биологическую связь можно рассматривать соотношение в растениях (изучались полынь и таволга) бериллия и висмута с одной стороны и оксидами калия, натрия и кремния – с другой. Повышение концентрации бериллия и висмута в почвах, а затем в растениях привело к резкому увеличению перечисленных оксидов в золе растений, а соответственно и к общему повышению зональности. При этом содержание в питающей среде K, Na, Si и формы нахождения оставались прежними. В других случаях связь между определенными элементами в организмах вероятнее всего обусловлена химическими (геохимическими) свойствами ионов этих элементов, что можно отнести и к третьей группе факторов. Из многочисленных подтверждений этого следует остановиться на нескольких. Не только при избытке в ландшафте стронция, но и при обязательном недостатке кальция в костях животных организмов (включая человека) происходит резкое, в 5-8 раз, возрастание концентрации стронция [2]. При этом возникает тяжелая, так называемая «уровская болезнь». При сравнении ионных характеристик обоих металлов, можно заметить, что замещаются элементы с близкими показателями и что отнюдь не случайно, ведь это не единичный случай – подобных примеров множество, и ученые-геохимики пытаются найти сейчас этому четкое объяснение. У многих организмов ярко выражен биологический барьер накопления определенных химических элементов. Те из них, у которых он отсутствуют, при резком повышении содержания химических элементов в питающей среде или в продуктах питания погибают (примером можно привести губительное воздействие ртути на человека). Ландшафтно-геохимические факторы. Содержание химических элементов в одинаковых частях растения может существенно изменяться с изменением ландшафтно-геохимических условий их произрастания. В основном через растения сказывается влияние ландшафтно-геохимических условий на накопление химических элементов в животных организмах, включая человека. Рассматриваемое влияние наблюдается обычно в результате смены целого комплекса ландшафтно-геохимических условий. Однако специально проводимые исследования позволили установить, что практически все ландшафтно-геохимические особенности миграции химических элементов, учитываемые на всех уровнях классификации ландшафтов, влияют на концентрацию элементов в растениях. При этом они иногда имеют противоположную направленность и тогда может отсутствовать суммарный эффект повышенного (или существенно пониженного) накопления элементов в растениях. Кратко рассмотрим примеры влияния отдельных ландшафтно-геохимических факторов: изменение состава коренных горных пород приводит к смене ландшафтно-геохимической обстановки и, как правило, к изменению концентрации ряда элементов в растениях. Важным показателем ландшафтно-геохимической обстановки является рельеф. В определенных условиях этот таксономический показатель оказывает весьма существенное влияние на поглощение ряда металлов растениями. Примером может служить детально изученный район в Центральном Казахстане. Было рассмотрено распределение хрома и меди в зоне баялыча их ландшафтов, отличающихся только по геоморфологическим особенностям. Было замечено, что одновременно с изменением фоновой концентрации Cr и Cu в рассматриваемом случае произошло изменение дисперсии их содержания в растении. Особенно большим стал разброс концентрации Cu в условиях выровненной поверхности, что сразу же сказалось на увеличении его аномального содержания при практически одинаковом фоновом (таблица 4.3).И число подобных примеров чрезвычайно велико. Таблица 4.3 – Распределение Cr и Cu в зоне баялыча из ландшафтов, отличающихся только по геоморфологическим особенностям (Центральный Казахстан)
В 1988 году был введен новый уровень в классификации геохимических ландшафтов, учитывающий особенности воздушной миграции элементов [1]. Посредством его можно заметить, что при равных геохимических условиях в ландшафтах, подверженных воздушной эрозии, и в ландшафтах с отложением эолового материала почвы и растения отличаются содержанием целого ряда металлов. Процессы техногенеза лишь способствуют увеличению контрастности этих отличий. Так, в районе Новороссийска в растениях ландшафтов с отложением эолового материала техногенной природы в десятки раз повышается концентрация свинца, цинка и других тяжелых металлов. Довольно часто в ландшафте происходят изменения, которые обычно не фиксируются непосредственно (например, изменения состава почвенных газов, температуры в определенных фазах развития организма, атмосферного давления и т.п.), но на которые чутко реагируют растения. В результате при прочих одинаковых ландшафтно-геохимических условиях изменяются растительные комплексы и ассоциации. И в этих случаях наблюдаются изменения концентрации ряда элементов и степени их разброса (дисперсии) в одном и том же виде растений (таблица 4.4). Таблица 4.4 – Распределение ряда металлов в зоне ковыля из ландшафтов, отличающихся только растительными ассоциациями и комплексами (Центральный Казахстан)
Кристаллохимические факторы. Приведенный выше материал о биохимических факторах поглощения элементов позволяет считать, что их значительная часть не только попадает в организмы в ионной форме, но и распределяется в них в соответствии с кристаллохимическими особенностями ионов. Было, в частности, замечено, что с увеличением энергетических коэффициентов химических элементов резко уменьшается их относительное биологическое накопление. Это позволило говорить об установлении в общем виде связь между накоплением растительными организмами химических элементов и характеристиками ионов данных элементов. Это, в свою очередь, позволяет говорить о первостепенной роли ионов в питании растений, а также предполагать наличие ряда общих законов миграции химических элементов, как в косной части биосферы, так и в живых организмах. В связи с этим осознается необходимость дальнейшего углубленного изучения особенностей накопления химических элементов живыми организмами (на биогеохимических барьерах) в зависимости от строения атомов и ионов этих элементов. 5. СОЦИАЛЬНЫЕ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ В современной геохимии широко используется термин «социальная миграция химических элементов», впервые используемый А.И. Перельманом в монографии «Геохимия» для обозначения миграции элементов, обусловленной деятельностью человека. По аналогии с социальной миграцией вполне обоснованным стало введение понятия «социальный геохимический барьер». Под этим термином объединяются зоны складирования и захоронения отходов – как промышленных, так и бытовых. Для большего понимания этого явления следует отметить общие и отличные черты между социальными и уже рассмотренными природными и техногенными барьерами: На социальных, как и на всех ранее рассмотренных барьерах, прекращается перемещение целого ряда веществ, участвующих в определенном виде миграции – социальной (техногенной). Так же, как и на других барьерах, в данном случае прекращают миграцию не все участвующие в ней вещества, а только часть из них (остальные продолжают миграцию, в основном, в виде растворов и переносимых в воздухе коллоидов). Социальные барьеры создаются искусственно там, где в природе они не возникали, по крайней мере, для всех тех веществ, которые на них концентрируются. По способу образования (вывоз и складирование) они отличаются от всех ранее рассмотренных техногенных барьеров. По специфике концентрации веществ (смотри 5.2) и способу образования эти барьеры не имеют аналогов среди природных барьеров. Концентрирующиеся на них вещества не объединяются ни одним общим физическим или химическим свойством (а это является обязательным условием концентрации веществ на всех, природных и техногенных, барьерах, рассмотренных ранее). Все вещества на техногенных барьерах объединяет только одно социальное условие: ненужность обществу на данном этапе его развития. Образование рассматриваемых барьеров и состав накапливающихся на них веществ является отражением конкретного развития как определенного сообщества людей, так и всего человечества (на бытовых свалках Средневековья отнюдь не было пластиковых бутылок и консервных банок). Все эти черты и обуславливают обособление социальных геохимических барьеров. Их же широкое распространение, а главное, все возрастающее негативное воздействие этих барьеров на среду, окружающую человека, и непосредственно на его здоровье (в качестве примера: влияние пылящих золоотвалов Казцинка на здоровье близ проживающего населения подтверждено медицинской статистикой) делают необходимым не только их самостоятельное выделение, но и детальное эколого-геохимическое изучение. К слову, подобные исследования сейчас проводятся, но не в тех масштабах, которые могли бы повлиять на вредное воздействие социальных барьеров на здоровье живых организмов. Геохимические особенности социальных барьеров У социальных геохимических барьеров существуют столь отличные от других природных и техногенных барьеров геохимические особенности, что просто необходимо их упомянуть: Химические элементы (соединения), накапливающиеся на социальных барьерах в повышенных концентрациях, не соответствуют ни одной природной ассоциации, характерной для пород, руд, организмов. Так, практически в одном месте могут быть обнаружены никель и барий, не встречающиеся вместе в минералах, или медь и марганец, также относящиеся к запрещенной ассоциации. Нахождение вместе химических элементов из разных генетических и даже запрещенных ассоциаций объясняется тем, что это ни в коей мере не связано с процессами природной миграции, определяемой внешними и внутренними факторами. Распределение большинства химических элементов на барьере отличается крайней неравномерностью. Так, уже на первых метрах содержание многих металлов изменяется в сотни и тысячи раз. Это приводит к их мозаичному распределению на территории, что обычно не характерно для биосферы. На барьерах, занимающих достаточно большую площадь (крупные свалки), неравномерно распределяются отдельные участки с различной геохимической обстановкой. Они отличаются режимом кислорода и серы (наряду с кислородной встречаются глеевая и сероводородная обстановки), щелочно-кислотными условиями. Все это создает условия с непрогнозируемыми процессами миграции химических элементов, как на самом барьере, так и в окружающих его ландшафтах. Еще одной эколого-геохимической особенностью социальных барьеров является чрезвычайно высокая концентрация элементов в форме самых разнообразных техногенных соединений, не имеющих природных аналогов (различные синтетические материалы и вещества). Миграция химических элементов от рассматриваемых барьеров идет в основном в виде растворов, а для ряда соединений – и в газообразной форме. Скорость миграции может быть самой различной в зависимости от климата, ландшатно-геохимических (в основном гидрологических и гидрогеологических) и температурных условий. Последние часто определяются различными химическими реакциями (испарение жидкостей и растворение элементов и соединений, к примеру, в дождевых водах) и горением свалок. Все эти геохимические особенности необходимо учитывать при создании социальных барьеров, но делается это в реальных условиях довольно редко (во всяком случае, в нашей республике). В качестве вывода можно сказать, что социальные барьеры крайне редко могут послужить показателем загрязнения земельных ресурсов (разве что тех территорий, на которых они расположены), но сами они являются источниками загрязнения окружающей среды. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||