Коллоидная и сорбированная формы нахождения. В процессе формирования ноосферы к многочисленным природным добавились коллоиды техногенного происхождения. При этом часть природных коллоидов, находившихся ранее в состоянии относительного покоя, в результате антропогенных процессов начала мигрировать.
Основное количество коллоидов и сорбированных ими веществ поступает в атмосферу от металлургических предприятий (до 100 кг пыли на 1 т продукции), обогатительных фабрик, коксовых, мусоросжигающих заводов (до 50 т в сутки только за счет износа автопокрышек). Много коллоидных частиц, относимых к промышленным, образуется за счет сжигания топлива. Отметим, что зольность дров в зависимости от вида растений колеблется в пределах 0,5...3%, а – угля от 12 до 40%. Количество пыли, выделяемое при сжигании нефти в специальных установках, составляет около 0,1%, а при аналогичном сгорании 10 000 м3 газа ее выделяется около 1 кг.
Часть твердых частиц, поступающих в атмосферу, изначально содержит тяжелые металлы, способствуя металлизации атмосферы. Таким путем от металлургических предприятий поступают значительные количества Fe, Mn, Co, As, Pb, Zn, W, Cu, Cd и др. Теплоэлектроцентраль, сжигающая около 500 т донецкого угля в сутки, ежегодно выбрасывает в атмосферу около 37 т V, 21 т Рb, 20 т As, 13 т F, 10 т Ni, 1 т Be. He меньшие количества их поступают в атмосферу из золонакопителей.
Особо следует отметить, что значительная часть перечисленных элементов в виде аэрозолей поступает из атмосферы непосредственно в легкие и в кровь. Многие из них находятся ниже "линии жизни", а значит в больших концентрациях особо опасны для живых организмов. В сумме эти два фактора резко уменьшают безопасность жизнедеятельности в регионах с указанными предприятиями.
108
Крупные лито- и биогеохимические аномалии, образующиеся за счет осаждения техногенных аэрозолей, встречаются вблизи относительно небольших селитебных ландшафтов, населенных пунктов, а также рудников и обогатительных фабрик. Около крупных промышленных городов на юге европейской части России такие аномалии не установлены. Это объясняется двумя основными причинами. Во-первых, города с числом жителей около 1 млн и более расположены в регионе среди пашен. При постоянных перепахиваниях их почв постепенно увеличиваются фоновые содержания загрязняющих веществ, но не формируются техногенные аномалии. Во-вторых, в промышленных городах расположены разноплановые предприятия, выбрасывающие в атмосферу аэрозоли разного состава и зарядов. Обычно основные вещества (CaO, ZnO, MnO, Fe2O3 и т. д.) заряжены отрицательно, а кислые (SiO2, P2O5 и т. д.) и угольная пыль – положительно. Чем больше разноименно заряженных частиц находится в определенной части атмосферы (над отдельным предприятием, городом), тем чаще они сталкиваются, соединяются и оседают (В.А. Алексеенко, 1994). Итак, чем больше разнообразных предприятий – источников разнозаряженных аэрозолей находится рядом, тем меньше дальность переноса этих аэрозолей.
Это ослабляет глобальные (с точки зрения пространственного распространения) последствия атмосферного переноса коллоидов техногенной природы. Однако при этом на относительно небольшой территории с максимальной плотностью населения их оседает максимум. Это напрямую сказывается на безопасности жизнедеятельности. Относительное рассеивание коллоидов становится незначительным, а токсичное воздействие резко возрастает, что позволяет относить последствия рассматриваемого переноса (несмотря на его небольшую дальность) к глобальным явлениям, уменьшающим безопасность жизнедеятельности.
Кроме того, промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу громадное количество паров и газов различного состава. В городах с населением около 1 млн жителей за год этих поллютантов поступает до нескольких тысяч тонн. Из них образуются различные аэрозоли с жидкой дисперсной фазой, в том числе различные кислоты, особенно при переработке руд на металлургических предприятиях. В районах действия таких предприятий особо часты кислотные осадки.
109
Рис. 5.1. Кислотные дожди на юге США в 60-е годы (а) и 70-е годы (б)
XXвека при рН, равной 5,6...5,0 (1); 5,0...4,7 (2); 4,7...4,52 (3); 4,52...4,4 (4);
4,4...4,3 (5); 4,3...4,22 (6); 4,22...4,0 (7).
К кислотным осадкам относят дождь и снег с рН меньше 6,5. Кроме серы и ее оксидов, обычно связанных с переработкой сульфидных руд, важным источником промышленных коллоидов с жидкой дисперсной фазой могут быть выбросы в атмосферу NO и HCI. Выпадение кислотных осадков приводит к гибели ряда организмов в почвах и водоемах (отмечены случаи гибели даже рыб), к снижению прироста лесов и к их усыханию. К районам, подверженным воздействию кислотных осадков, относятся, в первую очередь, Центральный Казахстан, Западная Европа, Канада и США. Увеличение кислотности осадков, выпавших на границе США и Канады, примерно за 10 лет (с 60-е по 70-е годы XX в.) показано на рис. 5.1. Ясно, что кислотные осадки, воздействуя на все живые организмы, отрицательно влияют и на жизнедеятельность человека.
К районам, особо опасным по последствиям выпадения кислотных осадков, следует относить участки океанических мелководий, где из-за повышения кислотности вод невозможно размножение многих морских организмов.
110
В результате может оказаться глубоко нарушенным экологическое равновесие, что способно затронуть и Мировой океан.
Промышленные предприятия и селитебные ландшафты – также источники коллоидов в жидкой дисперсионной среде. Так, Москва за год спускает в речки 20...30 тыс. т взвешенных частиц (Ю.Е. Сает, 1990); в районе Вашингтона пятая часть взвешенных частиц поступает в реки с урбанизированных территорий, занимающих всего 1/50 площади водосбора. Можно ориентировочно считать, что в аквальные ландшафты водоемов от населенных пунктов взвешенных частиц поступает в 2...5 раз больше, чем от природных ландшафтов.
В результате сельскохозяйственных работ основная масса коллоидов образуется при обработке полей. Второстепенными (по массе) источниками коллоидных частиц являются удобрения и химические средства защиты определенных растений, истирающиеся орудия обработки почв и транспорт. Однако эти источники оказываются основными поставщиками металлов, образующих самостоятельные коллоиды и сорбируемых коллоидами гумуса и глинистых минералов. С удобрениями из апатитовых концентратов в больших количествах поступают As, Sr, Y, Nb, Cd, Sn, La, Се; из желваковых и ракушечных фосфоритов – Zn, As, Sr, Y, Cd, Sn, La, Ce, Pb, находящиеся в этих горных породах в виде примесных элементов.
За счет поверхностного стока значительная часть коллоидных частиц различного происхождения поступает в реки. При этом часть тяжелых металлов концентрируется в почвах пойм, образуя своеобразные пойменные аномалии. Произрастающие на них сельскохозяйственные культуры могут давать более низкие урожаи и содержать многие химические вещества в токсичных концентрациях.
Минеральная форма. Общая масса химических элементов, находящихся в минеральной форме в биосфере, осталась практически неизменной при ее переходе в ноосферу, но увеличилась масса интенсивно мигрирующих минералов. Ее формирование связано со сносом минералов с полей и с деятельностью горнорудной промышленности. При поверхностном сносе минералов с агроландшафтов (в основном глинистых) концентрация элементов, образующих эти минералы, обычно близка к кларковой.
111
Биогенная форма.В период формирования ноосферы масса химических элементов, находящихся в биогенной форме, возрастает в значимых масштабах лишь при переходе ландшафтов пастбищ, лугов и степей в сельскохозяйственные ландшафты. Дальнейшее перемещение химических элементов в биогенной форме практически идет только при техногенной миграции. Массы перемещаемых при этом металлов столь велики, что сопоставимы с перевозкой руд, но их концентрации близки к кларковым. На металлизацию биосферы этот процесс не влияет.
Техногенная форма. К техногенным образованиям относят различные соединения и химические элементы в "самородном" состоянии, образующиеся в результате антропогенной деятельности. Часть их, обычная для большинства участков биосферы (по массе это в основном оксиды углерода, серы, азота), стала производиться в количествах, сравнимых с их количеством в природе, а это, по мнению некоторых исследователей, может сказаться даже на изменении климата. Вероятные последствия процесса поступления техногенных образований, известных в биосфере, но попадающих в значительных количествах в условия, не характерные для их природного нахождения (озон, ряд углеводородов, самородные минералы и др.), идет вразрез с природными условиями. Установлены не все вероятные последствия этого процесса. Еще менее ясны последствия резко возрастающего поступления в биосферу соединений, не имеющих природных аналогов.
Водные растворы. В биогенных ландшафтах геоморфологическая зональность развития определенных видов растений во многом определяется геохимическими особенностями района и биогеохимическими особенностями растений. При этом гипсометрически ниже располагаются виды растений, для нормального развития которых необходимы в больших количествах элементы, не поглощенные видами, произрастающими выше по склону. В результате ионный сток в реках относительно невысок.
Современное развитие сельского хозяйства ведется без учета этих природных закономерностей. Недостаток определенных химических элементов пополняется внесением удобрений. Значительная часть их сносится в реки, повышая в водах концентрацию целого ряда соединений. Этому же способствует развитие орошения, приводящее, кроме того, к уменьшению водного стока в реках. Последствия такой деятельности хорошо видны
112
Рис. 5.2. Изменение водного и ионного стоков Дона
у станицы Роздорской с 1938 по 1975 г.
поcле создания Цимлянского водохранилища и начатого в середине 50-х годов широкомасштабного орошения земель (рис. 5.2).
Можно считать, что при переходе в ноосферу общий объем водных растворов в биосфере остался практически постоянным, однако их состав значительно изменился. Это во все большей мере сказывается на всех процессах жизнедеятельности, особенно в густонаселенных районах. Большое количество ионов в водах, сносимых в этот период с континентов, связано с сельскохозяйственной деятельностью. Значимость переноса ионов тяжелых металлов в форме водных растворов при формировании ноосферы относительно мала.
Газовые смеси. Общее количество газовых смесей в биосфере за последние столетия практически не менялось. Однако, по мнению ряда исследователей, техногенные процессы, связанные с началом формирования ноосферы, уже вызвали и глобальные изменения состава всей атмосферы, и изменения, получившие развитие только в отдельных районах.
В городе с населением в несколько миллионов жителей в атмосферу выделяются свыше 1300 т углеводородных паров и газов за сутки, свыше 60 т ацетальдегидов, 600...650 т оксидов азота, около 500 т оксидов серы, свыше 5000 т оксидов углерода (СО).
В составе выхлопных газов автомобилей содержание кислорода уменьшается по сравнению с атмосферным воздухом с 20,9% до 4% при бензиновых двигателях и до 9% при дизельных. Значительно увеличивается содержание СО2 (с 0,03% до 9%), СО (до 13%, при среднем 4% от бензиновых
113
двигателей, 0,1% от дизельных), углеводородов (от n·10–6% в атмосфере до 4% от бензиновых двигателей).
Состав атмосферного воздуха существенно меняется при сжигании различного вида топлива, а также бытового мусора. В зависимости от типа установок при переработке тонны мусора выделяются от 0,35 до 150 кг СО; от 0,15 до 50 кг углеводородов; от 0,01 до 1,4 кг NH3 от 0,05 до 1,0 кг (N2O + NO + NO2); от 0,2 до 1 кг оксидов S.
Состав преобладающей массы "загрязняющих" газов, поступающих в атмосферу от различных промышленных предприятий, в целом аналогичен. Это СО, SO2, SO3, диоксид углерода СО2, аммиак NН3. Кроме них, иногда литейные предприятия выбрасывают значительные количества акролеина,
а предприятия химической промышленности – пары различных кислот и сероуглерода, меркаптаны, хлор, фтор и фторид кислорода (OF2).
Основное количество органических поллютантов поступает в биосферу с территорий селитебных ландшафтов. Техногенная составляющая органических соединений по отношению ко всем таким соединениям в атмосфере Земли составляет 10% и, вероятно, уже сказывается на состоянии здоровья людей и других организмов. Поступающие в атмосферу от различных техногенных источников пары и газы часто вступают между собой в реакции, в результате которых могут образовываться токсичные соединения. За исключением частных случаев, этот процесс пока еще слабо изучен.
Подводя итог краткому рассмотрению масс химических элементов, находящихся и мигрирующих в различных формах в начальный период формирования ноосферы, можно сделать следующие основные выводы:
1. Увеличение массы коллоидов в атмосфере селитебных ландшафтов (особенно крупных) существенно уменьшает безопасность жизнедеятельности значительной части населения, проживающего и работающего в пределах этих ландшафтов.
114
- Не все последствия воздействия вновь появляющегося (и все возрастающего) количества техногенных соединений еще проявились. Однако большинство из изученных к настоящему времени в итоге отрицательно сказывается на безопасности жизнедеятельности. Отрицательные последствия рассматриваемого процесса имеют как глобальный характер (изменение климата, общая металлизация биосферы, появление "озоновых дыр" и др.), так и локальный (местное загрязнение почв, вод, растительности и т.д.).
- Техногенные соединения, не характерные для конкретной обстановки биосферы, в которую они попали, часто неустойчивы. В связи с этим они распадаются и вступают в реакции с другими соединениями. Продукты таких реакций часто токсичны, что также сказывается на безопасности жизнедеятельности людей.
- Увеличение в пределах отдельных сельскохозяйственных ландшафтов массы химических элементов, образующих биогенную форму, может в будущем улучшить условия жизнедеятельности населения. Пока же этот процесс не столь значим, как хотелось бы при преобразовании природных ландшафтов в техногенные.
115
