5.3. ИЗМЕНЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ МИГРАЦИИ

А.И. Перельман предложил интенсивность миграции химических элементов определять, исходя из следующей формулы: I= m/(tC_к^-1), где I – интенсивность миграции; т – масса мигрирующего элемента; t – промежуток времени существования миграции; С_к – кларковое или местное фоновое содержание элемента в рассматриваемой части биосферы.

Коллоидная и сорбированная формы. При определении изменения интенсивности аэрозольной миграции элементов период до начала формирования ноосферы можно охарактеризовать, во-первых, массой аэрозолей в единице объема атмосферного воздуха в районах, максимально удаленных от центров антропогенной деятельности. Такими районами можно считать Северный и Южный полюса Земли. Во-вторых, для сравнения можно использовать значения существующего сейчас регионального фонового содержания химических элементов в атмосферном воздухе.

Рассмотрим наибольшие изменения интенсивности миграции аэрозолей, происходящих в селитебных и промышленных ландшафтах (табл. 5. 1). Если за территории, не подвергшиеся антропогенному

115

воздействию, принять участки с региональным фоновым распределением аэрозолей, интенсивность изменится от сотен (Си, Zn) до тысяч раз (V, Mn, Ni, Hg, Pb). Если за такие территории принять Южный полюс, то получается, что интенсивность миграции увеличилась к начальному периоду формирования ноосферы в n·(10⁵...10⁸) раз.

Увеличение интенсивности миграции элементов в рассматриваемый период отличает крайняя неравномерность развития этого процесса.

116

Интенсивность миграции кобальта в центрах загрязнения над источниками загрязнения возросла в 160 млн раз; в первых километрах от этих источников (среднее в городе) – в 800 тыс. раз, а в десятках км – в 20 тыс. раз. Для As эти значения соответственно равны 20 млн, 33 тыс. и 1600 (см. табл. 5.1).

Интенсивность миграции коллоидов и сорбированных ими элементов увеличилась и в водной среде. Ее возрастание определялось по отношению к водным потокам с фоновым содержанием коллоидных частиц, и в отдельных случаях эта интенсивность может быть примерно на порядок выше фоновой. Изменение интенсивности миграции коллоидов происходило мозаично, а максимум (в 2...12 раз) отмечен в районах селитебных и промышленных ландшафтов на расстоянии первых километров. В районах развития интенсивной сельскохозяйственной деятельности интенсивность водной миграции дисперсных частиц увеличивается в 2...4 раза.

Минеральная форма. Техногенное увеличение интенсивности миграции химических элементов, находящихся в минеральной форме в водных потоках, объясняется поступлением обломков минералов и пород из карьеров, шахт, обогатительных фабрик; коагуляцией коллоидов, а также поступлением частиц из сельскохозяйственных и селитебных ландшафтов.

Наибольшее изменение интенсивности миграции минералов в целом и составляющих их элементов в частности происходит на расстоянии до 10 км от мест техногенного поступления в водные потоки. В этой зоне интенсивность минеральной миграции отдельных элементов от населенных пунктов увеличивается до сотен раз, а от обогатительных фабрик, рудников, шахт – до тысяч раз.

Увеличилась интенсивность минеральной миграции (особенно краткосрочной) и в атмосферном воздухе. В основном она связана с бездумным распахиванием огромных территорий. О краткосрочном изменении интенсивности такой миграции можно судить по тому, что во время пыльных бурь в 70-е годы XX в. на юге европейской части России в 1 м³ атмосферного воздуха содержалось до 2 т пыли, при фоновом (В.В.Добровольский, 1983) – n·10^-9 г. Правда, основную ее часть составляли тонкодисперсные частицы почв с кларковыми содержаниями большинства элементов.

Биогенная форма. Интенсивность биогенной миграции можно определить по скорости роста организмов, а также по их перемещению. В период формирования ноосферы эта величина возросла незначительно, но на

117

больших площадях – около 10% мировой площади суши. Поскольку эти площади заняты в основном сельскохозяйственными ландшафтами, интенсивность биогенной миграции отдельных элементов на них часто определяется их увлажненностью, количеством и составом вносимых удобрений.

Максимальное увеличение интенсивности миграции в отдельных зерновых культурах, занимающих основную часть пашен, обусловленное только применением удобрений, характеризуется значением около 2,5 (Со в зерне).

Следует также отметить временное уменьшение интенсивности миграции на территориях вырубки лесов (в начальный период формирования ноосферы ежегодно вырубается от 7 до 20 млн. га лесов). К настоящему времени в умеренном поясе вырублено около 40% лесов, а в тропиках – около 50 %. Напомним, что ежегодная концентрация живого вещества в лесных ландшафтах составляет 5 т/га.

Интенсивность биогенной миграции элементов, вызываемой перемещением животных организмов в период формирования ноосферы, изменяется мозаично и на небольших площадях. Уменьшилась интенсивность миграции на большие расстояния, вызванная перемещением диких животных и насекомых, но стала усиливаться миграция, связанная с перевозкой сельскохозяйственных животных.

Перемещение значительных количеств элементов, находящихся в биогенной форме в виде продукции сельского хозяйства, связано с социальной миграцией.

Техногенные соединения. До начала формирования ноосферы техногенных соединений, не имеющих природных аналогов, практически не было. Следовательно, не было и их миграций. Но даже по сравнению с 30-ми годами XX в. интенсивность миграции таких образований, в частности пластмасс, возросла в миллион раз. Интенсивность миграции химических элементов, составляющих техногенные образования, ранее существовавшие в природе, но только в рамках строго определенных внешних условий, в начальный период формирования ноосферы изменилась весьма значительно и в большинстве случаев только в пределах определенных участков биосферы. Так, интенсивность миграции Fе возросла в тысячи раз, цветных металлов – в миллионы, а рассеянных – в сотни миллионов.

Интенсивность миграции соединений химических элементов, имеющих природные аналоги, но производимых в больших количествах техногенным

118

путем, изменялась мозаично и для биосферы в целом незначительно. Так, итоговая интенсивность миграции в биосфере возросла для оксидов С, S, N в 1,01...1,9 раза, однако в отдельных районах (например, СО₂ в Центральном районе России) она увеличилась более чем в 100 раз. Проблемы, связанные с увеличением в атмосфере диоксида углерода техногенного происхождения и с влиянием этого процесса на ухудшение условий жизнедеятельности людей, в последнее время довольно часто упоминаются в научной и популярной литературе. Кратко рассмотрим некоторые из них.

Основная часть техногенного диоксида углерода (СO₂) образуется при полном сгорании угля, нефти, газа. Подсчеты показывают, что только за одни сутки человечеством используется столько органического топлива, сколько живое вещество природы синтезирует за тысячелетия. При этом уменьшается безопасность жизнедеятельности последующих поколений. Часть тепла рассеивается в биосфере. Пока техногенное тепловое загрязнение незначительно (в 25000 раз меньше солнечной радиации). Однако в пределах селитебных ландшафтов техногенная составляющая уже достигает 5% от солнечного излучения. При современном темпе развития этого процесса в ближайшие 100...200 лет возможны существенные изменения климата только за счет этого явления. Обычно в природных условиях существует подвижное равновесие между углекислым газом, поступающим от многочисленных природных источников (начиная от извержения вулканов и кончая продуктами дыхания животных), и СО₂, извлекаемым из атмосферы в результате различных процессов. К основным из них относятся образование карбонатных пород (преимущественно СаСО₃) и образование биомассы за счет процессов фотосинтеза (рис. 5.3).

С началом формирования ноосферы существовавшее природное равновесие стало нарушаться. Если природное поступление СO₂ в атмосферу оценивается в 70 млрд т/год, то техногенная составляющая доходит до 15 млрд т/год. Следует вспомнить и то, что за последний век площади, занимаемые лесами на Земном шаре, сократились примерно вдвое. Следовательно, уменьшилось количество СО₂, поглощаемого растениями. В результате различных антропогенных процессов в начальный период формирования ноосферы концентрация в атмосферном воздухе СО₂ возросла с 0,029 % (начало XX в.) до 0,035 %, т.е. на 20 %, а за три предшествующих столетия она возросла всего на 25%. Возрастание количества углекислого

119

газа в атмосфере может, по мнению ряда исследователей, привести к так называемому парниковому эффекту. Таким образом, техногенное увеличение интенсивности миграции и общего количества даже нетоксичного и широко распространенного в биосфере углекислого газа может вызвать последствия, влияющие на безопасность жизнедеятельности.

Водные растворы. Общее количество (а следовательно, и итоговое изменение интенсивности миграции) водных растворов к началу формирования ноосферы практически не изменилось. В связи со строительством крупных водохранилищ уменьшился объем вод, составляющих их расход в реках, но увеличился объем воды, мигрирующей в виде пара, а частично в виде подземного стока.

Гораздо в большей мере изменилась интенсивность миграции растворенных веществ. Основные сбросы загрязненных вод в реки происходят из селитебных и промышленных ландшафтов. По данным А.Е. Воробьева, в водоемы России за год попадают 1750 тыс. т органических веществ, 100 тыс. т сероводорода, 77 тыс. т сероуглерода, 57 тыс. т нефтепродуктов, 23 тыс. т поверхностно-активных веществ. Всего неочищенных вод сбрасывается 8,5 км³, а не полностью очищенных – 18,5 км³. В результате 60% пресных поверхностных вод страны относится к разряду загрязненных. Обычная протяженность гидрохимических аномалий в реках – 20...25 км. В пределах этих аномальных зон интенсивность миграции

120

макрокомпонентов (хлоридов, фосфатов, сульфатов, соединений азота и др.) увеличивается в 1,1...100 n раз. Ассоциации металлов, образующих в растворимой форме гидрогеохимические аномалии, представлены в основном Сu, Pb, Zn, Ni, Cr, Cd, Hg, As, Mo. Интенсивность миграции этих элементов обычно возрастает в 1,1...20 раз. Однако около отдельных предприятий, а чаще – ниже по течению от рудников и обогатительных фабрик, в этой ассоциации появляются так называемые приоритетные загрязнители. Интенсивность их миграции по отношению к фону может изменяться в сотни и тысячи раз. Иногда к приоритетным могут относиться и растворенные компоненты.

Газовые смеси. В период образования ноосферы интенсивности миграции химических элементов, составляющих атмосферу, изменились незначительно, поскольку за последние 50...60 лет практически не изменилась общая масса атмосферы.

Изменение интенсивности миграции кислорода в результате техногенеза связано с уменьшением этого газа в атмосфере. В настоящее время человечеством ежегодно извлекается из атмосферы около 10¹³ кг свободного О₂, переходящего в связанное состояние. Этот процесс, как и большинство других техногенных процессов, крайне неравномерно охватывает поверхность Земли. Больше всего кислорода потребляется в районах с крупными металлургическими комбинатами. Так, его существенное уменьшение в атмосфере фиксировалось в районе Темиртау (Казахстан), особенно в зимний период.

Наблюдается пока еще несущественное техногенное изменение концентрации водяного пара в атмосфере над континентами, особенно в районах крупных искусственных водохранилищ.

Органические соединения. Геохимия органических соединений, а особенно ее раздел, связанный с техногенезом, пока не получила должного внимания. Со времени начала изучения поведения химических элементов в биосфере значение органической геохимии постоянно возрастает. Все это заставило рассмотреть изменения интенсивности миграции органических соединений в отдельном разделе.

В условиях формирования ноосферы подавляющее большинство техногенных источников органических соединений сконцентрировано в селитебных ландшафтах. В приземной атмосфере над ними и на расстоянии первых

121

километров с подветренной стороны формируется своеобразное "облако" органических соединений.

Считается, что около 60% техногенных углеводородов (без учета аварий) связано с автомобильным транспортом. Вторым по значению антропогенным загрязнителем органическими соединениями можно считать промышленное производство. Оно является источником этилена, пропилена, бутадиена, бензола, толуола, ксилола, метанола, которые используются для получения свыше 40000 наименований других органических соединений.

До 6·10⁸ т/год техногенных органических веществ поступает от социальных геохимических барьеров (зон складирования и захоронения отходов) и из сельскохозяйственных периодически затопляемых ландшафтов (в основном рисовых чеков).

В начале формирования ноосферы интенсивность миграции органических веществ усилилась, но пока незначительно, примерно в 1,1...1,2 раза. Наибольшее увеличение интенсивности происходит в селитебных ландшафтах. Его последствия даже для растительных организмов очень трудно прогнозируемы. Еще сложнее сделать это для животных и человека. Однако уже сейчас есть основания считать, что многие заболевания (в первую очередь аллергические) могут быть связаны с увеличением интенсивности миграции органических соединений.

Социальная миграция. К социальной следует относить такую техногенную миграцию, аналогов которой в природе практически нет. В первую очередь это громадное перемещение продуктов сельскохозяйственного и промышленного производства. Социальная миграция появилась с началом истории развития человечества.

В начальный период формирования ноосферы масса перевозимых веществ возросла в миллионы и сотни миллионов раз. Дальность их перемещения стала измеряться тысячами и десятками тысяч километров.

Рассмотрение проблемы изменения интенсивности миграции химических элементов в начальный период формирования ноосферы позволяет сделать ряд следующих выводов:

1. При переходе биосферы в ноосферу значительно увеличилась интенсивность миграции практически всех элементов, т.е. возросла их масса, мигрирующая в единицу времени. Это не может не сказаться на всех живых организмах, включая человека.

122

2. Возрастание интенсивности миграции веществ в биосфере происходит мозаично. Его максимумы (увеличение в тысячи и миллионы раз) практически всегда приурочены к ландшафтам с наибольшей плотностью населения – к селитебным. Это несомненно влияет на жизнедеятельность многих миллионов людей.
3. Усиление интенсивности социальной миграции элементов чаще дает положительные результаты и обычно способствует увеличению безопасности жизнедеятельности.
4. Краткосрочные изменения интенсивности миграции химических элементов, могут существенно превышать итоговые (что характерно и для природной миграции, например при извержении вулканов). Это необходимо учитывать при организации условий для безопасной жизнедеятельности.
5. Последствия для нормальной жизнедеятельности резко возросшей интенсивности миграции химических элементов, образующих техногенные соединения, до конца еще не изучены.

123