1.6.3. Концентрирование элементов на биогеохимических барьерах
На биогеохимических барьерах происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов под воздействием живых организмов. Уменьшение интенсивности миграции может носить временный характер, связанный с продолжительностью жизни живых организмов. После их отмирания, сконцентрированные в них химические элементы, практически сразу вовлекаются в миграционные потоки и биологические круговороты.
Также возможно вовлечение накопленных химических элементов в геологические круговороты, когда они захораниваются (связываются в литосфере) на многие сотни миллионов лет. В этих случаях поглощенные живыми организмами химические элементы входят в состав угля, торфа, известняков, органического вещества, содержащегося в осадочных породах.
При изучении биогеохимических барьеров основное внимание уделяется процессам накопления химических элементов живыми организмами. В первую очередь изучаются закономерности накопления химических элементов растениями, биомасса которых, примерно в 1000 раз больше биомассы животных. Вследствие этого в образовании биогеохимических барьеров ведущую роль играют растения.
К настоящему времени в живых организмах уже выявлены почти все известные химические элементы, что свидетельствует о степени их концентрирования превышающей чувствительность современных методов анализа.
1.6.4. Концентрирование элементов на техногенных барьерах
Техногенные геохимические барьеры всех четырех классов (физико-химических, биогеохимических, механических и социальных) появились в биосфере еще до начала формирования ноосферы и оказывали влияние на геохимические процессы. Существуют предположения, что некоторые древние очаги цивилизации погибли вследствие засоления, связанного с орошением земель сельскохозяйственных ландшафтов (испарительный барьер). Учитывая сильное воздействие геохимических барьеров на развитие процессов миграции элементов в биосфере, кратко рассмотрим появление в ее пределах техногенных барьеров в начальный период формирования ноосферы.
Физико-химические барьеры. Из техногенных барьеров этого класса в приустьевых частях рек распространены сероводородные, образовавшиеся в результате разложения органических веществ, поступивших от населенных пунктов, и сульфата морской воды. На них в илах концентрируются многие металлы (Pb, Zn, Mo, U и др.).
Среди кислородных барьеров большие площади занимают образующиеся при осушении болот. Они контролируют миграцию Fe, Mn, Со. Эти же барьеры, часто совместно с щелочными, формируются в зоне отлива глеевых рудничных их вод. На них вероятна концентрация Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Pb.
Среди физико-химических барьеров наибольшее площадное развитие получили испарительные. На площади около 100 млн. га резко понизилась урожайность, а порядка 20...25 млн. га полностью потеряно для сельского хозяйства из-за развития на техногенных испарительных барьерах процессов засоления почв. В пределах барьеров обычно идет накопление не только макрокомпонентов (Са2+, Mg2+, CO32-, SO42-, CI), но и микрокомпонентов – металлов (Mo, Zn, Sr, Cu, Pb, Ba и др.).
Механические барьеры. Техногенные механические барьеры для веществ, перемещающихся в водной среде, создавались еще в древнем мире и в подавляющем большинстве представляли собой плотины. Такое же положение сохранилось и ко времени формирования ноосферы. Только в современный период плотины создаются на крупных реках.
Большинство загрязняющих веществ, перемещавшихся в водных растворах. Практически все они (вместе с природной взвесью и минералами) осаждаются у плотин. Таким образом, плотины препятствуют механическому выносу многих соединений в моря. Связанный с рассматриваемым явлением размыв морских пляжей заставил создавать новые гидротехнические сооружения, учитывающие морские течения и способствующие восстановлению пляжей.
Механическими барьерами для дисперсных частиц, перемещающихся в нижних, приземных слоях атмосферы, стали лесополосы, на которых отлагается большое количество пыли, выдуваемой из почв при обработке сельскохозяйственных ландшафтов. Существенных отрицательных последствий, связанных с созданием таких механических барьеров, не установлено.
Биогеохимические барьеры. В качестве своеобразных техногенных биогеохимических барьеров можно рассматривать сельскохозяйственные ландшафты, занятые определенными культурами. Как правило, каждый вид сельскохозяйственных культур преимущественно накапливает определенные химические элементы в концентрациях, существенно отличающихся от кларка живого вещества. Вещества, концентрировавшиеся на техногенном биогеохимическом барьере (в отличие от других барьеров), сразу же вывозятся (не реже одного раза в год), что представляет собой не природную, а техногенную социальную миграцию.
Социальные геохимические барьеры. Такие барьеры не имеют природных аналогов и связаны с историей человечества. Однако никогда зоны складирования и захоронения отходов не достигали таких размеров, как в период формирования ноосферы. Из геохимических особенностей рассматриваемых барьеров следует выделить прежде всего постоянное техногенное поступление химических элементов в различных формах нахождения и элементов, образующих в повышенных концентрациях ассоциации, не характерные, а иногда и "запрещенные" для конкретных природных условий.
Другой особенностью барьеров является постоянная миграция химических элементов и их различных соединений от барьеров. Она происходит, в основном, с водными растворами и газовыми смесями (рисунок 1.12).
Рисунок 1.12.
Комплексные техногенные барьеры. В настоящее время они встречаются так же часто, как и природные. Нередко процесс формирования одного барьера влечет за собой формирование другого, причем контуры их могут не совпадать.
Рассмотрим этот процесс у плотин. Первоначально в приплотинной части формируется механический барьер. На нем откладывается тонкая взвесь, которая на пути миграции сорбирует из вод значительное количество определенных химических элементов. Таким образом создается сорбционный барьер. Водоросли, развивающиеся в образовавшемся у плотины водохранилище, оседают на дно и, разлагаясь, поглощают свободный кислород из вод. В результате в донных осадках (а часто и в придонном слое воды) появляется глеевый барьер. При наличии в водах сульфат-иона вероятно образование сероводородного барьера. Через определенный промежуток времени в приплотинной части водохранилищ формируется комплексный барьер, состоящий из механического, сорбционного, биогеохимического и глеевого (или сероводородного).
Таким образом, особенностями техногенных геохимических барьеров периода формирования ноосферы можно считать:
развитие всех их классов при угрожающем росте испарительных и социальных барьеров, последствия чего в основном отрицательно сказываются на безопасности жизнедеятельности людей;
непреднамеренное образование значительной части барьеров. В связи с этим при организации жизнедеятельности необходимо рассматривать проблемы, связанные с возникновением новых техногенных геохимических барьеров.