7.3.2. Геохимическое поведение химических элементов в биосфере

Под особенностями геохимического поведения химических элементов (их соединений) мы в первую очередь понимаем их ос­новные показатели: содержание (распространенность), закономер­ности распределения и формы нахождения в биосфере в целом или в составляющих ее биокосных системах (телах). В тех случаях (при глобальных, космических, космогонических и т.п. построе­ниях), когда изучается вся биосфера, содержание элементов оп­ределяется их кларковыми величинами в земной коре, лито-, атмо-, гидросферах и живом веществе. Если распределение хими­ческих элементов принимается за нормальное, то кларки представ­ляют собой средние содержания. Основными формами нахожде­ния являются: минеральная, изоморфная, водные растворы, газо­вые смеси, коллоидная и сорбированная, магматические расплавы, биогенная, состояние рассеяния, техногенная, не имеющая при­родных аналогов. Эти показатели были рассмотрены в предыду­щих главах. При практическом разрешении многих экологических проблем они часто используются лишь как необходимые точки от­вета, как своеобразные реперы. Поскольку в подавляющем боль­шинстве случаев указанные проблемы решаются на ландшафтно-геохимическом уровне, то появляется настоятельная необходимость проанализировать особенности геохимического поведения химических элементов в ландшафтах.

Само выделение отдельных геохимических ландшафтов можно представить, как обособление отдельных участков биосферы, характеризующихся различным сочетанием внешних ландшафтно-химических факторов миграции элементов, учитываемых на

* Диплом на открытие № 53, рег. №4. Заявка на открытие № А-004, 04.01.93 г.

421

рассмотренных выше классификационных уровнях. Этими факторами и определяются различия в геохимическом поведен элементов в отдельных ландшафтах.

Если считать, что особенности миграции, рассматриваемые всех таксономических уровнях, оказывают примерно равноценно воздействие на миграцию и концентрацию химических элементов то возможное число ландшафтов, отличающихся хотя бы по по одному признаку, учитываемому только при работах в масштабе не крупнее 1:500 000, превысит многие сотни. Таким образом, ста­новится ясным, что даже для региональных исследований невоз­можно составить в настоящее время какие-либо эталонные гео­химические ландшафты. Тем более их невозможно даже предста­вить для крупномасштабных исследований, когда изучают от­дельные геохимические ландшафты, а не их ассоциации.

Влияние отдельных внешних факторов миграции и концент­рации химических элементов в идеальных условиях анализиро­валось в этой и предыдущих главах. Иногда большинство этих фак­торов действует в конкретной геохимической системе (ландшаф­те) однонаправленно, например усиливает вынос какого-либо эле­мента. В результате концентрация этого элемента в данном ланд­шафте будет понижена по сравнению с другими. В некоторых слу­чаях из-за однонаправленного действия факторов может резко увеличиться концентрация отдельных элементов. Возможны случаи, когда воздействия одних факторов нивелируются други­ми. В результате концентрация одних и тех же элементов в раз­личных ландшафтах может быть и резко отличной и практичес­ки одинаковой.

Изучение содержания элементов в ландшафте в целом может практически свестись к определению концентраций элементов в почвах, так как по массе они резко доминируют в большинстве ландшафтов. Чтобы не ограничиваться установлением законо­мерностей поведения химических элементов только в почвах от­дельных геохимических ландшафтов, целесообразно дополни­тельное изучение содержаний химических элементов в живом ве­ществе и в водах ландшафтов. Именно такая работа была прове­дена автором и сотрудниками НИИ Геохимии биосферы и рас­смотрена в этой книге в предыдущих главах.

Поведение химических элементов в геохимических ландшафтах отдельных регионов. В предыдущих разделах уже разбиралось поведение отдельных химических элементов при изменении ландшафтно-геохимических факторов миграции. В добавление к этим

422

данным рассмотрим обобщенные сведения о поведении целого ряда элементов при изменении ландшафтно-геохимических условий в пределах крупных регионов.

В биогенных ландшафтах Центрального и Восточного Кавказа мощность почвенных горизонтов мала и чрезвычайно больщое воздействие на их состав оказывают горные породы) влияние смены растительности на содержания металлов в почвах сравнительно невелико. Однако и в этих случаях степень отличия по содержанию большинства металлов в почвах составляет для многих ландшафтов 10-15% (В.В.Дьяченко, 1995).

Переход рассматриваемых ландшафтов в техногенные (сады, виноградники, пашни) обычно сопровождается резким увеличе­нием дисперсии содержания большинства металлов. Наряду с этим часто наблюдается уменьшение фонового содержания таких элементов, как W, Тi, Мn и Аg и увеличение содержания Мо, Сu, V и. При этом влияние типоморфных катионов на поведение мно­гих металлов в почвах более существенно, чем анионов.

Что касается влияния геоморфологических особенностей, то в условиях Кавказа оно довольно велико. Так, почвы ландшаф­тов высокогорья отличаются высоким фоновым содержанием W, Sn, Ni, Сr, Мn и низким Мо. В ландшафтах низко- и среднегорья понижены концентрации Сu, Sn, Ni, V, Li; в предгорных равнинах повышено содержание Мо.

Более детальное изучение влияния геоморфологических осо­бенностей на концентрацию металлов в почвах показало, что ми­нимальные значения среднего содержания Сu, Аg, W, Ni, V, Сr, Gа характерны для почв плосковершинных ландшафтов. Наибо­лее высокими содержаниями Рb и Zn отличаются почвы транс­элювиальных, а Сu — трансаккумулятивных ландшафтов.

Суммарное влияние всех внешних факторов привело к увели­чению различий в фоновых (средних) концентрациях в почвах раз­личных ландшафтов одних элементов и нивелированию — других (рис. 7.11). Подобная картина выявилась и при анализе поведения металлов в основных растениях Кавказа (рис. 7.12).

Существенное влияние внешние факторы миграции, учитываемые на различных таксономических уровнях, оказывают на поведение химических элементов в почвах техндгенных ландшаф­тов Рассмотрим это на примере наиболее распространенных из них сельскохозяйственных ландшафтов (В.А.Алексеенко, В.Н.Сериков, 1993, 1995). Переводу природных ландшафтов степей и лугов в пашни соответствует тенденция к на-

423

4 24

коплению в почвах Zn, Рb, Ni, V, Мо. Дальнейший переход богарных пашен в орошаемые и периодически заливаемые (рисовые чеки) приводит в регионе к относительному накоплению Сr, Ва, V, Pb, Zn при частом выносе Ni и Сu (подробнее см. гл. 8).

На поведение химических элементов в ландшафтах пашен продолжают воздействовать и природные факторы. Так, детальное рассмотрение распределения металлов в сопряженных полеводческих ландшафтах (элювиальные — трансэлювиальные — трансаккуму­лятивные — транссупераквальные) показало, что Сu, Zn, Рb, Ва, Мn V, Сr, Ti накапливаются в почвах транссупераквальных ланд­шафтов; Zn, Мn, V, Сr, Ва — в почвах пашен с гидрокарбонат-но-натриевым классом водной миграции; Рb, Сr, Ni, Мn, Сu, Zn, V — в почвах элювиальных ландшафтов, подверженных воз­душной эрозии.

Существенное влияние на распределение металлов оказывает и состав почвообразующих пород. Так, Рb и Zn, при прочих рав­ных условиях, накапливаются в почвах над лиманными отложе­ниями четвертичного возраста.

Как и в случаях с природными ландшафтами, суммарное воз­действие внешних факторов, рассматриваемых на различных так­сономических уровнях, приводит к нивелированию различий в кон­центрации для одних химических элементов и возрастанию раз­личий для других.

Изменение ландшафтно-геохимической обстановки может привести и к смене форм нахождения химических элементов. Так, значительная часть железа, содержащегося в форме водных растворов в ландшафтах с бескислородной глеевой обстановкой, при смене последней на кислородную переходит в коллоидную, а затем в минеральную форму.

При техногенном изменении ландшафтно-геохимической об­становки ее влияние на поведение химических элементов сохра­няется и в аквальных ландшафтах. Так, появление в результате ан­тропогенной деятельности в реке Дон, около Ростова, ландшафтов с глеевой обстановкой в илах и придонном слое воды привело к резкому увеличению содержания в илах целого ряда тяжелых металлов. При этом по сравнению с соседними ландшафтами для многих из них возросла роль минеральной формы нахождения.

Число примеров, показывающих влияние ландшафтно-геохиической обстановки (в конкретных условиях отдельных участков биосферы) на геохимическое поведение химических элементов в различных климатических обстановках, чрезвычайно велико.

425

Все изложенное выше послужило основанием для формулировки следующего закона*:

геохимическое поведение химических элементов (их соедине. ний) в биосфере (содержание, распределение, а часто и форма нахождения в отдельных частях ландшафтов) определяется в ос­новном ландшафтно-геохимическими особенностями данного участка биосферы.

Из рассмотренного закона вытекают следующие следствия, важ­ные для разрешения многих проблем охраны окружающей среды и поисков месторождений полезных ископаемых:

1. Поведение веществ, поступающих в результате антропоген­ной деятельности в биосферу, определяется в основном ландшафт­но-геохимическими особенностями участка биосферы, в который они попадают.

2. Фоновые содержания химических элементов в одном ландшаф­те могут превосходить аномальные содержания этих же элементов в других ландшафтах.