8.3.2. Коллоидная и сорбированная формы

Как при определении интенсивности техногенной миграции коллоидов в атмосфере, так и при установлении ее изменений сле-

457

дует фазу же оговаривать, какие части биосферы (ландшафты) рассматриваются. Это связано с тем, что значения интенсивности миграции одного и того же элемента в коллоидной, а также собированной форме в атмосфере варьируют в очень широких приделах, а участки, выделяемые по этому показателю, распределяются мозаично. Поскольку наибольшее количество коллоидных частиц выбрасывается в атмосферу в промышленных и селитебны ландшафтах, рассмотрим в первую очередь изменение интенсив ности аэрозольной миграции элементов в период становления но­осферы в пределах именно этих ландшафтов.

В данном случае нас будет больше интересовать относитель­ное изменение интенсивности миграции, определяемое как

ΔI=I₁/I₂,

где I₁ — интенсивность миграции до начала формирования ноо­сферы; I₂ — интенсивность миграции в период ее формирования.

Из формулы видно, что величина ΔI равна отношению масс аэрозолей (составляющих их химических элементов), находящих­ся в указанные выше периоды в определенных объемах атмо­сферного воздуха.

Массы химических элементов, находящихся в настоящее вре­мя в виде аэрозолей над различными ландшафтами, известны. Слож­нее обстоит дело с установлением тех величин, которые харак­теризуют их миграцию в атмосфере до начала интенсивной ант­ропогенной деятельности. Считаем, что 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. Данные о массе некоторых элементов в атмосфере этих районов приведены в ряде работ (В.А.Михайлов и др., 1980). Во-вторых, можно использовать величину региональ­ного фонового содержания химических элементов в атмосферном воздухе.

Рассмотрим сначала общее изменение интенсивности миграции дисперсных частиц в земной атмосфере за год. По данным А.Е.Воробьева (1998) их общее количество, поступившее в атмо­сферу за год, составляет от 958 млн т до 2,615 млрд т. Из них от 773 млн т до 2,2 млрд т имеют естественное природное происхождение. Расчеты показывают, что общая величина интенсивност миграции дисперсных частиц в атмосфере по отношению к при-

458

родной к настоящему времени увеличилась примерно в 1,2 раза. Однако если состав частиц природного происхождения близок к кларковому (почти третью часть их составляют почвенная пыль и частицы вулканических извержений), то состав частиц техногенного происхождения отличается от него весьма существенно (табл. 8.5). Соответственно по-разному изменяется интенсивность миграции различных химических элементов в аэрозольной форме над океаном и континентами.

Обычно считается, что природная суммарная концентрация аэрозолей и сорбированных ими элементов (в том числе и метал­лов) над континентами в десятки раз выше, чем над океаном. Ес­ли же сравнить содержание элементов в атмосферном воздухе над фоновыми территориями суши и Южным полюсом, то увидим, что концентрация металлов над фоновыми территориями, считающи­мися относительно незагрязненными, в тысячи и десятки тысяч раз выше (Сu — в 6600, Ti — в 9000, Мn — в 1300 и т.д.), чем над полюсом. Возможно, что над полюсом концентрация элементов в воздухе всегда была в сотни и десятки тысяч раз меньше, чем над континентами и морями. Также вполне вероятно, что карти­на, полученная при сравнении аэрозольного состава атмосферы над полюсом и фоновыми территориями, объективно отражает уве­личение итоговой интенсивности миграции в начальный период формирования ноосферы. Это необходимо учитывать при после­дующих рассуждениях.

Наибольшие изменения интенсивности миграции аэрозолей происходят в селитебных и промышленных ландшафтах. По­следние часто являются частью селитебных ландшафтов (см. гл. 7). Проанализируем изменение итоговой интенсивности аэро­зольной миграции над средним промышленным городом (табл. 8.6). Как видно из приведенных данных, итоговая интенсивность ми­грации аэрозолей изменяется над различными техногенными ландшафтами от очагов загрязнения до пригородных районов и територий, относимых к фоновым. Рассмотрим сначала, как происходит ее изменение от очагов загрязнения (промышленных предприятий и основных автотранспортных артерий) к террито­риям, которые не подверглись антропогенному воздействию, влияющему на перенос аэрозолей. Если за такие территории принять участки с региональным фоновым распределением аэрозолей, то интенсивность изменилась от сотен (Сu, Zn) до тысяч раз (V, Мn, Ni, Нg, Рb). Если принять в качестве такой территории Южный полюс, то интенсивность миграции увеличилась

459

4 60

начальному периоду формирования ноосферы в n • 10⁵ — n • 10⁸ раз (см. табл. 8.6).

Увеличение интенсивности миграции элементов в рассматриваемый период отличается крайней неравномерностью. Так, например, интенсивность миграции кобальта (см. табл. 8.6) над ис­точниками загрязнения возросла в 160 миллионов раз, на расстоя­нии нескольких километрах от этих источников (среднее значение в пределах небольшого промышленного города) — в 800 тысяч раз. для мышьяка эти величины соответственно равны 20 • 10⁶ и 33 • 10³.

Анализируя изменения краткосрочной интенсивности аэрозоль­ной миграции, следует вспомнить о влиянии на содержание кол­лоидов в атмосферном воздухе таких природных катастроф, как извержения вулканов и столкновение Земли с крупными метео­ритами. В первом случае концентрация всех элементов в воздухе возрастает почти пропорционально их кларковым содержаниям, что существенно отличается от техногенных процессов. Во втором случае может резко возрасти концентрация, а следовательно, и ин­тенсивность миграции определенных химических элементов (на­пример, 1г — см. разд. 5.5).

В начальный период формирования ноосферы отмечено уве­личение интенсивности миграции коллоидов и сорбированных ими элементов и в водной среде. Ее возрастание определялось по от­ношению к водным потокам с фоновым содержанием коллоид­ных частиц. Однако устанавливаемый в настоящее время фон выше, чем был до начала формирования ноосферы. Следователь­но, вычисленные значения изменения интенсивности миграции элементов, находящихся в водных потоках в коллоидной и сор­бированной формах, занижены. В отдельных случаях они долж­ны быть примерно на порядок выше.

Как и в случае с аэрозолями, интенсивность миграции элемен­тов в водной среде изменяется мозаично. Максимум изменений отмечается в районах селитебных и промышленных ландшафтов, из которых сточные (обогащенные тонкодисперсной взвесью) воды поступают в природные водные системы. В последних значительное техногенное обогащение коллоидной фракцией просле­живается обычно на расстоянии первых километров, редко — в двадцатикилометровой зоне ниже рассматриваемых ландшафтов по направлению потоков. В пределах таких участков в 2—12 раз возрастает интенсивность миграции частиц размером меньше 0,01 мм, при особом увеличении интенсивности миграции — частиц меньше 0,005 мм.

461

4 62

Отметим, что если набор химических элементов; интенсивность миграции которых в коллоидной и сорбированной формах в водных потоках возрастает практически одинаково (в основном это Рb Zn, Сu, Мо, Ва, Мn, Ti, Ni, Сr, Со) возле всех селитебных про­мышленных ландшафтов, то изменение самой интенсивности миграции элементов часто находится в41рямой зависимости от раз­меров селитебного ландшафта.

В небольших ландшафтах значительное влияние на изменение интенсивности миграции отдельных элементов оказывает вид преобладающего промышленного производства (см. гл. 7). Про­веденный с использованием данных Ю.Е. Саета (1990) анализ ито­говой интенсивности миграции цинка в коллоидной и сорбиро­ванной формах в водных потоках показал, что в селитебных ланд­шафтах с населением до 100 тыс. жителей интенсивность мигра­ции увеличилась (по отношению к фону): в городах с предприя­тиями тяжелого машиностроения более чем в 50 раз; с предпри­ятиями по вторичной переработке цветных металлов более чем в 10 раз; со строительной промышленностью в 5 раз; с экскаватор­ным заводом в 2 раза.

В водных потоках у населенных пунктов техногенные колло­иды часто обеднены SiO₂ и обогащены кроме перечисленных вы­ше металлов органическим веществом техногенного происхожде­ния, карбонатами, оксидами и гидрооксидами Fе и А1. При осаж­дении этих частиц среди донных отложений образуются техноген­ные илы. Они отличаются тонкодисперсным составом и повышен­ным содержанием целого ряда металлов и органических соедине­ний. По положению участков с техногенными илами можно определять как дальность миграции основной части промышлен­ных техногенных коллоидов в водных потоках, так и границы зон с большой интенсивностью миграции этих коллоидов.

Увеличение интенсивности миграции в сотни раз чаще отме­чалось у Со, Zn, Нg, Аg, Вi, Ni, Сu. Участки с резко возросшей чятенсивностью миграции можно представить в виде лент шириной до первых десятков метров и длиной до 10 километров, берущих начало от селитебных и промышленных участков.

Интенсивность миграции в водной среде коллоидных частиц в целом определяется интенсивностью их механического смыва с определенных территорий. Если не рассматривать достаточно короткие ленточные участки около селитебных и промышленных ландшафтов, то техногенная составляющая мигрирующих коллоидов будет зависеть от сельскохозяйственной деятельности людей. По

463

данным Н.М. Страхова (1963), детальнейшим образом изучивше­го миграцию веществ в водных потоках с континентов в Океан, в районах развития сельскохозяйственной деятельности механи­ческий смыв возрастает примерно в 2-4 раза.

Если учесть, что в России сельскохозяйственные угодья зани­мают 221,8 млн га, из которых 130,7 млн га приходится на паш­ни, то можно считать, что итоговая интенсивность миграции взвесей и коллоидов, а следовательно, и сорбированных ими ве­ществ на громадной территории нашей страны увеличилась ори­ентировочно в 2-3 раза. Однако в целом для биосферы наличие пашен не снижает определяющей зависимости сноса материала от климатических условий и рельефа местности. Единственным ис­ключением, отмеченным в середине XX века, явился бассейн ре­ки Миссисипи, где вместо обычной для его условий механичес­кой денудации 50-100 т/км² была зафиксирована величина, рав­ная 150-230 т/км². Как считает Н.М. Страхов (1963), «единствен­ной причиной этого неожиданно большого смыва является сель­скохозяйственная деятельность человека».

Говоря о выносе материала реками, следует всегда помнить, что имеются в виду не только коллоидные частицы, но и облом­ки минералов. О их соотношении в механических взвесях можно судить по рис. 5.5. Всего в виде взвесей реками мира за год пере­носится 12 695 • 10⁶ т. Материал, выносимый реками в Океан в ви­де взвеси, водных растворов и влекомых по дну наносов, находит­ся в соотношении 3,5:1:0,35.