1. Поняття про геохімічний фон, геохімічне поле, геохімічні аномалії. Їх зв'язок, типи та характеристика.

Геохімічне поле - земний простір, що характеризується вмістом хімічних елементів або їх з'єднань (Сх) у вигляді функції просторових координат (x, y, z) і часу (t): Cx=f(x,y,z,t)>0 Для геохімічного поля по В.І. Вернадському характерно, що зустрічальність (ймовірність виявлення) для будь-якого хімічного елемента і в будь-якій точці поля дорівнює 100 %. Невиявлення елемента при проведенні конкретного аналізу пов'язане лише з недостатньою чутливістю застосовуваної методики аналізу. У переважної частини простору геохімічного поля концентрації хімічних елементів приблизно постійні (для кожного елемента значення концентрації своє). Це фонові концентрації (Сф) або кларки елементів (К). Якщо в який - то частини геохімічного поля фіксується відхилення вмісту елемента (Сх) від його кларка (у бік зниження або збільшення), то таке явище називається геохімічної аномалією. Прикладом геохімічних аномалій служать родовища корисних копалин. У геохімічному полі під впливом різних за природою сил виникають міграційні потоки хімічних елементів або геохімічні потоки розсіювання. Багато процесів в геохімічному полі протікають в умовах рухомого рівноваги або прагнуть до регулярного режиму. Тому для конкретної геологічної епохи геохімічне поле, в цілому, не залежить від часу, але для окремих частин геохімічного поля часовий параметр відіграє важливу роль, зокрема, при формуванні техногенних геохімічних аномалій.

Під геохімічним фоном (фоновим вмістом, "природним фоном", "природним, природним змістом") в екологічній геохімії розуміється середня концентрація його в природних тілах (компонентах) за даними вивчення природного розподілу (з урахуванням варіацій) у межах однорідного в ландшафтно-геохімічному відношенні ділянки, не порушеного техногенезом (на практиці - це, як правило, ділянки, розташовані поза зоною прямого техногенного впливу). Вплив джерел забруднення призводить до формування у навколишньому середовищі техногенних геохімічних аномалій, тобто ділянок територій, в межах яких хоча б в одному з складають їх природних тіл (компонентів ) статистичні параметри розподілу хімічних елементів і їх сполук достовірно відрізняються від варіацій геохімічного фону (фонового змісту) там же. Необхідно відзначити, що існує також більш вузьке поняття зони забруднення; під нею зазвичай мається на увазі частина техногенної геохімічної аномалії , в межах якої забруднюючі речовини досягають концентрації, що надає несприятливий вплив на живі організми. Техногенні геохімічні аномалії можуть характеризуватися як моно елементні, так і полі елементним складом, тому поряд з вивченням розподілу окремих хімічних елементів, при еколого-геохімічних дослідженнях проводиться аналіз геохімічних асоціацій - груп елементів, що характеризують специфічні особливості зон впливу різних джерел і виявляються в компоненті середовища в кількостях , відмінних від деяких нормативних величин (фону). При вивченні найважливішої характеристики техногенних геохімічних аномалій - ступеня концентрування - широке поширення набув такий параметр, як коефіцієнт концентрації хімічного елемента Кс, що розраховується по відношенню реального (аномального) змісту забруднювача в природному об'єкті до його фонового рівня в аналогічному об'єкті. Для характеристики полі елементних аномалій використовують сумарні показники, в т.ч. широко відомий сумарний показник забруднення Zc , введений в практику еколого-геохімічних досліджень Ю.Є. Саєтов. За значеннями величини Zc проводиться оцінка території з виявленням рівня забруднення компонентів довкілля - низького, середнього, високого і дуже високого. Подібне виділення засноване на співвіднесенні величини Zc із зміною показників здоров'я населення, тобто є невипадковим і обґрунтованим. Для техногенного забруднення характерна різка просторово-часова неоднорідність, що обумовлює два аспекти еколого-геохімічних досліджень: просторовий і часовий. Цим в свою чергу визначається комплекс використовуваних методів і методичних прийомів. Основними методами дослідження в екологічній геохімії, таким чином, є еколого-геохімічна зйомка та геохімічний моніторинг компонентів довкілля, що знаходяться під впливом джерел забруднення. Крім того, особливу групу складають методи, в основу яких покладені розробки біогеохімії, геогігієни, епідеміології, аналітичної хімії, пов'язані з дослідженнями конкретних компонентів середовища, механізмів міграції, форм знаходження хімічних елементів, оцінкою біогеохімічних і гігієнічних наслідків забруднення та ін.

Залежно від характеру природного об'єкта розрізняють такі основні типи геохімічних аномалій: літохімічні (в різних типах гірських порід), ґрунтові (в ґрунтах), гідрохімічні (в природних водах), атмохімічні (в повітрі), фітохімічні, економічні (В рослинах), зоохімічні (в тварин). Два останні типу можна об'єднати в групу біохімічних аномалій. Геохімічні аномалії можуть бути позитивними, якщо вміст у них досліджуваного елемента або речовини перевищує геохімічний фон, або негативними (якщо елемент дефіцитний). За своїм походженням геохімічні аномалії ділять на природні та антропогенні. Виникнення останніх прямо або побічно пов'язане з діяльністю людини. Більш вузьке значення має термін - техногенна геохімічна аномалія, використовуваний для характеристики антропогенних аномалій, утворення яких обумовлене впливом промисловості і технічних засобів на вимірювання хімічного складу однієї або декількох геохімічних систем навколишнього середовища. Мірою інтенсивності геохімічної аномалії є коефіцієнт контамінації (забруднення) Кз, який представляє собою відношення вмісту компонента в природному освіті - З до його фонового змісту - а, тобто: Кз=З/а. Очевидно, якщо величина Кз менше або дорівнює одиниці, то значить, що забруднення відсутнє.              Важливо підкреслити, що масштаби та інтенсивність антропогенних геохімічних аномалій в атмосфері, гідросфері та біосфері в багато разів перевищують можливі рівні геохімічних аномалій, що викликаються будь-якими видами природних процесів, що відбуваються на поверхні земної кулі. Головна причина цього темп забруднення, коли природа не встигає «впоратися» з ним, коли перевершена спосібність природи до самоочищення. При цьому: живі організми (у тому числі і людина) у всіх випадках є кінцевими об'єктами на шляху міграції елементів, що утворюють аномалію. Тільки знання шляхів і закономірностей утворення антропогенних аномалій в атмо -, гідро- і літосфері і особливостей їх еволюції в часі і просторі дозволить розкрити складні зв'язки, що існують між зміною хімічного складу навколишнього середовища і небажаними екологічними змінами в біосфері . Не можна забувати, що антропогенні аномалії розвиваються в часі і можуть доcтинyrи небезпечних для біосфери рівнів при безконтрольного забрудненні навколишнього середовища промисловими і побутовими відходами. З іншого боку, дбайливе ставлення до природи позволяє шляхом комплексу спеціальних заходів запобігти появлення нових антропогенних аномалій у навколишньому середовищі, а також модернізувати раніше побудовані виробництва та побутові об'єкти з метою запобігання (або хоча б зменшення) надходження в середу небажаних для біосфери компонентів. У цих умовах з часом можливе зниження рівня геохімічних аномалій, яке, в кінцевому рахунку, може завершитися повним відновленням природного геохімічного і біологічної рівноваги. Але це ідеальний варіант.

Техногенні геохімічні аномалії. В класифікації техногенних аномалій виділяють техногенні аномалії як з підвищеним, так і зниженим геохімічним фоном. За розмірами виділяють: глобальні, регіональні, локальні. Всі техногенні аномалії поділяються на корисні, шкідливі і нейтральні. Корисні аномалії покращують природне середовище (вапнування кислих грунтів, розселення при промиванні і дренажі). Шкідливі геохімічні аномалії (з підвищеними концентраціями токсичних речовин) - погіршують умови існування біоти. Вони систематично вивчаються у зв'язку з проблемами забруднення середовища. Нейтральні геохімічні аномалії не надають певного вплив на екологічні властивості навколишнього середовища (концентрація золота в розсипах). Техногенні геохімічні аномалії підрозділяються по середах в яких вони накопичуються: літохімічні (накопичуються в грунтах і грунтах), атмогеохімічні (накопичення в атмосфері), гідрогеохімічні (накопичуються у поверхневих і підземних водах), біогеохімічні (накопичуються в організмах). Техногенні геохімічні аномалії поділяють також за механізмом освіти. Виділяють техногенні аномалії, що виникають: 1. при одноразових аварійних викидах техногенних речовин; 2. в результаті обмеженого за часом, але інтенсивного техногенного впливу; 3. в результаті стаціонарного впливу джерела техногенних речовин. У перших двох випадках техногенні аномалії хоча і різко виражені, відносяться до залишковим, тривалість їх існування залежить від ступеня початкового порушення функцій живої речовини екосистеми і від сукупності ландшафтно-геохімічних умов, що сприяють або перешкоджають самоочищенню. У разі стаціонарного джерела, на початковому етапі його функціонування аномалії мають акумулятивний характер, а потім в залежності від інтенсивності джерела та умов розсіювання та самоочищення середовища набувають стаціонарний характер по рівню змісту елементів. Небезпека стаціонарних аномалій полягає в тому, що при невисокому рівні аномальності вони можуть і не позначатися помітним чином на стані біоти. Однак впливає протягом тривалого часу може мати кумулятивний ефект. Подібним чином виникають техногенні біогеохімічні ендемії, які проявляються не тільки в порушенні життєвих функцій даного організму, але і змінюють генетичний код. Для характеристики локальних техногенних аномалій використовують коефіцієнт техногенної концентрації (Кк) в порівнянні з вмістом у "фонових" незабруднених ландшафтах окремих хімічних елементів і сумарний показник забруднення (Кс) рівний сумі Кк всіх накопичуються елементів. Кс=Кк-(n-1), де Кк - коефіцієнти концентрації техногенних елементів більше 1, n - число елементів з Кк більше 1. Сумарні показники визначаються для різних компонентів ландшафту - грунтів, снігу, рослин, донних відкладень. Розподіл цих показників дозволяє виділяти і районувати аномалії в залежності їх віддаленості від джерела забруднення. Форма і довжина техногенної аномалії залежить не тільки від потужності джерела забруднення, але і від напрямку і сили переважаючих вітрів місцевої циркуляції повітряних мас. Техногенні елементи, що надходять на поверхню грунтів, включаються до радіальні і латеральні міграційні потоки, і в результаті латеральної міграції геохімічно підлеглі ландшафти (схили, долини річок, депресій рельєфу) мають більш високі коефіцієнти концентрації, ніж автономні ландшафти. Техногенні аномалії мають складну структуру, яка відображатиме сучасну міграційну структуру тих ландшафтів, в які вторгається техногенний потік. Велику роль при формуванні техногенних аномалій мають геохімічні бар'єри. Педогеохіміческіе чинники, контролюючі формування техногенних аномалій. Грунти є фільтрами для багатьох забруднюючих речовин. Перший техногенний "удар" приймають, поряд з рослинністю, грунту і перш за все самі верхні, найцінніші, збагачені органічною речовиною і кореневмісному горизонти. Вступники в грунт техногенні речовини підрозділяють на: педохіміческі активні і біохімічно активні. Педохіміческі активні міняють кислотно-лужні або окислювально-відновні умови, це можуть бути лугу і мінеральні кислоти, фізіологічно кислі солі. Сильне підкислення або подщелачіваніе може позначитися і на грунтовій біоті. Біохімічно активні техногенні речовини діють на живі організми. Загальна зміна грунтово-геохімічних умов виникає не відразу, а в наслідок порушення грунтової біоти. До біохімічно активних відноситься ряд органічних і органо-мінеральних речовин: пестициди, гербіциди, дефоліанти, важкі вуглеводні, токсичні мікроелементи, ртуть, миш'як, селен, свинець, кадмій, хром, нікель, радіоактивні та ін Буферність грунтів як і всієї геосистеми по відношенню до впливу техногенних потоків залежить від сукупності процесів, що виводять надлишкові деструкційних активні продукти техногенезу з біологічного кругообігу: 1. Процесів вимивання токсичних речовин за межі грунтового профілю; 2. Процесів консервації токсичних речовин на геохімічних бар'єри в недоступних живим організмам формах;

3. Процесів розкладання токсичних хімічних сполук до форм, безпечних для живих організмів. Біогеохімічні чинники, контролюючі формування техногенних аномалій. В міграції техногенних хімічних елементів у геосистеме істотну роль грає рослинність. Велике значення має видовий склад, різноманітність і співвідношення видів, що складають даний біоценоз. Складна биогеохимическая структура природних біоценозів обумовлює їх більшу стійкість по відношенню до техногенних геохімічним факторам, ніж штучних агроценозів. У природних біоценозах коефіцієнти біологічного поглинання мікроелементів у різних видів рослин істотно різні. За співвідношенням мікроелементів у грунтах, в золі рослин і біопродуктивності останніх виділяють "Безбар'єрна" і "бар'єрні" рослини. У безбар'єрних рослинах вміст елементів зростає пропорційно вмісту його в грунтах. Продуктивність спочатку збільшується, досягаючи максимальної (оптимальної), а потім при великому вмісті елементу падає. При гранично високої концентрації рослина гине. Бар'єрний тип залежності між вмістом елементу в середовищі існування і золі рослин має три діапазони: 1.Інтервал прямої залежності (пропорційності) змісту елемента в грунті і золі і підвищення продуктивності; 2. Інтервал оптимуму-стабілізації вмісту елементів в рослині та максимальної продуктивності; 3. Інтервал обернено пропорційній залежності: вміст елемента в грунтах збільшується, в золі рослини зменшується при деякому зменшенні у порівнянні з оптимумів біопродуктивності. Виділяють: низько, середньо та високо бар'єрні рослини. Високобар'єрні є головними геохімічними акумуляторами - агентами формування природних і техногенних біогеохімічних аномалій як в грунтах, так і в самих рослинах, особливо небезпечних, якщо рослинна продукція включається у вторинні біологічні кругообіги.

Рекомендована література

1. Справочник по геохимии, Г.В. Войткевич, А.В. Кокин, А.Е. Мирошников, В.Г. Прохоров, М., Недра, 1990

1. Основы геохимии, Я. Мияки, Л., Недра, 1969

2. Геохимия окружающей среды, А.А. Беус, Л.И. Грабовская, Н.В. Тихонова, М., Недра, 1976

3. Основы геохимии, Г.В. Войткевич, В.В. Закруткин, М., В.Школа,1976