Геохімія техногнезу і захист природного середовища

1. Геохимия техногенеза, понятие «ноосфера»

2. Техногенная миграция элементов

3. Технофильность и другие показатели техногенеза.

1. Геохимия техногенеза понятие «ноосфера»

Техногенез – совокупность химических и технических процессов, связанных с производственной деятельностью человека и приводящих к перераспределению химических элементов на Земле. Этот термин ввел в науку А.Е.Ферсман. Высшую стадию развития биосферы В.И.Вернадский определил как ноосферу или сферу разума. Это часть планеты, которая охвачена техногенезом и представляет собой особую систему. В.И.Вернадский в 1944 году писал: «Ноосфера есть новое геохимическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой…».

В науках о Земле ноосфера рассматривается как планетарное явление, как особый этап развития планеты, как особая ее оболочка, в которой проявляется деятельность человеческого общества. Изучение геохимии ноосферы и техногенеза представляет теоретическую основу рационального использования природных ресурсов, охраны природы и борьбы с загрязнением окружающей среды.

По современным представлениям масса Земли составляет 5,979х10²¹ т, ежегодно увеличиваясь за счет выпадения на ее поверхности метеоритной пыли. По масштабам многие процессы техногенеза намного превышают природные. Так, ежегодно из недр извлекается много больше металлов, чем выносится с речным стоком (свинца -–почти в 70 раз, хрома – в 35, меди – в 30, фосфора – в 20, железа и марганца – в 10, цинка – в 5, алюминия – в 3 раза). Только при сжигании угля освобождается больше металлов, чем выносится с речным стоком (ванадия – в 400 раз, молибдена – в 35, хрома – в 20 и т.д.).

Т.о., геохимия техногенеза – это раздел геохимии, изучающих роль техногенеза в геохимических процессах миграции, рассеяния и концентрации химических элементов и соединений в зоне гипергенеза, в ее изменении и преобразовании из природного в природно-техногенное состояние, в образовании новых природно-техногенных систем, комплексов и территорий с различными геохимическими свойствами и параметрами поверхностной геохимической среды.

2. Техногенная миграция элементов

В 20 веке техногенез стал главным геохимическим фактором на поверхности Земли. В ноосфере происходит грандиозное перемещение атомов, их рассеяние и концентрация. Ежегодно в мире перемещаются миллиарды тонн угля, нефти, руд и стройматериалов. В течение немногих лет рассеиваются МПИ, накопленные природой за миллионы лет. С продукцией сельского хозяйства и промышленности атомы мигрируют на огромные расстояния. Только с экспортом и импортом зерна в мире ежегодно мигрируют миллионы тонн калия, сотни тысяч тонн фосфора и азота.

Самое заметное влияние человека на природу выражается в вырубке лесов, изменении водного режима поверхности (осушение, орошение, создание искусственных водоемов, изменение русел и направления речного стока, атмосферный условий в городах и промышленных центрах), видоизменении растительных и животных биоценозов, извлечение из недр громадных количеств полезных ископаемых. При этом изменяется круговорот элементов в ландшафтах, в них накапливаются многие токсичные вещества, которые губительно воздействуют на плодородие почв и живые организмы. Хлористые, сернистые, азотные, фосфорные и другие соединения, поступающие в атмосферу и биосферу в колоссальных количествах, изменяют геохимическую среду, ее кислотность, газовый и биогеохимический режим и др.

Ноосфере свойственны и механическая, и физико-химическая, и биогенная миграция, но главную роль играет техногенная миграция.

Техногенная миграция элементов отличается от других типов миграции тем, что она происходит не по естественным (природным), а по социально-экономическим зонам. Вследствие этого все в большей степени нарушаются естественные соотношения и равновесия в биосистемах, что приводит к резкому перераспределению химических элементов.

Мощность производства в мире удваивается каждые 14-15 лет. Поэтому главное существенное отличие ноосферы от биосферы – огромное ускорение миграции.

Выделяют 2 группы процессов техногенеза:.

1. Эта группа унаследована от биосферы, к ней относятся биологический круговорот, круговорот воды, рассеяние элементов при отработке месторождений, распыление вещества и другие. При их изучении можно использовать понятия и методы, разработанные для анализа природных процессов.

2. Эта группа находится в резком противоречии с природными условиями. Так, характерное для ноосферы металлическое состояние железа, никеля, хрома, ванадия и других элементов не соответствует физико-химическим условиям земной коры. Во всем большем количестве в ноосфере изготавливаются химические соединения, никогда в биосфере не существовавшие и обладающие свойствами, не известными у природных материалов (искусственные полимеры, лекарства, краски, сплавы и др.). Новым для земной коры является и производство атомной энергии, радиоактивных изотопов, сверхчистых веществ.

Техногенная деятельность человека привела к резкому изменению миграционных потоков химических элементов. В 1915 году В.И.Вернадский подсчитал, что в античную эпоху использовалось лишь 19 элементов, в 18 веке – 28, в 19 – 50, а в начале 20 – 60, а в наши дни в процессы производства и потребления вовлечена вся таблица Менделеева. По вине человека в биосферу поступает все большее количество чуждых ее элементов, в том числе токсичных – свинец, хром, мышьяк, ртуть, кадмий и др. Началось также искусственное получение и частичное использование отсутствующих элементов – Pu, Np, Cf и других. Характерная общая тенденция этого процесса – в начале использовались преимущественно природные вещества – минералы, в том числе самородные элементы (сера, золото и другие). Позднее начался синтез новых соединений элементов, а также получение их в чистом виде (металлургия железа, свинца, цинка и др.). В 20 веке началось использование изотопов.

В настоящее время известно около 4,5 млн. химических соединений, в том числе более 60 тыс. неорганических соединений. Ежедневно химиками синтезируются около 200 новых веществ. В связи с этим возникла необходимость систематизации факторов воздействия человека на окружающую среду.