3. Технофильность и другие показатели техногенеза.

Количество добываемых элементов неодинаково. Так, мировая ежегодная добыча углерода измеряется миллиардами тонн, железа – сотнями миллионов, меди – миллионами, ртути – тысячами, платины – десятками тонн. Эти различия обусловлены следующими причинами.

1. Важное значение имеют свойства элементов и технология получения. Алюминий и титан до 20 века практически не использовались, так как технология их извлечения из минералов была слишком сложной и дорогой.

2. Большую роль играет способность элемента к концентрации в земной коре, т.е. к образованию месторождений. Например, ртуть образует месторождения с большими запасами, и этот редкий металл использовался еще в древности. У индия кларк выше, чем у ртути, но он рассеян и его практическое применение началось лишь в 20 веке.

3. Распространенность элементов. Как бы золото ни было ценно для человечества, его добыча никогда не сравняется с добычей железа, так как кларк железа в 10 миллионов раз больше. Кремний и германий – химические аналоги, они похожи друг на друга. Но кремний – второй по распространенности элемент, а германий – редок. Поэтому – кремний – основа строительства (кирпич, бетон, цемент и др.), а германий добывается в ничтожных количествах. Исключительная роль железа связана не только с его свойствами, но и с большим кларком.

Поэтому добычу элементов рационально измерять в единицах кларков. Эту величину называют технофильностью – Т. Она равна отношению ежегодной добычи элемента D к его кларку в земной коре K:

Т=D/К

Например, (по Мейсону, 1960) для железа она равна 6,6х10⁷, марганца – 6х10⁷, серебра – 1,1х10⁹.

Следовательно, в единицах кларков человечество извлекает из недр железо и марганец, медь и серебро с равной интенсивностью, пропорционально их распространенности в земной коре. Технофильность их одинакова. Многие химические элементы с разными кларками и размерами добычи обладают одинаковой или близкой технофильностью – кадмий и ртуть, уран и молибден, титан и цирконий. Технофильность можно рассчитать для отдельных стран, всего мира, она динамична во времени.

Техногенез ведет к уменьшению геохимической контрастности ноосферы (по сравнению с биосферой и земной корой).

При техногенезе накапливаются наиболее технофильные элементы – человечество «перекачивает» на земную поверхность из глубин элементы рудных месторождений. В результате, по сравнению с природным ландшафтом техногенный ландшафт обогащается свинцом, ртутью, медью, сурьмой и другими элементами. Из недр ежегодно извлекается больше химических элементов, чем вовлекается в биологический круговорот: кадмия – более, чем в 160 раз, сурьмы – 150, ртути – 110, свинца – 35, фтора – 15, урана – 6 раз.

Отношение технофильности элемента (с учетом содержания его в углях) к его биофильности (на суше) называется деструкционной активностью элементов техногенеза, которая характеризует степень опасности элемента для живых организмов.

Деструктивная активность элементов техногенеза – отношение технофильности элементов с учетом содержания его в углях и его биофильности (на суше). Она характеризует степень опасности элемента для живых организмов.

Биофильность – кларк концентрации элементов в живом веществе

Для ртути – nх10⁴ до nх10⁵

Кадмия и фтора - nх10³

Сурьмы, урана, свинца - nх10²

Селена, бериллия, бора, олова - nх10

Для остальных – меньше 1, отсюда следует, что ртуть – самый опасный элемент.

Количество элемента, выводимого ежегодно из техногенного потока в природный называется техногенным геохимическим давлением, отношение его к единице площади – модулем техногенного геохимического давления, измеряемым в т/км².

Коэффициент техногенной трансформации – соотношение поступления элемента в техногенный и природный ландшафты.

Показатель пылевой нагрузки – соотношения количества пыли в техногенном и природном ландшафте.

Модуль антропогенного поступления – поступление вещества с атмосферными осадками и пылью.

В целом, техногенное воздействие человека на биосферу можно сгруппировать по следующим направлениям:

1. Перераспределение миграционных потоков и концентраций химических элементов. Высокой технофильностью обладают Hg, Cd, Pb, As, Mo, Cr, а также Cl, Ca, S, P и другие элементы. Отмечается, что наибольшие изменения произошли в круговороте таких элементов, как C, S, P, Pb, Cu, Zn, Hg, Ag.

2. Появление новых типов круговоротов. Например, человек, сжигая ископаемое топливо, древесину, другие горючие материалы, вырубая девственные леса, за счет этого существенно повышает поступление СО и СО₂ в атмосферу, их дополнительный приток может составить 11-14% от нормального.

3. Изменение земной поверхности и земных недр (создание породных отвалов, водохранилищ, каналов, туннелей и др.). Создание новых ландшафтов.

4. Усиление образования живого вещества. При этом повышение биологической продуктивности, в основном, достигается за счет мобилизации внутренних ресурсов ландшафтов и экосистем (распашка почв, осушение, орошение и др.) и химизацией как растениеводства, так и животноводства.

5. Активизация энергетических процессов. По данным А.И.Перельмана (1975) первобытный человек ежегодно расходовал 8х10³-12х10³ Дж, а в настоящее время – около 8х10⁵Дж. Кроме этого повышается работоспособность используемой энергии, появляются новые ее виды.

6. Возрастание количества механически извлекаемого материала литосферы. Ежегодно добывается около 100 млрд.т минерального сырья и каустобиолитов, что в 3-4 раза больше массы материалов, выносимого с речным стоком в океан. Горные и строительные работы перемещают не менее 1 км³ горных пород, что соизмеримо с денудационной работой рек.

7. Для ноосферы характерно появление огромного количества веществ, ранее в биосфере отсутствующих – в первую очередь, это чистые металлы, которые в самородном состоянии встречаются в природе крайне редко. Происходит «металлизация» биосферы. Во-вторых, если в природе известно всего около 3000 различных минералов и их разновидностей, то человеком в лабораторных условиях и в промышленных масштабах получено около 3 млн. различных химических соединений, что в 10³ больше их природного количества. Некоторые из них (например, диоксины) очень токсичны даже в малых дозах. В-третьих, в связи с развитием ядерной энергетики для ноосферы характерно появление трансурановых элементов и большого количества радионуклидов, что создает угрозу радиоактивного заражения огромных территорий.

8. Ноосфера и техносфера выходят за естественные пределы биосферы в связи с развитием космической техники и космонавтики. Возникли предпосылки для создания искуственных биосфер на других планетах, поэтому ноосфера в будущем станет особой областью Солнечной системы.

Размеры техногенных геохимических аномалий изменяются в широких пределах.

Глобальные аномалии охватывают весь земной шар (повышенное содержание СО2 в атмосфере в результате сжигания угля и нефти, накопление стронция после ядерных взрывов).

Региональные аномалии – распространяются материки, страны, зоны, области (применение минеральных удобрений, ядохимикатов и др.).

Локальные аномалии – связаны с конкретным рудником, заводом, городом и др. (повышенное содержание металлов в почвах и водах вокруг металлургических комбинатов и др.).

Техногенные аномалии делятся на литохимические (в почвах, породах), гидрогеохимические (в водах), атмогеохимические (в атмосфере), биогеохимические (в организмах). По влиянию на окружающую среду техногенные аномалии делятся на 3 типа:

1. Полезные аномалии, улучшающие окружающую среду. К ним относятся повышенные содержания кальция в районах известкования кислых почв, добавка NaI и KI к поваренной соли в районах развития эндемического зоба, фторирование питьевой воды в городах с распространением кариеса, применение молибдена, бора, цинка и других микроудобрений, подкормки домашних животных кобальтом и др.).

2. Вредные аномалии, ухудшающие окружающие среду.

3. Нейтральные аномалии, не оказывающие влияния на качество окружающей среды.