Литература(1) / В.Т.Трофимов, Д.Г.Зилинг, Экологическая геология - Москва (2002)(5-900357-58-9)(PDF) Русский, 5-9
.pdf
ГЛАВА 7
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ЛИТОСФЕРЫ
7 . 1 . Определение, значение и структура геохимической экологической функции литосферы*
Под геохимической экологической функцией литосферы понимается функция, отражающая свойство геохимических полей (неоднородностей) литосферы природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты в целом
ичеловеческое сообщество в частности. Объектом исследований при таком подходе являются вещественный, химический состав компонентов литосферы (горные породы, минералы, донные осадки, почвы, подземные воды, нефть, газы)
иформируемые ими поля природного, природно-техногенного или техногенного происхождения. В качестве предмета исследований рассматривается система знаний о геохимических полях различного генезиса и их воздействие на живые организмы, а в общем виде - знания о геохимической экологической функции и геохимических свойствах литосферы.
Основной отличительной особенностью геохимической экологической функции литосферы является ее медико-санитарная ориентированность. В силу этого в сферу ее изучения попадают преимущественно те геохимические неоднородности, которые представляют потенциальную опасность или, наоборот, обеспечивают наибольшую комфортабельность состояния и жизнедеятельности биоты, в том числе и человека как биологического вида. По сути именно этим определяется и круг решаемых в рамках изучения этой функции литосферы задач (см. табл. 5).
Функциональными территориальными (точнее объемными) единицами эко- лого-геохимических исследований являются геохимические зоны *, геохимические провинции и геохимические аномалии , которые могут быть объединены под общим названием "геохимические неоднородности литосферы". Такая их
*Глава составлена при участии Т.А.Барабошкиной.
**Под геохимическим полем мы понимаем геохимически однородную область, связанную большим пространственным накоплением какой-либо группы или ассоциации элементов.
***Зона геохимическая (по А.Е.Ферсману) - широтная климатическая (ландшафтная) зона со всей совокупностью вызванных ею специфических особенностей в миграции элементов почвенного покрова и биосферы.
****Провинция геохимическая (по А.Е.Ферсману) - геохимически однородная область, характеризующаяся определенными ассоциациями элементов.
*****Геохимические аномалии - участки территории, в пределах которых хотя бы в одном из слагающих его природных тел статистические параметры распределения химических элементов отличаются от геохимического фона. Геохимический фон - средняя величина природной вариации содержаний химических элементов.
204
иерархия позволяет проводить исследование и описание геохимических свойств литосферы на планетарном (зоны), региональном (провинции) и локальном (аномалии) уровнях. Сказанное в полной мере относится и к биогеохимическим зонам, провинциям и аномалиям, которые приходится изучать при исследовании геохимической экологической функции литосферы.
Геохимические неоднородности литосферы могут быть обусловлены как повышенным, так и пониженнвш содержанием элементов по сравнению с фоновым. В зависимости от депонирующей среды выделяются следующие геохимические неоднородности: литохимические, обусловленные составом горных пород, почв, донных осадков, техногенных грунтов; гидрохимические - подземных вод; атмохимические -газовым составом почв, горных пород, подземных вод; сноухимические - снегового покрова; биохимические - биоты.
По генезису среди геохимических неоднородностей литосферы следует выделять: природные (естественно-исторические), сформировавшиеся в ходе геологической жизни планеты; природно-техногенные (новообразованные), формирование которых произошло в эпоху техногенеза вследствие использования высокоотходных технологий при низком уровне внедрения средозащитных мероприятий.
Если рассматривать их во временном аспекте, то к наиболее стабильным можно отнести природные литогеохимические аномалии, провинции и зоны. Прочие типы геохимических неоднородностей имеют значительные вариации состава во времени, зависящие от комплекса физико-химических, биогеохимических, геодинамических, техногенных условий.
Структура геохимической экологической функции литосферы, вытекающая из этих позиций, показана на рис. 3. Включение в нее биогеохимической составляющей может вызвать возражения. В связи с этим следует напомнить, что биогеохимические функциональные единицы обусловлены геохимическими свойствами литосферы, но носителями элементов являются растения. Поэтому с рассматриваемых нами позиций, включение биогеохимических неоднородностей в структуру эколого-геохимических исследований представляется не только оправданным, но и необходимым.
Выделение в структуре рассматриваемой функции природных и техногенных геохимических неоднородностей связано с различной дифференциацией элементов по профилю в природных и природно-техногенных системах. Это проиллюстрируем примером распределения олова по разрезу (рис. 24) в районе разведки и эксплуатации дальневосточных оловянных месторождений. Как видно из приводимых эпюр, природная геохимическая аномалия в почвах, сформированная над рудным телом, менее интенсивна, чем природно-техногенная. В природной аномалии концентрация олова минимальна в приповерхностном горизонте и достигает максимальных величин в нижней части профиля, приуроченного к коренным породам. Анализ распределения олова вниз по профилю в районе автодороги и вблизи хвостохранилища (природно-техногенная аномалия) показывает более высокое содержание олова в верхней части разреза по сравнению с природной аномалией, что обусловлено интенсивным поступлением элемента аэральным и аквальным
205
путем с техногенных объектов. Это общая картина для всех природных и природно-техногенных аномалий.
Отмеченные особенности дифференциации элементов в различных генетических типах геохимических неоднородностей следует учитывать для правильной выработки экологической политики в регионах. Так, литогеохимические аномалии техногенного генезиса в отличие от природных имеют приповерхностный характер распределения элементов по профилю и могут быть в значительной степени нивелированы за счет использования различных методов очистки геологической среды от загрязнения.
Подчеркнем, что при экологогеохимических исследованиях чрезвычайно важным являются выявле-
ние и вычленение путей воздействия химических элементов литосферы на биоту и человека, в первую очередь на состояние его здоровья. Обзор публикаций позволяет выделить три основных пути такого воздействия:
воздушный - через попадание токсикантов в виде газа или аэрозолей в организм человека;
водный - через подземные воды, употребляемые для питьевого водоснабжения; пищевой - через трофическую цепь от загрязненных растений к животным
ичеловеку (рис. 25).
Вреальной жизни они чаще всего проявляются совместно или в парных комбинациях, усугубляя негативное воздействие на население, проживающее в зоне воздействия геохимических факторов. При этом следует учитывать, что принятие радикальных природоохранных мер не может основываться только на интегральной оценке загрязнения местности через медико-статистические показатели (заболеваемость, смертность населения и т.д.), а потребует установления среды и источников загрязнения и путей попадания токсикантов в организм человека. Решение этой проблемы - задача довольно сложная и требует разработки определенных методических подходов и очередности анализа всех компонентов литосферы. В основу такого анализа может быть положена схема, изображенная на рис. 25. Она позволяет оценить очередность и последовательность исследования разных путей попадания токсикантов в организм человека и определить связанные с ними компоненты литосферы (депонирующие токсиканты среды). Нетрудно заметить, что на этом рисунке четко обособились изучаемые системы, отличающиеся набором
206
ные органические кислоты (гуминовые и фульвокислоты), биогенная сода, биогенные щелочи, биогенные газы, продукты жизнедеятельности микроорганизмов, низкомолекулярные органические кислоты - муравьиная, уксусная, масляная, молочная, щавелевая, винная и др. Органические кислоты способны к образованию комплексных соединений - хелатов, что повышает возможность организмов усваивать элементы минерального питания, законсервированные в кристаллической решетке.
Благодаря биогеохимическому преобразованию, вещество литосферы в почвенном слое становится доступным для растений и включается в трофическую цепь. Уникальность почвы, как пишет Г.В.Добровольский (1990), состоит в том, что она является:
продуктом биогеохимического развития литосферы (в силу геохимической открытости системы);
средой минерального питания растений, литобионтов и областью преобразования физико-химических форм миграции вещества литосферы в биогенную;
средой, выполняющей роль буфера в системе "литосфера-биота" и "литотехническая система-биота".
Таким образом, почва - это зеркальное отображение комплексного воздействия на литосферу биогеохимических, физико-химических, климатических факторов.
Миграционная способность элементов в породах и почвах рассмотрена в трудах М.А.Глазовской (1992), А.И.Перельмана (1978), H.J.M.Bowena (1989) и др.
Остановимся на некоторых моментах, наиболее объективно отражающих связь в системе "литосфера-растения". Согласно статистической обработке экспериментальных данных, подвижность металлов в почвах и их количество в растительной массе находится в тесной связи с содержанием органического углерода, значениями рН и гранулометрическим составом. Менее резко проявляется влияние карбонатов кальция и емкости поглощения, хотя тенденция связи содержания подвижных форм металлов в почве с накоплением их в фитомассе сохраняется. Почва и растительный покров - это тесно взаимосвязанные блоки единой биогеоценотической системы; перераспределение элементов в этой системе наглядно отражают геохимические показатели.
Учитывая тот факт, что приповерхностная часть литосферы является непосредственной областью минерального питания растений, их наиболее целесообразно использовать в качестве биологических датчиков, отражающих эколо- го-геохимическое благополучие территории. Растительный блок изучается с целью определения количественного состава химических элементов, для контроля интенсивности поступления микроэлементов в трофическую цепь. Микроорганизмы являются биосубстратом, наиболее чутко реагирующим на малейшие изменения геохимической среды, что жизненно важно контролировать в техногенных районах.
