20.1.4. Технофильность и другие показатели техногенеза

По мере развития человеческого общества в техногенез вовлекается все большее число химических элементов. В древности использовались лишь 18 элементов, в ХVIII в. — 28, в ХIХ в. — 62, в 1915 г. — 71, в настоящее время — все известные на Земле элементы и, кроме того, неизвестные в природных условиях нептуний, плутоний и др. трансураны, а также радиоактивные изотопы известных элементов (⁹⁰Sr, ¹³¹J).

Масштабы ежегодной добычи колеблются от миллиардов тонн для С (уголь, нефть) до десятков тонн для Tl, Pt, Th, Ga, In, т.е. различаются в сотни миллионов раз. Эти различия связаны со свойствами элементов (их ценностью для хозяйства), технологией получения, способностью к концентрации в земной коре, но также и c распространенностью в земной коре, т.е. с кларком. Как бы ни ценилось Au, его добыча никогда не сравняется с добычей Fe, т.к. кларк Au 4.3.10^-7%, а Fe — 4,65%. Si и Ge — химические аналоги, но кларк Si — 29,5%, а Ge — 1,4.10^-4%. Если у Ge был бы такой же высокий кларк, то он имел бы такое же широкое применение, как и Si, т.е. шел на изготовление кирпича, бетона, цемента и т.д. Исключительная роль Fe в истории цивилизации объясняется не только его свойствами, но и большим кларком. Характеристикой интенсивности извлечения и использования химических элементов является технофильность — отношение ежегодной добычи или производства элемента в тоннах к его кларку в литосфере в процентах (А.И. Перельман).

Многие химические элементы-аналоги с разными кларками и размерами добычи обладают одинаковой или близкой технофильностью, т.е. в единицах кларков человечество извлекает их из недр практически пропорционально их распространенности в земной коре. Это Cd и Hg, Ta и Nb, U и Mo, Ti и Zr. Но есть и различия: Cl и F, K и Na, Ca и Mg и др.

Технофильность очень динамична. По А.Е. Ферсману, добыча основных металлов за ХIХ век увеличилась примерно в 100 раз. К 1934 г. среднее ежегодное потребление за 15 — 30 лет увеличилось: Al, Cu, Mo, W, K, He — в 200 — 1000 раз; Fe, C, Mu, Ni — в 50 — 60 раз; Zn, Pb, Na+Cl, S, N, P, Au — в 15 — 40 раз; Ag, Sn, U, Co, Hg — менее 10 раз. “Особый рост добычи в последние годы обнаруживают металлы, связанные с металлургией железа (Fe, Mn, Mo, W, Cr, Ni), элементы электротехники и воздухоплавания (Al, Cu, редкие металлы) и элементы сельского хозяйства (N, P, K)”, — писал Ферсман в 1934 г. Многие выводы ученого подтверждаются и в настоящее время.

А.И. Перельманом рассчитана технофильность для середины 60-х годов. С этого времени технофильность большинства элементов росла менее интенсивно (рис. 20.4.). За счет увеличения добычи нефти и газа продолжался, но не столь сильно, как прежде, рост технофильности углерода, производство фосфорных удобрений, доломита, магнезита привело к увеличению технофильности фосфора и магния. Научно-техническая революция, развитие космической техники, электроники и теплоэнергетики в 5 — 10 раз увеличили технофильность редких элементов — Th, In, Hf, Nb, Zr, Be, Ga. Выявилась новая тенденция — рост технофильности Cl, B, J, S, а также некоторых щелочных и щелочноземельных металлов — Li, Sr, Ba. В первом случае это связано с производством хлорорганических соединений, серосодержащих газов и сульфидных руд, а во втором — производством ядерного топлива, алюминия, апатитов, фосфорных удобрений и др.

Добыча элементов складывалась стихийно в зависимости от экономических условий, прогресса техники, находок месторождений и т.д. И все же очевидна регулирующая роль кларка. Так, технофильность Mg меньше, чем у Са, Ва, Na, Cl, Cu, Pb, Zn, Sn, Ni, Mo, Hg. Это указывает на слабое использование Mg человечеством, на то, что в ближайшем будущем оно сильно возрастет. И действительно, добыча Mg растет стремительно: если до второй мировой войны добывались лишь тысячи тонн Mg, то в 1957 г. было добыто уже 140 тыс. тонн (без СССР). В будущем зависимость добычи от кларков, вероятно, станет еще более тесной, так как богатые месторождения быстро отрабатываются и со временем человечество перейдет к эксплуатации гранитов, базальтов и других горных пород, в которых содержания элементов близки к кларкам.

Различия в технофильности определяют изменение элементарного состава ландшафтов, накопление в них наиболее технофильных элементов. Впервые на это обратила внимание М.А. Глазовская, отметившая, что для культурных ландшафтов характерно “ожелезнение”, возрастание относительной роли Cu (по сравнению с Zn), Ni (относительно Со) и т.д. В результате ландшафт обогащается Pb, Hg, Cu, Zn, Sb и другими элементами. По О.П. Добродееву, из недр ежегодно извлекается больше ряда химических элементов, чем вовлекается в биологический круговорот: Cd — более чем в 160 раз, Sb — 150, Hg — 110, Pb — 35, F—15, U — 6, Sn — 6, Cu — 4, Mo — в 3 раза.

Технофильность элементов (по А.И. Перельману).

Помимо технофильности предложены и другие количественные характеристики техногенеза.

1. Отношение технофильности элемента (с учетом содержания его в углях) к его биофильности (на суше) М.А. Глазовская назвала деструкционной активностью элементов техногенеза (Д), которая характеризует степень опасности элементов для живых организмов. Для Hg Д = 10⁴ — 10⁵, для Cd и F — 10³, для Sb, As, U, Pb — 10², для Se, Be, Sn — 10, для многих других элементов Д < 1.

2. Количество элемента, выводимое ежегодно из техногенного потока в природный, Н.Ф. Глазовский назвал техногенным геохимическим давлением,

3. отношение его к единице площади — модулем техногенного геохимического давления, измеряемым в т/км². В настоящее время практически во всех речных бассейнах масштабы техногенного давления и речного стока сопоставимы. Для всей поверхности суши наиболее велики модули техногенного давления Na, Cl, Ca, Fe (0,5-1,0), наименьшие — у Li, Ag, W, Au, Hg, Tl (10^-5 — 10^-7).

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

5. Показатель пылевой нагрузки — соотношение количества пыли в техногенном и природном ландшафтах.

6. Модуль аэрального поступления — поступление веществ с атмосферными осадками и пылью.