Геохимия техногенеза и проблемы загрязнения окружающей природной среды

В 1922 г. А. Е. Ферсман предложил именовать геохимическую деятельность человека – техногенезом. Та часть планеты, которая охвачена техногенезом представляет собой ноосферу (греч. nous – разум и sphaira – шар, оболочка). Этот термин ввел в 1927 г. в науку французский философ Э. Леруа (1870 – 1954). Они вместе с П. Тейяром де Шарденом (1881 – 1955) первыми разработали учение о ноосфере. В. И. Вернадский, развивая учение о биосфере, придавал понятию ноосферы глубоко научное содержание, которое должно учитываться в процессе перестройки среды и общества. Он рассматривал ноосферу как высшую стадию развития биосферы, связанную с развитием в ней человеческого общества, которое, познавая законы природы и развития технику до самого высокого уровня ее возможностей, становится крупной планетарной силой, превышающей по своим масштабам все известные геологические процессы вместе взятые. При этом человечество оказывает решающее влияние на протекание всех процессов в биосфере, глубоко изменяя ее своим трудом.

Для ноосферы характерны следующие виды миграции химических элементов: механическая, физико-химическая, биогенная, техногенная. Последняя играет главную роль в развитии ноосферы. Процессы техногенной миграции вещества делят на две группы: а) унаследованные от биосферы (биологический круговорот атомов, круговорот воды, рассеивание химических элементов при добыче полезных ископаемых); б) чуждые биосфере, никогда не существовавшие в природе (искусственные полимеры, пластмассы, производство атомной энергии).

В античное время использовалось 19 химических элементов, в XVIII в. – 28, в начале ХХ в. – 60, в настоящее время – более 90. А. И. Перельман (1966) предложил определять технофильность химических элементов: Т = Д / КК, где Д – ежегодная добыча химического элемента, КК – Кларк концентрации химического элемента в земной коре. Наиболее технофильны С, Сl, Cu, Pb, Mo, Cd, Hg. Наименее технофильны – цезий, гафний, техниций.

В результате загрязнения окружающей природной среды формируются техногенные геохимические аномалии (от греч. – anomalia – отклонение) – участки земной коры (или поверхности земли), отличающиеся существенно повышенными концентрациями каких-либо химических элементов или их соединений по сравнению с фоновыми значениями. В отличие от природных геохимических аномалий (месторождения, рудопроявления) возникают в результате деятельности людей. А. И. Перельман (1978) выделяет следующие виды техногенных аномалий: 1) с концентрацией по отношению фона (с повышенным (положительным), так и с пониженным (отрицательные) геохимическим фоном; 2) по масштабам проявления (глобальные, региональные, локальные); по проявлению в среде (педогеохимические, литогеохимические, гидрохимические, атмогеохимические, биогеохимические); 3) по отношению к окружающей среде (полезные (Са, В, F, I), вредные (Hg, Pb), нейтральные (Аg, Au)); 4) по особенностям формирования аномалий (аномалии, формирующиеся на техногенных геохимических барьерах; аномалии, образующиеся на природных геохимических барьерах).

Техногенные геохимические аномалии могут возникать: а) при аварийных выбросах (сбросах) техногенных веществ; б) при добыче полезных ископаемых, в т. ч. геохимическое воздействие отвалов вскрышных пород; в) в результате функционирования промышленных, транспортных, энергетических источников техногенного воздействия.

Пространство, занимаемое локальной геохимической аномалией называют техногенным ареолом рассеивания.

Для определения интенсивности техногенного воздействия и выявления геохимических аномалий в ландшафтах используют различные геохимические показатели (Методические указания …, 1987; Экогеохимия городских ландшафтов, 1995).

Коэффициент концентрации химического элемента вычисляется по формуле Кс = Сi / Cф, где Сi – среднее содержание химического элемента в точке опробования, Сф – фоновое содержание химического элемента.

Суммарная пылевая нагрузка определяется по формуле Pn = P / S х t [г/м² в сут.; кг/км² в год], где Р – вес пыли, осажденной снегом (содержащейся в снеговой пыли), S – площадь с которой была отобрана проба снега, t – временной интервал в сутках с момента установления устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы снега включительно.

Общая техногенная нагрузка для каждого химического элемента рассчитывается по формуле Рi = Pn x Ci [г/м² в сут.; кг/км² в год], Pn – суммарная пылевая нагрузка, Ci – концентрация i-го элемента в снеговой пыли.

Суммарный показатель загрязнения вычисляется для поэлементного анализа техногенных аномалий Zc = ∑ Kc – (n – 1), где Кс – коэффициент концентрации химического элемента, n – количество химических элементов с аномальным содержанием. За аномальное содержание рекомендуется принимать содержание химического элемента, превышающее фоновое значение: для почв Кс более 2,0, для снега Кс более 1,5. При значениях Кс = 1,0 – 1,5 (2,0) его превышение фонового значения следует считать естественной вариацией распределения данного химического элемента в изучаемом природной геокомпоненте.

По величине показателя загрязнения почв и снега, суммарной пылевой нагрузке выделяют территории с разными уровнями загрязнения (табл. 1).

Т а б л и ц а 1