6 лет назад
Нету коментариев

Продукты техногенеза, образующиеся в процессе промышленной и сельскохозяйственной деятельности, а также бытовые загрязнения, попадая в окружающую среду, ведут себя по-разному в зависимости от миграционной способности в конкретных природных обстановках, наличия геохимических барьеров, отношения к ним живых организмов (они могут поглощать эти продукты, накапливать, включать в биотические круговороты и т. д.), т. е. в зависимости от ландшафтно-географического фона, под контроль которого они попадают. Ниже изложены некоторые результаты исследований техногенных потоков вещества А. И. Перельмана, М. А. Глазовской, В. В. Добровольского и других ученых в аспекте возможного косвенного воздействия на них. В глобальном масштабе геохимическими барьерами являются все активные поверхности — границы раздела геосфер, почва, уровень грунтовых вод и т. д. Активные поверхности могут иметь различный ранг. В геохимии ландшафта обычно рассматриваются активные поверхности низших рангов. Они в совокупности (благодаря иерархической организации географической оболочки) оказывают региональное и глобальное воздействия.

Состав и напряженность геохимических потоков вещества испытывают резкие изменения на границах участков территории, характеризующихся различными физико-химическими или (и) термодинамическими условиями: окислительно-восстановительными (Eh), кислотно-щелочными (рН), фильтрационно-сорбционными, седиментационными, биогеохимическими, а также определенными температурой и давлением. Ряд веществ теряет подвижность, переходит в инертные нерастворимые формы и аккумулируется. При этом может происходить загрязнение среды в зоне геохимического барьера, зато транзитный поток вещества очищается. Такой процесс играет большую роль в глобальном аспекте.

А. И. Перельман выделяет следующие типы ландшафтно-геохимических барьеров: 1) биогеохимические; 2) физико-химические (окислительные, восстановительные глеевые, восстановительные сульфидные, сульфатно-карбонатные, щелочные, кислые, испарительные, адсорбционные, термодинамические); 3) механические. На каждом барьере задерживается определенная ассоциация химических элементов, утрачивающих подвижность в данной обстановке.

По форме ландшафтно-геохимические барьеры бывают двух типов: линейные и площадные. К линейным барьерам относятся границы раздела природных территориальных комплексов различных рангов на земной поверхности. Площадные барьеры формируются на границах природных тел, обладающих различными свойствами. Они могут охватывать более или менее значительную площадь земной поверхности или акватории, отличающейся по физико-химическим свойствам от фона (определенный тип ландшафта, почвы, растительного покрова и т. д.).

Техногенные вещества, поступающие на поверхность почвы, встречаются с новой (по сравнению с воздушной или водной средой) геохимической обстановкой. Часть из них сразу же улавливается верхним слоем почвы, другая часть проникает в глубь почвенного профиля. Различные горизонты почв обладают неодинаковыми свойствами. Например, в переувлажненных почвах в верхнем горизонте — окислительная, а в нижнем — восстановительная среда. Каждая среда по-разному воздействует на миграционную способность химических веществ. Типы почвенно-геохимических барьеров и их воздействие на подвижность химических элементов приведены в табл. V. 7.

T_5_7

В таблице над чертой показаны очень токсичные, под чертой — менее токсичные элементы. Если переувлажненная почва находится в нейтральных условиях (например, участок поймы реки в пределах лесостепи), в ее верхнем горизонте с окислительной средой накапливается свинец, а в нижнем (восстановительный глеевый) горизонте — свинец, кадмий, медь, цинк, кобальт.

Химические соединения, попадающие в почву, изменяются. Например, кислоты, образующиеся в атмосфере в результате соединения с водой диоксида серы, оксида углерода и других газов — выбросов топок, попадая в почву, активно нейтрализуются в щелочных условиях в южных полупустынных районах и сохраняются в северных районах, где почва обладает кислой реакцией. Щелочные загрязнения воздействуют в обратном направлении. По-разному нейтрализуются или перемещаются в почве и другие загрязнители: пестициды, тяжелые углеводороды и др.

Следовательно, по отношению ко многим минеральным и органическим веществам почвы являются фильтрами. Это их свойство используется для нейтрализации и фильтрации промышленных и бытовых стоков на полях орошения городских канализационных систем. Фильтрационные свойства почвы — положительные с точки зрения очистки стоков (а также загрязненных атмосферных осадков). Эти же свойства могут быть и отрицательными. Химические элементы и соединения, в том числе токсичные, могут накапливаться в почве, мигрировать в растения, обладающие способностью избирательного поглощения и накопления, и далее по пищевой цепи. Такие примеры сложной миграции химических загрязнений неоднократно фиксировались в различных районах мира.

М. А. Глазовская (1981) считает, что для научного обоснования предельно допустимых концентраций токсичных веществ и потока загрязнений, при которых не нарушалось бы нормальное функционирование почв, необходимо всю совокупность почв разделить на группы, сходные по характеру ответных реакций на различные техногенные воздействия. Показателем нормального функционирования почв может служить, по М. А. Глазовской, ее биологическая продуктивность, а также отсутствие накопления в биомассе растений, произрастающих на этих почвах, чуждых и нарушающих жизненные функции растений элементов. В почвенной биоте должны сохраняться все полезные группы организмов.

М. А. Глазовская также считает, что при всем многообразии поступающих в почву веществ они могут быть разделены на педохимически активные и биохимически активные. Педохимически активные вещества изменяют кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные свойства почв и тем самым влияют, как уже было сказано, на подвижность веществ в почве. Это кислоты, щелочи, воздействующие на кислотно-щелочные свойства; органическое вещество, увеличивающее восстановительный потенциал (отнимает кислород для окисления), и т. д. Педохимически активны некоторые газы (сероводород, метан и др.), создающие восстановительную среду. Углекислый кальций, концентрируемый степными растениями в черноземных и каштановых почвах, повышает ее устойчивость по отношению к кислым загрязнениям. То же значение имеют сода, гипс для солончаков и солонцов аридных районов.

Биохимически активные техногенные вещества действуют прежде всего на живые организмы. Общее изменение почвенно-геохимической обстановки происходит не сразу, а развивается как следствие нарушения почвенной биоты. К таким веществам относятся пестициды, гербициды, некоторые углеводороды, все токсичные микроэлементы (см. табл. V. 2) и др. Их избыточное содержание в почве и поступление в организмы растений, а также животных и людей вызывает заболевания последних.

Буферность почв и всей экосистемы по отношению к воздействию техногенных потоков веществ зависит от совокупности процессов, выводящих избыточные активные продукты из биологического круговорота. К ним относятся:

1. Процессы вымывания токсичных веществ за пределы почвенного профиля.

2. Консервация токсичных веществ на геохимических барьерах в недоступных для живых организмов формах.

3. Разложение токсичных химических соединений до форм, не опасных для живых организмов.

Важным свойством почвы, влияющим на ее отношение к токсичным веществам, является ее водный режим. В почвах с промывным режимом (инфильтрация образует транзитный направленный вниз поток) наименее опасны подвижные соединения и элементы, так как они уносятся из почвенного профиля. В почвах с водозастойным режимом даже малые количества растворимых загрязнений представляют опасность. Они накапливаются в водоносном горизонте почвы, усугубляя загрязнение. Водный режим почвы в определенной мере зависит от механического состава почвообразующих горных пород. На почвах легкого (песчаного, супесчаного) механического состава вероятность загрязнения растворимыми веществами ниже, чем в почвах тяжелого (суглинистого, глинистого) механического состава.

Следовательно, почвы, обладающие определенными свойствами, дифференцируют поток техногенных веществ, видоизменяют его и расщепляют на отдельные частные потоки (некоторые из них заканчиваются в различных горизонтах почвы). Почва выступает в качестве фильтра, емкости и химического реагента, обезвреживающего часть загрязнений.

Управление свойствами почвы с определенной целью — один из изученных вопросов почвоведения и агрохимии. Такое внимание к разработке управления свойствами почв объясняется необходимостью направленного воздействия на свойства почвы, определяющие ее плодородие. Например, известный прием — известкование кислых почв — является средством управления, подвижностью химических элементов и соединений путем изменения ее кислотно-щелочных свойств. Внесение гипса (гипсование почвы) позволяет уменьшить щелочность некоторых почв (солонцов, солончаков) и тем самым улучшить физико-химические и биологические свойства почвы. Очевидно, что методы, которые применяются исключительно для повышения плодородия, можно использовать для регулирования свойства почвы как «приемника» загрязнений техногенного происхождения. Так, в слабокислых и нейтральных почвах с хоро-шим воздушным режимом (дерново-подзолистые, серые лесные и др.) свинец, токсичный для живых организмов, переходит в нерастворимые соединения и исключается из биологического круговорота. Этому будет способствовать нейтральная (даже слабощелочная) реакция, поддерживаемая известкованием почв. В нейтральной среде подвижны и поэтому легко вымываются соединения цинка, ванадия, мышьяка и других токсичных элементов. По мере уменьшения кислотности почв опасность загрязнения этими элементами увеличивается.

Регулирующая роль растительности в миграции химических элементов. В миграции химических элементов в системе атмосфера — растительность — почва существенная роль принадлежит растительности. Она выполняет роль регулятора, воздействующего на загрязнения избирательно. Большое значение имеют видовой состав, разнообразие и соотношение видов, слагающих данный биоценоз.

Сложная геохимическая структура естественных биоценозов, в которых различные группы и виды организмов являются аккумуляторами разных элементов, обусловливает большую устойчивость их по отношению к техногенным геохимическим факторам, чем искусственных агроценозов сельскохозяйственных полей. Это связано с тем, что в естественных биоценозах коэффициенты биологического поглощения микроэлементов, например, различны у разных видов, поэтому растения не конкурируют между собой и в то же время избавляют почву от избытка определенных элементов и соединений. В условиях монокультуры один и тот же вид (или группа геохимически сходных видов) поглощает только определенный набор элементов, неиспользуемые элементы оказываются биологически «бесполезными» и накапливаются в почве.

Растения по-разному регулируют поток химических веществ через свой организм. Безбарьерные растения не обладают регулирующей способностью, поэтому содержание элемента в них определяется его концентрацией в почве. Если концентрация в почве токсична, растения такого типа гибнут. Иногда их используют в качестве индикаторов определенных веществ. Исследуя золу растений, устанавливают, где содержание нужных элементов аномально. Так ищут, например, месторождения рудных ископаемых, нефти и газа.

Низкобарьерные растения характеризуются определенной зависимостью состава от биохимически активных веществ в почве. Средне- и высокобарьерные растения являются основными биогеохимическими барьерами, так как они не пропускают биохимически активные элементы через свой организм и тем самым способствуют формированию в почве техногенных и биогеохимических аномалий.

Накопление элементов в биомассе безбарьерных и низкобарьерных растений может вызвать образование вторичных аномалий на поверхности почвы — в опаде, степном войлоке, а также в верхних горизонтах почвы. Кроме того, растения способны выделять химические элементы в воздух, транспирируя их вместе с влагой (например, тяжелые металлы, по данным Ж. Детри, 1973). М. А. Глазовская предполагает, что типы барьерности растений на самом деле различаются не входом (поглощением с различной интенсивностью элементов), а выходом — выделением определенных элементов в окружающую среду. Безбарьерные растения обладают наименьшей такой способностью, поэтому в их организмах содержание элементов наибольшее.

Следовательно, растения выполняют как бы две противоположные функции в управлении потоками вещества (в том числе антропогенного происхождения): с одной стороны, они являются концентраторами элементов (за счет избирательного поглощения из внешней среды), с другой — рассеивателями элементов через воздушную среду. Обе функции важны в аспекте управления техногенным потоком вещества. Правда, вторая изучена пока недостаточно. Следовательно, через воздействие на среду возможно управлять функциями растений в техногенных потоках вещества. Растительный покров более мобилен и легче поддается мелиорациям, чем почва, поэтому функции растений и сами растения можно подбирать в зависимости от того, какие загрязнения необходимо локализовать (с помощью концентраторов) или рассеять.

В качестве примера, иллюстрирующего возможности автоматического регулирования в системе почва — растения, приведем предположение известного геохимика-ландшафтоведа А. И. Перельмана относительно причин кризиса растительного покрова в палеозое, приведшего к его изменению. Последнее установлено по палеонтологическим данным.

А. И. Перельман утверждает, что в палеозое накопление большой органической массы во влажнотропических лесах привело к противоречию в развитии жизни: чем сильнее была в ландшафте биогенная аккумуляция, тем больше разлагалось остатков живых организмов и энергичнее происходила минерализация органического вещества. В почвах формировалась кислая среда, происходило кислое выщелачивание — приобретали подвижность соединения кальция, калия, магния, фосфора, серы, меди, цинка и других элементов. В результате в палеозойских лесах на основе механизма положительной обратной связи возникало минеральное голодание растений: чем лучше растение было обеспечено водой, светом и теплом, тем хуже становилось минеральное питание. Так биологический круговорот привел, по мнению А. И. Перельмана, к противоречию между световым и минеральным питанием растений. Растения сами стали ухудшать условия своего существования. Подобное противоречие может возникать и в настоящее время под воздействием хозяйственной деятельности человека («кислые дожди» на кислых почвах северной лесной зоны).