3 роки тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Содержание рассеянных метал­лов в почвах сильно колеблется. Так, например, содержание меди в почвах Карелии около 5 мг в кило­грамме почвенной массы, а на юге Крыма — в 10 раз больше. По дан­ным английского ученого Р. Мит­челла, колебания никеля имеют еще более широкие пределы: от нескольких единиц мг/кг до не­скольких сотен мг/кг. В виде ис­ключения встречаются еще более высокие и более низкие значения.

Изменчивость содержания рас­сеянных металлов в почвах в значительной мере обусловлена особенностями состава почвообразующих пород, о чем говорилось ранее. Однако имеются и другие причины. Поверхность суши не ровная, как стол. Имеются воз­вышенности и понижения. Даже на очень ровной поверхности южнорусской степи выделяются небольшие холмы и впадины. Не­которые из них настолько неза­метны, что не улавливаются не­вооруженным глазом. Тем не ме­нее даже самые мелкие неровно­сти рельефа вызывают сток дождевой воды по поверхности и боковую фильтрацию почвенно-грунтовых вод.

Химические элементы, выноси­мые с возвышенностей стекающи­ми поверхностными и грунтовыми водами, поступают в понижения, включаются там в биологический круговорот и накапливаются в воде. Это явление распространено широко. На поймах рек накапли­ваются многие химические эле­менты, в том числе рассеянные металлы, вынесенные с площади водосбора реки. На дне степных западин вырастают ржавые и чер­ные округлые конкреции, состоя­щие из окислов железа и марган­ца, вынесенных их окружающих земель.

В тропических странах в период дождей низменные равнины пре­вращаются в непроходимые боло­та. Стекающие с возвышенных участков воды выносят железо, иногда алюминий, а вместе с ними рассеянные металлы: титан, хром, ванадий, никель, кобальт, медь, цинк. В сухой период вода спа­дает, и в почве на небольшой глу­бине от поверхности накапливают­ся гидроксиды железа и алюми­ния, обогащенные рассеянными металлами. Многие годы повторя­ется этот процесс, и в конце кон­цов на небольшой глубине обра­зуются мощные железистые пли­ты. Пройдут века, рыхлый слой почвы смоют дожди, и на поверх­ность выступят бурые панцири ла­теритов.

Даже если бы состав почвообразующих пород на всей Земле был совершенно одинаковый, то в результате перераспределения элементов на поверхности суши, под влиянием рельефа состав почв быстро стал бы разнородным. А мы знаем, насколько неодина­ков состав почвообразующих пород. В итоге почвенный покров суши представляет собой сложную мозаику участков, различающихся содержанием химических элемен­тов, особенно тех, которые на­ходятся в состоянии рассеяния.

Характерной особенностью био­сферы является развитие живого вещества в условиях очень нерав­номерного содержания многих химических элементов, в частно­сти рассеянных металлов. Мы по­знакомились с тем, как велики колебания количества металлов в почве, и знаем, какое важное физиологическое значение они имеют. Вполне вероятно, что раз­нообразие и гибкость форм жизни связаны не только с различными климатическими условиями и в значительной мере — с геохими­ческой неодинаковостью окру­жающей среды. Особое значение имеют химические элементы, на­ходящиеся в состоянии рассеяния. Если содержание главных элементов в почвах и почвообразующих породах может меняться в не­сколько раз, то содержание рас­сеянных металлов — в десятки, а в отдельных, правда исключитель­ных, случаях и в сотни раз.

Не удивительно, что химический состав разных растений существен­но различается. В процессе дли­тельной эволюции у различных групп растений выработалась спо­собность поглощать металлы в определенном количестве. На рис. 6 изображен график со­держания железа в некоторых систематических группах расте­ний. Оказывается, что в морских водорослях железа значительно меньше, чем в наземных растени­ях, во мхах — в 10 раз больше, чем в плаунах, а в злаках — в не­сколько раз больше, чем в бобо­вых. Свои закономерности обна­ружены и для других металлов. Например, цинка в бобовых в 10 раз больше, чем в злаках. Mapганца в злаках в 100 раз меньше, чем в листьях берез.

Содержание железа в золе распространенных растений

Содержание железа в золе распространенных растений

Закономерности содержания рассеянных металлов в растениях, по-видимому, сложились в про­цессе длительной эволюции и естественного отбора. Мы уже упоминали случаи, когда на от­дельных участках содержание рассеянных металлов в почве увеличивается во многие десятки раз, а иногда до 100 раз и более. Такие условия естественным путем (без вмешательства человека) возникают вблизи расположения рудных залежей.

Как реагируют растения на вы­сокую концентрацию рассеянных металлов? Часть их не выдержи­вает столь сильной геохимиче­ской нагрузки. Так, например, на участках повышенного содержа­ния в почве кобальта, никеля и меди отдельные растения угнете­ны, поражены болезнями, часто у них неразвиты органы размно­жения. Уродливые формы не дают семян или образуют невсхожие семена. Анализы показали, что в таких растениях содержится нике­ля от 20 до 40 раз больше, чем обычно. В Армении на участках аномально высокого содержания в почве свинца и цинка обнару­жены изменения формы и коли­чества лепестков у цветков ди­кого мака. В таких маках в 5 раз больше свинца и в 10 раз больше цинка по сравнению с нормаль­ными.

Конечно, не все экземпляры по­ражаются угнетающим действием высокого содержания рассеянных металлов. Обычно страдают 10— 20%, хотя в некоторых случаях отмечалось до 50% и более. Угнетенные формы не дают по­томства и вымирают. Однако зна­чительная часть растений приспосабливается. А. Л. Ковалевский предполагает, что некоторые ра­стения выработали особый меха­низм, при помощи которого могут не поглощать излишнее количест­во рассеянного металла. Его со­держание в таких растениях не может превысить определенный уровень, своего рода барьер. Дру­гие растения поглощают неогра­ниченное количество металла, его содержание не лимитируется ни­каким барьером и может дости­гать значительной величины.

В процессе естественного отбо­ра возникли растения-концентра­торы, для нормальной жизнедея­тельности которых необходимы повышенные содержания рассеян­ных металлов.

Еще в XVII—XVII! вв. горняки Саксонии, добывавшие металлы в Рудных горах, знали и передавали из поколения в поколение как профессиональный секрет, что не­которые растения указывают на близость руд. Есть растения, сигна­лизирующие о рудах цинка. Это галмейная фиалка и галмейная ярутка. В их золе содержится цин­ка в 200 раз больше по сравнению со средним содержанием этого металла в растениях. Здесь же в Рудных горах есть растение, ко­торое предпочитает расти на отва­лах старых оловянных рудников.

Участки высокой концентрации металлов в горных породах и поч­ве, вероятно, играли роль цент-рок видообразования. В горных районах, где благодаря крутым склонам и интенсивной эрозии ру­ды близко подходят к поверхно­сти, образуются участки, особенно сильно обогащенные металлами. Возникает вопрос: не оказывало ли это обстоятельство влияние на усиленное видообразование в го­рах, о чем так убедительно писал замечательный советский генетик академик Н. И. Вавилов?

На растения влияют как повы­шенные, так и сильно пониженные содержания рассеянных металлов. Из практики сельского хозяйства известны многочисленные случаи угнетения, снижения урожайности и болезней различных культур в связи с недостатком меди, цинка, марганца, молибдена.

Организмы животных также не безразличны к колебаниям содер­жания рассеянных металлов в поч­ве, воде и, главное, в корме. Из­быток меди вызывает у сельско­хозяйственных животных анемию. Недостаток меди приводит к пора­жению нервной системы, эпилеп­сии и полному или частичному параличу молодняка мелкого ро­гатого скота. Подобные явления изучены в ряде стран, в частности в Англии и Австралии. Повышен­ное содержание никеля в корме сопровождается накоплением это­го металла в тканях, особенно в роговице глаза, что приводит к слепоте животных. Недостаток кобальта отражается на пониже­нии эритроцитов в крови, вызыва­ет сильное снижение веса живот­ных, несмотря на достаточное ко­личество местных кормов. Это заболевание мелкого и крупного рогатого скота, получившее на­звание акобальтоза, распростране­но во многих районах земного шара.

Химический состав горных по­род, почв, вод, всей окружающей среды влияет не только на расте­ния и животных, но также и на организм человека. Еще в 30-х гг. академик А. П. Виноградов обна­ружил, что некоторые местные (эндемические) заболевания свя­заны с избытком или дефицитом химических элементов. К настоящему времени известны эндеми­ческие заболевания, связанные с нехваткой или избыточным содер­жанием ряда рассеянных метал­лов: молибдена, свинца, меди, ко­бальта и некоторых других. Райо­ны, где отклонения содержания отдельных химических элементов от кларковых значений настолько велики, что это проявляется на внешнем облике местной флоры и фауны и отражается на состоя­нии здоровья населения, А. П. Ви­ноградов назвал биогеохимиче­скими провинциями.

Советский ученый В. В. Коваль­ский считает, что среди сложных проблем геохимической экологии наибольший интерес представляет раскрытие механизмов действия металлов.

Ученый установил пороговые концентрации рассеянных метал­лов в почве. Колебания содержа­ния металлов между пороговыми величинами не нарушают регуля­цию функции организма. Запре­дельные содержания металлов приводят к нарушению функ­ций.

Так, например, при содержа­нии меди от 15 до 60 мг на 1 кг почвенной массы функции рас­тительных и животных организ­мов осуществляются нормаль­но. Но при величине 6 мг/кг и меньше отмечено полегание и не­вызревание злаков, суховершин­ность плодовых деревьев, а у жи­вотных — заболевание костной системы. При содержании меди более 60 мг/кг обнаружены хло­розы растений, анемия и пораже­ние печени у животных. На этом основании В. В. Ковальский пола­гает, что верхняя пороговая кон­центрация для меди более 60 мг/кг, а нижняя — менее 6 мг/кг.

Конечно, эти данные ориентиро­вочны. В природе невозможно изолированное действие одного химического элемента. В дейст­вительности геохимия элементов тесно связана и часто взаимообу­словлена. Воздействие на живой организм двух или нескольких рассеянных металлов — процесс сложный. Тем не менее ученые обнаружили, что особое заболе­вание скота, возникающее при де­фиците меди в кормах — эндеми­ческая атаксия, сильнее проявля­ется при сопровождающем избыт­ке молибдена. И наоборот, энде­мическая подагра у человека, возникающая в результате высо­кого содержания молибдена в почве и местных продуктах пита­ния, наиболее отчетливо прояв­ляется при относительном недо­статке меди.

Кроме того, один и тот же ме­талл, находящийся в состоянии рассеяния, может одновременно оказывать разное действие. Груп­па советских ученых обнаружила, что цинк, который является не­обходимым микроэлементом для функции размножения и способст­вует быстрому делению клеток, вместе с тем стимулирует деле­ние раковых клеток.