Локальные антропогенные биогеохимические аномалии тяжелых металлов - Деформация природных биогеохимических циклов хозяйственной деятельностью человека

Особо важное место среди многих последствий хозяйственной деятельности человека занимает процесс прогрессирующего накопления в окружающей среде тяжелых металлов. Начиная с глубокой древности, количество металла, используемого в хозяйственной деятельности, постоянно возрастает. В настоящее время общемировая добыча металлов характеризуется следующими величинами, т/год:

Железо - N108 ;

Медь, свинец, цинк - N107 ;

Алюминий, марганец - N106 ;

Никель, олово - N105 ;

Ванадий, вольфрам, кадмий, кобальт, молибден, уран - N104 ;

Ртуть, серебро - N103 .

Из приведенных цифр следует, что металлы извлекаются в количестве, непропорциональном их содержанию в земной коре и педосфере, применительно к составу которых развивались формы наземной жизни. Например, алюминия в земной коре в тысячу раз больше, чем меди, а производимые в настоящее время количества этих металлов различаются всего лишь в несколько раз. Кларк молибдена меньше кларка ванадия почти в сто раз, а производят молибдена намного больше.

Главной особенностью использования металлов в мировом хозяйстве является их активное техногенное рассеивание. Основной вклад в процесс рассеивания вносят атмосферные выбросы при металлургическом переделе руд. По расчетам А. А. Беуса и др. (1976), значительные массы металлов рассеиваются также при транспортировке, обогащении, сортировке руды. В 1965-1975 гг. таким путем в мире было рассеяно (тыс. т): меди - 600, цинка - 500, свинца - 300, молибдена - 50. Важную роль играет сжигание минерального топлива, главным образом каменного угля.

Современная технология использования металлов сопровождается их рассеиванием в окружающей среде. Крупные массы металлов, применяемых в химической, бумажной, электротехнической и других отраслях промышленности, попадают в промышленные стоки. Не меньшие массы истираются и рассеиваются в процессе работы различных механизмов и машин. Значительное количество металлов и других рассеянных элементов добывается лишь с целью последующего их рассеивания на поверхности Земли. В качестве примеров могут служить производство алкидов свинца, применяющихся в виде добавок в бензин для автомобильного транспорта, использование мышьяка и ртути при изготовлении ядохимикатов для сельского хозяйства.

Если бы металлы, выбрасываемые в воздух, распространялись подобно газам на значительное пространство, и затем вымывались из тропосферы осадками, то их поступление на поверхность Мировой суши не превышало бы уровня природных поступлений, к которым живые организмы толерантны. Однако бульшая часть массы металлов техногенных выбросов оседает вблизи источников эмиссии, и в результате вокруг предприятий-загрязнителей формируются биогеохимические аномалии, обусловливающие импактные (ударные) нагрузки на живые организмы.

Как известно, в составе биокатализаторов и регуляторов важнейших физиологических процессов тяжелые металлы являются необходимым компонентом. По этой причине значительное повышение концентрации тяжелых металлов в высокоактивном рассеянном состоянии в окружающей среде оказывает сильное влияние на живые организмы. В начале 70-х гг. ХХ в. специалисты в области глобального мониторинга среди 12 наиболее опасных загрязнителей отмечали ртуть, свинец и кадмий. Но уже в 1980 г. к указанным трем металлам добавились еще семь: кобальт, марганец, медь, молибден, никель, олово, хром. Проблеме загрязнения тяжелыми металлами эксперты ООН отвели второе по важности место (после проблемы углекислого газа в связи с глобальными изменениями климата). Таким образом, была подчеркнута высокая значимость воздействия импактных техногенных поступлений металлов и близких им элементов на живое.

В пределах техногенной биогеохимической аномалии обычно образуются две зоны. Для одной их них, непосредственно примыкающей к источнику загрязнения, характерно сильное поражение природной экогеосистемы: отсутствует растительность, разрушена биокосная система почвы, почвенная фауна и микроорганизмы в значительной мере уничтожены. В более обширной второй зоне наблюдается заметное угнетение, реже исчезновение отдельных составных частей биоты. В периферической части зоны техногенного воздействия обратное явление - существенное возрастание численности видов и биомассы относительно естественных районов, однако в почвах, растениях, почвенных животных отмечается повышенное содержание элементов-загрязнителей. Такой эффект наблюдается вблизи Норильского никеля - на расстоянии ~ 70 км наблюдается зона повышенной биологической активности относительно окружающей тундры. В краевой зоне происходит активное биогенное "растаскивание" загрязняющих веществ.

Размеры аномалий, их конфигурация, расположение относительно источника выбросов, соотношения концентрации техногенно рассеиваемых металлов в воздухе, атмосферных осадках, растительности и почве зависят сложным образом от производительности предприятия, длительности его работы, технологии, особенностей местного рельефа и растительности, климатических условий и др. Очень важную роль играет высота источника выбросов в атмосферу. При высоких дымовых трубах максимальные концентрации загрязнителей в приземном слое атмосферы образуются обычно на расстоянии 10-14 высот трубы, а для труб высотой 10-15 м - в непосредственной близости от источника.

В окрестности свинцово-плавильного завода, расположенного на Дальнем Востоке в условиях умеренного муссонного климата с осадками около 1000 мм/год, максимальные концентрации металлов в приземном слое атмосферы регистрируются на расстоянии до 2 км от источника (Геохимия зоны гипергенеза, 1976). Содержание металлов в приземном слое воздуха в этой зоне в 100-1000 раз выше местного геохимического фона, а в снеге - в 500-1000 раз. Вторая зона располагается на удалении 2-4 км от источника и характеризуется концентрацией металлов в воздухе примерно в 10 раз меньшей, чем в первой зоне. На расстоянии от 4 до 10 км намечается третья зона, в которой лишь отдельные пробы имеют повышенную концентрацию металлов. Первая и вторая зоны техногенного загрязнения приземного слоя атмосферы совпадают с зонами разрушения природной экогеосистемы и угнетения растительности.

Следует отметить, что по мере удаления от источника выбросов меняется соотношение форм рассеиваемых элементов. Основную массу выпадений в первой зоне составляют мелкие пылевидные частицы сульфидов и оксидов, а водорастворимые формы составляют лишь 10-15 %. По мере удаления от источника относительное содержание водорастворимых форм свинца возрастает: 55 % на расстоянии 1,5 км и 80-90 % на расстоянии 4-5 км. Таким образом, основная часть твердых пылевидных частиц оседает вблизи источника, а водорастворимые формы переносятся дальше и выпадают из атмосферы с осадками.

Кроме металлургических и металлообрабатывающих производств в рассеивание металлов вносят определенный вклад и другие промышленные предприятия. Так, используемое для изготовления фосфорных удобрений сырье содержит примеси меди, свинца, урана, цинка, поэтому указанные элементы рассеиваются в окрестностях соответствующих предприятий. Производство бумаги сопровождается рассеиванием ртути. Мощные тепловые электростанции создают ореолы рассеяния тяжелых металлов и оксидов серы в радиусе 10-20 км. Любой город является источником рассеяния тяжелых металлов и изменяет их содержание в растительности в радиусе до 2-3 км. биохимический антропогенный аномалия загрязнение

Вдоль автомагистралей образуются биогеохимические аномалии свинца. Добавка в автомобильный бензин тетраалкилов свинца в качестве антидетонатора обусловливает присутствие в выхлопных газах свинца в форме мелких твердых частиц нитратов, оксидов, сульфатов, хлоридов, фторидов и др. Около 20 % частиц имеют размеры более 0,005 мм и оседают вблизи магистрали. Частицы, имеющие меньшие размеры и содержащие около 60 % выбросов свинца, оседают медленнее и в пределах относительно широкой полосы. Остальные 20 % захватываются воздушными потоками и переносятся на более или менее значительные расстояния. Концентрация свинца в почве зависит от интенсивности движения автотранспорта, наибольшие значения, например, для Западной Германии - 600-700 мкг/г. Ширина придорожных аномалий варьирует в зависимости от местных условий и может достигать 100 м. В странах Западной Европы до принятия законов о регулировании добавок свинца в бензин содержание свинца в придорожных травах достигало 40-50 мкг/г.

Наиболее сильное загрязнение растительности отмечается на расстоянии до 5-10 м от края шоссе и в газонах, разделяющих полосы движения. Зона меньших концентраций распространяется чаще всего до 50-100 м от края автомагистрали, хотя бывает и более широкой. На расстоянии 200-300 м концентрация свинца, как правило, соответствует уровню местного фона. Ширина аномалий в растительности колеблется сильнее, чем в почвенном покрове. Максимум загрязнения свинцом в древесных посадках вдоль автодорог приходится на интервал 1-2 м над уровнем земли, а выше начинает быстро спадать.

Характерной особенностью техногенных биогеохимических аномалий является непрерывное изменение их параметров, что в значительной мере связано с атмосферной миграцией, играющей важную роль в образовании этих аномалий. Так, смена сухого периода на дождливый, изменение направления ветра влияют на конфигурацию аномалии. Содержание свинца на поверхности почвы в условиях интенсивного придорожного загрязнения возрастает от весны к осени. То же самое наблюдается у растений на протяжении вегетационного периода. Постепенная аккумуляция высокодисперсных частиц, выбрасываемых с выхлопными газами, обусловливает нарастание концентрации свинца в почве и растениях. Дожди, смывающие свинецсодержащие осадки с поверхности почвы и растений, нарушают эту закономерность. Изменение направления ветра приводит к несимметричному распределению металла в растениях по обе стороны автомагистрали.

Биогеохимическая обстановка, сложившаяся в промышленных центрах и крупных городах, вызывает тревогу. Атмосфера городов насыщена техногенными газами и аэрозолями, сильно загрязнена тяжелыми металлами, в первую очередь, свинцом от двигателей внутреннего сгорания. Разнообразные химические элементы и соединения аккумулируются в промышленных и бытовых отходах. На городские свалки ежегодно поступают тяжелые металлы в количестве, сопоставимом с продукцией горнорудных предприятий. Вместе с ростом массы отходов повышается уровень концентрации тяжелых металлов в почвенном покрове и растительности в окрестностях городов.

Современные мегаполисы и индустриальные урбанизированные агломерации предстают в качестве огромных техногенных и биогеохимических аномалий. Геохимически аномальная окружающая среда оказывает негативное влияние на состояние здоровья живущих и будет иметь непредсказуемые последствия для последующих поколений.

Похожие статьи




Локальные антропогенные биогеохимические аномалии тяжелых металлов - Деформация природных биогеохимических циклов хозяйственной деятельностью человека

Предыдущая | Следующая