yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Екологія->Содержание->6.4 Техногенна міграція хімічних елементів у геосистемах.

Ландшафтна екологія

6.4 Техногенна міграція хімічних елементів у геосистемах.

 Техногенний геохімічний круговорот – один  із найбільш специфічних і важко контрольованих проявів сучасного втручання людини у функціонування геосистем. У процесі виробництва створюються тисячі нових сполук, багато  з яких у природних умовах не утворюються. Частина з них призначена для цілеспрямованої дії на природне середовище (добрива, пестициди), але більшість вводиться в геохімічний круговорот ненавмисно – у  вигляді відходів виробництва, використаних промислових виробів. Серед елементів земної кори, залучених у техногенний круговорот, на першому місці стоїть вуглець, далі слідують Са, Fe, Al, Cl, Na, S, N, Р, До, Сі, Zn та ін.

Багато техногенних елементів розпочинають міграцію у повітряному середовищі. Основну масу викидів в атмосферу становить діоксид вуглецю  СО2 (не менше 10-15 млрд т щорічно) – головний  продукт спалювання палива: його супроводжують інші гази – оксид  вуглецю СО (основне джерело надходження – двигуни  внутрішнього згорання, а також нафтопереробні підприємства), сірчистий ангідрид SО2  (утворюється при спалюванні і переробці нафти та вугілля, сланців, виплавці кольорових металів, виробництві сірчаної кислоти, цементу, целюлози і т.д.), оксиди азоту, вуглеводні (ті й інші в основному входять до складу вихлопних газів автомобілів) та ін. Окрім газів, в атмосферу потрапляють тверді продукти згорання палива і пил, що надходить з багатьох галузей  промисловості (цементної, вугільної, абразивної та ін.), а також пиловими  бурями. Головний компонент пилу – кремнієвий  ангідрид SiO2, крім того, у ньому можуть знаходитися Pb, Zn, As, Ni, Co, Sb та ін. Крупні пилові частинки підіймаються лише на сотні метрів і досить швидко осідають під дією сили тяжіння. Невеликі  частинки вимиваються атмосферними опадами або місяцями знаходяться в зваженому стані, а найдрібніші (<1 мкм) поширюються майже по всій тропосфері і впродовж років не випадають на поверхню.

Через рухливість повітряного середовища атмосферні забруднення  (зокрема радіоактивні) здатні поширюватися на тисячі кілометрів. Частина повітряних мігрантів потрапляє в ґрунт, розчиняється в поверхневих і ґрунтових водах, залучається до харчових ланцюгів, деякі з них поглинаються безпосередньо водами Світового океану, інші переходять у водну  ланку круговороту з атмосферними опадами, виносяться з річковим стоком в океан, де закінчують свою міграцію.

Серед техногенних повітряних мігрантів найбільше фізико-географічне значення може мати діоксид вуглецю. За деякими даними, його концентрація в атмосфері зросла лише за одне десятиліття на 13 %. Щодо балансу СО2  в атмосфері поки що багато  залишається нез’ясованим. Відомо, що частина її надлишку розчиняється у водах океану (але поглинають її тільки холодні води, тоді як теплі – виділяють). Крім того, підвищення концетрації  вуглекислоти в повітрі стимулює фотосинтез, і можна очікувати посилення її вилучення у міру збільшення інтенсивності землеробства. З підвищенням парціального тиску СО2  пов’язане також збільшення її концентрації в поверхневих водах (що знаходить локальний прояв у посиленні розчинної дії водних розчинів на вапняк, доломіт, а також на бетон). Основний передбачуваний глобальний ефект зростаючої концентрації СО2  в атмосфері – це  її можливий вплив на тепловий баланс Землі (див. нижче).

Оксид вуглецю через свою легкість поширюється по всій товщі тропосфери. Його середня концентрація незначна, але локально (у великих містах) може зростати в 200-300 разів. Деяка частина  СО поглинається водами океану або окиснюється в озоновому шарі атмосфери до СО2.

Сірчистий  ангідрид шкідливо впливає на деревну рослинність (з ним пов’язують, зокрема, масову загибель ялиці у деяких районах Західної Європи). Лишайники гинуть вже при концентрації SO2  0,01-0,02 на 1 млн. Згубний вплив SO2  позначається також на ґрунтових мікроорганізмах. На частинках  диму сірчистий ангідрид каталітично окиснюється до сірчаного ангідриду SO3, який, розчиняючись у воді, перетворюється на сірчану кислоту, яка виділяється  з опадами («кислотні дощі»).

Ефект атмосферних забруднень найінтенсивніше виявляється в безпосередній близькості від їх джерел, головним чином у великих містах і промислових центрах. Під дією сірчаної кислоти стіни будівель піддаються хімічному вивітрюванню, у результаті якого утворюється порівняно легко розчинний гіпс. Смог, що утворюється над містами, містить сотні різних сполук, нерідко небезпечних для здоров’я (зокрема канцерогенних). Смог  зменшує надходження сонячної радіації (особливо її ультрафіолетової частини) на 30-40 %, а підвищений вміст ядер конденсації і сублімації в повітрі викликає локальне збільшення хмарності та опадів (на 5-10 %) і особливо туманів.

Більшість техногенних викидів проходить через водний цикл міграції. Деякі з них потрапляють безпосередньо в річки і водоймища через каналізацію. Це переважно промислові і побутові стоки, які відносно легко враховувати і контролювати. У промислових водах містяться різні кислоти, феноли, сірководень, аміак, ртуть, свинець, фтор, миш’як, кадмій та деякі інші токсичні речовини, відпрацьовані технічні масла, нафтопродукти. З побутовими стоками в річки і водоймища потрапляють  детергенти, які характеризуються високою біохімічною активністю і створюють рясну піну. Чинниками прямого забруднення водотоків і водоймищ служать також водний транспорт і мілевий сплав.

Крім вказаних причин забруднення вод існують значно складніші і такі, що важче піддаються вимірюванню і контролю шляхи водної міграції різних господарських і побутових викидів. Джерелами  їх служать сільськогосподарські землі (зокрема зрошувані), забруднені добривами і отрутохімікатами, тваринницькі ферми і пасовища, рекреаційні угіддя, відвали і терикони, звалища промислових і побутових відходів. З цих джерел різні органічні і мінеральні речовини (серед них є хімічно дуже активні і часто токсичні) залучаються до водної міграції за допомогою площинного змиву (переважно талими сніговими і зливовими водами), а також інфільтрації. До цього слід додати ту частину атмосферних мігрантів, які осідають у вигляді пилу або в розчиненому вигляді з атмосферними опадами, про що вже згадувалося раніше. Площинні стоки важко локалізувати та ізолювати від біологічного круговороту на суші, тому частина техногенних водних мігрантів може бути залучена в біологічний метаболізм.

Природними колекторами забруднених поверхневих і ґрунтових вод, як і каналізаційних, є річки, внутрішні водоймища і моря. Деяка частина забруднюючих речовин накопичується на річковому дні, але основна функція  рік – транзитна. Завдяки проточності рік їх забруднення – процес  оборотний. У річковій воді відбувається часткове самоочищення: частина органічних домішок руйнується і мінералізується у результаті життєдіяльності мікроорганізмів і водоростей.

У гіршому положенні  внутрішні водоймища, що характеризуються сповільненим вологооборотом   (усереднена швидкість вологообороту біля озер Землі в 230 разів менше, ніж біля річок). Тому в озерах і водосховищах умови самоочищення значно гірші, ніж в річках, в багатьох з них різко змінився гідрохімічний і гідробіологічний режим, деякі з них перетворилися на «мертві водоймища». За останні десятиліття значно поширилося явище техногенної евтрофікації водоймищ, обумовлене збільшенням концентрації у воді азоту і особливо фосфору.

Кінцева ланка водної міграції техногенних викидів – Світовий  океан. Його прогресуюче забруднення обумовлене не тільки речовинами, що надходять з річковим стоком, але і безпосередніми викидами нафтопродуктів (при аваріях на танкерах і нафтопромислах) і промислових відходів, а також техногенними опадами з атмосфери. Процес забруднення океану в основному необоротний. Глобальне географічне значення цього процесу визначається визначною роллю Світового океану у формуванні структури всієї епігеосфери, її теплового балансу, вологообороту, газообміну. Так, утворення нафтової  плівки  призводить до порушення газового, теплового і водного обміну океану з атмосферою.

Поведінка елементів, що беруть участь у техногенній міграції, умови їх накопичення або видалення з геосистем залежать від характеру останніх. Наведемо лише декілька прикладів. Замкнуті улоговини (зокрема внутрішньогірські) сприяють формуванню стійких вогнищ атмосферного забруднення. Температурні інверсії, штилі, тумани також сприяють концентрації техногенних  викидів в атмосфері. Слабкі дощі ефективніше  осаджують атмосферні домішки, ніж зливові. Клімат впливає на утворення різних типів смогу. Негативні дії атмосферних забруднень на рослинність посилюються при сильній освітленості, підвищеній вологості повітря і помірній температурі, оскільки за цих умов відкриваються продихи листя.

Суттєве значення мають ґрунти. Кислі ґрунти, наприклад, інтенсивніше акумулюють різні шкідливі сполуки, ніж нейтральні. Високий вміст кальцію в ґрунті сприяє скороченню винесення різних елементів (зокрема, що містяться в хімічних добривах). Токсичні речовини швидше видаляються з фацій, що формуються на легкому сухому субстраті із слабо розвиненою підстилкою. Пестициди в умовах холодного клімату з тривалою зимою, в ґрунтах кислих і гумусованих розкладаються повільніше, ніж у теплому кліматі і в ґрунтах лужних і малогумусних. Велику роль у техногенному геохімічному круговороті виконують рослини-концентратори окремих елементів.

 

24