2.2. Металлизация биосферы.

Важнейшей отличительной чертой переходного (из биосферы в ноосферу) периода является существенное увеличение массы химических элементов, прежде всего металлов, мигрирующих в форме техногенных соединений, не имеющих природных аналогов. Больше всего производится, а, следовательно, постепенно и рассеивается преимущественно в техногенных ландшафтах, черных металлов – железа и сплавов на его основе. Интенсивность миграции железа за последнее столетие увеличилась более чем в сто раз. В еще большей мере возросла интенсивность миграции рассеянных химических элементов. До начала формирования ноосферы они практически не добывались, а их рассеяние происходило из сплавов, в которых они присутствовали в виде случайных примесей. За последние 50 лет добыча большинства металлов и, следовательно, интенсивность их миграции возросла в десятки, сотни и даже тысячи раз /174…176/.

Для обобщенной оценки массы металлов, накопленных в техносфере, сформулировано понятие «коэффициента будущего загрязнения» /5…8, 94…96/. Он представляет собой отношение массы некоторого металла «присвоенного обществом» (то есть находящегося в техносфере) к массе этого металла, присутствующего в природной среде в естественном состоянии (то есть кларку концентрации элемента в биосфере).

«Коэффициент будущего загрязнения» превышающий единицу имеют: ртуть - 90; свинец - 71 медь - 60; цинк - 20; теллур - 15; кадмий - 10; мышьяк - 5; молибден - 4; хром - 3; никель - 2; олово - 2. Остальные металлы характеризуются коэффициентом меньше единицы.

Вторая половина XX века характеризуется резко возросшей интенсивностью и дальностью техногенной (социальной) миграции химических элементов. Она стала соизмеримой с другими видами миграции, происходящими в биосфере. Ее последствие – формирование технобиогеом: локальных геохимических аномалий с концентрациями некоторых химических элементов, иногда в тысячи раз превышающими их кларковое содержание, и региональных геохимических аномалий, захватывающих сотни тысяч квадратных километров /172, 173/.

В настоящее время практически все значительные по размерам селитебные ландшафты рассматриваются как крупные технобиогеомы, образовавшиеся в результате осаждения коллоидных частиц из атмосферного воздуха, гидросферного переноса сточными и подземными водами, формирования и перемещения техногенных грунтов. Основными источниками этих частиц являются промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство. Техногенный вклад в формирование технобиогеом характеризуется факторами обогащения (интенсивностью техногенного переноса).

Фактор обогащения при переносе элементов из атмосферы (на землю или поверхность океана) определяет тот предел, до которого атмосфера привносит элемент сверх природного (фонового) уровня:

EFa=(Jm/Cm)/(Jim/Cim)

где, ЕFа - фактор обогащения при переносе из атмосферы на поверхность земли или океана;

Jm, Jim - средний поток (осадки) из атмосферы на землю или поверхность океана соответственно элемента m и индексного im, в качестве которого обыкновенно используется Аl, поскольку он циркулирует в атмосфере без заметных антропогенных изменений);

Сm, Сim - концентрация соответственно элемента m и индексного элемента im на поверхности земли (в почве) или в морской воде.

Фактор обогащения при переносе элементов водной средой (посредством рек):

EFw=(Cw/Cs)m/(Cw/Cs)im

где, ЕFw - фактор обогащения при переносе реками;

(Cw)m, (Сw)im - средняя концентрация элемента m и индексного im в пресной воде;

(Сs)m, (Сs)im - средняя концентрация элемента m и индексного im в почве.

ЕFw не учитывает транспорт элементов через донные отложения и растворимость элементов в пресной воде.

Низкие значения факторов обогащения при переносе из атмосферы на поверхность океана (за исключением Рb) являются доказательством того, что техногенный поток элементов из атмосферы в океан незначителен. В случае переноса элементов атмосфера - почва обнаружены значительные техногенные отложения (ЕFа>100) для Рb, Sb, Сu, Zn и особенно высокие для Нg, Сd (значения фактора обогащения равны 1972 и 5917 соответственно). Доказана значимость техногенного переноса реками Аg, Нg, Мо /4, 169/.

В соответствии с разработанной методикой определения глобальных элементопотоков металлов в природной и техногенной среде их движение, связанное с физическим или химическим превращением веществ, может быть описано с помощью следующих основных зависимостей.

Э = Э^пг + Э^пб + Э^т + Э^т_пр + Э^т_в,

где, Э - глобальный элементопоток металла в природной и техногенной среде;

Э^пг – поток элемента в рамках большого геологического цикла миграции (БГЦМ);

Э^пб – поток элемента в рамках малого биологического цикла миграции (МБЦМ);

Э^т – поток элемента в техносфере;

Э^т_пр – поток элемента на границе природной и техногенной сред (своеобразный «трансграничный перенос»), возникающий вследствие потребления человечеством природных ресурсов;

Э^т_в – «трансграничный» перенос выбросов из техногенной среды в природную, диссипация металлов.

Геологический цикл миграции можно подразделить на стадии движения металлов в основных природных средах: атмосфере (Э^пг_а), гидросфере (Э^пг_г), литосфере (Э^пг_л), и соответствующие трансграничные потоки между средами: перенос атмосфера – гидросфера (Э^пг_аг), атмосфера – литосфера (Э^пг_ал) и т.п. Тогда элементопоток металла в рамках большого геологического цикла миграции можно записать следующим образом:

Э^пг = Э^пг_а + Э^пг_г + Э^пг_л + Э^пг_аг + Э^пг_ал + Э^пг_га + Э^пг_гл + Э^пг_ла + Э^пг_лг.

Движение металла в техносфере описывается следующими зависимостями:

Э^т_вр + Э^т_пр + = Э^т_сп + Э^т_тм + Э^т_в,

Э^т_вр = Э^сп_вр + Э^тм_вр,

Э^т_пр = (Э^т_сп - Э^сп_вр) + (Э^т_тм - Э^тм_вр)+ Э^т_в,

Э^т_пр = ΔЭ_сп + ΔЭ_тм + Э^т_в,

где, Э^т_пр – поток элемента с природными ресурсами, вовлекаемыми в сферу производства,

Э^т_вр, Э^сп_вр, Э^тм_вр – потоки элемента с вторичными ресурсами, соответственно, суммарный, из сферы потребления, из техногенных месторождений,

Э^т_сп – поток элемента с продуктами производства в сферу потребления,

Э^т_тм – поток элемента с отходами производства и потребления, формирующими техногенные месторождения.

Принципиальная схема взаимодействия циклов миграции элементов и веществ в биосфере и техносфере приведена на рисунке 4. Большое количество исследовательских материалов позволяет выполнить количественную компиляционную оценку технобиогеохимических потоков некоторых элементов – металлов.

Рисунок 4. Взаимодействие циклов миграции элементов и веществ в биосфере и техносфере.