0

К сожалению, в Вашей корзине нет ни одного товара.

Купить книгу Геоэкология: экологическая геохимия: учебник. - Издание  2-е, перераб. Алексеенко В.А. и читать онлайн
Cкачать книгу издательства Феникс Геоэкология: экологическая геохимия: учебник. - Издание  2-е, перераб. (автор - Алексеенко В.А. в PDF

▲ Скачать PDF ▲
для ознакомления

Бесплатно скачать книгу издательства Феникс "Геоэкология: экологическая геохимия: учебник. - Издание 2-е, перераб. Алексеенко В.А." для ознакомления. The book can be ready to download as PDF.

Внимание! Ближайшая дата отправки заказов - 13 июля 2020.
Сегодня Вы можете купить книгу со скидкой 82 руб. по специальной низкой цене.

Все отзывы (рецензии) на книгу

Оставьте свой отзыв, он будет первым. Спасибо.
> 5000 руб. – cкидка 5%
> 10000 руб. – cкидка 7%
> 20000 руб. – cкидка 10% БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА мелкооптовых заказов.
Тел. +7-928-622-87-04
Внимание! Ближайшая дата отправки заказов - 13 июля 2020.

Геоэкология: экологическая геохимия: учебник. - Издание 2-е, перераб. Алексеенко В.А.

awaiting...
Название учебника Геоэкология: экологическая геохимия: учебник. - Издание 2-е, перераб.
ФИО автора
Год публикации 2017
Издательство Феникс
Раздел каталог Экология
Серия книги Высшее образование
ISBN 978-5-222-26497-3
Артикул O0088711
Количество страниц 685 страниц
Тип переплета матовая+лакировка
Полиграфический формат издания 84*108/32
Вес книги 675 г
Книг в наличии 165

Аннотация к книге "Геоэкология: экологическая геохимия: учебник. - Издание 2-е, перераб." (Авт. Алексеенко В.А.)

Рассмотрены фундаментальные положения экологической геохимии, история ее становления и развития, а также задачи, стоящие перед этой наукой, в том числе связанные с возможными негативными последствиями антропогенной деятельности. Теоретические положения экологической геохимии излагаются в тесной связи с практическими вопросами хозяйственной деятельности. Содержится большое количество иллюстраций. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям и специальностям «Геология», «География», «Экология и природопользование», «Биология», а также для укрупненных групп направлений и специальностей «Прикладная геология, горное дело, нефтегазовое дело и геодезия», «Сельское хозяйство». Представляет интерес для широких кругов ученых и специалистов в области химии, биологии, охраны окружающей среды и всего комплекса наук о Земле.

Читать книгу онлайн...

В целях ознакомления представлены отдельные главы и разделы издания, которые Вы можете прочитать онлайн прямо на нашем сайте, а также скачать и распечатать PDF-файл.

Способы доставки
Сроки отправки заказов
Способы оплаты

Другие книги автора Алексеенко В.А.


Другие книги серии "Высшее образование"


Другие книги раздела "Экология"

Читать онлайн выдержки из книги "Геоэкология: экологическая геохимия: учебник. - Издание 2-е, перераб." (Авт. Алексеенко В.А.)

Рецензенты 1-го издания:
доктор географических наук, профессор
В. В. Добровольский;
доктор геолого-минералогических наук, профессор
А. И. Перельман
ПРЕДИСЛОВИЕ к первому изданию учебника «Экологическая геохимия»
Как известно, разные виды животных тесно связаны между собой. Уничтожение одного из видов приводит к нарушению существующего в природе равновесия, в результате чего начинают исчезать другие виды. Изменение видового разнообразия ведет к изменению растительности. Все это в конечном счете не может не сказаться на человеке. Осознавая надвигающуюся опасность, люди выпускают «Красные книги», куда заносят исчезающие (в биосфере в целом и в отдельных регионах) виды животных и растительных организмов, пытаются создать специальные условия для их сохранения.
Однако опасность представляет не только прямое уничтожение отдельных организмов, но и непродуманная антропогенная деятельность. Так, на юге Западной Африки для борьбы с засухой создали систему водохранилищ со ступенчатым водосливом. Это оказалось идеальным местом для развития личинок Simulium damnosum. Появляющиеся из них мошки являются переносчиками страшной болезни, получившей название слоновой.
Широко используемые дешевые и быстрые методы анализа почв, вод, воздуха показали, что жизнь и здоровье животных и растительных организмов зависят от содержания химических элементов в окружающей среде. Было установлено, что различные живые организмы могут нормально развиваться только при определенных концентрациях химических элементов. Это послужило основой для развития новой науки — экологической геохимии.
Настоящая книга — первый учебник по указанной дисциплине. Написанию учебника способствовали выполнение проекта «Геохимия биосферы» по программе «Университеты России: фундаментальные исследования», получение автором Соросовской стипендии и его научная стажировка на кафедре экологии Билефельдского университета по программе Немецкой службы академических обменов.
Работа выполнялась при частичной поддержке гранта ЮФУ «Изучение влияния изменения геохимических обстановок на распространенность, развитие и изменение растительных ассоциаций в прибрежных ландшафтах»; научный руководитель профессор В. А. Алексеенко.
Автор выражает свою благодарность сотрудникам НИИ геохимии биосферы РГУ Л. П. Алексеенко, В. Ф. Теюбовой, И. Ю. Матасовой за помощь, оказанную при подготовке книги к изданию.
ПРЕДИСЛОВИЕ ко второму изданию «Геоэкология. Экологическая геохимия»
Первое издание этой книги разошлось довольно быстро, и я стал получать из России и стран СНГ письма с просьбой оказать помощь в приобретении учебника. Сама книга была отмечена первой премией администрации Краснодарского края в области науки и образования. На XIII Московской международной книжной ярмарке она была удостоена диплома победителя конкурса «Лучшие издания XIII ММКЯ» в номинации «Учебник XXI века».
В различных журналах на первое издание учебника были опубликованы рецензии ряда ведущих ученых России, ближнего и дальнего зарубежья, занимающихся проблемами геохимии, экологии, экогеологии и экологической геохимии: доктора химических наук, академика РАН В. И. Минкина (г. Ростов-на-Дону, «Известия высших учебных заведений, Естественной науки»); докторов геолого-минералогических наук, профессоров В. Л. Бочарова (г. Воронеж, «Вестник Воронежского государственного университета»), В. В. Добровольского (г. Москва, «Учебная литература для студентов вузов»), П. В. Зарицкого (г. Харьков, Украина, «Университетская книга» и «Вюник Харювського нацюнального уйверситету»), П. В. Ивашова (г. Хабаровск, «Тихоокеанская геология» и «Университетская книга»), В. И. Морозова (г. Москва, «Использование и охрана природных ресурсов России»); Л. Ф. Наркелюна, А. Б. Птицына, В. С. Салихова, А. Н. Трубачева (г. Чита, «Университетская книга»); доктора географических наук, профессора Т. Т. Тайсаева (г. Улан-Удэ, «География и природные ресурсы»), докторов Д. Рубина, Н. Б. и Е. Б. Ману- совых (Израиль, «Университетская книга»), докторов химических наук В. В. Тарасова и Н. Е. Кручининой.
Всем им выражаю глубокую благодарность.
В ряде рецензий при положительной оценке книги высказывались отдельные замечания — пожелания на будущее, что помогло мне в работе над вторым изданием. Как это часто бывает, особенно при большом количестве рецензий, то, что нравилось одному рецензенту, вызвало определенные замечания другого. Поэтому, а также в связи с невозможностью бесконечно увеличивать объем книги, не все рекомендации удалось выполнить, но основная часть их учтена.
Все годы после опубликования учебника «Экологическая геохимия» я читал одноименный курс студентам и аспирантам в Ростовском (ныне Южном федеральном) университете и в Новороссийском политехническом институте (ныне филиал Кубанского государственного технологического университета), а также отдельные разделы этого курса — в СФУ (г. Красноярск), в Тюменском государственном университете, в Томском государственном университете, Новороссийском государственном морском университете, в Национальных университетах Украины, Казахстана и Узбекистана. Ряд разделов докладывался на семинарских занятиях и лекциях в Киргизии, Румынии (Международный университет), в Германии (Билефельдский университет). Это позволило оценить, как различные темы усваиваются студентами, обучающимися по специальностям «Геология и разведка ископаемых», «Экология», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «География» и непосредственно получить информацию от преподавателей разных вузов и стран, преподающих эти дисциплины.
Кроме того, за 14 лет, прошедших после первого издания книги, явившейся первым учебником по новой быстро развивающейся науке, появились новые эколого-геохимические данные о геохимии окружающей человека среды.
Новая эколого-геохимическая информация была изложена в целом ряде публикаций и докладов, сделанных многими исследователями на международных и всероссийских совещаниях, проходивших после подготовки первого издания книги. К ним в первую очередь следует отнести систематически проводившиеся в г. Новороссийске международные совещания «Геохимия биосферы», международные школы «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды», а также Всероссийскую научную конференцию «Университеты России», секция фундаментальных исследований: «География».
Были также учтены публикации и сообщения, сделанные многими исследователями на проводимых в г. Семипалатинске (Казахстан) Международных научно-практических конференциях «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде»; проводимых в Санкт-Петербурге международных научных конференциях «Экологическая геология и рациональное недропользование»; проведенных в Москве (МГУ) Международном симпозиуме «Геохимические барьеры в зоне гипергенеза», Международной научной конференции «Геохимия биосферы», Международной конференции «Современные проблемы загрязнения почв», на конференциях в Томске, Казани, Пущино, Астрахани, Барнауле. Учитывались новые данные, излагаемые после первого издания учебника, на конференциях за рубежом: в Белграде, Варне, Вене, Донецке, Барановичах и Бишкеке.
Обилие международных совещаний по проблемам, рассматриваемым в этой книге, свидетельствует о быстром развитии и востребованности экологической геохимии (геохимии окружающей среды).
С учетом всего изложенного отдельные разделы учебника были полностью переработаны, добавлен новый материал.
Всем рецензентам, принимавшим участие в издании и обсуждении учебника «Геоэкология. Экологическая геохимия», выражаю самую искреннюю признательность.
Я также благодарен сотрудницам ЮФУ Е. В. Власовой, С. Н. Воронец и сотруднику национального минерально-сырьевого университета «Горный» А.В. Алексеенко за помощь в оформлении книги.
Работы выполнены при частичной финансовой поддержке проекта базовой части госзадания Министерства образования и науки РФ.
В.А. Алексеенко, профессор
ГЛАВА 1
ПРЕДМЕТ, ИСТОРИЯ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГЕОХИМИИ (ГЕОХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ)

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

«Геоэкология. Экологическая геохимия», — как определить эту отрасль науки, которая только в настоящее время становится самостоятельной? Судя по наименованию, в первую очередь можно сказать, что это составная часть другой крупной научной системы — общей геохимии.
В курсе геохимии рассматриваются закономерности перемещения и концентрации атомов (чаще ионов) различных химических элементов в зависимости от внешних и внутренних факторов. Внутренние факторы определяются особенностями строения самих атомов (ионов), а также формами их нахождения. Внешние — зависят от условий среды, включая формы нахождения, распространенность и распределение элементов, создающих среду, в которой они находятся.
Очень часто геохимию определяют как химию Земли. В этом определении есть доля истины. Но есть и существенные различия между химией и геохимией. Простое перенесение всех химических закономерностей на поведение химических элементов в Земле не позволит ни объяснить их истинное поведение в различных оболочках, ни дать прогноз их поведения в результате каких-то изменившихся условий. А. И. Перельман даже особо отмечал (1990) различия «химического» и «геохимического» мышлений. Чем же объясняются отличия поведения химических элементов в Земле, а точнее — даже в отдельных ее оболочках, от их поведения в лабораторных условиях?
Во-первых, это крайне неравномерная распространенность химических элементов в земной коре (см. гл. 4). В лабораториях обычно не возникает проблемы для осуществления реакций с равными молярными концентрациями элементов. В земной коре содержание одних элементов в миллиарды раз меньше, чем других. В этих условиях у части из них остаются нереализованными многие химические свойства. Так, элементы с малой концентрацией часто не могут образовать достаточное число собственных минералов, попадая в виде примесей (закономерных и случайных) в «чужие» минералы.
Во-вторых, многие внешние факторы, такие, как температура, давление, освещенность и др., в условиях земной коры ограничены гораздо более узкими рамками, чем те, которые существуют в лабораториях. Разница будет особенно большой, если рассматривать не всю земную кору, а только ее внешнюю часть — биосферу, в которой обитают живые организмы. Следует отметить, что в экологической геохимии рассматривается в основном именно эта сфера Земли. Ограниченность изменения основных внешних факторов миграции ведет к ограничению проявления многих свойств элементов.
В-третьих, в определенной части земной коры химические элементы находятся не только в виде солей (минералов) или растворов, но и образуют довольно разнообразные формы нахождения — системы относительно устойчивых химических равновесий. Пока элементы остаются в этих системах, они не могут проявлять свои собственные свойства. Для этого должны быть разрушены формы совместного нахождения элементов (подробнее см. гл. 5). Многие из них в условиях отдельных оболочек Земли довольно устойчивы.
В-четвертых, в природных условиях практически никогда не происходят реакции только между отдельными определенными элементами. В них участвуют (хотя и в различной мере) очень многие химические элементы. (В соответствии с законом Кларка—Вернадского в каждом природном объекте присутствуют все химические элементы.) Конечно же, не все они в прямом смысле участвуют в определенных химических реакциях. Многие из этих элементов ускоряют или замедляют реакции, другие — создают определенные щелочнокислотные и т. п. условия, часть из них входит в состав новых образований в виде закономерных и случайных примесей.
Подводя итог сказанному о науке «геохимия», можно отметить, что она изучает всю историю атомов (ионов) химических элементов Земли. Именно такое определение дал геохимии ее основатель — величайший ученый Владимир Иванович Вернадский. Экологическая геохимия как часть общей геохимии занимается изучением данной проблемы в верхней оболочке Земли, населенной животными и растительными организмами, — биосфере. Одной из отличительных особенностей этой оболочки является биокосность — неразрывная связь и взаимопроникновение живых организмов и неживой (по Вернадскому В. И., «косной») материи. Об указанной особенности следует постоянно помнить, устанавливая основные геохимические и биогеохимические закономерности, характеризующие эту уникальную оболочку.
Все химические реакции в биосфере происходят или с участием живых организмов, или в среде, созданной под их влиянием. Это также определяется одним из законов В. И. Вернадского и еще раз подчеркивает отличие процессов, происходящих в биосфере, от реакций, осуществляемых в лабораториях, а также от реакций, идущих в других оболочках и ядре Земли.
Изучая особенности распределения и миграции химических элементов в биосфере, можно установить самые общие закономерности, характеризующие ее в целом. Однако биосфера — очень неоднородная система. Внешние факторы миграции элементов весьма существенно изменяются в ее пределах как по вертикали, так и по горизонтали — по поверхности Земли. Для установления закономерностей распределения и миграции химических элементов в отдельных, отличающихся друг от друга частях биосферы необходимо в первую очередь выделить такие части. Это должны быть своеобразные «блоки» или «кирпичики», сохраняющие основную особенность биосферы (ее биокосность) и отличающиеся друг от друга внешними факторами миграции элементов. Кроме того, природные «кирпичики» обязательно должны отвечать еще одному требованию — объединяться между собой по определенным признакам, и эти объединения также должны представлять единую природную систему. Только в таком случае можно, изучая особенности распределения элементов как в пределах отдельных участков, так и в их различных объединениях, установить основные геохимические законы и закономерности миграции и концентрации химических элементов в биосфере. Без знания и учета этих законов антропогенная деятельность будет постоянно вступать в противоречия с природой.
Опыт многочисленных исследований показал, что для такого изучения наиболее удобным является ландшафтный уровень. При этом геохимические ландшафты должны рассматриваться как «кирпичики, составляющие биосферу». Сами же ландшафты, по определению А. И. Перельмана, «...такое же фундаментальное понятие естествознания, как “химический элемент”, “живой организм”, “почва”, “минерал”». Являясь биокосными образованиями, ландшафты вполне отвечают первому требованию условного разделения биосферы на отдельные блоки.
Геохимические ландшафты отвечают и второму из перечисленных требований: их объединение с учетом различных факторов миграции элементов, заложенных в классификационных уровнях, дает относительно самостоятельные геохимические системы. Так, возможно объединение, в зависимости от преобладания основного вида миграции, различных техногенных и биогенных ландшафтов. При этом обе группы ландшафтов могут рассматриваться как относительно самостоятельные системы со своими закономерностями распределения химических элементов. Подобное объединение можно проводить и при крупномасштабных работах, выделяя, например, среди техногенных ландшафтов только сельскохозяйственные и т. д.
Центром геохимических ландшафтов считаются почвы, также представляющие собой сложную биокосную систему. Для их верхнего гумусового горизонта характерно максимальное напряжение геохимических процессов. Изучение этих процессов позволяет переходить к закономерностям распределения химических элементов в ландшафте и в его отдельных частях. Следовательно, экологическая геохимия довольно тесно связана с почвоведением и геохимией почв.
Составной частью геохимических ландшафтов являются также растительные и животные организмы, коры выветривания, поверхностные и подземные воды и, отчасти, почвоподстилающие горные породы. Без изучения геохимических особенностей этих составных частей ландшафта часто невозможно прогнозировать поведение химических элементов в конкретном ландшафте в целом. Следовательно, экологическая геохимия теснейшим образом связана с гидрохимией и гидрогеохимией, изучающими поверхностные и подземные воды, а также с биогеохимией, геохимией горных пород и кор выветривания.
Необходимо отметить, что отдельные геохимические ландшафты и составляющие их биокосные природные тела (почвы, коры выветривания, подземные и грунтовые воды) не являются какими-то обособленными системами. Все они теснейшим образом связаны между собой в более сложной системе — биосфере. Их «расчленение» и «самостоятельное» изучение протекающих в них процессов являются в определенной мере искусственными. Делается это для облегчения познания закономерностей этих самых разнообразных процессов.
До сих пор мы рассматривали предмет «экологическая геохимия» преимущественно как часть геохимии, почти не вспоминая об определяющем его понятии «экологическая». В современном понятии экология — это наука, изучающая условия существования животных и растительных организмов, взаимосвязи между этими организмами, а также между ними и средой их обитания.
Условия существования организмов можно рассматривать со многих и чрезвычайно различных позиций. Одним из важнейших показателей не только комфортности существования, но даже выживания является характеристика среды проживания животных или произрастания растений. Если мы начнем производить оценку среды с точки зрения химического состава, да еще и на современном атомноионном уровне и с учетом форм нахождения химических элементов, — это будет геохимическая оценка условий существования организмов, или, как теперь говорят, — «Геохимия окружающей среды». Проведение такой оценки — одна из основных задач, стоящих перед экологической геохимией. Оценку можно проводить, подходя с глобальных позиций. При этом она должна быть сделана исходя из особенностей распространенности, распределения, миграции, концентрации и форм нахождения химических элементов в биосфере в целом. Такая оценка необходима для установления самых общих геохимических критериев существования живых организмов. Таким образом, будут определены первые геохимические реперы для установления возможности развития жизни, подобной той, которая есть на Земле. И вот здесь мы подходим к следующей части этой оценки — к космической оценке геохимических параметров возможности появления (а в первом приближении к комфортности) жизни (аналогичной той, что развилась на Земле) на других космических объектах. Эта часть глобальной оценки геохимических параметров существования жизни на Земле только в настоящее время начинает иметь практическое значение. По мере обживания космического пространства она будет резко возрастать.
Установление геохимических условий существования организмов проводится и при более крупномасштабных исследованиях. В этих случаях определяются геохимические условия жизни организмов в отдельных частях биосферы. В качестве таких частей, как уже отмечалось, целесообразнее всего брать геохимические ландшафты или их определенные совокупности, составленные с учетом ряда параметров миграции элементов. Опыт работы показал, что объединение геохимических ландшафтов удобно проводить по определенным таксономическим уровням (подробнее см. гл. 7). В случае необходимости могут оцениваться геохимические параметры условий существования организмов в отдельных частях геохимических ландшафтов, например в почвах, подземных водах и т. д.
При крупномасштабных исследованиях появляются более благоприятные предпосылки для выяснения геохимических условий существования организмов определенных видов или их сообществ. Однако следует подчеркнуть, что в случае устоявшихся природных систем (а это большинство биогенных ландшафтов) нельзя говорить об экологических условиях только для одних видов, не касаясь других. Слишком велика взаимосвязь между ними, и изменения условий существования одних из них сказываются на существовании других.
Таким образом, мы переходим к взаимосвязи между организмами. Она, как и условия существования организмов, также может оцениваться с разных сторон, вплоть до психологической и социологической. В экологической геохимии взаимосвязь между организмами рассматривается как миграция химических элементов, находящихся в довольно сложной биогенной форме. Часто разделяют внутривидовую и межвидовую связи. Прослеживать их можно, начиная от возникновения (рождения) организма и кончая его смертью и разложением.
Чрезвычайно большое внимание в экологической геохимии уделяется рассмотрению взаимосвязи между организмами и средой их обитания, включая отдельные циклы биологического круговорота элементов. Эти процессы также разбираются с позиции миграции химических элементов, но сами элементы в данном случае могут находиться в различных формах, что придает особую сложность их перемещению и концентрации.
Еще одним важным разделом экологической геохимии является биогеохимия. В нем рассматриваются химический состав различных организмов и его изменения, связанные с меняющимися условиями существования этих организмов. Изучению указанной проблемы большое внимание уделял В. И. Вернадский.
В учебнике часто упоминаются геохимические системы. Понятие о них было введено в 1934 г. А. Е. Ферсманом. Как и вообще все системы, они представляют собой целое, состоящее из различных частей, закономерно расположенных и находящихся во взаимной связи. По А. Е. Ферсману, геохимические системы — «такого рода природные сочетания элементов, которые вызываются или основными геотектоническими циклами земной коры, или климатическим режимом определенных широтных зон». Их рассмотрение соответствует общим требованиям учения о системах. В отдельных случаях, например при анализе содержаний, составляющих их элементов, геохимические системы условно рассматриваются как однородные. Такие допущения делались при установлении величин средних содержаний химических элементов (кларков) в земной коре, почвах и т. д.
Все изложенное показывает, что экологическая геохимия, являясь в первую очередь геохимией, формируется «на стыке» целого ряда наук. Их уровень развития во многом определяет развитие отдельных направлений этой новой и чрезвычайно важной для выживания человечества науки.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

Как уже указывалось, экологическая геохимия является одним из научных направлений геохимии — науки XX столетия. Время рождения геохимии можно назвать и более точно — это 1908—1911 гг. Местом ее рождения считается Московский университет, его кафедра минералогии, которой в те годы руководил В. И. Вернадский. В числе основоположников геохимии нельзя не назвать аспиранта В. И. Вернадского, а впоследствии академика А. Е. Ферсмана и норвежского ученого В. М. Гольдшмидта.
Оформлению геохимии как самостоятельной науки способствовали работы многих ученых, которых сначала называли натуралистами. Из их числа вышли многие геологи, экологи, физики, химики и математики. Исследования, проведенные ими, и создали тот научный фундамент, на котором начала строиться геохимия.
Непосредственному возникновению геохимии предшествовало заложение немецкими учеными Г. Р. Кирхгофом и Р. В. Бунзеном (1859) основ спектрального анализа. Именно этот метод на многие годы стал основным при геохимических исследованиях и таким образом способствовал развитию геохимии. Развитие геохимии было бы невозможным без выдающегося открытия Д. И. Менделеевым периодического закона (1869) и без целой серии открытий, позволивших представить строение атомов и ионов. Среди этих открытий важными вехами являются следующие: 1896 г. — открытие А. А. Беккерелем радиоактивности; 1897 г. — открытие Дж. Д. Томсоном электрона;
1898 г.— открытие сильно радиоактивных элементов (радия и полония) П. Кюри и М. Склодовской- Кюри; 1911 г.— открытие Э. Резерфордом атомного ядра и создание модели атома.
Формированию геохимии как самостоятельной науки предшествовали работы, которые можно считать даже первыми собственно геохимическими исследованиями. Так, в1815 г. английский минералог В. Филлипс начал определять среднее содержание в земной коре десяти элементов. В определенной мере эти работы были продолжены французами Эли де Бемоном и А. Добрэ.
Однако все перечисленные исследования еще не являлись формированием новой науки. Позже, в 1889 г., руководителем химической службы геологического комитета США Ф.У. Кларком на основании почти тысячи точных анализов систематически отобранных горных пород была составлена первая сводная таблица среднего химического состава земной коры. Работы по уточнению этих данных проводились Ф .У . Кларком долгие годы, большинства распространенных элементов мало и з менились с совершенствованием методов анализа и сохранили свое значение до настоящего времени. Деятельность этого исследователя высоко оценивалась основоположниками геохимии. Величины, характеризующие среднее содержание химических элементов, в крупных геохимических системах по предложению академика А. Е. Ферсмана стали н а зывать кларками.
Первые геохимические законы и закономерности были открыты В.И. Вернадским, А.Е. Ферсманом и В.М. Гольдшмидтом, которых мы считаем основоположниками геохимии. Особое место в
Глава 10
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ТЕХНОГЕННОЙ МИГРАЦИИ-КОНЦЕНТРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ НООСФЕРЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Процессы перемещения (перераспределения) и концентрации химических элементов (их соединений), происходящие в результате самой различной антропогенной деятельности, были особо выделены в 30-е годы прошлого века А. Е. Ферсманом как техногенные и получили общее название — техногенез. Что мы относим в настоящее время к техногенезу? Чем техногенные процессы, с точки зрения геохимии, принципиально отличаются от природных процессов? Сколь велики эколого-геохимические последствия техногенеза? Как они соизмеряются с последствиями процессов, происходящих в природе без вмешательства людей?
Перечисленные вопросы в последнее время все чаще возникают перед всем человечеством. От научно обоснованных ответов на них во многом должно происходить развитие промышленности, сельского хозяйства, да и вообще практически всей деятельности людей. Постараемся кратко и с точки зрения экологической геохимии (геохимии окружающей среды) найти ответ на эти вопросы.
Классификаций техногенных процессов и их последствий довольно много; все зависит от того, какой признак брать за основу. Можно рассматривать и классифицировать эти явления в зависимости от масштаба проявления. В этом случае техногенез, в первую очередь, разделится на глобальный (биосферный), региональный и локальный. Конечно, как и при любой классификации, это разделение во многом условно и существуют определенные переходы между отдельными таксономическими единицами. Можно классифицировать процессы, учитывая вид техногенной деятельности. Можно проводить разделение в зависимости от интенсивности произошедших изменений. Среди них можно рассматривать изменение величин содержаний (распространенности) элементов, изменение их распределения, изменение форм нахождения и т. д. Можно процессы техногенеза и их последствий классифицировать, а соответственно, и оценивать, в зависимости от образования и размеров возникающих техногенных ландшафтов, или геохимических барьеров. В данной работе я постараюсь кратко рассмотреть только основные особенности техногенной миграции и некоторые ее эколого-геохимические последствия. Более подробно они рассмотрены в моей научной монографии «Эколого-геохимические изменения в биосфере. Развитие, оценка» (2006). Эта работа была отмечена золотой медалью им. П. П. Семенова.

ТЕХНОГЕНЕЗ, СВЯЗАННЫЙ С ПРОМЫШЛЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ

К промышленной, в основном, относится деятельность, связанная с механическим перемещением горных пород и почв, с работой заводов, фабрик, предприятий по обслуживанию транспорта и по добыче полезных ископаемых. Максимум изменений, вызванных промышленной деятельностью, обычно происходит с формированием новых техногенных ландшафтов и возникновением новых геохимических барьеров. Они уже рассматривались в главах 7 и 8.
Деятельность одного, даже очень крупного, предприятия или их пространственно объединенной группы пока не влияет на общие природные процессы миграции-концентрации химических элементов, охватывающие всю биосферу. Однако в отдельных случаях промышленная деятельность, рассматриваемая в целом, уже начинает сказываться на указанных процессах, протекающие во всей биосфере. В первую очередь к такой антропогенной деятельности следует отнести самые различные способы и пути поступления в окружающую нас среду металлов, особенно относимых к тяжелым. Именно эти способы и пути вызвали уже отмечаемую практически всеми исследователями металлизацию биосферы. Содержание металлов в земной коре колеблется в широких пределах (см. гл. 4); и если распространенность Al, Fe, Ca, K, Na, Mg и Ti изменяется от 8 до 0,5%, то содержание основной части металлов, часто относимых к тяжелым, составляет тысячные — стотысячные доли процента. Примерно такая же картина характеризует распространенность металлов в почвах Земли. На месторождениях, занимающих крайне незначительную площадь суши нашей планеты, содержание большинства тяжелых металлов увеличивается в тысячи раз по сравнению с их кларками. Однако подавляющая часть запасов этих металлов находится на месторождениях на значительных глубинах и в природных условиях практически не оказывает влияния на их содержание в окружающей нас среде.
Резко изменилось положение в связи с широким развитием промышленной деятельности. Рассматриваемые металлы стали в значительных количествах (табл. 4.6, 4.13) поступать в окружающую нас среду, начиная с разработки месторождений, транспортировки руд, выплавки и транспортировки металлов, изготовления и транспортировки различных, содержащих металлы, изделий и заканчивая утилизацией отходов и разрушением изделий. Особо отметим, что техногенное поступление металлов происходит в минеральной и изоморфной формах, в виде коллоидов и различных растворов.
К настоящему времени в наибольших количествах при техногенезе потребляется Fe. Мировое производство стали, по данным ряда исследователей, составило в 2010 г. около 1,4 млрд т. Напомню, что железо и некоторые его сплавы подвержены в наибольшей мере процессам окисления и коррозии. Значит, значительная часть металла уходит на металлизацию биосферы, которая не особенно заметна в связи с большой величиной кларка Fe в земной коре.
Из 6 цветных металлов (Al, Cu, Pb, Ni, Sn и Zn), в основном имеющих спрос на мировом рынке, рассмотрим медь, свинец и цинк. Мировая добыча меди в 2007 г. превысила 15 млн т, а объемы потребления металла с 1900 г. возросли за 100 лет почти в 30 раз. Мировое производство свинца в промежутке времени с 1980 по 2000 г. колебалось, по разным подсчетам, от 5 до 6 млн т в год; однако к 2012 г. оно достигло 10 млн т. Мировая добыча цинковой руды с 2000 по 2012 г. возросла более, чем в полтора раза. Примерно так же возросли производство и потребление рафинированного цинка.
Приведенные данные о производстве и потреблении Fe, Pb, Cu, Zn наглядно показывают вовлечение этих металлов в биосферу и позволяют судить о глобальном процессе ее металлизации и о динамике этого процесса. Подобные процессы характерны и для других металлов. Кроме того, в XXI в. возрастает потребление элементов, ранее относимых к редким. Это, несомненно, приведет к возникновению целого ряда новых эколого-геохимических проблем, так как медико-геохимические особенности редких металлов изучены к настоящему времени крайне мало.
Таким образом, глобальная металлизация окружающей нас среды, связанная с добычей и техногенным потреблением металлов, не только продолжается, но и возрастает. Этот процесс, охватывая всю биосферу, развивается не равномерно, а мозаично. В подтверждение этого положения приведем следующие данные: из почти 1,4 млрд т стали, произведенной в мире в 2010 г., почти 900 млн т приходится на Азию, 170— на страны Евросоюза, 111— на Северную Америку; около 44— на Южную Америку и всего 16— на всю Африку (все в млн т). Из этого количества почти 630 млн т приходится на Китай.
Из общего количества мировой добычи меди, равной в 2013 г. 16 000 тыс. т, в Чили добыто 5420, в Китае — 1190, в России — около 700, в Канаде — 550, в Казахстане — 360 (все в тыс. т). В 2007 г. в мире было добыто 10,5 млн т цинка. Из этого количества 27% приходится на Китай; он опередил почти в 2 раза стоящую на втором месте по добыче металла Перу. В Канаде в 2007 г. добыто менее 700, в США— около 730 (все в тыс. т).
Нужно указать, что в процессе глобальной промышленной металлизации биосферы первичными источниками многих металлов могут быть не только рудные, но и нерудные полезные ископаемые. Ю. А. Кононовым было проведено довольно детальное изучение распространенности ряда химических элементов в углях двух угленосных районов Донбасса (табл. 10.1). Существенно выше кларка земной коры установлено в углях этих районов среднее содержание только As, Be, F. Среднее содержание других изучаемых элементов не превышает в этом регионе кларкового содержания. Однако расчеты показывают, что даже в таких случаях вместе с дымовыми газами на ТЭЦ, сжигающей 5000 т угля в сутки, в атмосферу ежегодно выбрасывается 20 т мышьяка, 13 т фтора, 37 т ванадия, 1 т бериллия, 21 т свинца, 10 т никеля. Следовательно, металлизация биосферы происходит не только при добыче и использовании металлов, но и при сжигании угля.
Рассмотренные процессы, связанные с промышленной деятельностью, приводят к поступлению в окружающую нас среду громадных количеств металлов, ранее находившихся на небольших участках и, как правило, на значительных глубинах, практически не оказывая воздействия на развитие живого вещества. Таким образом, происходит глобальная металлизация биосферы. Она охватывает всю окружающую нас среду. И если в атмосфере и в гидросфере в определенные промежутки времени происходит уменьшение содержаний металлов, то в почвах (а в них металлы поступают непосредственно в результате техногенеза, а также из атмосферы и водных растворов) повышенные содержания сохраняются надолго. При этом загрязняются даже почвы природных ландшафтов в регионах, удаленных от разрабатываемых месторождений и крупных промышленных предприятий. Так, в почвах лесных ландшафтов Северо-Западного Кавказа за 13 лет произошло возрастание содержания Mn, Cu, Cr, Pb. В почвах степей и пастбищах Нижнего Дона за этот же период произошло увеличение
Таблица 10.1
Среднее содержание химических элементов
по геолого-промышленным районам, пИ0-3%
содержания Cu, Pb, Ag, Ni, V, Cr. Это позволяет говорить о продолжающейся глобальной металлизации почв в настоящее время. Сразу же отметим, что в сельскохозяйственных ландшафтах, занимающих основные площади к северу от лесных ландшафтов Кавказа, процесс металлизации почв идет более интенсивно, чем в биогенных ландшафтах.
Говоря о всебиосферной глобальной металлизации окружающей среды, следует еще раз отметить неравномерность распределения содержаний металлов, в целом, в биосфере и в составляющих ее частях. Это позволяет отдельно выделить, кроме глобального, региональное загрязнение металлами окружающей нас среды, и в первую очередь — загрязнение почв. Конкретных достоверных данных о собственно региональном загрязнении почв чрезвычайно мало, так как для его определения необходимо систематическое опробование больших территорий с последующим анализом громадного числа проб.
Однако установлены (В. А. и А. В. Алексеенко, 2013) кларковые содержания 50 химических элементов в почвах населенных пунктов (селитебных ландшафтов). Судя по их значениям (табл. 4.14), можно оценить процесс металлизации окружающей среды на сравнительно крупных участках, подвергшихся наибольшему антропогенному воздействию практически на всей поверхности Земли (было опробовано свыше 300 населенных пунктов, расположенных на всех, естественно кроме Антарктиды, материках нашей планеты). Полученные данные позволяют рассмотреть особенности распространенности химических элементов, и в частности металлов, на своеобразном региональном уровне в условиях наибольшего техногенного давления. Для этого построим, как это делал А. Е. Ферсман для земной коры, полулогарифмический график (рис. 10.1) с кривыми для кларков «четных» и «нечетных» химических элементов. Анализируя график, можно отметить следующее:
1. Химические элементы распределены в почвах населенных пунктов крайне неравномерно, что также характерно для земной коры и почв Земли.
2. На долю 9 элементов (O, Si, Ca, C, Al, Fe, H, K, N), как уже было показано, приходится 97,68% массы рассматриваемой геохимической системы. Эти элементы, а также Zn, Sr, Zr, Ba, Pb по отношению к «усредняющей кривой» существенно преобладают. По аналогии с земной корой их можно назвать избыточными для данной геохимической системы. Часть их может рассматриваться как «унаследованные» от содержаний в земной коре; другая часть нами объясняется как результат интенсивной антропогенной деятельности в населенных пунктах.

Элементы с кларками существенно меньшими, чем это следует из осредняющей кривой, отнесены к недостаточным. К ним мы

СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ «ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОХИМИЯ» 3
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
«ГЕОЭКОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОХИМИЯ» 4
Глава 1. ПРЕДМЕТ, ИСТОРИЯ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГЕОХИМИИ (ГЕОХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ) 7

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 7

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 13

Выводы 25
Контрольные вопросы . 25
Глава 2.ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ . 26

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И СОБСТВЕННО ГЕОХИМИЧЕ

СКИЕ ПОНЯТИЯ 26

ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ 46

ПОНЯТИЯ О ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТАХ И БАРЬЕРАХ56

ПОНЯТИЕ О НООСФЕРЕ И ТЕХНОГЕНЕЗЕ 59

Выводы 66
Контрольные вопросы . 66
Глава 3. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 68

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 68

ТРЕБОВАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ГЕОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ72

Выводы 77
Контрольные вопросы . 78
Глава 4. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 79

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 79

4.2 РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
В ЛИТОСФЕРЕ (КОСНОЙ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ) 81

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В БИОКОСНЫХ СИСТЕМАХ 98

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В ЖИВОМ ВЕЩЕСТВЕ 135
Выводы . 152
Контрольные вопросы . 153
Глава 5. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ
ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗЕМНОЙ КОРЕ . 154

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ154

САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ВИДЫ 156

ИЗОМОРФНАЯ ФОРМА НАХОЖДЕНИЯ

ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 168

ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ 175

ГАЗОВЫЕ СМЕСИ 186

КОЛЛОИДНАЯ И СОРБИРОВАННАЯ ФОРМЫ

НАХОЖДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ 191

МАГМАТИЧЕСКИЕ РАСПЛАВЫ 200

БИОГЕННАЯ ФОРМА 202

СОСТОЯНИЕ РАССЕЯНИЯ 221

ТЕХНОГЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 223

Выводы 243
Контрольные вопросы . 244
Глава 6 . РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В БИОСФЕРЕ . 246

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 246

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В ЗЕМНОЙ КОРЕ 250

СВЯЗЬ АБСОЛЮТНЫХ РАЗБРОСОВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В ГОРНЫХ ПОРОДАХ И ПОЧВАХ КОНТИНЕНТОВ
СО СТРОЕНИЕМ АТОМОВ 256

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ СВЯЗИ ВЕЛИЧИН АБСОЛЮТНОГО РАЗБРОСА

ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ
ЖИВЫМ ВЕЩЕСТВОМ 262
Выводы 266
Контрольные вопросы . 266
Глава 7. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТОВ . 268

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 268

КЛАССИФИКАЦИЯ И КРАТКИЕ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТОВ 282

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ГЕОХИМИИ ЛАНДШАФТА 337
Выводы . 343
Контрольные вопросы . 345
Глава 8. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ И КОНЦЕНТРАЦИЯ
ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ . 347

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 347

КЛАССИФИКАЦИЯ 348

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОХИМИЧЕСКИХ БАРЬЕРОВ 361

ПРИРОДНЫЕ БАРЬЕРЫ 364

ТЕХНОГЕННЫЕ БАРЬЕРЫ 420

ТЕХНОГЕННО-ПРИРОДНЫЕ КОМПЛЕКСНЫЕ БАРЬЕРЫ 442

Выводы 443
Контрольные вопросы 444
Глава 9. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ 447

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 447

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

(ИХ СОЕДИНЕНИЙ) 449

ВИДЫ И ТИПЫ МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 451

ВНУТРЕННИЕ ФАКТОРЫ МИГРАЦИИ

ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 455

ВНЕШНИЕ ФАКТОРЫ МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 463

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ

В БИОСФЕРЕ 473

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ МИГРАЦИИ 477

ДИФФУЗИЯ 481

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ МИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ 482

НЕКОТОРЫЕ ПРАВИЛА И ЗАКОНЫ ПОВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ В БИОСФЕРЕ 483
Выводы 499
Контрольные вопросы 500
Глава 10. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ТЕХНОГЕННОЙ
МИГРАЦИИ-КОНЦЕНТРАЦИИХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 502

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 502

ТЕХНОГЕНЕЗ, СВЯЗАННЫЙ СПРОМЫШЛЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ 503

ТЕХНОГЕНЕЗ, СВЯЗАННЫЙ С СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ 516
Выводы 533
Контрольные вопросы 535
Глава 11. ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИИ
ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД
ФОРМИРОВАНИЯ НООСФЕРЫ 536

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 536

ИЗМЕНЕНИЕ СООТНОШЕНИЯ МАСС ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ,

НАХОДЯЩИХСЯ И МИГРИРУЮЩИХ В РАЗЛИЧНЫХ ФОРМАХ
НАХОЖДЕНИЯ 537

ИЗМЕНЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ МИГРАЦИИ555

ПОЯВЛЕНИЕ НОВЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ БАРЬЕРОВ 590

ИЗМЕНЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ МИГРАЦИИ595

ТЕХНОГЕННЫЕ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ 597

Выводы . 601
Контрольные вопросы . 601
Глава 12. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 603

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ 603

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА СУШЕ И В ПРЕДЕЛАХ

АКВАЛЬНЫХ ЛАНДШАФТОВ 612

СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМАТИЧЕСКИХ КАРТ

ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТОВ КАМЕРАЛЬНЫМПУТЕМ . 614

ПОДГОТОВКА ПРОБ К АНАЛИЗУ 641

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К АНАЛИТИЧЕСКИМРАБОТАМ 642

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНОВЫХ И АНОМАЛЬНЫХСОДЕРЖАНИЙ 646

ОТЧЕТНОСТЬ 646

Контрольные вопросы . 647
Приложения . 649
ЛИТЕРАТУРА670
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 677