Геохимические барьеры

Участки биосферы (и даже земной коры), на которых в миграционном потоке на коротком (по сравнению с его протяженностью) расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции химических элементов и, как следствие этого процесса, повышается их концентрация, получили название геохимических барьеров. Этот термин был предложен в 1961 г. А.И. Перельманом. Им же были разработаны основы учения о геохимических барьерах, которое к настоящему времени стало одной из важнейших частей целого ряда наук о Земле.

В последние десятилетия многие химические элементы стали поступать в биосферу в концентрациях, не характерных для верхних частей земной коры. Связано это с резко увеличившейся антропогенной деятельностью. Распределение таких элементов очень часто неравномерно не только в пределах всей биосферы, но даже в пределах одной части определенного ландшафта. Возникли участки, в которых стало опасно выращивать сельскохозяйственные культуры (они становились токсичными), и даже такие, в пределах которых стало небезопасным вообще находиться. Не изучив такие участки, как правило, являющиеся геохимическими барьерами, невозможно их ликвидировать и предотвратить их образование. Кроме того, их невозможно быстро выделить без проведения специальных исследований (ботанических, геохимических и т.д.).

Так, в Ростовской области в результате геохимических исследований в пойме реки был выявлен один из таких участков. В его пределах концентрации свинца и цинка в почвах в сотни раз превышали обычный фон и предельно допустимые значения, хотя именно на этом участке выращивались овощи (как оказалось, токсичные из-за высокой концентрации металлов). Последующие исследования показали, что в этих пределах даже исчезли тополя, а у дуба резко уменьшился размер листьев. Образование токсичных концентраций свинца и цинка произошло на геохимическом испарительном (см. далее) барьере, к которому поступали подземные воды из отстойника химического завода. Установление этой причины позволило разработать мероприятия, предотвращающие дальнейшее загрязнение.

Постепенно стали отмечать, что около практически одинаковых предприятий при одних ландшафтно-геохимических условиях возникали участки с повышенно опасной концентрацией, а при других таких участков не было. Оказалось, что без привлечения учения о геохимических барьерах объяснить этот факт, а тем более предсказать появление участков с аномально высокой концентрацией определенных веществ, образующих опасные для жизнедеятельности зоны, практически невозможно.

Геохимические барьеры биосферы разделяются на два основных типа - природные и техногенные. И те, и другие располагаются на участках изменения факторов миграции. В первом случае смена факторов, а соответственно и геохимической обстановки, обусловливается природными особенностями конкретного участка биосферы. Во втором такая смена геохимических обстановок происходит в результате антропогенной деятельности.

Оба типа геохимических барьеров подразделяются А.И. Перельманом на три класса: физико-химические, биогеохимические и механические. Позже В.А. Алексеенко был выделен класс только техногенных (социальных) барьеров. На физико-химических барьерах концентрация веществ связана с их отложением из растворов при изменении физико-химической обстановки. В качестве примера уже был рассмотрен один из таких барьеров (испарительный), существенно воздействующий на безопасность жизнедеятельности.

Механические барьеры представляют собой участки с резким уменьшением интенсивности механического перемещения веществ и соответственно их отложения. В биосфере механические барьеры связаны в основном с миграцией элементов в минеральной или коллоидной форме. Миграция чаще всего происходит в воздушной и в водной средах, а также на границе сред (скатывание обломков по склонам).

При переносе в воздушных потоках паров воды своеобразными механическими барьерами являются горные системы. Задержка на них облаков и выпадение осадков могут приводить к нарушению безопасности жизнедеятельности и даже к экологическим катастрофам. Это необходимо учитывать при освоении новых районов, строительстве населенных пунктов и предприятий. Классическим примером такого барьера может служить район города Рио-де-Жанейро (Бразилия), зажатый между горами и Атлантическим океаном. Катастрофические наводнения, связанные с продолжительными ливнями, происходят в этом районе довольно часто. Во время одного из последних ливней (1988) здесь погибло около 300 человек, а общий экологический ущерб оценен в 935 млн долл. США. Подобных барьеров на земном шаре довольно много, однако сведения о существенных нарушениях безопасности жизнедеятельности в этих районах становятся широко известными лишь при высокой плотности населения. (В районе, приведенном в качестве примера, проживает около 10 млн человек.)

Во многих случаях создаются техногенные механические барьеры. Часть из них способствует увеличению безопасности жизнедеятельности. Примером механических барьеров могут служить противоселевые плотины, одна из которых около 20 лет назад спасла от катастрофы Алма-Ату.

Биогеохимические барьеры по своей сути представляют накопление химических элементов растительными и животными организмами. Наибольшее внимание следует уделять накоплению веществ в высоких (токсичных) концентрациях сельскохозяйственными культурами, используемыми для питания. Такое накопление обычно происходит при внесении в почвы чрезмерных доз удобрений и средств химической защиты растений. Известны случаи массового отравления населения арбузами с высоким содержанием нитратов. Известны случаи токсичных концентраций нитратов в кормовых культурах, картофеле, овощах.

Иногда в качестве удобрения используются илы из городских очистных сооружений, как, например, в Новороссийске. Многие овощи при этом увеличивают урожайность, но содержат в опасных для здоровья концентрациях многие тяжелые металлы. Их токсичное воздействие в одних случаях проявляется сразу. В других случаях они, накапливаясь в организме, нарушают безопасность жизнедеятельности через годы.

Биогеохимические барьеры могут приводить и к возрастанию безопасности жизнедеятельности, задерживая поступление токсичных веществ из атмосферы. Такими барьерами обычно служат зеленые насаждения (декоративные деревья и кустарники) около промышленных и в селитебных ландшафтах. При этом подбор специальных растений, в больших концентрациях поглощающих определенные химические элементы, может резко повысить безопасность жизнедеятельности около определенных предприятий.

Социальные геохимические барьеры относятся только к техногенным и представляют собой участки, в пределах которых вещества концентрируются в результате прекращения их социальной миграции. Этим термином целесообразно объединять зоны складирования и захоронения отходов, как промышленных, так и бытовых. Кратко рассмотрим их некоторые особенности, влияющие на безопасность жизнедеятельности.

Химические элементы {их соединения), накапливающиеся на социальных барьерах в повышенных концентрациях, не соответствуют ни одной природной ассоциации. Это значит, что совместно могут встретиться элементы, которые в повышенных содержаниях в биосфере до вмешательства человека в их распределение не встречались. Последствия их необычного для природы совместного влияния на безопасность жизнедеятельности не изучены.

Распределение элементов на барьере отличается крайней неравномерностью: содержание на первых метрах могут изменяться в тысячи раз. Это также не характерно для биосферы и затрудняет количественную оценку содержаний элементов на барьере. Отсутствие такой оценки делает трудным прогноз влияния отдельных барьеров на безопасность жизнедеятельности.

На барьерах, занимающих большие территории (крупные свалки), неравномерно распределяются участки с различной геохимической обстановкой. На небольших расстояниях могут существенно изменяться щелочно-кислотные условия, а кислородная обстановка может сменяться бескислородной (сероводородной и глеевой). В результате этого создаются условия, при которых процессы миграции элементов не прогнозируются как на самом барьере, так и в окружающих его ландшафтах, т.е. не прогнозируется безопасность жизнедеятельности в районах, прилегающих к социальным геохимическим барьерам.

Еще одной эколого-геохимической особенностью социальных барьеров является чрезвычайно высокая концентрация элементов в форме самых разнообразных техногенных соединений, не имеющих природных аналогов.

Миграция химических элементов от рассматриваемых барьеров идет в основном в виде растворов, а ряда соединений - и в газообразной форме. Скорость миграции зависит от климата, ландшафтно-геохимических (в основном гидрологических и гидрогеологических) и температурных условий. Последние отчасти определяются различными химическими реакциями и горением свалок. Следует напомнить, что для человеческого организма наиболее опасно поступление в него токсичных веществ в формах газовых смесей и водных растворов.

Социальные барьеры искусственно созданы там, где в природных условиях они не возникали, по крайней мере для всех тех веществ, которые на них концентрируются. Собственно состав веществ, как и процесс формирования барьеров, отражают конкретный уровень развития и определенного сообщества людей, и всего человечества.

Площади, занимаемые социальными барьерами, непрерывно возрастают во всем мире и начинают создавать реальную угрозу безопасности жизнедеятельности.

Все сказанное позволяет сделать следующие выводы:

1. Жизнедеятельность людей эволюционировала и протекает сейчас в условиях биосферы, сформированных в значительной мере живым веществом. Следовательно, с ним во многом связана безопасность жизнедеятельности человечества в целом. Защита окружающей среды должна препятствовать уничтожению живых организмов и даже уменьшению их биоразнообразия, так как это может существенно уменьшить безопасность жизнедеятельности людей.

2. В настоящее время происходит переход биосферы в ноосферу. Антропогенная деятельность в этот период может значительно повлиять на состояние биосферы, ее энергетику, что несомненно скажется на безопасности жизнедеятельности.

3. Энергия, накопленная живым веществом, истощима. Ее интенсивное использование без обеспечения альтернативными источниками также повлияет на безопасность жизнедеятельности человека,

4. Оценивать влияние на безопасность жизнедеятельности многих природных и техногенных факторов часто наиболее удобно на ландшафтно-геохимическом уровне строения биосферы,

5. При оценке и прогнозировании изменений безопасности жизнедеятельности необходимо учитывать закономерности концентрации веществ на геохимических барьерах.