Экологическая геохимия: Учебное пособие

М И Н И СТ Е РСТ В О

О Б РА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И

В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н ЫЙ У Н И В Е РСИ Т Е Т Г е ологи ч е с ки й ф а культе т

К а ф е дра ги дроге ологи и , и нж е не рной ге ологи и и ге оэ кологи и

В.Л .Б оч а ров, М .Н.Б угре ева

У ЧЕ Б Н О Е П О СО Б И Е по«ЭК О Л О ГИ ЧЕ СК О Й ГЕ О Х И М И И » для с туде нтов5 курса дневного отде ле ни я геологи ч е с кого ф а культета

Вороне ж 2001

2

Л Е К Ц И Я 1. П РЕ Д М Е Т ЭК О Л О ГИ ЧЕ СК О Й ГЕ О Х И М И И П ре дметом э кологи ч е ской ге ох и ми и , с та вше й впосле дне е де сяти лети е неотъемлемой ч а стью общ ей э кологи ч е с кой подготовки студе нтов-ге ологов в высше й школе, являе тс я и с сле довани е ге ох и ми ч е ски х отноше ни й вэ коге ос и стема х ра зли ч ного и ера рх и ч е с кого уровня. Э колого-ге ох и ми ч е с ки е и сс ле дова ни я на пра вле ны на выявле ни е вза и мосвязи ге о-, би о- и тех нопроцес с овс помощ ью методовге ох и ми и и зна ни й х и ми ч е с ки х свой с твэ леме нтов. Э то не обх оди мо для оце нки с те пе ни конце нтра ци и и ф орм ми гра ци и э леме нтови и х с ое ди не ни й вкомпоне нта х окруж а ющ е й сре ды (подземные и поверх нос тные воды, поч вы, породы, при зе мна я а тмос ф ера , донные оса дки и др.). Ос новными проблема ми и ра здела ми э кологи ч е ской ге ох и ми и являются э коге ох и ми я э леме нтов(отдельные э леме нты и и х с ое ди нени я ра зли ч ных кла с с овтокс и ч ности , с та би льные и зотопы, е с те стве нные и и с кус с твенные ра ди онукле и ды); э коге ох и ми я с и с те м (по ф ункци она льному при зна ку – э кос и с темы городс ки х а гломе ра ци й , с ельскох озяй с тве нных терри тори й , ра й онов горнопромышле нного тех ноге неза , а томных те пло- и э ле ктрос та нци й , х и ми ч ес ки х и мета ллурги ч е ски х комби на тов); э коге ох и ми я проце с с ов(с пе ци ф и ка те х ноге нной ми гра ци и э ле ме нтови с оеди не ни й впоч вах , грунта х , горных порода х , подземных и поверх ностных вода х , при земной а тмос ф е ре, э когеох и ми ч е ски е ци клы токси ка нтов, ги ги е ни ч е ски е и ме ди коби ологи ч е ски е а с пекты тех ноге нной ми гра ци и ). П ри та кого рода и с следова ни ях обыч но и с пользуютс я две кла с с и ф и ка ци и э леме нтов, важ нос ть зна ни я которых опре деляется возмож ностью пре двари тельного прогнози рова ни я свой с твновообра зова ни й . В пе рвой выде лены э леме нты и с ое ди не ни я по мета ллоге ни ч е скому и токс и кологи ч е скому при зна ку: тяж елые ме та ллы, подви ж ные мета ллы и ме та ллои ды, щ елоч ные и щ елоч но-земельные ре дки е э леме нты, га лои ды, ра ди оа кти вные э леме нты, редкоземельные э ле ме нты, ни тра ты, ортоф ос ф а ты, га логе нуглероды, х лор- и мета ллоорга ни ч е ски е с ое ди не ни я. Втора я кла с с и ф и ка ци я с трои тся и сх одя и з ос обе ннос те й э лектронного строе ни я э леме нтов. Сущ ес твуе т ч е тыре кла с са : 1) s-э ле ме нты, 2) гла вные и ре дки е р-э ле ме нты, 3) гла вные и редки е d-э леме нты, 4) f-э леме нты. П ри на дле ж нос ть э ле ме нтовк ка кому-ли бо кла с с у определяет и х э кологи ч е ски е свой с тва по би оге ох и ми ч ес кой зна ч и мос ти : па тологи ч ность; а тмо-, ги дро-, ли тотокс и ч нос ть; ге оэ коф и льность; ге оэ кологи ч нос ть; ра ди оа кти вность и т.п. П ерс пекти вы ра зви ти я э кологи ч е ской ге ох и ми и определяютс я возмож ностью с озда ни я е е те оре ти ч е с кой и ме тодологи ч е ской ба зы в ра мка х е ди ной на уки – э кологи ч е ской ге ологи и – на новой би оце нтри стс кой конце пци и , когда вце нтр э коге ох и ми ч е с ки х и с с ле дова ни й ста ви тс я не прос то ч еловек, а ч е ловек ка к компоне нт би ос ф еры. Не обх оди мо обос нова ни е при ори тетного зна ч е ни я

3

э кологи ч е ской ге ох и ми и при ре ше ни и пробле м и нте гра ци и э кологи ч е ской , соци а льной и х озяй ственной поли ти ки вра мка х ре ги она льных моделей ус той ч и вого ра зви ти я; с озда ни ем новых компьюте рных тех нологи й с пе ци а ли зи рованных э колого-ге ох и ми ч е ски х и с сле дова ни й . Э кологи я – ди с ци пли на , и зуч а ющ а я общ и е за коны ф ункци они рова ни я э кос и с тем, среду оби та ни я ж и вых с ущ е с тв, включ а я ч елове ка . Г е оэ кологи я – пра кти ч е с ки й ра здел э кологи и , за ни ма ющ и й с я и зуч е ни е м ре ги она льных и глоба льных и зме не ни й компоне нтов при родной сре ды, обусловле нных те х ноге нным возде й стви е м. В конкретной пра кти ке объектом и зуч е ни я ге оэ кологи и являютс я э кос и с темы и ли и х с ос та вные ч а с ти : горные породы, поч вы, грунты, поверх нос тные и подземные воды, при зе мна я а тмосф е ра . Э кос и стема – любое с ообщ е с тво ж и вых с ущ е с тви е го среда оби та ни я, объеди не нные веди ное ф ункци она льное целое, возни ка ющ е е на основе вза и моза ви с и мости и при ч и нно-сле дстве нных связе й , с ущ е с твующ и х ме ж ду отдельными э кологи ч ес ки ми компоне нта ми (ма кро-, ме зо-, ми кро-с и с темы). Э кос и стема тех ноге нна я – э кос и с тема , возни кша я и ли зна ч и тельно и змене нна я под вли яни е м тех ноге нных ф а кторов(ос уше ни е болот, ка рье ры, ша х ты, городс ка я а гломе ра ци я). Э кологи ч е ски й кри зи с – кри ти ч е ское с остояни е окруж а ющ е й сре ды, угрож а ющ ее с ущ е с твова ни ю ч елове ка . З а грязне ни е – при вне с е ни е вс ре ду и ли возни кновени е вне й новых , обыч но нех а ра кте рных для не е ф и зи ч е ски х , х и ми ч е ски х , и нф орма ци онных и ли би ологи ч е ски х а ге нтов. Э кологи я города (а нтропоэ кологи я) – и с сле довани е де й с тви й люде й (горож а н) и сра вне ни е возни ка ющ и х в х оде э ти х де й с тви й тех ноге ннои зме не нных уч а с тковс норма ти вными пока за телями компоне нтовокруж а ющ е й сре ды по ряду выде ле нных и нгре ди е нтовс после дующ е й оце нкой и х вли яни я на би оту, вт.ч . ч еловека . Р а зви ти е на ук э кологи ч е ского пла на вызвано: - стремле ни е м к повыше ни ю э ф ф екти внос ти и спользова ни я при родных ре с урс ов; - резкой и нте нси ф и ка ци е й и с пользова ни я при родных ре с урс оввна ч а ле 70-х годов. Д обыч а э нергети ч е ски х рес урс овс оста вляе т около 90% продукци и горнодобывающ е й промышле ннос ти : - рос том отх одов, проблемы и х за х ороне ни я и ути ли за ци и . В теплоэ не ргети ке прои зводи тс я порядка 70 млн.т золы, и с пользуе тс я втори ч но при мерно 10-15%. Е ж е годно вВ ороне ж с кой обла с ти обра зуе тс я порядка 6 млн.т промышле нных и бытовых отх одов, и зкоторых 600 т токс и ч ны. Р а внове с и е э кос и с тем вкрупных ма с шта ба х на руша етс я посре дс твом тех нологи ч е ски х ка та строф . Ч ернобыльска я а ва ри я 1986 г. (выброс ра ди онукли дов137Cs, 90Sn и др).

4

П ре дпри яти ями ри с ка восновном являютс я пре дпри яти я х и ми ч е ской промышле ннос ти , а томной э нерге ти ки . Т е плоэ нерге ти ка поста вляет в а тмос ф е ру окс и ды а зота и с е ры – Н2SO4, HNO3, обра зуютс я ки слотные дож ди , ока зыва ющ и е отри ца тельное вли яни е на би ос ф еру. Т а ки м обра зом, необх оди ма ра зра ботка тех нологи й сж и га ни я топли ва, уме ньша ющ и х выбросы NO2, SO2 ва тмос ф еру. Д ля за х ороне ни я ра ди оа кти вных отх одовдолж ны и спользоваться мощ ные, на и ме не е пори с тые породы – тра ппы с евера Си би рской пла тф ормы. Озон: 4 млрд.т (1 т NO2 ра зруша е т 1000 т О2). Я де рный взрывв1 мега тонну обра зует 5000 т NO2, для ра зрушени я вс е го О3 с лоя – 8 ядерных взрывов. П ри добыч е ми не ра льного с ырья возни ка ют проблемы: 1. Не полное и звлеч е ни е поле зных и с копа е мых и знедр; 2. П отери при перера ботке и обога щ е ни и горной ма с сы. Т а к, при перера ботке Fe руд вотвалы ух одят Cu, Zn, Co. И з А р-Nf руд и звлека ются а па ти т, а Р З Э , редки е мета ллы ух одят вотвал. П ерера ботка не ф ели нового сырья мож ет да ть ка ли й ное удобре ни е, а люми ни й . И сточ ни ка ми гли нозема могут с та ть гли нозе ми с тые золы бурых угле й (отх оды те пловых с та нци й ). В СШ А и зугольной золы получ а ют Al ч ерезпроме ж уточ ные AlCl3. З олы угле й ме с торож де ни й А зе й с кое (И ркутска я обл.), Э ки ба стуз, П одмосковный ба сс е й н с оде рж и т Al2O3 вколи ч ес тве 32-35%. З олы и с пользуются в ос новном для прои зводс тва цеме нта , ка ме нного ли тья, с и ли ка тного ки рпи ч а . А нга рс ки й цеме нтный за вод и с пользуе т угольную золу и шла ки Т Э Ц . З олы ка ме нных и бурых угле й с оде рж а т около 10% Fe, ре дки х э леме нтов: Ni, V, Mn, Li. Ж е ле зи стые ч а с ти цы могут уда лятьс я ма гни тной с е па ра ци е й и могут на й ти при ме не ни е для получ е ни я порошковвмета ллурги и . И звес тковые золы бе ре зовс ки х угле й с одерж а т Са О до 50%. И с пользуются вка ч е с тве за ме ни те ле й не га ше ной и зве сти для и звес ткова ни я ки слых поч в. В на стоящ е е время а ктуа льны ге оэ коте х нологи и – с озда ни е новых и скус стве нных ма те ри а ловс за да нными свой ствами . На при мер, ти та нова я кера ми ка – термоди на ми ч е ска я ус той ч и ва я а с с оци а ци я ч е тырех ми не ра лов: х олла нди т Ba (Al, Ti)2, ци рконоли т CaZrTi2O7, пе ровс ки т – CaTiO3, рути лTiO2. Т а ка я ке ра ми ка с пос обна и зоморф но поглощ а ть поч ти вс е э леме нты, содерж а щ и е с я ввыс окоа кти вных отх ода х а томной э нерге ти ки . Оч е нь ус той ч и ва к возде й стви ям окруж а ющ е й среды, с ох ра няетс я в ус лови ях земной коры до 2 млрд.ле т.

5

Л Е К Ц И Я 2. В О ЗД Е Й СТ В И Е М И Н Е РА Л О В И Х И М И ЧЕ СК И Х ЭЛ Е М Е Н Т О В Н А Ж И В У Ю П РИ РО Д У Д о не да вне го време ни э кологи я относ и ла сь к ци клу би ологи ч е ски х на ук, одна ко впосле дни е годы она вышла за и х ра мки и а кти вно ра зви ва етс я на с тыке е сте ствозна ни я и други х на ук. Отмети м всвязи с э ти м ра зли ч и я впоняти ях « ге ох и ми ч е ска я э кологи я» и « э кологи ч ес ка я ге ох и ми я», которые опре деляются ра зли ч и ем впре дмета х и с сле дова ни я. Е сли впервом случ а е та ковыми являются ж и вые орга ни змы и и х реа кци я на ге ох и ми ч ес кое возде й с тви е, то во втором – и с сле дуе тс я пове дени е х и ми ч е с ки х э ле ме нтоввус лови ях вза и моде й с тви я ж и вого и кос ного ве щ е ства, ус лови я и х ми гра ци и , на копле ни я и х а ра ктер возде й стви я на объекты ж и вой при роды. М е тодологи ч е ской ос новой целос тного, си стемного подх ода к ге ох и ми ч ески м проце с са м, прои с х одящ и м вра зли ч ных оболоч ка х З емли , втом ч и сле и в би ос ф ере, являе тся уч е ни е о ге ох и ми ч е ски х ци кла х . П оняти е « ге ох и ми ч е ски й ци кл» включ а ет с овокупнос ть явле ни й и проце с с ов, при водящ и х к круговороту х и ми ч е ски х э леме нтови с оеди нени й вра зли ч ных с ф ера х З емли . Оно позволяе т восс озда ть ге ологи ч е скую и стори ю х и ми ч е ски х э леме нтов, увяза в воеди но многообра зи е при родных проце сс ов. Выделяются ч а с тные ци клы, ра зви ва ющ и е с я ве ди ной ге ологи ч ес кой оболоч ке, а та кж е общ и й ге ох и ми ч е с ки й ци кл, ох ва тывающ и й вс е ге ос ф еры. Б и оге нна я ми гра ци я ве щ ес тва являетс я одной и зф орм все общ е й ми гра ци и э леме нтоввпри роде. П о К .И .Л ука шеву и И .К .Ва дковской , под би огенной ми гра ци е й следуе т пони ма ть ми гра ци ю орга ни ч е с кого и кос ного вещ е ства, уч а с твующ е го врос те и ра зви ти и ж и вых орга ни змови продуци руе мого пос ле дни ми врезульта те многообра зных и слож ных би ох и ми ч е с ки х и би оге ох и ми ч ес ки х проце с с ов. И нди ви дуа льные ци клы би оге нной ми гра ци и х и ми ч е с ки х э леме нтов за ви с ят от целого ряда ф а кторов: а ) потре бнос ти в ни х ж и вых орга ни змовв проце с с е свое го ра зви ти я; б) с ущ е с твовани я вподви ж ных и ле гко ус ва и ваемых ф орма х ; в) продолж и те льности ж и вых орга ни змов, потре бляющ и х э ти э леме нты; г) с пе ци ф и ки конце нтра ци и и х ра зли ч ными ч а с тями ра сте ни й и орга на ми ж и вотных ; д) э волюци и морф оф и зи ологи ч е с ки х ос обе ннос те й ж и вых орга ни змови ус та новле ни и опре деле нных би ох и ми ч е ски х отноше ни й ме ж ду ни ми и ге ох и ми ч е ской сре дой . В.И .В е рна дски й ука зыва лна ч резвыч а й но х а ра ктерную ч ерту вс его ж и вого, за ключ а ющ уюс я втом, ч то х и ми ч ес ки е э лементы, попа да ющ и е ве го ци клы, поч ти и з ни х не вых одят. П оэ тому кра й не а ктуа льным в на стоящ е е время являетс я и с сле дова ни е путе й пос туплени я на и боле е опа с ных для ч е ловека э леме нтоввци клы би оге нной ми гра ци и . С э той точ ки зре ни я важ ными являютс я поч ве нно-ла ндша ф тный и ги дрос ф е рный ци клы, которые х а ра кте ри зуютс я с пе ци ф и ч е ски ми ос обе ннос тями ми гра ци и вещ е ства . В первом и з ни х ос ущ е ствляетс я и звлеч ени е х и ми ч ес ки х э леме нтови з горных пород, воды, воздух а , ра злож е ни е орга ни ч ес кого вещ е с тва и с и нтез ра зли ч ных с оеди не ни й . В ги дрос ф ерном ци кле би оге нной ми гра ци и

6

гла вную роль и гра ют с оста вводы и би ологи ч е ска я де ятельнос ть ж и вых орга ни змов. Б и опродуци рова ни е вещ е ствздес ь ос ущ ес твляетс я при гос подс твующ ем уч а сти и ф и то- и зоопла нктона . Одни м и з путе й ми гра ци и х и ми ч е ски х э леме нтоввби осф ере мож е т с луж и ть би оге ох и ми ч е ска я пи щ ева я це пь. Она и ллюс три руе т э леме нты перви ч ной связи орга ни змови ге ох и ми ч е ской среды. Ва ж не й ши м с вязующ и м звеном ме ж ду ли тос ф ерой , ги дросф ерой , а тмос ф е рой и би ос ф ерой являютс я поч вы. Э то и определяет повыше нную степе нь опа с нос ти глоба льного тех ноге нного и зме нени я х и ми зма поч в, ч то при води т к на рушени ю все х ес те стве нных ге ох и ми ч ески х ци кловэ леме нтов. Совре менное с ос тояни е ге ох и ми ч е с кой э кологи и ка к ра здела на уки , ра зви вающ е гос я на стыке геох и ми и , би ологи и и ге огра ф и и , мож но ох а ра ктери зовать ка к оч ере дной э та п на копле ни я ф а ктов, когда с и сте мный подх од реа ли зуе тс я ли шь вотдельных случ а ях , с ти х и й но. И зуч е ни е геох и ми ч е ски х ци кловэ леме нтоввес ьма с держ и ва етс я возмож нос тями а на ли ти ки , огра ни ч е ннос тью да нных о ф орма х ми гра ци и и ус лови ях на копле ни я та ки х э ле ме нтов. На ука пока ра с пола га ет ли шь са мыми общ и ми , ч а щ е все го отрывоч ными да нными о ци кла х х и ми ч е с ки х э ле ме нтов, втом ч и с ле и на и боле е опа с ных для ч елове ка . В связи с э ти м при ра зра ботке с а ни та рно-ги ги е ни ч е ски х норма ти вов, связа нных с за грязне ни е м окруж а ющ е й среды, уч и тывае тс я, ка к пра ви ло, и зме не ни е х и ми зма ка кой -ли бо одной ч а сти при родной ге ох и ми ч е с кой с и с темы, т.е. одного и ззвеньевге ох и ми ч ес кого ци кла . Т а к выра ба тываются П Д К токс и ч ных ве щ е ствдля воздух а и воды, и сх одя и зкоторых и прои зводи тс я вна с тоящ ее вре мя э кологи ч е ска я э кспе рти за де ятельности пре дпри яти й . Одна ко мож но при вес ти це лый ряд при меров, когда врезульта те ра зли ч ного рода х и ми ч е ски х тра нс ф орма ци й и на копле ни я впоследующ и х зве ньях ге ох и ми ч е ской це пи токс и ч нос ть х и ми ч е ского э леме нта и ли е го с оеди не ни я по отноше ни ю к ж и вым орга ни зма м и ч елове ку резко возра ста е т. В с вязи с э ти м одной и з а ктуа льных за да ч э кологи ч еской ге ох и ми и являе тс я с озда ни е коли ч е с тве нных моделей ми гра ци и х и ми ч ески х э леме нтоввра зли ч ных э кос и с тема х . Е щ е более не отлож ной за да ч е й , котора я являе тся ч а стной при ре ше ни и пробле мы коли ч е стве нного моде ли рова ни я ге ох и ми ч ес ки х ци клов, являе тс я с озда ни е ге ох и ми ч е ской кла с с и ф и ка ци и за грязни теле й окруж а ющ е й среды, необх оди мой при ра с ши ре ни и промышле нного прои зводс тва и строи тельс тве новых предпри яти й вра й она х , не за тронутых пока ч еловеч ес кой де яте льнос тью. П ри ра зра ботке та кой кла сс и ф и ка ци и не обх оди мо уч е с ть с оста в возмож ных выбросоввги дрос ф еру и а тмосф еру, а та кж е вероятные тра нс ф орма ци и ф орм на х ож де ни я э леме нтов и ма с шта бы ф орми рова ни я тех ноге нных а нома ли й в конкре тных ла ндша ф тно-ге ох и ми ч е ски х ус лови ях . Одни м и з ти повза грязни те ле й окруж а ющ е й сре ды являются ра зведыва емые и э кс плуа ти руемые мес торож де ни я полезных и скопа емых . Э коми не ра логи я и э коге ох и ми я ме сторож дени й поле зных и скопа емых с та вят своей це лью ус та новле ни е за кономе рносте й ра с преде ле ни я и услови й на копле ни я би оа кти вных х и ми ч е с ки х э лементови и х соеди не ни й вме с торож де ни ях , а та кж е про-

7

дукта х тех ногенеза , возни ка ющ и х при ра зведке и э кс плуа та ци и э ти х мес торож де ни й . П ри э том э кологи ч е с ка я ми не ра логи я (э коми нера логи я) те с но связа на с э кологи ч е ской ге ох и ми е й (э коге ох и ми е й ), одна ко объе ктом е е и сс ле дова ни я являютс я уж е не э леме нты, а ми не ра лы впроце с с е и х вза и моде й с тви я с ж и вой при родой . К а к ми нера логи я в целом пре дста вляет с обой ф унда мента льную на уку в общ е й с и с те ме геох и ми ч е ски х зна ни й , та к и э коми нера логи я мож е т ра с сма три ва тьс я ка к одна и зос новэ когеох и ми и . Э коми не ра логи я, та ки м обра зом, являетс я обла стью на уки , за ни ма ющ е й с я ра с смотре ни е м э кологи ч е ски х проблем ми нера логи и . Ос новными и з ни х являютс я: 1) выявле ни е ф а кторов, опре де ляющ и х возде й стви е ми не ра лов горных пород и руд на ж и зне де ятельнос ть орга ни змов, на ра зви ти е би оге оце нозов; 2) и зуч ени е за кономернос те й ра спре деле ни я и ф орм на х ож де ни я токс и ч ных компоне нтоввми нера ла х , горных порода х и руда х ; 3) ра с смотре ни е ус лови й ми гра ци и э ти х компоне нтовпри ра зруше ни и и пре обра зова ни и ми нера ловвзоне тех ноге неза ; 4) выявле ни е ус лови й с орбци и -де с орбци и токс и ч ных компоне нтов ра зли ч ными ми не ра льными ч а сти ца ми , ч то связа но ка к с пони ма ни ем при ч и н ф орми рова ни я тех ноге нных ге ох и ми ч е с ки х а нома ли й , та к и с и спользовани ем тех и ли и ных ми нера ловвка ч е стве с орбе нтовпри оч и с тке выброс ови с токов. Г еох и ми ч ес ки е а с пе кты токс и ч нос ти х и ми ч е с ки х э леме нтов В ч и сло важ не й ши х пробле м э кологи и впосле дни е годы выдви нулс я геох и ми ч е ски й а на ли з токс и ч нос ти х и ми ч е ски х э леме нтов. Ос новные ч ерты х и ми зма ж и вого вещ е ства с ф орми ровали с ь е щ е на ра нне м э та пе ра зви ти я ж и зни , одна ко проце с сы э волюци и пос те пе нно при вели к ус лож не ни ю с ос та ва орга ни змовза с ч е т ми кроэ леме нтов, уч а с твующ и х вф ерме нта ти вных проце с са х . В ж и вом вещ е стве обна руж и ва етс я больши нс тво х и ми ч е ски х э лементовП ери оди ч е ской с и стемы, одна ко би ологи ч е ска я роль многи х и з ни х ещ е не ясна , а сле довательно, не и зве стно, являются ли они не обх оди мыми и ли с луч а й ными в с оста ве орга ни змов. Ч ем больше мы прони ка ем вс трое ни е ж и вого ве щ ес тва, тем боле е убе ж да емс я, ч то не т э лементов« полезных » и « вредных ». Д ля ка ж дого и з ни х е с ть опре деле нные гра ни цы с одерж а ни й , за пре дела ми которых « полезный » э леме нт превра щ а етс я во « вредный », ядови тый . М ногое за ви с и т и от ф ормы на х ож дени я э леме нта вка ж дом конкретном случ а е. П оэ тому отне с е ни е того и ли и ного х и ми ч е ского э леме нта к группе токс и ч ных на до ра с сма три вать ка к вес ьма ус ловное, отра ж а ющ е е ли шь выс окую ве роятность проявле ни я не га ти вных возде й стви й его на ч еловека вс овреме нном ми ре. В ч и сле на и боле е опа с ных мож -

8

но на зва ть та ки е ми кроэ леме нты, ка к ртуть, сви не ц, мышьяк, ка дми й , х ром, ни кель, коба льт, моли бде н, с еле н, ме дь, ци нк, бери лли й , та лли й . В ра й она х , где ф орми ровали сь ра зли ч ные ви ды орга ни змов, в проце с с е сме ны ми лли онов поколе ни й оф орми лс я и и х с пе ци ф и ч е ски й с оста в, отра ж а ющ и й ос обе ннос ти х и ми зма сре ды ж и зне де ятельнос ти . У орга ни змоввыра ба тыва ла сь с вое обра зна я при выч ка на ка пли вать вопределенной ф орме э леме нты, ра с прос тра не нные на роди не ви да . П ос тепе нно при выч ка ста нови ла с ь ге не ти ч е ской особе ннос тью да нного ви да . Е сли при ра с ши ре ни и а реа ла е го ра с простра не ни я орга ни зм ока зывалс я ви ной ге ох и ми ч ес кой обс та новке, с тремле ни е на ка пли вать « родные» для него э леме нты с ох ра нялос ь. Э ти м, по-ви ди мому, и объяс няютс я та ки е ф а кты, ка к на коплени е кукурузой – золота , та ба ком – ли ти я, бледной пога нкой – с елена и други е, которые не вс е гда объяс ни мы с точ ки зрени я ф и зи ологи и . Ч а сто и он ка кого-ли бо э леме нта , ос обенно при е го не дос та тке в сре де ж и зне де яте льнос ти орга ни зма , мож ет за ме щ а тьс я бли зки м ему по ра змера м и за ряду и оном другого э ле ме нта . Ос обе нно ши роки й с пе ктр за ме щ е ни й возмож е н вме та ллоф ерме нта х . И зве стны с луч а и , когда води н и тот ж е ф ерме нт могут вх оди ть до 15 ра зли ч ных ме та ллов, при э том, е с те ственно, е го а кти внос ть ме няетс я. Т а к, при вх ож де ни и вдека рбокс и ла зу ма гни я на ме сто ма рга нца е е а кти вность уме ньша етс я, а при вх ож де ни и коба льта , ни ке ля и ли ци нка – полностью прекра щ а е тся. В случ а е ж е ка рбокси льной пе пти да зы, на оборот, при за ме щ е ни и ци нка на ма рга не ц, коба льт, ни ке ль е е а кти внос ть ста нови тся ни ж е, а медь, ка дми й , ртуть, сви не ц и вовсе пре кра щ а ют де ятельность э того ф ерме нта . В на стоящ е е время ус та новле но, ч то ра зви ти е при с пос оби те льных реа кци й орга ни змовк ге ох и ми ч е ски м ус лови ям сре ды и опре деле нным конце нтра ци ям х и ми ч е ски х э леме нтоввне й с оста вляет важ не й шую х а ра ктери с ти ку орга ни за ци и би осф еры. В результа те е с тес твенного отбора появляются ф ормы, ус той ч и вые к э кстре ма льным ф а ктора м. Опыты с ми кроорга ни зма ми сви де тельс твуют, ч то и х ус той ч и вос ть к выс оки м конце нтра ци ям х и ми ч ес ки х э леме нтовмож е т при обре та ть на следственный х а ра ктер. В.А .В ыч и нс ки й ука зыва е т на общ ую те нде нци ю на копле ни я ра с се янных э ле ме нтовпросте й ши ми орга ни зма ми , при водящ ую к пос те пе нному уве ли ч е ни ю конце нтра ци и ме та лловвтроф и ч ес ки х це пях , ч то предс та вляе т вконеч ном и тоге опа с нос ть для ч еловека . Б е с покой с тво вызыва ет и общ е е пос тупа тельное на копле ни е ра зли ч ных ми кроэ леме нтовв сре де ч еловеч е ской ж и зне деятельнос ти . Р е ч ь долж на и дти , по с ущ е с тву, об и зме не ни и х и ми зма сре ды оби та ни я ч елове ка ка к би ологи ч ес кого ви да . Содерж а ни е многи х х и ми ч е ски х э леме нтовввоздух е, воде, пи щ е ли шь в и нтервале ж и зни одного поколе ни я люде й и зме ни ли с ь во много ра з. Э то являетс я бе с пре цедентным случ а ем ви с тори и ра зви ти я би осф еры и ч ем грози т ч елове ч е ству, пре дс ка за ть нельзя. У ж е с е й ч а с мы на блюда ем грозные с и мптомы на дви га ющ е й с я бе ды: на гла за х одного поколе ни я появи ли с ь ра зли ч ные ви ды а ллерги и , резко увели ч и лос ь коли ч е с тво ра ковых за боле ва ни й , которые и являютс я пока за телями на ч а вши х с я с лож ных и зме нени й ворга ни зме ч еловека .

9

В на с тоящ е е время ли шь вес ьма не уве ре нно ре ша е тся проблема и зуч е ни я токс и ч е ского возде й стви я на орга ни змы люде й отде льных на и боле е вре дных вещ е с тв, на ка пли вающ и х ся вокруж а ющ е й среде. Одна ко уж е возни кла не обх оди мос ть компле кс ного и с с ле дова ни я вероятных отда ле нных пос ледс тви й и зме не ни я ге ох и ми и среды оби та ни я ч еловека , а та кж е оце нки результа товдли тельного возде й с тви я все го с пе ктра х и ми ч е с ки х э леме нтовна би ологи ч е ски е с ообщ е с тва. Л Е КЦ ИЯ 3 ЭК О Л О ГИ ЧЕ СК О Е ЗН А ЧЕ Н И Е Х И М И ЧЕ СК И Х ЭЛ Е М Е Н Т О В Э кологи ч е ское зна ч е ни е х и ми ч е ски х э леме нтовобыч но многопла новое . В ч а с тности , среди токс и ч ных мета лловпо би ологи ч е ской важ нос ти выде ляютс я гла вные ж и зне нно необх оди мые Mg, Ca, Mn, Fe, Na, K, Co, Cu, Zn, Mo, а та кж е возмож но ж и зне нно важ ные, но сла бо и зуч е нные, сре ди которых и звестны мета ллы с уж е ус та новле нными полезными ф ункци ями для некоторых ра с те ни й и ж и вотных (Al, As, Li, Ni, Rb, Se, Sr, Ti, V и др.) и с прогнози руе мыми (Be, Cd, Si, Cr, Sc, Ba, Cs). И меютс я да нные по норма льным и э кс трема льным не доста точ ным и и збыточ ным с одерж а ни ям некоторых э леме нтоввпоч вах и ра с те ни ях , а та кж е для с ельс кох озяй с твенных ж и вотных . Э ти оце нки и зме нч и вы и пока зыва ют ли шь возмож ный при мерный урове нь с одерж а ни й . На и более слож ной и сла бо и зуч е нной проблемой являе тся ме ди коса ни та рное норми рова ни е воздей с тви я э леме нтовна ж и зне деятельность. П редельно допус ти мые конце нтра ци и П Д К и други е нормы выведе ны э мпи ри ч ески , при отс утс тви и общ е й те ори и вопроса . Они не уч и тыва ют да ж е гла вные ос обе ннос ти х и ми зма при родных и тех ноге нных с и с тем, для которых пре дна зна ч е ны, и не все гда при вяза ны к опре деленным с оеди не ни ям и ли ф орма м на х ож де ни я э ле ме нтов. Не ре ше ны вопросы с умма рного вли яни я не с кольки х э леме нтов– э ф ф е ктови х а нта гони с ти ч е ского (с ни ж а ющ е гос я) и ли с и не ргети ч е ского (уве ли ч и вающ е гос я) вза и моде й с тви я. Э та проблема на и боле е ос тра , та к ка к обыч но вэ когеох и ми ч е ски х с и стема х при с утс твуют а с с оци а ци и большого ч и сла э леме нтов. А .К а ба та -П е нди а с , Х .П е нди а с обобщ и ли и ме ющ и е с я да нные по э тому вопрос у для ра сте ни й (ми кроорга ни змов). Они сдела ли вывод, ч то на и боле е полно а нта гони зм и зуч е н для Fe, Mn, Cu, Zn, а та кж е для Cr, Mo, Se; а нта гони зм и с и нерги зм нередко сме няют другдруга . Си не рги зм ме ж ду ми кроэ леме нта ми вра с те ни ях обыч но не дока за н. В ч а стнос ти , упомянутые а вторы подверга ют с омне ни ю да нные о с и нерги зме Cd с Pb, Fe, Ni. Д ля ж и вотных та ки х обобщ ени й е щ е не выполнено, за и сключ е ни ем и с сле дова ни й по с овме с тному де й стви ю ра зли ч ных ра ди онукли дов. П ри с овмес тном при с утс тви и вэ кологи ч е ской с и с теме не скольки х токс и ч ных вещ е с тв(1, 2, … , n) с умма и х конце нтра ци й не долж на превыша ть еди ни цы при ра сч е те по ф ормуле: С1/П Д К 1 + С2/П Д К 2 + … Сn/П Д К n≤1,

10

где С1,2… n – ф а кти ч е с ки е конце нтра ци и токси ка нта , П Д К 1,2… n - пре дельно допус ти мые конце нтра ци и тех ж е вещ е с тввсоответс твующ е й э кос и с теме. П ос кольку одни м и зос новных ре гули рующ и х ф а кторовэ кологи ч ес кой роли э ле ме нтовявляе тся с те пе нь и х подви ж нос ти и время при с утс тви я вконкре тной сре де (ли то-, ги дро-, а тмо-, би о-) э то не обх оди мо уч и тывать во все х геоэ кологи ч е ски х пос троени ях . Впе рвые на уч ное зна ч е ни е ра зделе ни я ге ос ф ер и ф и зи ко-х и ми ч е ски х сре д З емли ус та нови л В.И .В е рна дс ки й , который пока за л, ч то и х ра зли ч и я и ме ют больше е зна ч е ни е, ч ем сх одс тва. О гла вном сх одс тве уж е говори лос ь, а ра зли ч и я с та новятс я оч еви дными , е сли сф еры (ми не ра лов, руд, пород, поч в), ж и дкой – ги дрос ф еры (ти поввод), га зовой – а тмос ф еры. Б и ос ф е ра , объе ди няющ а я всюду прони ка ющ и м ж и вым вещ е ством вс е переч и с ле нные косно-ми не ра льные с оста вляющ и е верх не й ч а с ти З емли , та кж е с пе ци ф и ч на по с ос та ву, с ос тояни ю и време ни обра щ е ни я х и ми ч е с ки х э леме нтови и х с оеди не ни й . Не только би ос, но и ми нера льное вещ е ство прони ка ет во все ра зли ч ные ф и зи ч е ски е с ре ды поверх нос ти З е мли , опре де ляя ми кроэ леме нтный с оста вводы (взвес ь) и воздух а (а э розоль), и э то та кж е объеди няет ра зли ч ные ге оэ кологи ч е ски е среды. На и более комплекс ным и реа ги рующ и м на и змене ни е с оста ва всех с ос та вляющ и х объе ктовявляютс я поч вы. В и х с оста ве отмеч а ютс я вс е ци кли ч е ски е гла вные компоненты и многи е ми кроэ леме нты с х а ра ктерной для ка ж дого с те пе нью на копле ни я – выноса . Д ля одного и того ж е э леме нта вели ч и на при вноса – выноса ме няетс я и за ви с и т от ус лови й среды. В е ли ко вли яни е ра зли ч ных ге ох и ми ч е ски х , ге оморф ологи ч е ски х , кли ма ти ч ески х , ла ндша ф тных и други х ф а кторовна э ндоге нную и э кзоге нную ми гра ци ю э леме нтов. В с вое время В .И .В е рна дс ки й для коли ч е стве нного выра ж е ни я ге ох и ми ч ески х за ви с и мос те й и с пользовал поняти е кла рк конце нтра ци и э леме нта (отношени е конкретного с оде рж а ни я э леме нта вобъе кте и ли си с теме к кла рку э леме нта ). Э то поняти е ши роко вошло воте ч ес тве нную ли тера туру и впа мять о В.И .Ве рна дс ком и для кра ткос ти на зва но верна д. В ка ч е с тве оце нок кла рков земной коры для больши нс тва э леме нтовпри няты сре дни е зна ч е ни я. Введе ны та кж е новые поняти я, х а ра ктери зующ и е э коге ох и ми ч ес ки е и геоэ кологи ч е ски е ос обе ннос ти э леме нтов: и х ли тотокси ч нос ть, а та кж е ги дротокс и ч нос ть – а тмотокс и ч нос ть, ге оэ коф и льность и пока за тели ге оэ кологи ч нос ти . П ока за тель геоэ коф и льности Г Э Ф – отноше ни е кла рка К л(ф ерсма , ф она ) э леме нта вс и стеме к е го П Д К и ли другому э колого-ги ги е ни ч е с кому пока за телю (ВД К , ОБ У В) вэ той с и сте ме. Р а зли ч а ютс я: ги дроэ коф и льнос ть Г Э Ф г = К лг/П Д К г; а тмоэ коф и льнос ть Г Э Ф а =К ла /П Д К а ; поч воэ коф и льнос ть Г Э Ф п=К лп/П Д К п; би оэ коф и льнос ть Г Э Ф б=К лб/П Д К . П ока за тели ге оэ кологи ч нос ти : общ а я ге оэ кологи ч нос ть э леме нта ОГ Э =ВТ с р, где Т с р=(Т л+Т а .г.)/2, В – верна д э лемента би ос ф еры; ге оэ кологи ч еска я опа с нос ть Г Э О = В Т с р П , где П – пока за тель па тологи ч ности (П и збытка +

11

П не доста тка ); ги дроэ кологи ч нос ть э ле ме нта Г Э г=В Т г Э (Э ряд ги дроэ коф и льности ); а тмоэ кологи ч нос ть Г Э а =В Т а Э (Э – ряд а тмоэ коф и льнос ти ). На ос нове коэ ф ф и ци е нтовли тотокс и ч нос ти Т л подсч и та ны зна ч е ни я ли тоэ кологи ч нос ти ра зли ч ных объе ктов. Элеме нта рный э коге ох и ми ч ес ки й па ра метр ли тоэ кологи ч ности э леме нта Г Э =ВТ л, где В – кла рк конце нтра ци и (верна д) э леме нта . Д ля глоба льных пос трое ни й и с пользуе тс я кла рк э леме нта земной коры и ли би ос ф е ры, для ре ги она льных – ф ерсм, для лока льных – ф он. Сумма рный э коге ох и ми ч е ски й пока за тель ли тоэ кологи ч нос ти ми не ра ла Г Э м ра с сч и тывае тс я с ле дующ и м обра зом: ГЭм =

1 Y

n

∑ (Г Э ) i =1

i

= Г Э 1 + ... + Г Э n ,

где Y – пока за тель устой ч и вости ми нера ла , уч и тывающ и й х и ми ч е скую, мех а ни ч е с кую и ги дроа э роди на ми ч е скую ус той ч и вость и и ме ющ и й три гра да ци и : выс окую (Y=10), сре днюю (Y=5) и ни зкую (Y=1). Э тот пока за тель да е т предста влени е об относ и тельной поте нци а льной э кологи ч е ской не бла гопри ятности ми нера льного ли тообъе кта и ли те рри тори и . Средни е зна ч е ни я могут быть подсч и та ны для всех ми нера лов, ме сторож де ни й и т.д. Д ля ми нера ловса мый выс оки й Г Э м ртути са мородной 1.108, ки новари 5.106. Г и ги е ни ч ес ки е оце нки токс и ч нос ти х и ми ч е с ки х э леме нтов (П Д К и др.), и с пользуе мые при э кологи ч ес ки х и с с ледова ни ях , не уч и тывают ге ох и ми ч ес ки е па ра метры (кла рки , ф ерсмы и др.). П ри с опос та вле ни и и меющ и х ся зна ч е ни й П Д К и сте пе ни токс и ч ности мета ллов(I, II кла сс ы опа с нос ти , общ етокси ч ные) с и х полож е ни е м впери оди ч ес кой с и с те ме и зна ч е ни ями кла рковвзе мной коре общ и х за ви с и мосте й не обна руж е но. В ме нделее вской с и стеме с упер- и высокотокс и ч ные мета ллы (Be, Co, Hg, Tl, Pb. U и др.) с ос е дствуют с общ е токс и ч ными , а ра с прос тра не нные мета ллы нередко и ме ют П Д К бли зки е и ли да ж е боле е ни зки е , ч е м ре дки е. М ож но ли шь отмети ть, ч то ос обе нно на с ыщ е на на и боле е токс и ч ными мета лла ми II группа пери оди ч е с кой с и с темы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Cd, Hg), а та кж е дли нные пе ри оды 4-й и 6-й ) и а кти нои ды (возмож но, ла нта нои ды), где ус та новле на высока я токс и ч нос ть V, Cr, Co, Ni, Th, U и др. Обра щ а ет вни ма ни е ф а кт на и больше й токс и ч нос ти ми кроколи ч ес твряда ре дки х ме та ллов. В озмож но, э то связа но не с ге ох и ми ч ес ки ми ос обе нностями са ми х ме та ллов, а со сла бой а да пта ци е й ж и вых орга ни змовк редки м мета лла м, те х ноге нные конце нтра ци и которых относ и тельно не да вно появи ли с ь вокруж а ющ ей сре де. Б ыли подсч и та ны вели ч и ны отноше ни й ге нера льных оце нок сре дни х содерж а ни й токси ч ных ме та ллов (с ое ди нени й ) К л в опре деле нных при родных сре да х к и х П Д К вс оответствующ и х сре да х – воздух е П Д К сс , воде П Д К в, а та кж е коэ ф ф и ци е нты ге оэ коф и льности э леме нтов(Г Э Ф ), , пре дс та вляющ и е с обой отноше ни е К л:П Д К . П о с ни ж е ни ю зна ч е ни й Г Э Ф гвводной с ре де (ги дроэ коф и льнос ть) получ е н сле дующ и й ряд: Li 0,1; Mg, Fe 0,08; Mn, Cu 0,07; Se 0,06; Be 0,05; As 0,04; Sr 0,035; Ti, Pb 0,03; Al, Tl, Ba 0,01; Cr 0,01-0,02; V 0,009; Ag 0,007; Ni 0,005; Zn 0,004; Nb 0,003; Mo 0,002; Hg, Cd, Sb 0,001; Th<0,001; W 0,0006; Co 0,0001; для

12

а тмос ф е рного воздух а (а тмоэ коф и льнос ть) ряд та кой : Ni 0,28; Be 0,18; Cr 0,066; Cu 0,023; Pb 0,018; Mn 0,016; As 0,009; Hg 0,004; Zn 0,0037; V 0,0027; Co 0,0012. П а ра метры ги дро- и а тмоэ коф и льнос ти позволяют пере й ти к с оотве тс твующ и м коэ ф ф и ци е нта м сте пе ни э котокс и ч нос ти (Т г и Т а ), которые мож но и спользовать для опре делени я относ и те льной с умма рной оце нки с ос тояни я геоэ кологи ч нос ти воздушных и водных сре д. Э лементы с выс оки ми зна ч е ни ями Г Э А (0,01 – 0,n) внос ят больши й вкла д, поэ тому для ни х ус ловно при няты выс оки е пока за тели : Э г=100-20: Li 100; Mg, Al 90; Fe, Mn, Be 80; Cu 70; Se, As, S 60; Ra 50; Pb 40; Ti, Cr 30; Ba, Tl 20; Э а =100-40: Be 100; Ni 90; Cu 80; Pb 70; Cr 60; Mn 50; As, Ca 40. Д ля э леме нтовс ме ньши ми Г Э Ф (<0,01) при Э г = 10 (Fe, Ba, Mn, Cr, V, Ti, Th, Nb, Sn, Mo, As, Pb, Zn, Sb, Hg, Cd, Co, U) и Э а = 10 (Ca, Cr, Zn, As, V, Co, Hg, F). В отли ч и е от Г Э л (ли тоэ кологи ч нос ти ) объектови с и с тем с оответс твующ и е пока за тели ги дроэ кологи ч нос ти Г Э г и а тмоэ кологи ч ности Г Э а подсч и тываются по с ле дующ и м ф ормула м: n

Г Э Г = ∑ ( Г Э ⋅ Э ) i = Г Э 1 Э г + ... + Г Э n Э n ; i =1 n

Г Э а = ∑ ( Г Э ⋅ Э ) i = Г Э 1 Э а + ... + Г Э n Э а . i =1

П ри ра с ч е та х Г Э i зна ч е ни я В берутс я для с оответствующ е й с ре ды - водной и ли воздушной , зна ч е ни я Т г и Т а и з та бли ц, а Э г,а – и з при ве де нного ряда (см. при лож е ни я). Д ля ге оэ кологи ч е с кой х а ра ктери сти ки ми кроэ леме нтовс ущ е с твенное зна ч е ни е и ме ют све де ни я о и х па тологи ч нос ти -П при и збытке и не доста тке вокруж а ющ е й сре де . В пе рвом при бли ж е ни и та кое поняти е да ют ряды с ни ж а ющ ей с я относ и те льной па тологи ч нос ти П ми кроэ леме нтовпри и х и збытке и ли не доста тке , с ос та вле нные и сх одя и з коли ч е с тва ус та новле нных ти повза болевани й и па тологи й для ка ж дого э леме нта : при е го и збытке – Hg (21), Ba (20), As (19), Tl (17), Ni (15), Be, Cd, Pb (по 14), F (13), Co (12), Br (11), Fe, Cu (10), Se, Al (9), V, Cr, Mo, B (8), Mn (7), Li (6), Si (5), I, Bi, Sr, Pt (4), In (3), Zn, Ag (2), W, Sn (1?); при не доста тке – Zn (14), Fe , Cu (по 13), Se (10), Co, Mn (8), Mo (5), Ni (4), F, Pb (3), Cd, Si (2), B, Br (1), Al (?)… . Д ля ма кроэ леме нтовдета льные обобщ е ни я отс утс твуют, одна ко и звес тно огромное зна ч е ни е ка к не доста тка , та к и и збытка гла вных би оэ леме нтов– Ca, Na, K, C, S, Mg, P, N и др. П ри ве де нные оце нки коэ ф ф и ци е нтовге оэ кологи ч нос ти э леме нтовявляютс я полуколи ч е с твенными , но да ют общ е е пре дста вле ни е о с остояни и с оотве тствующ и х с ре д. Одновременно они за ста вляют обра ти тьс я к да нным по ге ох и ми и токс и ч ных ве щ е ств, ч тобы и с пользовать и х для ра с ши рени я рядовГ Э , Т , Г Э Ф и други х и выявле ни я гла вных э коге ох и ми ч е ски х свой с твэ леме нтов. И сх одя ж е и з при веде нных да нных мож но ска за ть, ч то ва ж ным, вероятно, ока ж е тся с оч ета ни е не скольки х свой ств, среди которых , кроме зна ч и те льного превыше ни я и ли не дос та тка по с ра вне ни ю с кла рковой ра с прос тра не ннос тью В,

13

будут ге оэ кологи ч е с ки е ос обе ннос ти и ми гра ци онна я с пос обнос ть э леме нтови с ое ди не ни й . Б .Б .П олыновым предлож ен коэ ф ф и ци е нт водной ми гра ци и э лементовК в: К в = 100mx/а К х , где m – с оде рж а ни е э леме нта вводе, г/л, а – ми нера ли за ци я (при нята 0,43 г/л), К х – с оде рж а ни е э ле мента впорода х (кла рк ли тос ф е ры и ли ф ерс м, ф он). П о э тому ж е при нци пу ра с сч и тывае тс я коэ ф ф и ци е нт а тмос ф ерной ми гра ци и К а : К а = 100n х /а К х , где n (нг/м3) = В (сре дне е с одерж а ни е ввоздух е на д юж ным полюс ом) + А (сре дне е содерж а ни е ва э розоле ); а – средняя за пыле ннос ть а тмосф еры (при нята 0,05 мг/м3). П оведени е э леме нтоввэ кзоге нных – ги перге нных проце с са х во многи х случ а ях мож ет быть ох а ра ктери зова но в ге ох и ми ч е ски х коорди на та х , одна ко большое зна ч е ни е при обре та ют свой с тва би оф и льнос ти Б ф и та ла с с оф и льнос ти Т э леме нтов. П о А .И .П е рельма ну, э ти с вой ства х а ра ктери зуют отноше ни я э леме нта вж и вом вещ е стве Б ф и вморской воде Т к кла рку э того э ле ме нта вли тос ф е ре . Б и оф и льнос ть с а ма я выс ока я для р-э леме нтов(С 789; N 160; O 1,5; S, Cl, B 1; P 0,75; Br 0,7) и для некоторых s-э леме нтов(H 70; Ca 0,2; K 0,1), для оста льных – 0,0n – 0,00n. Т а лла сс оф и льность та кж е на и более выс ока я у Р э леме нтов(Cl 111; Br 30; S 1,8), а сре ди s-э леме нтову Н – 71, для ос та льных она варьи руе т от 0,n (Na, B, I) до 0,0n (С, Mg, Se, Sr, K, Ca) и ни ж е . У с та новле на за ви с и мос ть меж ду и онным поте нци а лом µ и ф и тоа кти вностью – ч е м он ни ж е (Ba, Ca, K, Cs, Rb, Na, Li), те м а кти внее э ле ме нт на ка пли ваетс я вра сте ни ях , а по мере увели ч ени я µ (Be, B, V, Cr, P, Mo) э та а кти внос ть с ни ж а е тся (х отя Р и М о являютс я и сключ е ни ями ). Б и ох и ми ч ес кое пове де ни е э ле ме нтов, на и более полно и зуч е нное в орга ни зме ч еловека , с ре ди многи х конце нтра ци онных пока за теле й х а ра кте ри зуе тс я двумя важ не й ши ми ди на ми ч е ски ми па ра метра ми – коэ ф ф и ци е нтом (доле й ) вса сыва ни я э леме нта и з ки шеч но-ж елудоч ного тра кта В с и пери одом би ологи ч е ского полувыделе ни я э леме нта Т б (вре мя, в теч е ни е которого с оде рж а ни е э леме нта ворга не и ли орга ни зме уме ньша етс я вдовое): Т б = 0,693: λ, где λ - постоянна я выведе ни я t -1, с ут. П о да нным Ю .И .М оска ле ва, на и боле е полным вса сыва ни е м, ра вным 1,0, обла да ют s- и р-э лементы. Среди s-э леме нтовэ то Н и все ме та ллы группы IA, с реди р-э лементов– все не ме та ллы 2-го ряда (B, C, N, O, F), а та кж е Cl и полуме та ллы As, S (0,8), Se (0,9). С увели ч е ни ем сте пе ни мета лли ч нос ти и а томного номера э ле ме нта вели ч и на вс а с ыва ни я в общ ем с ни ж а е тся, одна ко у та ки х с упе ртокс и ч ных мета ллов, ка к Hg (0,4), Tl (0,4), Cd (0,1), а та кж е у с и льно токс и ч ных М о (0,8), Mn (0,1), Cr (0,1), Co (0,3) оста е тс я высокой . Т ех ноге нна я ми гра ци я э леме нта во многом связа на со сте пе нью е го промышле нного и с пользова ни я по сра вне ни ю с кла рком и х а ра ктери зуе тс я коэ ф ф и ци е нтом тех ноф и льнос ти Т ф :Т ф =О/К л, где О – годова я добыч а э леме нта , т, К л– его кла рк вземной коре. Т ех ноф и льность э леме нтовме няе тся от n.1011 для на и боле е и с пользуемого С до n.105 и ме не е для е щ е не на шедши х ши рокого при ме не ни я ре дки х мета ллов(Ga, Tl, Rb, Sc и др.). Д ля целе й э кологи и важ ное зна ч е ни е и ме е т та кж е коли ч е ство э лемента , которое добываетс я и з недр, но в

14

проце с с е передела выбра с ыва етс я вокруж а ющ ую с реду. Са мые выс оки е пока за тели вэ том пла не х а ра ктерны для ре дки х ра с с е янных э леме нтов(Rb, Cs, Tl, Ga, In, Ge, Cd и др). Н.Ф .Г ла зовс ки м пре длож е н ряд коэ ф ф и ци е нтовдля тех ногенеза . К оэ ф ф и ци е нт те х ноге ннос ти э леме нта Т х пока зывает с тепе нь общ е го вовлеч ени я э леме нта втех ноге нную ми гра ци ю во все х ф орма х ; он ме няетс я следующ и м обра зом : 1011 – Au; 1010 – Ni, Bi, U; 109 – Cd, W, Pb, Cu, Ag, I, As, Se, Mo; 108 – Cl, Ba, S, Na, Sn, Ca, P, Fe, Be, B, Ge, F, Ti; 10 7 – Br, Mn, Hg, Co, V, Ga, K; 106 – Mg, Li, Al, Tl, Sc. К оэ ф ф и ци е нт тех ноге нного и с пользова ни я э леме нта Н – отношени е (в%) коли ч е с тва с пе ци а льно добытого э ле ме нта к е го общ ему коли ч е с тву, вовле ч е нному вте х ноге нез; Н – ме няетс я та к (%): 98 – Cl, 91 – Na, Cu, Ag, Ba; 88 – Li, Fe, Pb; 87-86 – Sn, Ni; 83-81 – Gr, Zn, Ca; 77 – Hg; 71 – Br; 55-54-P, Mn; 45 – Mo, F; 83-81 – Cr, Zn,Ca; 77 – Hg; 71 – Br; 55-54-P, Mn; 45 – Mo, F; 43 – W, 38 – Cd; 31 – B, Co; 25 – Bi; 22 – K; 20 – S; 17 – As, N, Al, U; 7 – Se; 2 – Be; n – Si, V, I; 0,8 – Ge; 0,4 – Sc; 0,02 – Ga. В ыведе ны та кж е глоба льные и ре ги она льные модули тех ноге нного возде й стви я Т д – отношени е общ е го коли ч ес тва моби ли зова нного э леме нта (вещ ес тва ) к площ а ди возде й стви я. П олуч е ны следующ и е зна ч е ни я глоба льных модуле й (кг/м3): 1000 – 500 Na, Cl, Ca, Fe; 500 – 200 S; 200 – 100 N, K, 100 – 50 Al; 50 – 20 P; 20 – 10 Ti, Mn; 10 – 1 B, F, Mg, Cu, Zn, Zr, Ba, Pb; 1-0,1 V, Cr, Ni, As, Br, Sr, Mo, Cd, Sn, I, U; 0,1 – 0,001 Be, Sc, Co, Ga, Ge, Bi; 0,01 – 0,001 Li, Ag, W, Au, Hg, Tl; ),001-0,0001 Cs. Он ж е предлож и л пока за тель би оте х ноге ннос ти э леме нта Б г – отноше ни е с одерж а ни я э леме нта вж и вом вещ е с тве орга ни зма к кла рку би ос ф е ры (ноос ф еры). А на ли з Б г пока за л, ч то вра зных при родных зона х и с пользова ни е одного и того ж е х и ми ч е с кого э леме нта ра с те ни е м мож е т зна ч и те льно отли ч а ться. Т а к, Р на и боле е и нте нс и вно на ка пли вае тся вра сте ни ях тундры и степе й , N, Mn, Ba, и Zn – вра с те ни ях ле с ной и с те пной зон, К и Cr – вс те пной зоне, Na, S, Cl, Sr, Cu, Fe – впус тынной . В общ ем, втундровой и ле с ной зона х вра с те ни ях конце нтри руютс я пре и мущ е с тве нно ка ти оноге нные э леме нты, а встепной и пус тынной а ни оноге нные. Т а бли ца К оэ ф ф и ци е нты геотокси ч нос ти (ли тотокси ч нос ти ) Т лэ леме нтовпо ге ох и ми ч е с ки м группа м Э леме нты К ла с с опа сно- Т л сти Л и тоф и ль- Си де- Си дер Х а лькоХ а лько- Л и тоные роли т оф и ль с и дероф и льх а лькоф и льоф и ль ные ные ф и льные ные ные Супе ртокс и ч ные I кла с с

15 10

Hg Cd Tl Pb Se Te As Sb

n

Sr*

Be U Ra Rn n Cs nI Pu B F Th

-

-

-

V Cr Ru

n

Ru

Co Ni

15

I-III кла сс ы

5

Cu Zn S Bi Ag

Общ етокс и ч ные – IV кла с с

1

-

Ba Mo In Ge Sr

W Al Li N2 Mn TR? Cs Cl Sc? Sn Y? P Nb La? Ce? Zr Ti Na K Ta Rb Ca Si Mg

C**

Os

Pt

Fe Ti

Ir

Rh Pd

* nSr и други е – ра ди отокс и ч ные нукли ды ** Отде льные с ое ди не ни я C, Cl, P относ ятс я к I, II и IV группа м опа с ности , а с ое ди не ни я S, Al, N – ко II и IV группа м. Т а бли ца К оэ ф ф и ци енты а тмо-, ги дротокс и ч нос ти э лементов, с ое ди не ни й Т а ,г К ла с с опа снос ти Супе ртокс и ч ные и I кла с с

Т а ,г Э леме нт, с ое ди не ни е 100 Hg, Be, Pb, и др., Na-ме ти лди ти ока рбома т, озон, CCl4, х лора ни ли н (F), а нги дри т-Cr, Cl; х рома ты; ли нда н, мети лни троф ос, ме та ф ос, х лорокс и д-Р , ци а нх лори д, ди э ти лсви не ц, х лори нда н, ди э ти лртуть, бе нз(а )пи ре н, х лорф и н, э ти лмеркурф ос ф а т, на ф тох и нон, ф орма льде ги ды, nни троа ни ли н; 3,4,7,8-ди окс и н, ди х лорэ ти ле н, три х лорби ф е ни л, те тра э ти лолово II кла с с 50 S, H2S, As, Sb и др. на ф толы, ф ени лы, бе нзолы; га зообра зные ф тори ды, HF, х лороф орм, х лорэ ти ле н, ме та н; а це ти ла це та ты Fe, Сщ , Сr; ф е рроци а ни ды, три х лорэ ти ле н, Д Д Т ?, Г Х Ц Г ?, Б П Х ?, ци клогекса н, ф тори ды (сла бора створи мые), ни трох лорбе нзолы III кла с с 10 NO2, CO2, CO, мети ловые э ф и ры, с ероугле род, и общ е токс и ч ные SO2, с ульф а ты, а мми а к, а ммони й , ф енолы, э ти ле ны и др. П ри ме ч а ни е. П одч е ркнуты на и боле е ра с прос тра не нные токс и ка нты прои зводс тв. Л Е К Ц И Я 4. О СН О В Н ЫЕ П РО Ц Е ССЫ Т Е Х Н О ГЕ Н Н О ГО РА ССЕ Я Н И Я И К О Н Ц Е Н Т РИ РО В А Н И Я ЭЛ Е М Е Н Т О В И П РИ Н Ц И П Ы ИХ О Ц Е НКИ

Одной и з важ не й ши х пробле м э кологи ч е ской геох и ми и являе тс я обе с печ е ни е ч и стоты а тмосф еры городс ки х а гломера ци й , сох ра не ни е ес те с тве нного

16

с оста ва поч ви при родных вод. В оздух , поч ва и вода – ос новные компоне нты би ос ф еры врезульта те и нте нс и вной прои зводстве нной де яте льнос ти на х одятся под угрозой пре дельно допус ти мого за грязне ни я. В на стоящ е е время вми ре и с пользуе тс я около 500 тыс. с ое ди не ни й , и зкоторых 40 тыс. вре дны для ж и вых орга ни змов, в112 тыс . ч резвыч а й но токс и ч ны. Ф орми руетс я с ове рше нно нова я ге ох и ми ч е ска я обс та новка , о ч ем говори л В .И .Ве рна дски й . Т е х ноге нное за грязне ни е с ка зывае тс я впервую оч ередь на ф ункци они рова ни и э кологи ч ес ки х с и сте м и опреде ляе тс я с пос обностью х и ми ч е ски х э лементоввключ а тьс я впри родные ци клы ми гра ци и . П рогнозвозмож ных э кологи ч е ски х пос ле дс тви й тех ноге нного возде й с тви я не льзя вести беззна ни й за кономернос тей ми гра ци и э леме нтовч ерез би оту э кос и сте м. П ервое при нци пи а льное полож ени е: оце нка х а ра кте ра и ф орм ми гра ци и токси ч ных э лементовPb, Cd, Hg и э леме нтов, необх оди мых для обе с печ ени я норма льной ж и зне де ятельнос ти орга ни змовCu, Co, Mu. Второе полож е ни е: выбор оце ни ва емых э леме нтови дос товерное опре делени е и х ф оновых с одерж а ни й вра зли ч ных при родных с ре да х . Т ех ноге нна я ми гра ци я х и ми ч ес ки х э ле ме нтовпрои с х оди т вга зообра зной , ж и дкой и тве рдой сре да х . В ызванна я и нте нс и вной деятельностью ч елове ка она при води т к ус коре ни ю дви ж е ни я ра зли ч ных вещ е ствна с только, ч то проце с сы круговорота ве щ ес тва с та новятс я не за верше нными (а ци кли ч ными ). Э кологи ч еска я с и с тема земли и ме е т за мкнутый круговорот ве щ ес тва. П родукты ма тери а льного прои зводс тва , включ а яс ь вж и вой круговорот, ч а с ти ч но на ка пли ва ютс я вби ос ф ере, с озда вая пре пятс тви е е сте ственным при родным проце с са м. В пери од пе ре х ода би ос ф еры вноосф еру ч еловек ста нови тс я крупне й ше й ге ологи ч ес кой с и лой . П оэ тому оце нка те х ноге нного за грязне ни я долж на быть подч и не на ос новой цели – выявле ни ю коли ч е ства того и ли и ного э ле ме нта , поступа ющ е го с ми нера льными ве щ е ствами ворга ни зм ч еловека по сх еме: при родные объекты (поч ва, воздух , вода ) – орга ни змы (ж и вотные, ра с те ни я) – пи щ евые продукты (ра с ти тельные, ж и вотные) – пи щ евые ра ци оны –ч еловек. Э кологи ч е ска я оце нка окруж а ющ е й с ре ды ба зи руе тс я на поняти и пре дельно допус ти мых конце нтра ци й (П Д К ) отдельных вре дных э леме нтоввра зли ч ных при родных с ре да х . В целом э то не при е мле мо для ряда э леме нтов, впервую оч ередь, тяж елых ме та ллов. В города х без крупных мета ллурги ч е с ки х прои зводствконце нтра ци я тяж елых мета лловредко дос ти га ет П Д К , а общ ее превышени е ф оновых с одерж а ни й с ос та вляе т 1-2 порядка . П о ги ги е ни ч е ски м норма ти ва м та ка я с и туа ци я не предста вляетс я опа с ной , но ч тобы точ но ответи ть на вопрос об опа с нос ти за грязне ни я окруж а ющ е й с ре ды ме та лла ми , целе с ообра зно проводи ть оце нки не только по П Д К , но и и зуч а ть би ологи ч е ски е реа кци и на с еле ни я, подве рга емого возде й стви ю за грязне нного воздух а . Не обх оди мо норми рова ни е не по отдельным э ле ме нта м, а по с умме и х возде й стви й , то е сть опре де ле ни е ма кс и ма льно допус ти мой на грузки с уч е том всех путе й поступле ни я вредных ве щ е с тв. И зуч а ютс я: а ) связь ме ж ду на коплени ем вре дных ве щ е стви выра ж енностью токс и ч ного э ф ф екта ; б) с та ти сти ч ес ки дос товерна я за ви с и мос ть (полож и те льна я

17

и ли отри ца те льна я связи ) ме ж ду с одерж а ни ем э ле ме нтоввра зли ч ных при родных с ре да х и ра зли ч ных ди а гнос ти ч е ски х би ос убс тра та х (волосы и др.); в) важ ным результа том э кологи ч е ски х и с сле довани й является с опоста вле ни е выявле нных за кономерносте й вра с пределе ни и э леме нтоввра зли ч ных при родных сре да х с да нными о с остояни и здоровья на с еле ни я, получ е нными на ос нове меди ци нс кой ста ти с ти ки . Сущ е с твующ и е нормы и методы опре делени я токс и ч нос ти э лементов, ра зра бота нные на э кс пе ри ме нта льных ж и вотных , и выра ж е нные вП Д К не позволяют пока да ть при нци пи а льную оценку и х опа с ного воздей с тви я на ч еловека . Не которые норма ти вы вх одят впроти воре ч и е с при родной обста новкой . Т а к, по Г ОСТ у 2874-82 « В ода пи тьева я» с одерж а ни е SO42- не долж но превыша ть 500 мг/л, а с ух ого ос та тка (М ) 1000 мг/л, но впри роде ре дко встре ч а ютс я прес ные воды с с оде рж а ни ем SO42- до 500 мг/л. Не уч и тыва ютс я Г ОСТ ом и нормы ми гра ци и , вале нтнос ть и други е па ра метры, вли яющ и е на токс и ч ность и и х ф и зи ологи ч е ское возде й с тви е на орга ни зм. И меющ и е ся са нги ги е ни ч е ски е нормы П Д К не уч и тыва ют э ф ф ектовх и ми ч е ского и би ологи ч е ского на копле ни я вре дных ве щ е стввпи щ евых це пях и и х пре вра щ ени е (при ми гра ци и ) вболе е токс и ч ные ф ормы. П ри оце нке воздей с тви я вредных вещ е ствна э кос и с те мы определяющ е й мож е т быть не первона ч а льна я и х конце нтра ци я вка кой -ли бо с реде, а пере нос, на копле ни е и тра нс ф орма ци я вкри ти ч е ски х зве ньях э кос и с те мы, в результа те ч е го на блюда ютс я уж е и ные концентра ци и и втори ч ные продукты с и ными токс и ч ес ки ми свой с твами . Т а ки м обра зом, э кологи ч е ски е нормы допус ти мых возде й с тви й на ж и вую с ос та вляющ ую би ос ф еры сле дуе т опре делять по х а ра ктеру и за кономерностям ра с простра нени я, на копле ни я, де струкци и и тра нсф орма ци и за грязняющ и х вещ е с тв в э кос и с тема х , перех ода и х и з одной сре ды вдругую влока льном, реги она льном и глоба льном ма с шта ба х . Э ти нормы не могут быть е ди ными для всех ти повэ кос и с тем. С та ки х пози ци й , на при мер, уровни с оде рж а ни я ва тмос ф ере вещ ес твни ж е П Д К вотдельных случ а ях оцени ва ютс я ка к не допус ти мые, угрож а ющ и е бла гополуч и ю э кологи ч ес ки х с и сте м. И зуч е ни е вопроса ра сс еяни я и концентра ци и тех ногенных э ле ме нтов в ра зли ч ных при родных среда х на х оди тс я вна ч а льной ста ди и . Не т на уч но обоснова нных П Д К за грязняющ и х вещ е с твдля больши нс тва объе ктовби ос ф еры, ос обе нно для ч еловеч е ского орга ни зма . Сущ е с твующ а я методи ка ба зи руе тс я на высоко те мпера турном озоле ни и би ологи ч е с кого ма те ри а ла , при котором прои с х оди т потеря э леме нтовдо 30-50оС. Не обх оди мо вне дрять впра кти ку и зуч ени я тех ноге нного за грязне ни я методи к ни зко темпера турных (60оС) озоле ни я би ологи ч е ски х проб. Т а бли ца Соде рж а ни е х и ми ч ес ки х э леме нтовворга ни зме ч елове ка (% к с ух ому ос та тку) Э леме нт 1

Содерж а ни е 2

Э леме нт 3

Содерж а ни е 4

Э леме нт 5

Содерж а ни е 6

18

1 Li Be Ga Ge Rb 1 Sr 1 Y Zr

2 5 10-5 5.10-5 1.10-5 5.10-4 2.10-3 2 1.10-4 2 5.10-6 1.10-5 .

3 Nb Zn Sn Cs Ba 3 Р ЗЭ 3 Hf

4 10-5 1.10-7 5.10-6 5.10-5 5.10-4 4 1-5.10-5 4 1.10-4

5 Ta W Re Au Hf 5 Tl 5 Bi

6 1 10-5 1.10-6 1.10-6 1.10-8 5.10-6 6 1.10-9 6 1.10-5 .

Т а бли ца П отери э лементоввпроце с с е озоле ни я (%) Э леме нт Na P S Cd Sc

П отери , % 500оС 1000оС 30-40 45-55 20-35 35-40 20-35 40-60 30-35 90-95 15-25 25-30

Э ле ме нт Mn Fe Co Cu

П отери , % 500оС 1000оС 40-45 65-85 10-15 30-50 45-50 45-55 30-40 45-55

Л Е К Ц И Я 5. ЭК О Л О ГО -ГЕ О Х И М И ЧЕ СК А Я О Ц Е Н К А СТ Е П Е Н И Т Е Х Н О ГЕ Н Н О Й Т РА Н СФ О РМ А Ц И И П РИ РО Д Н ЫХ О Б ЪЕ К Т О В П оч ва – продукт вза и моде й стви я ж и вых орга ни змов и горных пород – проме ж уточ ное звено при перех оде и з ми ра ми нера льного вми р би ологи ч е ски й . Ос нову поч ве нной ма сс ы с оста вляют ми не ра льные вещ е ства , поэ тому уровни конце нтра ци и ми кроэ леме нтоввне й определяютс я с одерж а ни ем и х в поч вообра зующ и х горных порода х . И нте нс и вное зе мледели е при вело к тому, ч то возде й стви е вс ех ф а кторовпоч вообра зова ни я с та ло с ои зме ри мо с де ятельностью ч елове ка . Вне с ени е удобре ни й и пе сти ци дов на ряду с тех ноге нным за грязнени ем выступа е т вка ч е с тве площ а дных , а отх оды коммуна льного прои зводс тва – лока льных и с точ ни ковза грязнени я поч в, поч ве нных ра створов и други х ви дов при родных вод. В а гроге нном за грязне ни и ос оба я роль при на длеж и т, кроме а зоти стых с ое ди не ни й , ортоф ос ф а тов, К , Cl, х лорорга ни ч е с ки м пе с ти ци да м и Hg; при те х ноге нном за грязне ни и впоч ва х за сч ет и х с орбци онной емкос ти и дет на копле ни е ме та ллов, которые ока зывают токс и ч ное возде й стви е на ра с-

19

те ни я (As, Se, Bi и др.). П о токс и ч нос ти э леме нты поч в, вли яющ и е на ра с тени я, делятс я на три кла с са : 1) с и льно токси ч ные; с и мптомы токс и ч нос ти проявляютс я при конце нтра ци и впоч ве ме не е 1 мг/кг– Cu, Hg; 2) сре дне токси ч ные; с и мптомы токс и ч нос ти проявляютс я при конце нтра ци и вс убс тра те 1-100 мг/кг– э леме нты III, IV, V, VI групп пери оди ч еской с и с темы: Sr, V, Cr, Ni, Co, Pb и др.; 3) сла ботокс и ч ные; с и мптомы токс и ч ности редко проявляютс я при обыч ных конце нтра ци ях во всех с убс тра та х , за и с ключ е ни ем ос обых случ а ев, когда не которые э леме нты при с утс твуют в кра й не ма лых конце нтра ци ях . Э то га логе ны, N, P, S, щ е лоч ные ме та ллы, ре дки е земли . Вме сте с тем для оце нки тех ноге нного за грязне ни я поч вна ряду с пока за телями конце нтра ци й того и ли и ного э леме нта тре буе тс я зна ни е вза и моотношени й э леме нтоввпоч вах и ра сте ни ях , т.е. мех а ни зма токс и ч ной ре а кци и . К с ож а ле ни ю, целена пра вле нные и сс ле дова ни я вэ том на пра вле ни и пока отс утс твуют. Сле дуе т уч и тывать, ч то ди а па зон относи те льно с одерж а щ и х с я ми кроэ леме нтоввпоч вах весьма ши рок. К онце нтра ци я э леме нтоввра зли ч ных гори зонта х и слоях да леко не оди на кова и не пос тоянна . К а к пра ви ло, конце нтра ци я э леме нтовбольше втонкозе рни стых (ра змер ч а сти ц мене е 1 мкм) гли ни с тых ф ра кци ях , вкоторых отме ч а етс я до 60-80% общ е го с одерж а ни я ми кроэ леме нтов, ч то связа но с и х с орбци онной с пос обнос тью. П ри оце нке тех ногенного за грязне ни я не обх оди мо и с пользовать на ряду с поч ве нными кла рка ми и кла рка ми ос а доч ных пород мес тный и ли ре ги она льный ге ох и ми ч е с ки й ф он. П ри и зуч е ни и х и ми ч е ского выветри ва ни я большое зна ч е ни е при обрета ет поте нци а л и они за ци и и и онный потенци а л. От последне го за ви с и т сте пе нь поглощ е ни я ра сте ни ями э леме нтов. И оны с ни зки м потенци а лом ме ньше 2 и ме ют те нде нци ю ос та ватьс я вра с творе, тогда ка к и оны со средни м 8-10 поте нци а лом обыч но выпа да ют вос а док вви де ги дрооки с е й . П ри выс оком и онном поте нци а ле больше 12 обра зуютс я ра с твори мые окс и ки с лоты – ни тра ты и с ульф а ты. П ри би ологи ч е ском выветри ва ни и с помощ ью ми кроорга ни змов ос ущ е с твляе тся ни три ф и ка ци я, де ни три ф и ка ци я, оки сле ни е с ерни стых с ое ди не ни й ж елеза . В восс та нови тельных ус лови ях обра зуютс я с ульф и ды и прои сх оди т оса ж де ни е Cu, Fe, Mo, Zn и др. NH3 + H2O → NH4OH 2NH4OH + 3O2 → 2HNO2+4H2O HNO2 → NO2- + H+ 2NO2- + O2 → 2NO3П ри пре обра зова ни и ми кроорга ни зма ми орга ни ч е ского вещ ес тва ч а сть э леме нтовбыс тро теряе т с ни м связь (Li, Sr), а тяж елые мета ллы, на оборот, сох ра няют е е, обра зуя мета ллоорга ни ч е с ки е с ое ди не ни я. Г умус и гли ни стый ма те ри а л впоч ве и меют и оннообменную с пос обность, при э том спос обнос ть к обме ну у гли н обра тно пропорци она льна ра зме ру ч а с ти ц. Обме ннос пос обнос ть у гумуса выше, ч ем у гли н; он мож е т обра зовывать ме та ллоорга ни ч е ски е ком-

20

плекс ы, ос обе нно при выс оки х зна ч е ни ях рН. В а ж ное э кологи ч е ское зна ч е ни е и ме ет возни кнове ни е э ти х мета ллоорга ни ч ес ки х с оеди не ни й . Они сла бо ра створяютс я вводе и х орошо – вки с лота х и щ елоч а х . Сре ди гумусовых с ое ди нени й на и боле е важ ное зна ч е ни е при обре та ют две и х группы: ф ульвовые и гуми новые ки с лоты. В зоне э ти х ки с лот конце нтри руютс я V, Zn, Co, Mn, Cr. Отс юда сле дуе т вывод, ч то при проведе ни и э кологи ч е ски х и с следова ни й на до опре делять не только валовое коли ч е ство мета лловвпоч ва х , но и и х коли ч е с тво вмета ллоорга ни ч ес ки х с оеди не ни ях путем ки с лотно-щ елоч ных вытяж е к. П оч вы и грунты урба ни зи рова нных терри тори й а ккумули руя э леме нты, на и боле е точ но х а ра ктери зуют а нтропогенное за грязнени е . Они отра ж а ют проце с сы за грязне ни я ка к впрошлом, та к и вна стоящ ем. Ц елес ообра зно и зуч а ть в связи с э ти м за грязне ни е не только ве рх не го слоя, но та кж е и боле е внутре нни х слоев, которые воздей с твуют на с ос та вгрунтовых вод. В ряде крупных городов и с сле дова ни я пока за ли , ч то по многи м э леме нта м а нома ли и тяж елых ме та ллов на глуби не превосх одят при поверх нос тные. Спе ци ф и ч е ска я э кологоге ох и ми ч е ска я с и туа ци я с кла дываетс я вра й она х добыч и горюч и х полезных и скопа емых , где вка ч е с тве токс и ч е ски х и ка нце роге нных вещ е стввыс тупа ют не только тяж елые мета ллы, но и ра зли ч ные би туми нозные вещ е ства , вт.ч . поли ци кли ч е ски е а рома ти ч е ски е углеводороды (П А У ). В проце сс е ми гра ци и орга ни ч е ски х за грязни теле й впоч ву прои с х оди т и х ф ра кци они рова ни е. Г екса новые би тумои ды ми гри руют боле е а кти вно, ч ем х лороф ормные, ч то при води т к увели ч е ни ю и х с оде рж а ни я вни ж ни х гори зонта х поч ве нного проф и ля и вкра е вых ч а с тях оре оловза грязне ни я. В с оста ве би туми нозных вещ е с твпри э том резко увели ч и ва етс я с оде рж а ни е П А У , вч а с тности , бенз-А -пи ре на и бе нзпи реле на , дости га я конце нтра ци и в верх ни х , за грязне нных не ф тью и неф те продукта ми гори зонта х 1500-3600 нг/г. У вели ч е ни е ка нцероге нных П А У и ме ет ме сто в поч вах ра й оновугледобыч и , где с оде рж а ни е бенз-А -пи ре на дости га е т 300-600 нг/г, а вотвала х пород и тех ноге нных на носа х – 2000-11000 нг/ги боле е. На ряду с пе ре ра спределе ни ем орга ни ч ес ки х вещ ес тви дет и перера с пре деле ни е тяж елых мета ллови ре дкоме та льных с ое ди нени й . Не обх оди мо обра ти ть вни ма ни е на то, ч то одновреме нно с на копле ни ем ряда э леме нтоввпоч вах прои сх оди т конце нтри рова ни е и с х одных поч венных за па с оввещ ес тва и е го некомпе нс и рова нный вынос. Вс е э то при води т к деф и ци ту отдельных би ологи ч е ски а кти вных э леме нтов, ч то определяе т не ме нее опа с ные э кологи ч е ски е пос ледс тви я, ч ем при и х и збытке. Б ольшую роль вэ ти х проце с са х и гра ют поч венные ра створы, вкоторых ми гри руют вви де ра створи мых орга но-ми не ра льных с ое ди не ни й э леме нты и вынос ятс я и з пород взона х тре щ и нова тости . П оч ва, ка к на и боле е ге ох и ми ч ески а кти вна я ч а сть при родно-тех ни ч е ской с и с те мы, являе тс я ф и льтромпоглоти те ле м на пути потока ме та ллов и за тмос ф е ры к грунтовым вода м. Вода . Ж и дка я ф а за являетс я ос новным ф а ктором ми гра ци и и перера с пределе ни я х и ми ч е ски х э ле ме нтов. П ри нци пы оце нки за грязне ни я подземных вод в проце с с е те х ноге не за ос новываютс я на всем а рс ена ле ги дроге ох и ми ч ес ки х методов. Сущ е с твующ и е П Д К ми кроэ лементов, не обх оди мых для и нтерпрета -

21

ци и тех ноге нных а нома ли й , и меют ряд огра ни ч е ни й . Ч а с ть э лементовми гри рует ввода х вви де взве се й , сте пе нь опа с нос ти повыше нных конце нтра ци й э леме нтовввзвес ях пра кти ч ес ки не и зуч е на . П ри оце нке а нома ли й сле дуе т пользоваться ме стными и реги она льными ф оновыми зна ч е ни ями , ус та новле ни е которых та кж е являетс я слож ной за да ч е й . Не обх оди мо с озда ни е еди ного ста нда рта пре с ной пи тьевой воды. П ре дла га етс я вка ч е стве объе кта для та кого с та нда рта водна я ма с са озе ра Б а й ка л. Снеж ный покров. Э то на де ж ный и нди ка тор за грязне ни я; он конс ерви руе т вес ь объем выпа де ни й и з а тмос ф еры за зи мни й пери од. Р а зли ч а ют свеж евыпа вши й сне г, по с ущ ес тву отра ж а ющ и й х и ми ч е ски й с ос та ва тмос ф ерных оса дковвда нный пери од, и с не ж ный покровка к свое обра зную горную породу, состоящ ую и зкри с та лловс не га , льда , воды, водных па рови воздух а . Ф а кторы ра зли ч и я х и ми ч ес кого с ос та ва с не ж ного покрова от с не га ка к а тмос ф е рных оса дков: А ) с одерж а ни е ра зли ч ных х и ми ч ес ки х при ме с ей ; Б ) поглощ е ни е с неж ным покровом ра зли ч ных га зови з воздух а и потере й не которых при ме се й за сч ет и с па рени я; В) коли ч ес твом осе да ющ и х и звоздух а ра зли ч ных ра створи мых ве щ е с тв; Г ) вза и модей с тви е покрова с воздух ом поч вы и грунтов; Д ) ветровая деятельнос ть, определе ни е пополне ни я с неж ного покрова орга ни ч е с ки ми и ми не ра льными ч а сти ца ми ; Е ) и зби ра тельное вли яни е ми кроорга ни змов, на се ляющ и х с не ж ный покров; Ж ) де ятельность ч е ловека вра й она х промышле нных предпри яти й . П ри оце нке те х ноге нного за грязнени я долж на быть уч те на возмож нос ть поступле ни я отде льных э леме нтоввс не ж ный покровза с ч е т обога щ енного и м с убс тра та . Сра вне ни е х и ми ч е ского с ос та ва с не га по с лоям на поч венной и ледовой площ а дка х пока зывае т, ч то за грязне ни е с не га прои сх оди т, гла вным обра зом, и з а тмос ф е ры. М ож но выдели ть три с та ди и ф орми ровани я с оста ва а тмос ф е рных оса дков. 1) ра с творе ни е а э розоле й и га зовпри конде нс а ци и водяного па ра впроце сс е обра зова ни я обла ков; 2) вымыва ни е оса дка ми а э розоле й и га зови зподобла ч ного слоя; 3) и змене ни е вх и ми ч е ском с оста ве на поверх нос ти З емли . На первых двух ста ди ях М оса дковза ви с и т от за грязне ни я а тмос ф еры. На после дне й ста ди и возмож но вли яни е поч ве нного и грунтового с лоев. На и больши й вкла д ва э розольное за грязне ни е внос и т с ж и га ни е топли ва. В ра й она х крупных Т Э Ц зоны за пыле ннос ти с не га нос ят зона льный х а ра кте р. Вытянута я ф орма зон обус ловле на на пра вле ни ем преобла да ющ и х ветров. 1. П ерва я зона и ме ет протяж е ннос ть до 20-22 км и ши ри ной 5-8 км. К онце нтра ци я пыли 1-2 г/кгс нега . 2. Втора я зона с ме ньши м с одерж а ни ем пыли 0,5-1 г/кг, ши ри ной 2-4 кг, 3. Т ретья зона ши ри ной до 8 км; с одерж а ни е 0,3-0,5 г/кг, 4. Ч етверта я зона – 10-18 км; с одерж а ни е 0,1-0,3 г/кги да ле е и дет обши рна я зона с с одерж а ни ем твердого ос та тка до 0,1 г/кг. Р а зме р ч а с ти ц уменьша е тся от 0,1-

22

1,0 мм до 0,001 м, а протяж е ннос ть шле й ф а за пыленности мож е т дости га ть 70 км. В твердый оса док вх одят продукты, обра зующ и ес я при с гора ни и орга ни ч еского топли ва (зола , шла к, не с горе вши е ч а с ти цы угля). У ста новле но повыше нное с одерж а ни е Ag, Pb, Zn, Cu, Ni, Co, Mo, Li, Sn, Mu, Au. В пре де ла х промце нтра повыше ны с одерж а ни я Pb и Mo, вбли ж а й шей зоне до 10 км – а нома ли и Ag и Sn, да ле е на ра с с тояни и 25-30 км – а нома ли и Zn, Cu, Cr. Ж и дка я ф а за с не га и ме е т не й тра льную с ре ду (рН = 6-8) HCO3-Ca и ли HCO3-Na (реж е) с ос та в. Д ля та лой воды отме ч а етс я повыше нные конце нтра ци и Ag, Pb, Zn, Cu, Ni, Cr, Sn, V, Mo, P, As. На и боле е выс ока я М та лой воды отмеч а е тс я взоне ра с полож е ни я промышле нных предпри яти й (до 150 мг/л). П о мере уда ле ни я М сни ж а е тс я в2-3 ра за . Одна ко оце нка тех ноге нной на грузки по да нным с не гох и ми ч ес кой съемки до с и х пор проблема ти ч на , т.к. отс утс твуют на деж ные ре пе ры для опре деле ни я ф оновых с одерж а ни й э леме нтовка к втвердой , та к и ж и дкой ф а за х с неж ного покрова. Вых од – ус та новле ни е ге ох и ми ч еского ф она с не ж ного покрова на ре презе нта ти вных уч а с тка х , уда ле нных от и сточ ни ка за грязне ни я на зна ч и тельные ра с стояни я (за поведные терри тори и ). Воздух . Ос новным за грязни телем а тмос ф е ры в выброса х Т Э Ц являе тс я SO2, е го с оотноше ни е с выброса ми оки слова зота , за ни ма ющ и х второе ме с то, с оста вляет 3:1 – 9:1. П одки с ле ни е а тмос ф ерных оса дковсвяза но с при с утс тви ем вдымовых выброс а х ги гроскопи ч ных оки с ловс е ры, которые а дс орби руютс я а тмосф е рной вла гой , обра зуя с ерноки слые а э розоли . Т Э Ц , ра бота ющ и е на твердом топли ве без золоула вли вателе й , подки сляют оса дки на 1-1,8 рН, а крупные Т Э Ц с высокоэ ф ф екти вными золоула вли вающ и ми ф и льтра ми ме няют рН на 0,2-0,6 е д. Т вердое ве щ е ство отх одов, попа да ющ е е вотва лы после с гора ни я угля, с одерж и т Са (15-20%), Fe (10-12%), с еру (1-2%), Mn (0,35-0,4%), Sr и Ba (0,14-0,16%), Cd (0,002%). В водные ра створы перех одят и ми гри руют S, Ca, Mg, Na, Sr, Ba. М е не е подви ж ны Mn, Fe, Ti, Pb, Co, Cd. П ри превра щ е ни и тех ноге нного ве щ е с тва вус той ч и вые с оеди не ни я пре обла да ют 2 проце с са : 1) превра щ е ни е оки словвги дрооки слы и ги дрока рбона ты, 2) не й тра ли за ци я оки слов с еры и а зота и звес тью. А э розоли – нос и тели ос новной ма с сы э ле ме нтовва тмос ф е ре , обус ловли вают с ос та ва тмос ф ерных выпа де ни й и уч а с твуют вф орми ровани и ми нера льного с оста ва поч в. Р а змер а э розольных ч а с ти ц ме та ллов следующ и й ( от 4 до 0,3 мкм): Fe, Cr (Mn, Cd, Ba, Cu); (Ni, Al, Zn); (Sn, Mo); (Ag, V); Hg, Pb. Оце нка за грязне ни я воздушной с ф еры прои зводи тся на ос нове П Д К вредного ве щ е с тва. Сос та ввыброс овре гули руе тс я пре де льно допус ти мыми выброса ми (П Д В ), определяемыми Г ОСТ ом-78. В при земном слое воздух а на д обла стями , свободными от воздей стви я промышле нных предпри яти й , и ме ют –ме сто сле дующ и е ряды конце нтра ци й (вмг/м3) Zn>Cu>Mn>Cr>Pb>V, >Ni>As – n.10; Cd>Se>Co – n; Hg – 1-2; Sb около 1, Sc – 0,1-1,0. Р а с тени я. Ч увс тви те льный и нди ка тор с ос тояни я окруж а ющ е й сре ды. Р а сте ни я первыми при ни ма ют токси ч ные э леме нты и з поч вы и воздушной сре ды. П оглощ е ни е ра сте ни ями и оновос ущ е с твляе тс я корневой с и стемой врезульта те ди ф ф узи и и ли ка ти онного обме на на поверх нос ти гли ни с тых ми не ра лов. Со-

23

держ а ни я и оноввкле точ ной ж и дкос ти корне й ч а с то превосх оди т и х конце нтра ци ю в поч ве нном ра с творе. Р а с те ни я с пособны огра ни ч и вать поглощ е ни е токс и ч ных э леме нтов. В то ж е время с ущ е ствуе т порогконцентра ци и , выше которого на блюда е тс я резкое уве ли ч е ни е с одерж а ни й э леме нта , ч то при води т к прекра щ е ни ю рос та ра сте ни я. На и боле е э ле ктроотри ца те льные мета ллы (Cu,Hg,Ag) являютс я реа кти вными э ле мента ми многи х ф е рме нтови обус ловли вают и х токс и ч нос ть. Д ля двух вале нтных э леме нтов порядок э лектропроводнос ти уме ньша ется в сле дующ е й после довательности : Hg,Cu,Sn,Pb,Ni,Co,Cd,Fe,Zn,Mn,Mg,Ca,Sr,Ba. На и боле е токс и ч ным – Hg, на и ме не е - Ва . Сущ е с твуе т связь меж ду токс и ч ным возде й с тви ем на ра сте ни я и е го э лектропроводнос тью, не х ватка Р и Н вра сте ни ях мож ет быть связа на с за мещ ени ем As и Cl ф ос ф а тови ни тра тов. Al,Be,Ti могут оса ж да ть ф осф а т, с ч ем связа на нех ватка ф ос ф ора . Р а злож е ни е пи та тельных вещ е ствмож ет прои с х оди ть в результа те х и ми ч ес кого возде й стви я Ya. Cu,Sn,Pb могут уме ньша ть мембра ну кле тки и пре пятствовать свободному прони кнове ни ю внее ка дми я, на три я. Отде льные э ле ме нты вклетке за ме няют други е, на при ме р Li и Cl за мещ а ютс я бромом. В ре зульта те отри ца те льного возде й с тви я выброс овух удша е тс я общ е е с остояни е ра с те ни й , уме ньша е тс я ви довой с ос та в, пож елтени е ли стьеви х вои , на копле ни е токс и ч ных ве щ е стввра с те ни ях и поч ве. На и боле е ч увстви тельны к за грязне ни ю х вой ные породы. Д ля оце нки те х ноге нного конце нтри рова ни я э леме нтов вра с тени ях поми мо выявле ни я ме с тного ф она мож но при ме нять кла рки ра с с еянных э леме нтоввзоле , т.е. с умме твердых ми нера льных вещ ес тв, ос та вши х ся пос ле с ж и га ни я на земной ф и тома с сы. К ла рки позволяют сра вни вать с оотноше ни я э ле ме нтоввра сте ни ях с одной с тороны, вгорных порода х и поч вах – с другой . К роме того, ус та на вли ваетс я и нте нс и вность би ологи ч е ского поглощ е ни я (отноше ни е с одерж а ни я э леме нта взоле к с одерж а ни ю вгорных порода х ). П о и нтенс и внос ти би ологи ч е с кого поглощ е ни я все э леме нты делятс я на 2 группы. К 1 группе относ ятся те э леме нты, конце нтра ци и которых в золе больше , ч ем в зоне конце нтра ци и – B,Br,I,Zn,Ag (>10), Cu,Mo,Mn,Sr,Pb,Co,Ni и др. (1-10). Р а с те ни я поглощ а ют та кж е Hg,Cu,As, являющ и е с я ядови тыми да ж е вне больши х доза х . В тора я группа х а ра кте ри зуе тс я ни зкой и нте нс и вностью поглощ е ни я (К >1). К ни м относ ятся э леме нты, на х одящ и е с я ка к в труднодос тупных для ра сте ни я ф орма х , та к и токс и ч ные (Zn,Ti,V,Za,Y,F,Cd,U). Отме ч е но, ч то ма кс и ма льные конце нтра ци и э лементовв ра сте ни ях обна руж е ны вос е нни й пери од. Т а бли ца Содерж а ни е ра с се янных э леме нтоввра с те ни ях мг/кг Э леме нт

1 Mn

Сре дне е с одерж а ни З ола Сух а я ф и тома с са 2 3 4800 240

е мг/кг Ж и ва я ф и тома с са 4 96

Э леме нт

5 Co

Сре дне е с одерж а ни З ола Сух а я ф и тома с са 6 7 20 1

е мг/кг Ж и ва я ф и тома с са 8 0,4

24

1 Zn Sr Ti B Ba Cu Zr Pb Br F Pb Ni Cr V Li

2 1000 800 650 500 450 200 150 100 80 70 50 40 35 30 30

3 50 40 32,5 25 22,5 10 7,5 5 4 3,5 2,5 2 1,8 1,5 1,5

4 20 16 13 10 9 3,2 3 2 1,6 1,4 1 0,8 0,7 0,6 0,6

5 La Y Mo I Sn As Cs Be Se Ga Ag U Hg Sb Cd

6 15 15 12 6 5 3 3 2 1 1 0,6 0,4 0,25 0,1 0,1

7 0,8 0,8 0,6 0,3 0,25 0,12 0,12 0,1 0,05 0,05 0,03 0,02 0,012 0,005 0,005

8 0,3 0,3 0,2 0,12 0,1 0,06 0,06 0,04 0,02 0,02 0,012 0,008 0,005 0,002 0,002

Т а бли ца Содерж а ни е ми кроэ леме нтоввра сте ни ях вра й оне х и мкомби на та мг/кгс ух ого вещ е с тва Э леме нты Ni Co Cr V Mn Ti Cu Pb Zn Zv

Сос на 3 км 3,4 2,5 578 37,4 11,9 6,8 6,8 6,8

Б ереза

Х 1 км 4,8 0,37 1,5 2,9 279 27,9 5,9 4,6 3,1 6,2

3,4 0,25 0,7 1,3 391,7 17,0 6,7 2,7 -

3 км 7,5 0,55 1,75 2,25 900 32,5 11,0 10,0 10,0 10,0

Х 1 км 7,7 0,88 1,89 2,07 1364 26,7 14,8 5,9 11,8 5,9

3,6 0,6 0,6 1,9 1083 18,4 12,6 2,9 -

Л Е К Ц И Я 6. Т Е Х Н О ГЕ Н Н ЫЕ ГЕ О Х И М И ЧЕ СК И Е Б А РЬЕ РЫ П оняти е о ге ох и ми ч е с ки х ба рье ра х возни кло при и зуч е ни и э пи гене ти ч е с ки х проце с сов зоны ги перге неза . Т огда ж е на ме ти ла сь с и сте ма ти ка берьеровна основе предс та вле ни й о ф орма х дви ж е ни я ма тери и и с оответствующ и х и м ви да х ми гра ци и х и ми ч е ски х э леме нтов. Т а к, в порядке увели ч е ни я с лож нос ти проце сс ов были выделе ны мех а ни ч е ски е, ф и зи кох и ми ч е ски е , би оге ох и ми ч ес ки е и тех ноге нные ге ох и ми ч е с ки е ба рьеры на две

25

больши е группы: при родные и тех ноге нные, при ч ем вка ж дой группе выделять по три кла с са – мех а ни ч е ски х , ф и зи ко-х и ми ч е ски х и би оге ох и ми ч е ски х ба рьеров. Г е ох и ми ч е с ки е ба рье ры при влекли зна ч и тельное вни ма ни е, и м с пе ци а льно посвящ е ны многи е де с ятки и с сле довани й , в которых осве щ е н ши роки й круг вопрос ов: роли ба рьероввэ кзоге нном и э ндоге нном рудообра зова ни и , вобра зова ни и ге ох и ми ч е с ки х а нома ли й , и зуч а е мых при пои ска х рудных мес торож де ни й , кла сс и ф и ка ци я ф и зи ко-х и ми ч е с ки х ба рьерови ви ды конце нтра ци й на ни х х и ми ч ес ки х э леме нтов, и с пользова ни е предс та вле ни й о ба рьера х ви нж ене рной ге ологи и , вреше ни и проблем окруж а ющ е й среды и др. Се й ч а с уж е мож но говори ть о за рож дени и общ е й те ори и ге ох и ми ч ес ки х ба рьеров, многи е полож е ни я которой и ме ют прямое отноше ни е и к те х ноге нным ба рьера м. Т ех ноге нные ге ох и ми ми ч е ски е ба рьеры – э то уч а стки ноос ф е ры, вкоторых прои с х оди т резкое уме ньше ни е и нте нс и вности ми гра ци и х и ми ч е ски х э леме нтови , ка к следс тви е, и х конце нтра ци я. Не которые ра знови дности тех ноге нных ба рьерови с пользуютс я ч еловеч е ством и зда вна (на копле ни е с оле й на и с па ри те льном ба рьере путем отгора ж и вани я уч а с тковморя и ли с оле ных озер, и скусс тве нные ме х а ни ч е ски е пре пятс тви я для за держ ки с не га , дви ж ущ и х с я пе сков, с елевых потокови др.). В с овреме нную э пох у НТ Р выяви ли с ь с оверше нно новые возмож нос ти пра кти ч ес кого и с пользова ни я тех ноге нных ба рьеров, и в пе рвую оч ере дь при ре шени и вопрос овза щ и ты окруж а ющ е й среды от за грязне ни я. П ри строи те льстве важ ное зна ч е ни е при обрело и нъекци онное за кре пле ни е грунтов– цемента ци я пород, врезульта те которой рых ла я ма сс а превра щ а е тся втвердый моноли т. С э той це лью не обх оди мо созда вать и скус стве нные (те х ноге нные ) щ е лоч ные и други е ба рьеры. С ф орми рова ни ем ба рье рови ме ют де ло и ги дроге ологи , когда за ни ма ютс я за ка ч и вани ем промышле нных стоковвводоносные гори зонты. Т ех ноге нные ба рьеры возни ка ют и при подземном выщ ела ч и вани и руд, при за ка ч ке вод вскваж и ны на не ф тяных и га зовых промыс ла х с це лью поддерж а ни я пла стового да вле ни я (при э том прои сх оди т сме ше ни е вод, оса ж да ютс я ка льци т и други е ми не ра лы). С помощ ью тех ноге нных ба рьеров мож но та кж е обога щ а ть руды, ути ли зи ровать отх оды, ф орми ровать те х ноге нные ме с торож де ни я поле зных и с копа е мых , с озда вать и с кус с тве нные ле ч ебные грязи , за кре плять удобре ни я в поч вах , ре ша ть други е пра кти ч е ски е за да ч и . В с е м э ти м опре деляе тс я при кла дное зна ч е ни е и с сле дова ни й тех ноге нных геох и ми ч е ски х ба рье ровдля ре ше ни я проблем окруж а ющ е й сре ды, ми нера льного сырья, здра воох ра не ни я, с ельского х озяй с тва. Д ля х а ра ктери с ти ки тех ногенных ба рье ровпри ме няются коли ч е стве нные па ра метры: дли на и ши ри на ба рьера , е го гра ди е нт и контра с тность. Сущ е с твуе т та кж е поняти е емкости на копле ни я х и ми ч е ски х э леме нтов. Ва ж ным пока за телем являе тс я с корость конце нтра ци и э лементовна ба рье ре : ч ем быстре е связываются тех ноге нные э ле менты, тем больше й мощ нос ти тех ноге нный поток бу-

26

дет ос та новле н ба рье ром. На ряду с ге ох и ми ч ес ки ми пока за телями и с пользуютс я и э кономи ч е с ки е: э ф ф екти внос ть и ре нта бельнос ть ба рьеров. Р а зли ч а ютс я побоч ные тех ноге нные ба рьеры, возни ка ющ и е с ти х и й но, непредна мере нно, ка к побоч ный , а порой и неж ела тельный результа т х озяй стве нной деяте льнос ти , и и с кус с твенные тех ноге нные ба рьеры – с пе ци а льно с озда ваемые для ре ше ни я опре де ле нных пра кти ч е ски х за да ч . К а к и при родные, тех ногенные ба рьеры ф орми руютс я вра зли ч ных ге олого-ге огра ф и ч е ски х услови ях , т.е . вра зных те х ноге нных с и стема х . У ровни орга ни за ци и и ма с шта бы тех ноге нных ба рье ровта кж е ра зли ч ны – они могут проявлятьс я вте х ноге нных и ла х , поч ва х , водонос ных гори зонта х и вболе е слож ных с и с те ма х : те х ноге нных ла ндша ф та х (отдельных на с еле нных пункта х , дорож ных ла ндша ф та х , терри тори ях горно-обога ти те льных комби на тови т.д.), и вещ е боле е крупных обра зовани ях , на при мер, за регули рова нных ба с се й на х ре к с с и стемой водох ра ни ли щ , крупне й ши х городски х а гломера ци ях , морс ки х побереж ьях с с и стемой портови т.д., и , на коне ц, во все й ноос ф е ре на ше й пла не ты вцелом. М а с шта бы тех ноге нных ба рье рова на логи ч ны ма кро-, мезо- и ми крокли ма ту, релье ф у и т.д. Р а зли ч а ют ма кро-, мезо- и ми кроте х ноге нные ба рьеры. З дес ь ж ела тельна дес яти ч на я шка ла с и нте рвала ми вцелые порядки , на при мер, мощ нос ть ба рье ра вметра х по прос ти ра ни ю ми гра ци онного потока : ми кроба рьеры – 0,0n-0,n; ме зоба рье ры – n; ма кроба рьеры – 10n-100n и более . В за ви с и мос ти от на пра вле ни я тех ногенного потока ба рьеры ра зделяютс я на ра ди а льные (при с убверти ка льной ми гра ци и ) и ла тера льные (при с убгори зонта льной ми гра ци и ). П ри всем ра знообра зи и ге ологи ч ес ки х и проч и х ус лови й ф орми рова ни я тех ноге нных ба рьеров, при ра зли ч и и ра змерови х ге ох и ми ч е ска я с ущ нос ть ч а с то оди на кова, вс вязи с ч ем ч и сло ви довтех ноге нных ба рьеров сра вни тельно неве ли ко. Т а к, на при мер, щ елоч ной ге ох и ми ч е ски й ба рьер возни ка ет и при отра ботке с ульф и дных ме сторож де ни й , и на уч а с тке мета ллурги ч е ского комби на та , и вра й она х выпа дени я « ки с лотных » дож де й за с отни ки лометровот промышле нных центров. Х отя по мех а ни зму проце с с овконцентра ци и х и ми ч е ски х э леме нтовтех ноге нные ба рьеры, та к ж е ка к и при родные , ра зделяютс я на мех а ни ч ес ки е, ф и зи ко-х и ми ч е ски е и би оге ох и ми ч е ски е, они могут и меть с пе ци ф и ч е ски е ос обе нности , опре деляемые тех ногене зом. П оэ тому па ра ге нные а с с оци а ци и э леме нтов на при родных и те х ноге нных ба рье ра х одного кла с са и ви да могут ра зли ч а тьс я. Э то связа но с уч а сти ем вф орми рова ни и тех ноге нных ба рьеровх и ми ч е ски х с ое ди не ни й , х а ра ктерных только для ноос ф е ры. Т а к, на конта кте при родных вод с вода ми , за грязне нными с и нте ти ч е ски ми моющ и ми с ре дс тва ми , возни ка е т тех ноге нный щ елоч ной ба рьер, на котором, поми мо ка ти оноге нных э леме нтов, за сч е т обра зова ни я нера створи мых с теа ра товоса ж да ются и многи е а ни оноге нные э леме нты, нех а ра ктерные для при родного ба рьера э того кла с са . К а к и впри родных услови ях , втех ноге нных с и с тема х на и боле е и зуч ены ф и зи ко-х и ми ч е ски е ба рьеры.

27

Ф и зи ко-х и ми ч ес ки е те х ноге нные ба рьеры Одна и з важ не й ши х ос обе ннос те й э ти х ба рьеров, отли ч а ющ а я и х от при родных , - возрос шее зна ч е ни е орга ни ч е с ки х с ое ди не ни й , с пектр которых вноос ф е ре зна ч и тельно ши ре, ч ем в би осф ере. М ета ллоорга ни ч е ски е с оеди не ни я те х ноге нного прои с х ож де ни я с ущ е с тве нно ме няют х а ра ктер ми гра ци и и конце нтра ци и многи х э леме нтов. Т а к, при ме няемые на многолетни х на са ж де ни ях на ф те на ты ме ди зна ч и те льно луч ше ми гри руют в гле евых грунтовых вода х , ч ем не орга ни ч е с ки е с ое ди не ни я э того э ле ме нта . Они не за держ и ваютс я на больши нс тве ге ох и ми ч е с ки х ба рье ров. В с е ж е с х одство проце сс овконце нтра ци и х и ми ч е с ки х э леме нтовна при родных и тех ноге нных ба рьера х позволяет во многи х случ а ях и с пользовать при родные ба рьеры вка ч е стве модели те х ноге нных , при ме нять а на логи ч ные при нци пы с и стема ти ки . В за ви си мости от с пос оба ма с с опе ре нос а выделяютс я ди ф ф узи онные и и нф и льтра ци онные ф и зи ко-х и ми ч ес ки е те х ноге нные ба рье ры. На комплекс ных ба рьера х конце нтра ци я э лементов прои сх оди т в результа те одновреме нного проте ка ни я не с кольки х проце с с ов. П ри встре ч ной ди ф ф узи онной ми гра ци и э леме нтовк ба рье ру обра зуются двус торонни е ба рьеры, а при на лож е ни и ра зли ч ных проце с с овс ра зрывом во време ни – с овме щ е нные. П ри кла сс и ф и ка ци и те х ноге нных ф и зи ко-х и ми ч е ски х ба рьерови спользуютс я при нци пы, ра зра бота нные при и зуч е ни и при родных ба рьеров. Э та кла сс и ф и ка ци я ос нова на на с и сте ма ти ке ф а кторовконце нтра ци и э лементов. К а к и в при родных ус лови ях , ра зли ч а ются ки с лородные, се роводородные и ли с ульф и дные, гле евые, щ елоч ные, ки слые, и с па ри тельные , с орбци онные , термоди на ми ч е с ки е и проч и е с ери и тех ноге нных ба рьеров. К онце нтра ци я х и ми ч е с ки х э леме нтовна э ти х ба рье ра х за ви с и т от с е ри и ба рьера и ге ох и ми ч е с кого кла с са вод, поступа ющ и х к ба рье ру. К и слородные те х ноге нные ба рьеры. П одобные ба рьеры возни ка ют, на при ме р, при ос уше ни и болот, когда пони ж а е тс я ки с лородна я гра ни ца . На е е конта кте с глеевым гори зонтом возни ка ет тех ноге нный ба рье р, поч ти полный а на лог при родного ба рьера . В М олда ви и на ви ногра дных пла нта ци ях ми гри рующ и е с пове рх нос ти отри ца тельно за ряж е нные комплекс ные с оеди не ни я мета ллов, на при ме р, Cu(OH)- и ли Cu(CO3)22- сорби руютс я ги дрооки сла ми Fe3+ ки слородного ба рье ра . Т а к впоч вах под многолетни ми на са ж де ни ями возни ка ют конце нтра ци и меди на тех ноге нном ки с лородно-с орбци онном ба рье ре . И скус с тве нный ки слородный ба рье р с озда е тс я на с та нци ях оч и стки пи тьевых вод от с ое ди не ни й ж е ле за . И с пользуе мые для водос на бж е ни я подземные гле евые воды зде сь ра с пыляютс я ввоздух е , врезульта те ч е го Fe2+ оки сляе тся и поступа ющ а я потре би телям вода уж е ли ше на при ме с и ж елеза (пос ле дняя в ф орме рыж е й пле нки оса ж да ется на пес ке, ч ерезкоторый ф и льтруе тс я вода ). Сероводородный и с ульф и дный тех ноге нные ба рье ры. Э ти ба рьеры оч е нь х а ра ктерны для уч а стковза грязне ни я с броса ми пре дпри яти й пи щ е вой и х и ми ч е ской промышле ннос ти , соде рж а щ и х SO2 и орга ни ч е ски е ве щ е ства. В на и лка х в результа те де с ульф ури за ци и (SO42- - H2S) появляе тся H2S, а коли ч е ство

28

ра створе нного вводе ки слорода резко с ни ж а е тся. Т а к с озда ютс я ус лови я для возни кновени я с ульф и дного ба рьера . Т ех ноге нные се роводородные ге ох и ми ч е с ки е ба рьеры х а ра ктерны для та к на зыва емых с ерноки слых ла ндша ф тов, ф орми рующ и х с я на уч а с тка х отра ботки с ульф и дных руд, вбли зи ме та ллурги ч е ски х комби на тов. П ерс пе кти вно с озда ни е и скус с тве нных се роводородных ба рьеровдля лока ли за ци и за грязне ни я окруж а ющ е й сре ды вра й она х горнообога ти тельных и ме та ллурги ч е с ки х комби на тов. Г ле евый те х ноге нный ба рьер. Он возни ка е т вра й она х втори ч ного за бола ч и вани я, на при ме р взоне подтопле ни я водох ра ни ли щ и прудов, ф орми рова ни я верх оводки на ороша емых зе млях . П ос тоянное и ли пери оди ч е ское пере увла ж не ни е при води т к с ни ж е ни ю Eh сре ды и , ка к сле дстви е, к оса ж де ни ю на гра ни це огле е ни я ряда х и ми ч е с ки х э ле ме нтов. Щ елоч ной ба рьер. П одобные ба рьеры та кж е ра с прос тра не ны ши роко.Они и зуч е ны в сте пных культурных ла ндша ф та х . З де сь отмеч а етс я конце нтра ци я те х ноге нной ме ди . На копле ни е ме ди прои с х оди т на тех ноге нном щ елоч ном ба рьере, роль которого выполняет ка рбона тное полотно дороги . Э то при мер ла те ра льного ба рье ра . Р а ди а льные щ елоч ные ге ох и ми ч е ски е ба рьеры ус та новле ны втех ноге нных поч вах и на носа х с прослоями ка рбона тс одерж а щ е го ма тери а ла те х ноге нного прои с х ож де ни я. Т а к, в культи ви руе мых поч вах под многолетни ми на са ж дени ями встре ч а ются гори зонты с о строи те льным мус ором ка рбона тного с оста ва, которые выполняют роль щ елоч ного ба рьера для ми гри рующ е й вра ди а льном на пра вле ни и тех ноге нной ме ди . Ч а сто в результа те мех а ни ч е с кой обра ботки поч вы при родный щ е лоч ной ба рьер, с ущ е ствующ и й на уровне ес те с тве нного ра с прос тра не ни я ка рбона товвпоч ве, перемещ а е тс я выше, и ногда да ж е вых оди т на дневную поверх нос ть. И вэ том случ а е, оч еви дно, с ле дуе т говори ть о возни кновени и тех ноге нного щ елоч ного ба рьера . И с па ри тельный те х ноге нный ба рьер. П одобные ба рьеры являютс я на с тоящ и м би ч ом ра й оновороша емого зе мле дели я вс ух и х с те пях и пус тынях , где с ни ми связа но втори ч ное за соле ни е поч в. Э то вос новном кла с сы, для которых х а ра ктерна конце нтра ци я вос новном S, Cl, N, Na, Mg, Ca, а и з ре дки х э леме нтов– Mo, Sr, Zn. Т ермоди на ми ч е ски е тех ноге нные ба рье ры. Они связа ны гла вным обра зом с пони ж ени ем да вле ни я и на рушени ем ка рбона тного ра вновес и я ввода х по и звес тной реа кци и : Ca ( HCO3 ) 2 CaCO 3 → + H 2 O + CO2 р ас тв о р ↓

Совмещ е нные ф и зи ко-х и ми ч е ски е тех ноге нные ба рье ры. Т а ки е ба рьеры были и зуч е ны вБ ольшеземе льской тундре взоне сплошной многоле тне й мерзлоты с пре и мущ ес твенным ра зви ти е м торф яно-гле евых поч в. В ла ндша ф та х ши роко ра с простра не ны при родные ки с лородные , гле е вые, с орбци онные и с овмещ е нные ба рьеры. В на стоящ е е вре мя зде с ь и нтенс и вно ведутс я пои сковобуровые ра боты на не ф ть, которые вре зульта те ра боты тра нс порта и за грязне -

29

ни я отх ода ми буровых ра бот (ос та тки Г СМ , х и ми ч е с ки х ре а гентов, ме та ллолома , бытовые отх оды, ра зли вы буровых ра с творов) при водят к те х ноге нному преобра зова ни ю ла ндша ф та . П од вли яни ем тех ноге не за прои сх оди т пе ре строй ка при родных ге ох и ми ч е ски х ба рье ров: появляютс я новообра зова нные тех ноге нные ба рьеры, нети пи ч ные для при родных ус лови й тундры, и ли прои сх оди т тех ноге нное ус и ле ни е ти пи ч ных для тундры при родных ге ох и ми ч ес ки х ба рьеров. На и более ус той ч и вы в тундровых ла ндша ф та х те х ноге нные ба рьеры, с ф орми рова вши е с я на ос нове при родных . П оэ тому при с озда ни и и скус с тве нных ге ох и ми ч е ски х ба рье ровс целью ох ра ны окруж а ющ ей среды рекоме ндуе тс я и с пользова ни е свой ствпри родных ге ох и ми ч е ски х ба рьеровс и скус с тве нным те х ноге нным ус и ле ни е м и х . П ри а ва ри й ных ра зли ва х бурового ра с твора (с рН>8) на конта кте е го с торф яно-гле евой поч вой ф орми руе тс я с овме щ е нный ге ох и ми ч е ски й ба рьер и спа ри тельно-щ е лоч ной , а взоне ра згрузки поч ве нных вод на уч а стке буре ни я – ки с лородно-с орбци онный . На буровых площ а дка х вверх не й ч а с ти поч венного проф и ля отме ч а е тс я ус и лени е гле е вых проце с с ов и ф орми ровани е ба рьеров гле ево-с орбци онного ви да . М ех а ни ч е с ки е те х ноге нные ба рье ры Э ти ба рьеры ра с простра не ны и сключ и тельно ши роко, ч ре звыч а й но ра знообра зны, и меют большое пра кти ч е ское зна ч е ни е , но с пози ци й ге ох и ми и и зуч е ны сра вни те льно сла бо. В роли ла те ра льных мех а ни ч е с ки х ба рье роввыс тупа ют на зе мные с ооруж е ни я, и с кус с тве нные выемки , поса дки деревьев, кус тови т.п. Т ра нс порти руе мые поверх нос тными вода ми и ли ветром тех ноге нные продукты за держ и ва ютс я на та ки х ба рьера х , вре зульта те ч его возни ка ют те х ноге нные а нома ли и ра зли ч ной конф и гура ци и и и нте нс и вности . Т а ки е ба рьеры отч етли во ф и кс и руе тс я вдоль а втомоби льных дорог. З де с ь поста вляемые ва тмос ф е ру с вых лопа ми с ое ди не ни я сви нца , ра с прос тра няясь вкре ст полотна дороги , за держ и ва ютс я при дорож ной ра с ти тельнос тью. Оса ж де нные вме сте с пылью на ветвях и ли с тьях с ое ди не ни я с ви нца с мываются а тмос ф ерными ос а дка ми и на ка пли ваютс я в поч ве под пе рвым рядом на са ж де ни й . Р а ди а льные мех а ни ч е с ки е тех ноге нные ба рьеры х а ра ктерны для поч в. Т а к, вч ернозема х на па х отных зе млях прои сх оди т на копле ни е тех ноге нной меди . Р а зли ч и е плотнос ти верх не й вс па х а нной и ни ж не й нетронутой ч а с те й поч венного проф и ля вызывае т с ни ж е ни е скорос ти ме х а ни ч е ской ми гра ци и тех ноге нной меди , смываемой с поверх нос ти вс ос та ве и ли стых ч а с ти ц и с ух и х ос та тков пе сти ци дов. На та ком ж е ба рье ре отме ч е но на копле ни е и тех ноге нного сви нца взоне вли яни я а втомоби льных дорог.

30

Б и оге ох и ми ч ес ки е тех ноге нные ба рье ры Д а нные ба рьеры обус ловли ва ются на копле ни е м тех ноге нных э леме нтов культурными на са ж де ни ями . На при мер, ме ж ду содерж а ни ем меди взоле и е е конце нтра ци е й в поч ве с ущ ес твуе т пряма я за ви си мос ть. Ч а с то проявляетс я площ а дное проявле ни е те х ноге нного би оге ох и ми ч е ского ба рье ра . У ч а с тки повыше нного и а нома льного с одерж а ни я меди взоле ра сте ни й с оотве тс твуют на са ж дени ям, где долговреме нно при ме няли с ь ме дьс оде рж а щ и е пре па ра ты. На копле нна я ра с те ни е м медь взоле ра с те ни й с оответс твуют ви ногра дни ка м, где долговреме нно при ме няли с ь медьс одерж а щ и е пре па ра ты. На копле нна я ра с тени ем ме дь ч а сти ч но возвра щ а е тс я с ли стовым опа дом, за кре пляяс ь вверх не й ч а с ти гумус ового гори зонта . На тех ногенном би оге ох и ми ч е с ком ба рьере та кж е выявле но на копле ни е сви нца и ци нка . Д ля сви нца мех а ни зм би ологи ч е ского на копле ни я, вероятно, и ме ет отли ч ную при роду: э ле ме нт пос тупа ет вра сте ни е не ч ерезкорневую с и стему, а врезульта те прони кнове ни я не посре дственно втка нь ли с та и з оса ж да ющ ей с я на е го поверх нос ть при дорож ной пыли . Созда ни е и скус с тве нного те х ноге нного ба рьера для борьбы с тех ногенным за грязне ни ем медью В связи с ра зви ти ем са доводства , ви ногра да рства а ктуа льна проблема за грязне ни я с ре ды ме дью, тех ноге нные с ое ди не ни я которой на ка пли ва ютс я в ра сте ни ях , поч вах , поверх ностных и подземных вода х . Э то с вяза но с ши роки м при ме не ни е м ме дьс оде рж а щ и х ядох и ми ка тов, пре и мущ е с тве нно сме с и медного купороса с и звес тковым молоком (бордоска я ж и дкость). М ож ет с ф орми роватьс я те х ноге нна я геох и ми ч е ска я прови нци я с выс оки м с одерж а ни е м ме ди (в поч вах под ви ногра дни ка ми до с отых доле й проце нта , а вме с та х и збыточ ного при ме не ни я бордоской ж и дкости – до це лых проце нтов). В ре зульта те прои сх оди т за грязне ни е ме дью вод, донных отлож е ни й водоемов, поч вдоли н, где обыч но ра с пола га ютс я на с еле нные пункты и огороды. Содерж а ни е ме ди вподч и не нных ла ндша ф та х ч а сто выше, ч ем вэ люви а льных . У ме ньше ни е за грязне ни я э ти х ла ндша ф товмож ет быть дости гнуто путем лока ли за ци и потоковра с с е яни я ме ди . Т а ка я лока ли за ци я ос ущ е с твляе тся на ге ох и ми ч е с ки х ба рьера х . Т ех ноге нна я ме дь оса ж да етс я на ге ох и ми ч ес ки х ба рьера х всех ти пов: мех а ни ч е с ки х , би огеох и ми ч е ски х , ф и зи ко-х и ми ч е ски х , и с па ри тельных , термоди на ми ч е ски х , с орбци онных и др. В ыше были при ведены при ме ры на копле ни я те х ноге нной ме ди на та ки х ба рьера х . На и боле е э ф ф екти вно она за держ и ва етс я мех а ни ч е ски м и щ елоч ным ба рье ра ми . Сущ е с твуе т « Спос об лока ли за ци и те х ноге нной меди ». На пути те х ноге нных потоковме ди пре длож е но с озда вать и скусс твенный щ елоч ной ге ох и ми ч ески й ба рьер и зка рбона та ка льци я: повыше ни е рН на ба рьере от 6 до 8,5 при води т к оса ж де ни ю тех ноге нной ме ди вви де плох о ра с твори мого ги дра та оки с и и ли ос новного ка рбона та . И с кусс твенный ба рьер пре дла га етс я ра с пола га ть на

31

пути ми гра ци и тех ноге нных потоковвви де земляного ва ла и тра нше и с внутре нне й стороны вала . Т ра нше я тре угольного с еч ени я долж на быть за полне на сме сью ка рбона тного ма те ри а ла и крупнозерни с того пес ка . Опи са нный с пос об лока ли за ци и за грязне ни я являе тс я при нци пи а льно новым среди спос обови при емовза щ и ты сре ды от за грязне ни я. В е го ос нове леж и т моби ли за ци я и ме ющ и х с я впри роде поте нци а льных возмож нос те й для са мооч и щ е ни я. М е тод дос та точ но э кономи ч е н: не требуе т слож ных тех нологи ч е ски х опе ра ци й и спе ци а льных конс трукци й , ми ни ма льно э нергоемок, не требует большого вни ма ни я при э кс плуа та ци и . И скус с тве нный щ е лоч ной геох и ми ч е ски й ба рьер мож е т быть и с пользова н для лока ли за ци и не только ме ди , но и те х ноге нных потоковбольшой группы мета ллов. Ос новное дос тои нс тво с пос оба – возмож нос ть е го при ме не ни я та м, где поступле ни е тех ноге нных вещ е ств прои с х оди т ши роки м ф ронтом и при ме не ни е тех ни ч е с ки х средс твлока ли за ци и не возмож но. Л Е К Ц И Я 7. ГЕ О Х И М И ЧЕ СК И Е А СП Е К Т Ы Т О К СИ ЧН О СТ И ЭЛ Е М Е Н Т О В З на ч е ни е да нных по ге ох и ми ч ес кой э волюци и З емли для е с те стве нных на ук трудно пере оце ни ть. Не т ф а кторов, которые могли бы быть сопос та ви мы с ге ох и ми е й среды для проце с с оввозни кнове ни я и ра зви ти я би ос ф е ры. Е ди нство проце с с ов ж и зни и сре ды – важ не й ше е ус лови е, определяющ е е ра зви ти е, строе ни е и ф ункци и би осф е ры. Б ла года ря де ятельнос ти ж и вого ве щ е ства поддерж и ва ется постоянство а тмос ф е ры, ги дрос ф еры, на пра вле ннос ть проце с с ов выветри ва ни я, ми не ра ли за ци и . Оце ни вра зумные пре де лы тех ноге нной на грузки , безвре дные для би ос ф еры, мож но и збеж а ть на рушени я слож и вше гос я ра внове с и я. Ф ункци они рова ни е тех нос ф еры – а нтропоге нного обра зова ни я, сф орми рованного и с ущ е с твующ е го на ос нове х озяй стве нной де ятельнос ти людей , - ч а щ е все го и дет вра зрез с общ и ми за кона ми би ос ф еры. Опре деле ни е опа с нос ти ра зли ч ных а спе ктов а нтропоге нной де яте льности на ма кроуровне ока зывае тся сли шком слож ной за да ч е й , поэ тому все ч а щ е и с сле дователи обра щ а ютс я к проблеме « Х и ми ч е ски е э леме нты и окруж а ющ а я среда ». Е щ е во второй полови не XIX в. пре дпри ни ма ли сь попытки выяс ни ть вли яни е мета ллов, с оле й , и зве сти на ра зви ти е ж и вых орга ни змов. На уч ный и нтере с в на ше вре мя сме ни лс я на с ущ ной не обх оди мостью, та к ка к а нтропоге нное вли яни е на и зме не ни е геох и ми ч е ской с ре ды вс е вбольшей сте пе ни возде й с твует на здоровье и ж и знь люде й . Д ля пони ма ни я зна ч е ни я э лементоввэ волюци и не обх оди мо ус та нови ть, в с и лу ка ки х при ч и н прои с х оди т отбор э леме нтоввж и вых орга ни зма х на все х ста ди ях ра зви ти я би ос ф е ры, а та кж е токс и ч нос ть и ли би оф и льнос ть э леме нтов. Ответ на поста вле нные вопросы помож е т прогнози ровать поведе ни е вс е го с пектра э леме нтовна ра зли ч ных би ос ф е рных уровнях .

32

Б ла года ря э кологи ч е ски м ра бота м В.И .В е рна дс кого, В.В.К овальского, Э .К э ннона , П .М и тч ела и др. ста ло яс но, ч то ге ох и ми ч е с ка я среда являе тся ва ж не й ши м э кологи ч е ски м ф а ктором. Се годня х и ми ч е ски й с оста всре ды вс ф ере а нтропоге нного вли яни я определяетс я тех ноге нным потоком, который , ка к и пре дс ка зывалВ.И .Ве рна дски й , не только ста нови тс я ра вным при родным проце с са м по мощ нос ти , но и зна ч и тельно превыша е т и х по и нте нс и внос ти . На и больши е опа с е ни я и з продуктов те х ноге неза вызывают мета ллы и э леме нты, нех а ра кте рные для би оге ох и ми ч ески х процес с ов. П овыше нный и нтере с к би оф и льным э ле ме нта м объяс няетс я и х зна ч ени ем для ж и вой ма тери и . Т а к, ми нера льные э леме нты соста вляют ли шь 5,8% ве са тела ч елове ка , и зни х на долю мета лловпри х оди тс я 3%, а ми кро- и ультра ми кроэ леме ты с ос та вляют 0,13%. Не с мотря на с толь ма лые конце нтра ци и , ме та ллы опре деляют на пра вле ни е и с корос ть многи х мета боли ч е ски х проце с с овворга ни зме. Соде рж а ни е ме ди , уч а с твующ и е во вс ех оки сли те льно-вос ста нови тельных проце с са х клетки , опре деляетс я n • 10-4 –n •10-3%. Оце ни ть зна ч е ни е х и ми ч ес ки х э леме нтов мож но, ли шь обра ти вши сь к да нным по э волюци и х и ми ч е с кого с оста ва би ос ф е ры. П ервые попытки выяви ть за кономернос ти х и ми ч е ского с оста ва ж и вой ма те ри и сдела ны В .И .Верна дски м и А .П .В и ногра довым. П о мне ни ю В.И .Ве рна дс кого, орга ни змы могут с одерж а ть ши роки й с пе ктр э леме нтов, за ви сящ и й от ге ох и ми ч е с кого с оста ва верх ни х оболоч ек З емли . Д руги м ва ж не й ши м полож е ни е м взглядовВ .И .Ве рна дского являе тся мысль о том, ч то э волюци я х и ми ч е с кого с оста ва би ос ф еры прои сх оди т врезульта те и зме не ни я ви дового с оста ва. Ос новными пока за телями э того проце сс а служ а т би ома с са ви да , е го х и ми ч е ски й с оста в, геох и ми ч е ска я э нерги я. На и больши й вкла д вра зра ботку и де и ге ох и ми ч ес ки х ф а кторовэ волюци и вне с А .П .Ви ногра дов. В е го ра бота х с ф ормули рованы три ос новных полож ени я: 1) на ли ч и е все х э леме нтоввж и вом вещ ес тве; 2) э мпи ри ч е ски ус та новле нное уме ньше ни е с одерж а ни я э леме нтоввж и вой ма тери и с увели ч ени е м а томного номе ра ; 3) би ологи ч е ска я роль э леме нта е с ть пе ри оди ч е ска я ф ункци я а томного номера . Д е й стви е ге ох и ми ч ес ки х ф а ктороввсе гда опосре дова но с пе ци ф и кой орга ни зма , выра бота нной врезульта те ф и логе неза , т.е. при обре те ни ем с овокупности ба рьерных и ре гуляторных си стем. П ри мером мож е т служ и ть с та би льнос ть х и ми ч е ского сос та ва мле копи та ющ и х . А .П .Ви ногра довпе рвым отме ти лувели ч е ни е с та би льнос ти х и ми ч е ского с оста ва орга ни змоввпроцес с е э волюци и боле е выс око орга ни зова нных с ущ е с тв. Ве роятно, э то связа но с ра зви ти ем выс окос пе ци а ли зи рова нных с и с тем с о строги м би ох и ми ч е с ки м сос та вом. Спос обность ре гули рова ть с вой сос та ввус лови ях зна ч и тельных коле ба ни й с одерж а ни я отдельных э леме нтовогра ни ч е на . П ревыше ни е преде льных конце нтра ци й при води т ли бо к зна ч и тельной ф е ноти пи ч е ской и зме нч и вости ви дов, ли бо к

33

сме не с ос та ва с ообщ е с тв. Т а к, вра й она х с а кти вной вулка ни ч е с кой де яте льностью вс треч а ются ра сте ни я, и зме ни вши е свой ф е ноти п столь зна ч и те льно, ч то отдельные и с следова те ли относ ят и х к други м ви да м. З а ни ма яс ь вопроса ми ма кроэ волюци и (и зме не ни ями ус ре дненного с ос та ва би ос ф еры), А .П .Ви ногра дов не однокра тно обра щ а лс я к э волюци онным и змене ни ям внутри популяци й , при уроч е нных к конкре тным би оге ох и ми ч е ски м ус лови ям. В 1938 г. и м с ф ормули рова ны поняти я о би оге ох и ми ч е с ки х прови нци ях , получ и вши е да льне й ше е ра зви ти е вра бота х В.В .К ова льского. И зуч а я би оге ох и ми ч е ски е прови нци и , ос обе ннос ти би оге нных и би ох и ми ч е ски х ци клов, морф ологи ч ес ки е, ф и зи ологи ч ес ки е отли ч и я орга ни змов ра зных а реа лов, В.В .К ова льски й и сх оди л и з того, ч то ге ох и ми ч е ски е ф а кторы де й с твуют на все х би ос ф ерных уровнях , на ч и на я с моле кулярного. Д е й с тви е ге ох и ми ч ес ки х ф а кторовсре ды, на ч а вши с ь с и змене ни я ф ермента ти вной а кти внос ти (э ндеми ч е ски х за болева ни й ), мож е т при вес ти к ка ч е с твенному и зме нени ю би оге ох и ми ч е с ки х ци клов. В.В .К овальски й дока за л, ч то с пособнос ть орга ни змовс ох ра нять с ба ла нс и рова ннос ть ф и зи ологи ч е ски х проце с с овза ви с и т от « за па са проч ности » – ре гули рующ и х мех а ни змов, за кре пле нных ге нети ч ес ки . Внутри популяци й вс е гда с ущ е с твуе т ф е ноти пи ч е ска я и геноти пи ч ес ка я ра знороднос ть по ус той ч и вос ти к и зме не ни ю ге ох и ми ч е ски х ус лови й . Б ла года ря на ли ч и ю та кой ра знороднос ти вби оце ноза х прои с х одят э волюци онные пре обра зова ни я, и ч ем зна ч и тельне е ге ох и ми ч е ски е и зме не ни я, тем с и льне е пре обра зова ни я. П олож е ни я, ра зра бота нные В.В.К овальски м, служ а т те оре ти ч е с кой ос новой для да льне й ши х и с следовани й вобла сти геох и ми ч е ской э кологи и . Ос обое зна ч е ни е при оце нке возмож ных пос ле дстви й а нтропоге нного возде й с тви я при обре та ет теори я би оге ох и ми ч е ски х прови нци й , и меющ и х свой с пе ци ф и ч ный ци клэ леме нтов, и зме нени е которого при ве дет к необра ти мым на рушени ям. Вопрос о при ч и на х пери оди ч ности би ологи ч е ски х свой с тв, а сле довательно, зна ч е ни и э леме нтоввби ос ф е ре мож но ре ши ть, вос ста нови вге ох и ми ч е скую ка рти ну ж и зни , поскольку вли яни е х и ми ч е с ки х э ле ме нтовна э волюци ю са мым с и льным было впери од за рож де ни я ж и зни . Согла с но общ е при нятой те ори и за рож де ни я ж и зни , с ос та впротоби онттов с оответствовал с ос та ву пе рви ч ной сре ды оби та ни я. Е стес твенно, ч то на э том э та пе ра зви ти я ж и зни ра с сма три ва ть э леме нты ка к токс и ч ные и би оф и льные не пра вомерно. Не вызыва ет с омне ни я уч а с ти е х и ми ч е ски х э леме нтови ми нера лов в ф орми рова ни и орга ни ч е с ки х структур ж и вого вещ е ства. Выполняя роль ка та ли за торови ма три ц вс и нте зе пе пти дов, нукле оти дови т.д., х и ми ч ески е с ое ди не ни я созда ют с труктурную пре дра с полож е ннос ть орга ни ки к отдельным а тома м. Не обх оди ма кла с с и ф и ка ци я би оф и льных э леме нтов ка к по ф ункци ям, та к и по э волюци и ра с простра не ннос ти вби ос ф е ре. И нтерес на я попытка с де ла на вэ том на пра вле ни и Б .Б .П олыновым, который предлож и л ра зде ли ть э лементы, вс треч а ющ и е с я в орга ни зме , на две группы: орга ноге ны и при ме с и ; орга ноге ны, всвою оч ередь, де лятс я на а бс олютные (Н, C,O,N,Mg,K,P,S), без которых не возмож но с ущ е с твова ни е ж и вой ма тери и , и

34

с пе ци ф и ч ные (Cu, Na, Ca, Fe, Cl, F, Mg, Sn, Zn), не обх оди мые для отдельных групп орга ни змов. Спе ци ф и ч ные орга ноге ны, по пре дс та вле ни ям Б .Б .П олынова , не и гра ли с ущ е с тве нной роли на на ч а льных э та па х э волюци и . Орга ни змы, на х оди вши е ся вс пе ци ф и ч ных ус лови ях , постоянно поглощ а ли э ти э леме нты, пос те пе нно при споса бли ва я к э тому би ох и ми ч е ски е проце с сы. Не с мотря на то, ч то круг э леме нтовБ .Б .П олыновым зна ч и те льно с уж е н, та кой подх од пре дста вляет опре деленный и нтере с. И зуч е ни е ка ч е с тве нных отли ч и й ра зли ч ных групп орга ни змовпозволяет уви де ть, ка к с возни кновени ем новых с и с тем (кровенос ной , не рвной и т.д.) э леме нты на ч и на ют проявлять с е бя вновом ка ч е стве. Выявле ни е э ти х за кономернос те й позволи т прогнози рова ть после дстви я попа да ни я ворга ни зм э ле ме нтов, ра не е не встреч а вши х с я вс и лу свое го ге ох и ми ч е с кого х а ра кте ра , а ли шь вре зульта те а нтропоге нной де ятельности зна ч и те льно увели ч и вши х кла рк вби ос ф ере. Одни м и з на и более удобных с пособовпои с ка та ки х за кономернос те й с луж и т построе ни е ма тема ти ч е ски х моде ле й . С и х помощ ью мож но выявлять общ и е на пра вле ни я, дви ж ущ и е с и лы проце с с ов. И нте ре с ные ре зульта ты получ и л А .А .К и с т. И м предлож ена ф е номе нологи ч е с ка я модель опи с а ни я ра с прос тра не ннос ти х и ми ч е с ки х э ле ме нтоввра зли ч ных с и с тема х . Выявле ны не которые за кономернос ти , на при мер, с дела н вывод о пос те пе нном выра вни ва ни и конце нтра ци и пе рех одных э леме нтоввпроце с с е э волюци и (возмож но, э то объясняетс я и х включ ени ем вби ох и ми ч е ски е проце с с ы). П ре делы коле ба ни й за ви с ят от сре дне го с оде рж а ни я э леме нта , т.е. толера нтнос ть орга ни зма те м выше, ч ем выше вне м е сте с твенное соде рж а ни е э леме нта и ч ем ни ж е с тои т да нный орга ни зм на э волюци онной лес тни це . Общ и е за кономернос ти и зме не ни я х и ми ч еского с ос та ва ж и вых орга ни змов, с и не рги зма и а нта гони зма э лементовмогут быть и с пользова ны при пои с ке полезных и скопа емых , вмеди ци не, вкла сс и ф и ка ци и э леме нтовпо и х би ологи ч е ской роли . П опытки выра зи ть би ологи ч е скую зна ч и мость э леме нта ч е ре з э лектронную с труктуру, ф и зи ко-х и ми ч ес ки е свой с тва дела ли с ь не однокра тно. В на и боле е уда ч ной на основе та бли цы М е нделее ва с опоста вле ны а томный ве с и ч и сло с ф и зи ко-х и ми ч е с ки ми па ра ме тра ми , и х ролью вби ологи ч е ски х проце с са х . Ос новна я це ль подобных ра бот – выбра ть ряд па ра ме тров, опре де ляющ и х поведе ни е э леме нта вби ологи ч е ски х с и сте ма х . П ри выявле ни и та ки х вели ч и н сле дуе т уч и тывать ка ч е стве нные особеннос ти орга ни змов, с тоящ и х на ра зли ч ных с тупенях э волюци и . Оч еви дно, ч то одни и те ж е э леме нты проявят ра зные свой ства, пос кольку будут окруж е ны с пеци ф и ч ными ли га нда ми , поэ тому не предста вляетс я возмож ным выбор па ра метров, удовле творяющ и х все м э леме нта м и би ос ф е рным уровням. Структурное с оответс тви е э лемента и ли га нда и гра ет ре ша ющ ую роль для проце с с ов in vivo. Сте ри ч е ское, э лектрос та ти ч ес кое с х одс тво позволяет э леме нта м за ме щ а ть другдруга вотдельных би ох и ми ч е с ки х проце с са х . Включ и вши й с я э леме нт мож ет с та би ли зи рова ть, ус и ли ть, за ме дли ть и ли за блоки ровать проце с с. П оэ тому кроме ф и зи ко-х и ми ч ес ки х свой стви э лектронной с труктуры не обх оди мо уч и тывать ли га нды, вза и модей ствующ и е с э леме нта ми .

35

К онце пци я ж е стки х ки слот и мягки х ос нова ни й (Ж К М О) си с тема ти зи руе т вудобной ф орме пре дста вле ни я о после дс тви ях вза и моде й с тви я мета лл – ли га нд. Согла с но основному при нци пу Ж К М О, проч ные с вязи обра зуют только ж е с тки е ки слоты с ж е стки ми ос нова ни ями , мягки е ки слоты – с мягки ми ос новани ями . Т е ори я Ж К М О объяс няет не только ра с прос тра не ни е э леме нтовв земной коре (та к, Al3+ и Mg2+ встре ч а ютс я с вяза нные с ж е стки ми а ни она ми O2и СО2-3), но и коорди на ци ю ме та ллов и ли га ндоввби ологи ч е ски х с и с те ма х . Т е пе рь вполне объяс ни мо, поч ему при введе ни и оч е нь ж е с тки х (и ли мягки х ) ли га ндовпрои сх оди т на с только э ф ф е кти вна я с та би ли за ци я одного и з вале нтных с остояни й мета лла , ч то и он пос ледне го теряет с пос обнос ть к оки сли тельно-вос ста нови тельным превра щ е ни ям и на кти ва ци и за ви с ящ е го от не го ф ерме нта . П ри мера ми ядовмягки х ки слот с луж а т Cd2+, CH3, Hg+, мягки х ос новани й – СО3-, CN-, S2-. Г е ох и ми ч е с ки е ф а кторы э волюци и би ос ф еры и гра ют важ не й шую роль в э кологи ч е ски х и с сле дова ни ях . У ровень за грязне ни я с ре ды отх ода ми промышле нного прои зводс тва, впе рвую оч е ре дь мета лла ми , ра с тет. Возмож но, вре зульта те э волюци и би ос ф ера а да пти руе тс я к новым э леме нта м; возмож но, после дни е с та нут не обх оди мыми ; но ес ть и друга я а льтерна ти ва – появле ни е в зна ч и тельных коли ч ес тва х э леме нтов, к которым ж и вая ма тери я не вс ос тояни и при с пособи тьс я. Не обх оди мо ра зра бота ть ди ф ф ере нци рова нный подх од к оценке би ологи ч е ски х свой ствэ леме нтовдля ра зли ч ных би ос ф ерных уровне й . Выявле ны коэ ф ф и ци е нты неза ви с и мых па ра ме тров, опре деляющ и е предельно допус ти мые конце нтра ци и (П Д К ) токс и ч ных ве щ ес тв, позволяющ и е предска зывать сте пе нь опа с нос ти х и ми ч ес ки х э ле ме нтовдля ж и вых орга ни змов. П ре двари тельно на Э В М проведе н кла с терный а на ли з пра кти ч е с ки все х ф а кторов, вли яющ и х на П Д К : средне е с одерж а ни е э леме нта ворга на х дых а ни я, не рвной с и с теме, кож е и т.д. Но удовле твори тельную корреляци ю с вели ч и ной П Д К и мели только номер э леме нта , номер ряда , номер группы (т.е. ме стополож е ни е вта бли це М е нделе е ва), ти п с ое ди не ни я, валентнос ть, кла рк ли тос ф еры и средне е с одерж а ни е ворга ни зме (кла стерный а на ли з). Т а бли ца П а ра метры для ре ше ни я ре гре с с и онного ура вне ни я Содерж а № № Ва ле н Г ра Р а с проФ ормула In № тда стра не ни е ни е ворсоеди не - П Д К э ле- ряда груп пы нос ть ци я* э леме нта , га ни зме , ни я ме н10-4% 10-4% та 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PbO -2 82 9 4 2 4 16 2 PbO2 -2 82 9 4 4 4 16 2 PbCl2 -2 82 9 4 2 4 16 2 PbHAsO4 -1,301 82 9 4 2 4 16 2 Hg -1,301 80 9 2 2 4 0,033 0,046 Hg2Cl 2 -1,301 80 9 2 1 4 0,033 0,046

36

1 Hg CdO CdI Cd(NO3) SnO SnO2 F2O NaF NaCO3 PbCl PbCO3 CuO ZnCl2 BeF BeO CaO BaCO3 AlN TiCl 4

2 -2 -1 -0,699 -0,699 1 1 -1 -0,3 0,3 -0,52 -0,52 -1 0 -3 -3 0,301 -0,3 0,78 0

3 80 48 48 48 50 50 9 11 11 37 37 29 30 4 4 20 56 13 22

4 9 7 7 7 7 7 2 3 3 6 6 5 5 2 2 4 8 3 4

5 2 2 2 2 4 4 7 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 4

6 0 2 2 2 2 4 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 4

7 1 4 4 4 4 4 1 5 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 3

8 0,033 0,16 0,16 0,16 2,7 2,7 720 22000 22000 180 180 22 51 2,5 2,5 27000 680 80000 3300

9 0,046 0,5 0,5 0,5 0,15 0,15 320 4000 4000 17 17 2,4 160 0,002 0,002 42400 0,75 50 0,2

* - га з, дым, а э розоль; 2 – пыль; 3 – ж и дкос ти , ра с творы; 4 – порошки , кри ста ллы; 5 – твердые вещ ес тва R-а на ли з позволяе т оце ни ть вза и мос вязь а на ли зи руе мых ф а кторов. Отри ца те льна я за ви с и мос ть меж ду номе ром э леме нта и П Д К не проти вореч и т общ ей те нде нци и уме ньше ни я с оде рж а ни я э леме нта ворга ни зме с увели ч ени ем е го а томного номера . Выбор па ра ме тров, определяющ и х токс и ч ность, не еди нстве нное при ме не ни е кла сте рного а на ли за . Одновреме нно с R-а на ли зом, пре дста вляющ и м корреляци ю выбра нных вели ч и н с П Д К , с помощ ью Q-а на ли за получ а е тс я кла сс и ф и ка ци я х и ми ч е ски х э леме нтов по с те пе ни опа с нос ти для и с сле дуе мой си стемы. Q-а на ли з пока за л, ч то на и большую опа снос ть и з 186 э леме нтови и х соеди нени й предста вляют сое ди не ни я сви нца , ртути , ка дми я, та лли я. Т а ки е и звес тные яды, ка к ци а ни ды, зна ч и тельно ус тупа ют и м по токс и ч нос ти . С помощ ью Q-а на ли за прои зве де на кла с с и ф и ка ци я тех ж е с оеди не ни й по двум па ра метра м: номер э леме нта и П Д К . Сра вни врезульта ты, получ а ем пра кти ч е ски и деа льную сх оди мос ть, ч то говори т не только о при ме ни мос ти Qа на ли за к ре ше ни ю подобных за да ч , но и о пра ви льнос ти выбора па ра метров, определяющ и х токси ч нос ть. К онеч ной за да ч е й и с следова ни я являлс я ра сч е т корреляци онных ура вне ни й токс и ч нос ти . П о многи м э леме нта м та бли цы М е нделе ева не с ущ е с твуе т обос нова нных П Д К для ч е ловека . Опре деле ни е токс и ч ности оч е нь трудое мки й процес с, э кс-

37

пе ри ме нты проводятс я, ка к пра ви ло, на ж и вотных . На и боле е объекти вные зна ч е ни я П Д К получ е ны бла года ря и зуч е ни ю вли яни я токс и ч ных с ое ди не ни й в прои зводс твах , опа с ных для ч еловека . Д ля выбора стра те ги и ох ра ны при родных с и стем не обх оди мы х отя бы ори енти ровоч ные да нные по ож и да емой токс и ч нос ти э леме нтов, поскольку комплекс ное возде й с тви е геох и ми ч е ски родс твенных токси ка нтов мож ет ока за тьс я повыше нным по с тепе ни опа снос ти . С другой с тороны, кла с терный а на ли зпозволяет уч и тывать с пе ци ф и ку с и стемы. Р е ши вкорреляци онное ура вне ни е за ви с и мос ти П Д К от группы па ра ме тров, выбра нных с помощ ью R-а на ли за , получ и ли следующ и е э мпи ри ч е с ки е коэ ф ф и ци е нты регре сс и и : П Д К = -2,0773+(0,1149 х ти п соеди не ни я) + (-0,0825 х N э лемента ) + (0,6263 х N ряда ) + (0,0865 х N группы) + (0,1536 х вале нтнос ть) + (0,0276 х сте пе нь ди с пе рс ности ) + (0,0000004 х К ли тос ф еры) + (0,000003 х К ч е ловека ). К а к пока за ли ра сч е ты, кла рк ли тос ф еры и сре дне е с одерж а ни е э леме нтовв ж и вотных не ока зывают ре ша ющ е го вли яни я на вели ч и ну П Д К . Не с мотря на то ч то для ряда э леме нтовобна руж е ны зна ч и тельные отклоне ни я ввели ч и не П Д К , вце лом получ е ны сра вни мые с э кс пе ри ме нта льными да нными результа ты, позволяющ и е и с пользовать на й де нные зна ч е ни я при оценке опа с нос ти введени я мета лловвэ кос и с тему. И збеж а ть зна ч и тельных отклоне ни й вра сч етных вели ч и на х мож но путе м пре два ри тельного подбора круга э леме нтов, на и боле е с х одных по ге ох и ми ч е ски м свой ствам. Т а кой подх од на и боле е пе рс пе кти ве н при оце нке и х опа с нос ти для конкре тных би оге ох и ми ч е ски х ре ги онов. И на проти в, и зуч а я общ и е за кономе рнос ти дей стви я э леме нтовна окруж а ющ ую среду, не обх оди мо опе ри ровать вс еми э леме нта ми , при с утс твующ и ми вби ос ф е ре . Б и оф и льнос ть э леме нтов, та к ж е ка к верх ни е и ни ж ни е пределы с одерж а ни я э леме нтовворга ни зме, опре деляе тс я ге ох и ми ч ес кой и стори е й э леме нтовв проце с с е э волюци и верх ни х оболоч ек З е мли и би ос ф е ры. Т окс и ч ность э леме нтов, по да нным кла стерного а на ли за , за ви с и т от номера э леме нта , номера группы, номера ряда (от с трое ни я э лектронных оболоч е к), сте пе ни ди с пе рс ности (га з, ра с твор, пыль и т.д.), с одерж а ни я в орга ни зме и кла рка ли тос ф еры. Выявле на при нци пи а льна я возмож нос ть получ е ни я оце нок токс и ч нос ти все х э леме нтов та бли цы М е нделе ева на ос нове корреляци онных ура вне ни й токс и ч нос ть – свой ства э ле ме нта . П олуч е ны первые зна ч е ни я, позволяющ и е выдели ть среди э леме нтов группы, пре дс та вляющ и е не посре дстве нную опа с нос ть при пос туплени и вби ос ф е ру, и ос обе нно втроф и ч е с ки е це пи ч е ловека . П ерс пекти вность и корректнос ть подобного подх ода за ви с и т от объекти вности вели ч и н П Д К для ба зовых э леме нтов. П ри ме не ни е пре длож е нного метода позволи т долж ным обра зом уч и тыва ть сте пе нь опа с нос ти э леме нтовдля любой с и стемы.

38

Л Е К Ц И Я 8. П РИ М Е Н Е Н И Е К О М П Л Е К СА А Н А Л И Т И ЧЕ СК И Х М Е Т О Д О В Д Л Я ГЕ О Х И М И ЧЕ СК О ГО М О Н И Т О РИ Н ГА Т Е Х Н О ГЕ Н Н ЫХ О Б ЪЕ К Т О В Г е ох и ми ч е с ки й мони тори нг тяж е лых мета ллов и ми кроэ леме нтоввпри родных с реда х долж е н ста ть обяза те льной ч а стью комплекс ных програ мм по улуч ше ни ю ка ч ес тва при родной среды и промышле нных те х нологи й . П олуч е ни е на деж ной а на ли ти ч ес кой и нф орма ци и возмож но ли шь при ус лови и выполне ни я с овокупнос ти тре бова ни й , важ ней ши м и з которых являе тся требова ни е к ч увс тви тельнос ти методова на ли за , та к ка к ф оновые уровни содерж а ни я многи х э леме нтоввпри родных сре да х ч резвыч а й но ни зки . Не ме не е важ ным ус лови ем для целе й мони тори нга являетс я э кономи ч ность, на деж нос ть и доста точ на я прос тота ме тодов, обе с печ и ва ющ и е вос прои зводи мос ть во време ни а на ли ти ч е ски х проце дур, та к ка к мони тори нгпо своему смыслу ра с сч и та н на дли тельный срок. Спи с ок при ори тетных э леме нтов, подлеж а щ и х мони тори нгу, непрерывно и быстро уве ли ч и вае тс я с ростом зна ни й о и х роли вж и зне де ятельнос ти би ологи ч е с ки х с и стем и окруж а ющ е й сре ды. В э ти х ус лови ях при и зуч е ни и э ле ме нтного соста ва при родных объектовж ела тельно получ и ть а на ли ти ч е ски е да нные для возмож но больше го ч и с ла э леме нтов. Р е шени е на званных а на ли ти ч е ски х за да ч – обе с пе ч е ни е ни зки х пре делов обна руж е ни я при доста точ ной прос тоте и на деж нос ти а на ли ти ч е с ки х проце дур – вопределе нной ме ре возмож но ли шь при и спользова ни и комплекс а и нструме нта льных методов, ни оди н и з которых вотдельнос ти не удовле творяе т требовани ям а на ли за большого ч и с ла э лементов. В на с тоящ е е время в програ мма х по и зуч е ни ю с ос тояни я окруж а ющ е й сре ды и спользуютс я ра зли ч ные выс окоч увс тви тельные ме тоды а на ли за , но предпоч те ни е отда етс я многоэ леме нтным ме тода м. На и больше е ра с прос тра нени е получ и ли а томно-э ми с си онный (А Э ), а томно-а бс орбци онный (А А ) и не й тронно а кти ва ци онный (НА ) ме тоды а на ли за . А Э и А А - ме тоды с дуговым возбуж де ни е м и пла ме нной а томи за ци е й дос та точ но х орошо ра зви ты и при меняютс я вбольшом ч и сле ла бора тори й , НА –ме тод – всра вни тельно небольшом ч и сле а на ли ти ч е ски х центровна ба зе а томных реа кторов. Сле дуе т отме ти ть, ч то при мони тори нговых и с следова ни ях возмож нос ти А А -метода огра ни ч ены и з-за одноэ леме нтного х а ра ктера а на ли за , а пе рс пе кти вы с озда ни я при боровдля многоэ леме нтного а на ли за ос та ютс я не определе нными . В последне е де с яти лети е быстро ра зви ва етс я А Э -метод, и с пользующ и й в ка ч е с тве и сточ ни ка возбуж де ни я и ндукти вно связа нную пла зму. М е тод х а ра кте ри зуе тс я оч е нь х ороши ми метрологи ч е ски ми па ра метра ми (ни зки ми пре дела ми обна руж е ни я и ме ньши ми ма три ч ными вли яни ями ) но, к с ож а ле ни ю, пока та ки е при боры и меются в с ра вни тельно не большом ч и с ле ла бора тори й , ч то объяс няетс я и х выс окой с тои мостью. И меютс я труднос ти и вте орети ч е ском объяс не ни и особе ннос те й проце с с оввэ том и с точ ни ке, ч то, коне ч но, сде рж и ва-

39

ет ра зра ботку е го боле е с оверше нных ва ри а нтов. Т ем не ме не е, сч и та ют, ч то с озда ни е де шевых при боров с и ндукти вно с вяза нной пла змой и ши рокое и спользова ни е и х при а на ли зе объе ктовокруж а ющ е й сре ды являе тся ли шь де лом време ни . Соч е та ни е ра зных ме тодов при прове де ни и мони тори нга в ра зли ч ных при родных объекта х позволяет ра ци она ли зи ровать общ ую сх е му а на ли за , та к ка к ме тоды отли ч а ются ка к по пре дела м обна руж е ни я, та к и по тре бова ни ям к подготовке проб. А Э -ме тод с дуговым возбуж де ни ем и и нс труме нта льный НА метод могут быть при мене ны впрямом вари а нте при а на ли зе твердых проб. А А -метод пре дна зна ч е н для а на ли за ж и дки х проб, ч то являе тся е го преи мущ е ством при определени и мета лловвпри родных вода х и стока х промышле нных предпри яти й и опре деленным огра ни ч е ни ем при ма с с овых а на ли за х твердых проб, где тре буе тся предвари тельное ра злож е ни е и перевод пробы вра створ. Соч е та ни е ра зных методова на ли за позволяет ре ша ть е щ е одну ва ж не й шую за да ч у – обес печ е ни е точ нос ти результа тов. П ри опре де ле ни и сле довэ леме нтоввс е методы а на ли за подверж е ны си с тема ти ч ес ки м оши бка м, ос новным и с точ ни ком которых являютс я ма три ч ные э ф ф е кты, т.е . с умма вли яни й и нди ви дуа льных свой ствпробы на проте ка ни е слож ных проце с с ов, прои сх одящ и х при ф орми рова ни и а на ли ти ч е с кого с и гна ла . И зуч е ни е и с ни ж е ни е ма три ч ных э ф ф ектов– важ не й ша я проблема для всех и нс труме нта льных ме тодов. В на стоящ е е время общ е при зна но, ч то при а на ли зе следовэ леме нтовна и боле е убеди те льным с пос обом контроля на деж ности метода и увели ч е ни я дос товерности да нных являетс я ме ж ла бора торное с ра вне ни е ре зульта тов, получ е нных ра зными ме тода ми . П ри э том оч е нь важ но с опос та влять ре зульта ты не с кольки х при нци пи а льно отли ч а ющ и х с я ме тодов, для которых нельзя предпола га ть оди на ковых ма три ч ных э ф ф е ктов. Т огда с овпа де ни е результа товх отя бы двух методовдока зывае т, ч то получ ена на деж на я оце нка с одерж а ни я э леме нта впробе. П ри и зуч е ни и ф онового э леме нта с ос та ва при родных объектови и с сле довани й с токовпромышле нных предпри яти й вре ги оне оз.Б а й ка лс це лью мони тори нга и с пользова ла с ь с х е ма а на ли за , включ а ющ а я А Э -, А А - и НА -ме тоды. З а да ч а с остояла вра зра ботке опти ма льной (по кри тери ям с тои мости , пре делов обна руж е ни я, точ нос ти и быстроты) сх е мы многоэ леме нтного а на ли за на 30-40 э леме нтоввта ки х ра знообра зных объе кта х , ка к сла боми не ра ли зова нные при родные воды (оз.Б а й ка л и при токи ), а тмос ф ерные оса дки , донные отлож ени я, тка ни и орга ны ра сте ни й и ж и вотных . Опыт при мене ни я на зва нных методови меж ла бора торные сра вне ни я результа това на ли за позволяют обс уди ть и х возмож ности при ге ох и ми ч е ском мони тори нге ме та лловвра зли ч ных при родных сре да х . А Э -а на ли з с дуговым возбуж де ни ем – э кономи ч ный , доступный , многоэ леме нтный ме тод с доста точ но ни зки ми пре де ла ми обна руж е ни я (10-3 – 10-4%). Опти ма льные ус лови я возбуж де ни я вдуговом и сточ ни ке обе с пе ч и ва ютс я для э леме нтовс э не рги е й и они за ци и Е i = 6-8 ev, и для ни х ж е ме тод х а ра кте ри зуе тс я дос та точ но ни зки ми пре дела ми обна руж е ни я (Al, Mg, Ca, Fe, Si,Ti, Mn, Co, Ni, Sc, Cu, Ga, Ge, Ag, Sn, Pb, Mo, Y, Zr). Опре де ле ни е Hg, Zn, As, Cd, Sb, (Ei =

40

8-10 ev), являющ и х с я при ори те тными э леме нта ми , встре ч а ет зде сь за трудне ни я, та к ка к для возбуж де ни я а томовэ ти х э леме нтовтре буются боле е выс окотемпе ра турные по с ра вне ни ю с дугой и с точ ни ки . В прямом А Э -методе доста точ но быс тро и на деж но мож но оце ни ть та ки е важ ные метрологи ч е ски е х а ра ктери с ти ки , ка к воспрои зводи мос ть результа тов а на ли за , за ви с и мос ть вели ч и ны относ и тельного с та нда ртного отклоне ни я от с одерж а ни я э леме нта (Sr=f(c)), ни ж ни й ди а па зон коли ч е стве нного а на ли за . Б оле е слож ной за да ч е й являе тся пра ви льный выбор « х олостой пробы», не обх оди мой для ра сч ета пре дела обна руж е ни я, но и э та за да ч а при ф отогра ф и ч ес кой ре ги с тра ци и мож е т быть объе кти вно ре ше на . Х а ра кте рна я вос прои зводи мос ть результа тов а на ли за (вели ч и на относ и тельного с та нда ртного отклоне ни я Sr) с оста вляет 0,10 – 0,30, а для с оде рж а ни й , бли зки х к пределу обна руж е ни я, мож е т возра ста ть до 0,5 и выше. Сра вни те льно плох а я воспрои зводи мос ть ре зульта товобус ловле на не с та би льностью дугового и сточ ни ка , огра ни ч и вае т при ме не ни е метода . Но зде сь сле дуе т обра ти ть вни ма ни е на то, ч то многи е при родные ма тери а лы, а на ли зи руе мые в програ мма х по ох ра не окруж а ющ е й сре ды, оч е нь не однородны и при родна я ди с перси я мож е т зна ч и мо превыша ть а на ли ти ч ес кую, всвязи с ч ем для оце нки с оде рж а ни я э ле ме нта вобъекте требуе тс я а на ли зи ровать доста точ но большое ч и с ло проб. В э ти х ус лови ях возмож нос ть с ра вни тельно быс тро « на бра ть ста ти с ти ку»с помощ ью А Э -ме тода пре дста вляе т его важ ное дос тои нство. Со свой ства ми дугового и сточ ни ка связа но та кж е и ос новное огра ни ч е ни е А Э -ме тода – вероятнос ть возни кнове ни я больши х с и с тема ти ч е с ки х оши бок всле дстви е вли яни я ма три цы а на ли зи руемых проб. Сни ж е ни е ма три ч ного э ф ф екта при многоэ леме нтном а на ли зе возмож но ли шь на ос нова ни и и зуч е ни я проце с с ов, прои с х одящ и х при ф орми рова ни и а на ли ти ч ес кого с и гна ла , и подбора компроми с с но опти ма льных ус лови й . Х а ра ктери с ти ки методи ки А Э -а на ли за ра зра бота ны вИ нсти туте ге ох и ми и и м. А .П .В и ногра дова. Ос новна я ос обе ннос ть ме тоди ки с остои т ви с пользовани и уни ф и ци рова нных ус лови й при а на ли зе ра зли ч ных по х и ми ч е с кому с ос та ву объектов– с ух и х ос та тковпри родных и с точ ных вод, взве се й на ф и льтра х , донных отлож ени й , а тмос ф е рных выброс овпромышле нных пре дпри яти й , золы ги дроби онтов, продуктов целлюлозного прои зводства . Сох ра няютс я постоянными ос новные па ра метры методи ки , и пре ж де вс его ус лови я гра дуи ровани я. Г ра дуи рова ни е ос ущ е с твляетс я по и с кус стве нно при готовле нным с та нда рта м и контроли руе тс я а на ли зом дос тупных с та нда ртных обра зцов. И змене ни я относ ятся к выбору а на ли ти ч е ски х ли ни й , време ни ре ги с тра ци и с пе ктра , ти пу ф отоэ мульс и и . В некоторых случ а ях и зме няе тс я сос та вра боч е й с ме с и и и с пользуе тс я с та би ли за ци я дугового ра зряда потоком воздух а для опти ми за ци и ус лови й . Э ти при емы позволяют увели ч и ть ди а па зон и змеряе мых конце нтра ци й , та к ка к на ряду с предельно ни зки ми с одерж а ни ями мета лловвта ки х объе кта х , ка к вода Б а й ка ла и е го при токов, а на ли зу подверга ютс я пробы, с одерж а ни е э леме нтов вкоторых с оста вляют де с ятые и с отые доли проце нта (зола а тмос ф ерных вы-

41

брос овпромышле нных предпри яти й , тех нологи ч е ски х продуктовцеллюлозного прои зводс тва). А на ли з с ух и х оста тковвод основа н на упра вле ни и проце с с ом и с па ре ни я проб вка на ле дугового э лектрода и с ра внени я результа товА Э и А А -методов ус та новле на возмож ность определе ни я группы э леме нтов(Si, Fe, Ti, Al, Ni, V, Cr, Co, Mo, Pb, Zn, Cu, Ba) вс ух и х оста тка х взвеше нной и ра створе нной с оста вляющ е й при родных и сточ ных вод, зна ч и тельно ра зли ч а ющ и х с я по соста ву. Г ла вна я за да ч а с остои т вобе с печ е ни и на де ж нос ти ре зульта товна ос нове с ни ж е ни я ма три ч ных э ф ф е ктов. Объяс няе тся та кое вни ма ни е к э той пробле ме зна ч и тельным и зме не ни е м соста ва а на ли зи руе мых проб (с одерж а ни е основных компоне нтов– Ca, Mg, Si, Fe, Al, Mn – и зме няетс я на 1-2 порядка ) и отс утс тви ем вбольши нстве случ а евс оответс твующ и х ста нда ртных обра зцовдля контроля гра дуи рова ни я. В э ти х ус лови ях тре буе тс я и с сле довать при емы, позволяющ и е с ни зи ть вопре де ле нной ме ре ма три ч ные э ф ф е кты, и объекти вно оцени ть с умма рную погре шность а на ли за , обус ловле нную ка к погрешнос тями вос прои зводи мости , та к и вли яни е м сос та ва . П ри емы сни ж е ни я вли яни я соста ва и зуч а ются при с оверше нс твовани и с пос оба внутре нне го с та нда рта . И с следовали с ь возмож нос ть и ус лови я е го при ме не ни я для повыше ни я точ нос ти многоэ леме нтного с пе ктра льного а на ли за . Выполне нные э кс пе ри ме нта льные и ра сч етные и змере ни я ма с с опе ре носа в ка на ле дугового угольного э ле ктрода позволи ли ра зра бота ть с пос обы, улуч ша ющ и е корреляци ю ме ж ду и нте нс и внос тью а на ли ти ч ес ки х ли ни й и ли ни й сра вне ни я при а на ли зе проб пере менного с оста ва. Они сводятс я к увели ч е ни ю скорости и с па ре ни я и выбору опти ма льного време ни ре ги стра ци и с пе ктра . У вели ч е ни е скорос ти и спа ре ни я дости га ется и с пользовани е м э лектрода с уме ньше нным те плоотводом и ох ла ж дени ем дугового э лектрода потоком воздух а в горе лке Ста ллвуда . Сле дуе т отмети ть, ч то при определе ни и ф оновых конце нтра ци й впри родных сре да х нельзя и с пользовать други е с пособы ус коре ни я па рообра зовани я, та ки е, ка к ра зба вле ни е проб перед а на ли зом ра зли ч ными реа ге нта ми для упра вле ни я х и ми ч е ски ми реа кци ями на э ле ктроде и з-за опа с нос ти за грязне ни я и увели ч е ни я с и гна ла х олос того опыта . П ри влека ютс я и други е с пос обы контроля – а на ли з доступных с та нда ртных обра зцов, и спользова ни е ли тера турных да нных о с одерж а ни и ми кроэ леме нтоввч и с тых вода х . Но гла вным с пос обом, подтверж да ющ и м пра ви льнос ть результа товА Э -а на ли за , являетс я с опос та вле ни е и х с результа та ми А А - и НА методов. Ос обе нно э то относ и тс я к а на ли зу объе ктов, для которых не обх оди мо предва ри тельное конце нтри ровани е упа ри ва ни ем и ли озоле ни е м (воды и ги дроби онты), вх оде которого возмож ны поте ри ми кроэ леме нтови ли за ра ж е ни я.

42

Т а бли ца Сра вне ни е пределовобна руж е ни я э леме нтовпри а на ли за х при родных вод (вмгк/л) Э леме нты

В ода Б а й ка ла [2]

М етоды определе ни я А Э [6] А А [12] НА [13] АЭ с И СП [15] В с ух ом В воде * П А ЭТА оста тке, n.10-4% Al 5-200 80 5,0 30 0,02 10 V 0,1-0,5 2 0,1 60 1,0 0,1 4 Cr 0,5-3,0 0,5 0,03 5 0,1 0,2 4 Mn 0,2-4,0 3,0 0,2 2 0,004 1 0,5 Fe 3,0-80 60 3 10 0,03 4 5 Co 0,02-0,1 0,9 0,04 10 0,05 0,001 4 Ni 0,1-1 1 0,06 10 0,1 2 Ag 0,02-0,1 0,2 0,01 2 0,002 0,005 Ba 3-20 30 3 6 Pb 0,4 1 0,06 10 0,02 30 Cu 0,9 0,7 0,04 2 0,02 3 Zn 3-13 1 0,001 2 Cd 1 0,001 2 * Д ля веса с ух ого оста тка 58 мг/л П ри ме ч а ни е. П А – пла ме нна я а томи за ци я; Э Т А – э лектротерми ч е ска я а втома ти за ци я; И СП – и ндукти вно связа нна я пла зма . В с вязи с э ти м за х олос той опыт при ни ма е тся с овокупнос ть опе ра ци й а на ли за , т.е. взяти е на ве с ок, ра зба вле ни е проб ра боч е й смес ью и с пе ктрогра ф и ровани е. В ка ч е стве х олостой пробы и с пользуе тс я ма три ца гра дуи ровоч ных с та нда ртов(сме сь оки си ка льци я и х лори да на три я). Сос та ве е и ус лови я ф отоме три ровани я ли ни й э ле ме нтоввспе ктре э той ма три цы с оответс твуют с ос та ву и ус лови ям для с ух и х ос та тков при родных и с точ ных вод, а та кж е для больши нства с ух и х оста тковби ологи ч ес ки х проб, с одерж а щ и х ввыс оки х конце нтра ци ях ка льци й . П ре делы обна руж е ни я, ра с с ч и та нные по 3δ-кри тери ю, при веде ны в та бли це. П ре делы обна руж е ни я вобъе кта х а на ли за с ме ньши ми содерж а ни ями ка льци я обыч но ни ж е ука за нных . И с ключ е ни ем являютс я та ки е объе кты, ка к дымовые выбросы, на леты на поверх нос ти промышленных труб, некоторые те х нологи ч ес ки е продукты, для которых пре делы обна руж е ни я могут ух удша тьс я и з-за вли яни я повыше нных конце нтра ци й с ое ди не ни й ж елеза . С и спользова ни ем а томно-а бсорбци онных с пе ктроме тровпла ме нной и непла ме нной а томи за ци и опре де ляютс я Са , Mg, Fe, Mn, Ti, Cu, Co, Ni, Cr, Zn в

43

поч вах и донных оса дка х , а та кж е впри донных и с точ ных вода х . П ере ч е нь опре деляемых э леме нтови пределы обна руж е ни я при ведены вта бли це. К а к сле дуе т и з э ти х да нных , вна и боле е удобном объекте а на ли за – при родных и с точ ных вода х – возмож но прямое опре де ле ни е только ма крокомпоне нтовMg, Ca, Fe, Mn. П ри ме не ни е э ле ктротерми ч е ской а томи за ци и позволяе т с ни зи ть пре де лы обна руж е ни я на 1-2 порядка . В при родных вода х с та нови тся возмож ным опре деле ни е ци нка и ка дми я. М а три ч ный э ф ф е кт вА А -методе проявляетс я преж де все го ч ерез не с електи вное поглощ е ни е, уч е т которого особе нно ва ж ен при и с пользова ни и не пла ме нных а томи за торов, где и сточ ни ки помех е щ е недос та точ но и зуч е ны. М и ни ми за ци я не с електи вного поглощ е ни я мож е т быть дос ти гнута и с пользовани ем моди ф и ка торов, опти ми за ци е й а ппа ра турных па ра ме трови други ми при ема ми , и нди ви дуа льными для ка ж дого э леме нта и ма три цы. Опыт при ме не ни я А А -ме тода при опре деле ни и ми кроэ леме нтоввра зли ч ных при родных с ре да х позволяет сч и та ть, ч то огра ни ч е ни е метода для целе й ге ох и ми ч е ского мони тори нга связа но с недос та точ ными предела ми обна руж ени я е го на и боле е доступного вари а нта с пла ме нным возбуж де ни е м. П ре де лы обна руж е ни я Cr, Mn, Co, Ni, Cu сос та вляют (1-2).10-3% для на вески 0,5 гпоэ тому опре деле ни е э ти х э леме нтоввозмож но ли шь впоч вах и донных отлож е ни ях . Д ля други х объе ктов тре буе тся предва ри тельное конце нтри рова ни е, но при а на ли зе конце нтра тов– с ух и х оста тковвод и би ологи ч е ски х ма тери а лов– пределы обна руж е ни я ух удша ютс я до (1-2).10-2% и з-за уме ньше ни я дос тупной а на ли ти ч е ской на ве ски , и опре де ле ни е ми кроэ леме нтов в э ти х объе кта х за труднено. Т а к, при ге ох и ми ч е с ком мони тори нге та ки х э леме нтов, ка к Co, Ni, Cr, Cu, Pb вра ци она льной сх еме а на ли за А А -ме тод мож но и спользовать ка к контрольный , при ч ем всоч ета ни и пла ме нного и не пла ме нного вари а нтов. Сле дуе т обра ти ть вни ма ни е та кж е на большую слож нос ть по сра внени ю с А Э -ме тодом объекти вной оце нки пре де лов обна руж е ни я ми кроэ ле ме нтов, всле дстви е ч е го возни ка е т опа с нос ть при нять х олостой с и гна л за а на ли ти ч ески й . Связа но э то с тем, ч то при ф отоэ лектри ч е с кой реги с тра ци и с и гна ла вА А методе, е сли уч е т ф она прои зводи тс я путем е го ди с кри ми на ци и по одной пробе, зна ч и тельна я ч а с ть и нф орма ци и , не обх оди ма я для ра сч е та пре де ла обна руж е ни я, теряетс я. В ли яни е и нди ви дуа льного с ос та ва проб на зна ч е ни е пре дела обна руж е ни я при э том мож ет полнос тью не уч и тываться. М е тодом НА вводе, донных отлож е ни ях и би ологи ч е ски х тка нях на ми опре деляли сь Al, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Se, Br, Rb, Sr, Mo, Ag, Cd, Sb, Cs, Ba, La, Sm, Ce, Eu, Yt, Hf, Th, V. В больши нс тве случ а еви с пользовалс я и нс труме нта льный НА -а на ли з, х а ра ктери с ти ки которого за ви се ли от ви да проб и ус лови й а на ли за . Возмож нос ти А Э -, А А - и НА -методов и результа ты ме ж ла бора торного контроля ра с смотри м отдельно для ра зных объектова на ли за – при родных и сточ ных вод, донных отлож е ни й поч ви ги дроби онтов. Опре де ле ни е э ле ме нтоввпри родных и с точ ных вода х .

44

Сре ди объектовокруж а ющ е й среды на и больши е а на ли ти ч е ски е труднос ти вызывает определе ни е ми кроэ леме нтоввпри родных вода х и з-за ч резвыч а й но ни зки х уровне й с одерж а ни я (<1 мкг/л). В с ле дс тви е э того вбольши нстве ме тодови с пользуе тс я предвари те льное конце нтри рова ни е э леме нтов. Сущ е с твуют ра зли ч ные сх емы конце нтри ровани я, но все они не и збеж но увели ч и вают ч и сло опера ци й с пробой и вызыва ют опа снос ть за ра ж е ни я и ли поте рь э леме нтов. На и боле е пра ви льным с пос обом конце нтри рова ни я при а на ли зе ч и стых при родных вод, являетс я упа ри ва ни е до с ух ого оста тка , та к ка к э тот с пос об мож е т быть свободе н от за ра ж ени я. П олуч енные с ух и е ос та тки а на ли зи руютс я с и спользова ни ем двух многоэ ле ме нтных методов. В с ух и х оста тка х воды А Э методом опре деляютс я Al, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Ag, Ba, Pb; НА -методом – Al, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Br, Rb, Sr, Ag, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Sm, Ib, Hf. С и с пользова ни ем А А -ме тода вводных проба х опре деляютс я Na, Mg, K, Ca (а томи за ци я впла ме ни ) и Zn (э лектроте рми ч ес ка я а томи за ци я). К роме того, с целью контроля пра ви льнос ти А Э -а на ли за в небольшом ч и сле с ух и х ос та тков водных проб опре деляютс я Pb и Cu. Д ля оценки возмож носте й А Ж - и НА -метода при опре де ле ни и отдельных э леме нтовсра вни ваются пределы обна руж е ни я и ре зульта ты, получ е нные при меж ла бора торном контроле. Опре де ле ни е э ле ме нтоввби ологи ч е с ки х ма те ри а ла х . Д ля опреде ле ни я ф оновых конце нтра ци й тяж елых ме та лловвра зли ч ных ги дроби онта х и для оце нки и х и нди ка торных с пос обносте й к на копле ни ю ми кроколи ч е с твэ леме нтови зуч а ется с одерж а ни е мета лловс и спользовани ем тре х методова на ли за . Объекта ми а на ли за могут быть зоопла нктон, моллюски , га мма ри ды, губки , голомянки , быч ки , промысловые рыбы и др. П ри определе ни и ми кроэ леме нтов в би ологи ч ес ки х тка нях тре буе тс я предва ри тельное концентри рова ни е и уда лени е (ра зруше ни е ) орга ни ч е ски х сое ди не ни й путе м мокрого и ли с ух ого озоле ни я. Сух ое озоле ни е при темпера туре не выше 450оС с пре два ри тельным сма ч и вани ем проб с пи ртом-ректи ф и ка том и ли мокрое озоле ни е а зотной ки слотой . П е рвый с пос об при ме няетс я при подготовке пре па ра товдля А Э - и НА -ме тода , второй – для А А - и НА -метода . А Э -методом ус та новле но, ч то ра зли ч а ютс я ч етыре ви да ма три ц: с ое ди не ни я на три я, ка льци я и ма гни я с оста вляют ма три цу золы мышц рыб и га мма ри дов; с ое ди не ни я кремни я и на три я – золы губок; ма гни я и ка льци я – моллюской . На и более с лож ный с ос та ви ме е т ма три ца золы ж а берной тка ни моллюсков, с ос тоящ а я и з с оеди не ни й ка льци я, ма гни я, ж елеза и ма рга нца . Т а кое и зме не ни е ос новного с ос та ва а на ли зи руемых пре па ра тов вызыва ет не обх оди мость ос обого вни ма ни я к уч е ту ма три ч ных э ф ф е ктови контролю получ а емых результа товпри и с пользова ни и вс е х и нс труме нта льных методов. В зольных пре па ра та х А Э -методом опре деляютс я Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, Sn, Ba, Pb. А А -ме тод и с пользуе тс я при определе ни и Cr, Cu, Zn, Cd, Hg и Pb вмышца х рыб. П ри ме няетс я мокрое озоле ни е . НА -методом ви нс труме нта льном вари а нте определяютс я Al, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Rb, Sr, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm,

45

Yb, Hf, Hg, Th, V ввоздушно-с ух и х тка нях рыб, моллюсков, губок и с ух ом вещ ес тве пла нктона . К онтроль результа товби ологи ч е ски х проб пре дста вляет ос обые труднос ти и з-за возмож нос ти поте рь ми кроэ ле ментоввпроце с с е конце нтри ровани я и отс утс тви я с та нда ртных обра зцовс оотве тс твующ е го с ос та ва. Опре де ле ни е э ле ме нтоввпоч вах и донных отлож е ни ях . П ри а на ли зе поч в и донных отлож е ни й , ка к пра ви ло, и спользуютс я два прямых многоэ леме нтных метода – А Э и НА . А Э -ме тодом определялос ь 15 э леме нтов: Al, Ti, Mn, Fe, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ag, Sn, Ba, Pb; НА – Na, Mg, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Al, Ni, As, Rb, Sr, Zr, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu, Hf, Ta. С це лью контроля вотде льных с луч а ях и с пользова лс я пла ме нный вари а нт А А -метода при опре де ле ни и Pb, Zn, Cr, Ni, Co, Al, Ti, Mn, Fe . И з-за отс утс тви я опера ци й конце нтри рова ни я контроль пра ви льности результа товпре дста вляет меньши е труднос ти по с ра вне ни ю с а на ли зом при родных вод и би ологи ч е ски х ма тери а лов. К роме того, при а на ли зе поч ви донных отлож е ни й обыч но и ме е тс я доста точ ное коли ч е ство ма тери а ла , ч то позволяе т и с пользовать ра зные вари а нты одного ме тода и с опоста влять результа ты. В ч а стности , х а ра кте ри с ти ки А Э -ме тода при определе ни и э лементовповыше нной летуч е с ти – Zn, Ag, Ge, Mo, Sn – могут быть улуч ше ны при за ме не вра боч е й сме си угольного порошка при родным кварцем и ли окс и дом а люми ни я. Опыт и с пользова ни я компле кса а на ли ти ч ес ки х методов при и зуч е ни и ми кроэ лементоввпри родных сре да х и те х ноге нных объекта х с целью орга ни за ци и мони тори нга пока за л, ч то соч ета ни е методов позволяет и с пользова ть ра ци она льную с и с тему а на ли за ра зли ч ных по с ос та ву объе ктови получ а ть да нные вши роком ди а па зоне конце нтра ци й . Но ос новной проблемой ос та етс я соверше нс твовани е ме тодовс целью с ни ж е ни я пре деловобна руж е ни я всвязи с ч резвыч а й но ни зки м уровнем с одерж а ни я э леме нтоввпри родных сре да х . Л Е К Ц И Я 9. ЭК О Л О ГО -ГЕ О Х И М И ЧЕ СК А Я Х А РА К Т Е РИ СТ И К А Т Е Х Н О ГЕ Н Н ЫХ М Е СТ О РО Ж Д Е Н И Й П ояви вши ес я впос ле дни е де с яти лети я те х ноге нные ме сторож де ни я являютс я результа том и нте нс и вного ра зви ти я горнодобывающ е й и пе ре ра ба тывающ е й промышле ннос ти . Т ех ноге нные ме сторож де ни я – э то с копле ни я ми нера льных ве щ е с твна поверх ности З емли и ли вгорных выра ботка х , предста вляющ и е с обой отх оды горного, обога ти тельного, мета ллурги ч е ского и други х прои зводс тви при годные по коли ч е с тву и ка ч е ству для промышле нного и спользова ни я, которое с та нови тс я возмож ным по ме ре ра зви ти я тех нологи и е го пе ре ра ботки и и змене ни я э кономи ч ес ки х услови й .

46

Обра зова ни е тех ноге нных ме с торож де ни й и и х кла сс и ф и ка ци я Д ля после дни х де с яти лети й х а ра кте ре н ги га нтски й рост потре бле ни я э нерге ти ч е ски х и ми нера льных ре с урс ов: угля, неф ти , га за , рудных и нерудных полезных и с копа е мых . П ри э том с озда етс я ма с са отх одов, ч то с ущ е с тве нно с ка зываетс я на э кологи ч е ском с остояни и отде льных ре ги онов. К роме того, э ти отх оды могут быть и с пользова ны вбудущ ем, а ч а с тью и вна с тоящ е е время ка к дополни те льный и с точ ни к ми не ра льного с ырья, то е с ть тех ноге нных мес торож де ни й . Сумма рное с одерж а ни е полезных компоне нтов, которые на ка пли ваютс я втех ноге нных ме сторож де ни ях за 20-30 ле т, с опос та ви мо, а и ногда и превыша е т и х коли ч е с тво веж е годно добыва емых руда х . Ос обе ннос тями тех ноге нных ме сторож де ни й являютс я: 1) ра с полож е ни е в промышле нно ра зви тых ра й она х ; 2) ме с торож де ни я на х одятс я на поверх нос ти , и ма те ри а л вни х пре и мущ е с твенно ра здробле н; 3) коли ч е с тво и с кус с тве нных ми нера льных ф орм, которые обра зуютс я втех ноге нных ме сторож де ни ях , превыша е т 30000, ч то зна ч и тельно превосх оди т ч и сло и зве стных вна стоящ е е время при родных ми нера лов, соста вляющ е е около 3300. К ла с с и ф и ка ци я те х ноге нных ме сторож де ни й пос трое на на ряде при зна ков, важ не й ши м и зкоторых являетс я проце сс и х обра зова ни я. Г орное прои зводство ос та вляет после с ебя отвалы, слож е нные ра здробле нными порода ми , вмещ а вши ми руды, убоги ми руда ми , которые э кономи ч ески невыгодно перера ба тыва ть, а та кж е продукта ми перера ботки промышле нных руд – отх ода ми обога щ е ни я. В э ту группу те х ноге нных ме сторож де ни й вх одят терри коны угольных ша х т и ра зрезов; отва лы рудни кови ка рье ровс ульф и дных руд цветных ме та ллов; отвалы рудни кови ка рье ровокс и дных и с и ли ка тных руд ч ерных и ле ги рующ и х мета ллов; шла мо- и х вос тох ра ни ли щ а горнообога ти тельных ф а бри к (отх оды обога щ е ни я руд с пе ци а ли с ты на зывают х воста ми ). Слож ное строе ни е и ме ют тех ноге нные ме сторож де ни я, пре дс та вле нные отвала ми э не рге ти ч е ского и мета ллурги ч ес кого прои зводства , которые с ос тоят и з шла ков, шла мов, пылей , зол, мета ллови и х с пла вов, и с пользуе мых вме та ллурги и огне упорных ма те ри а лов. К а к и при родные ме сторож де ни я полезных и скопа емых , тех ногенные месторож де ни я и ме ют опре де ле нную с труктуру ра с пре деле ни я поле зных компоне нтов, зоны втори ч ного обога щ е ни я, оки с ле ни я, но вотли ч и е от ни х обыч но х а ра ктери зуютс я ни зки ми с одерж а ни ями полезных компонентов.

Соста вполезных компонентови и с пользова ни е с ырья те х ноге нных ме сторож дени й . Во многи х рудных ра й она х , ос обе нно в У ра льском ре ги оне , дос та точ но ши роко ра с простра не ны тех ноге нные мес торож де ни я, пре дс та вле нные ра з-

47

дробле нными горными порода ми и убоги ми руда ми . Отва льные ма с сы и с пользуют для с трои тельных целе й , за кла дки выра бота нного простра нства вподземных выра ботка х , ре культи ва ци и . Одна ко доста точ но ч а с то вподобные отвалы попа да ют и полезные компоне нты, которые во время ра зра ботки не предста вляли промышле нного и нтере с а , на при мер ба ри т при перера ботке поли ме та лли ч е ски х руд на Са ла и ре. В о многи х случ а ях для перера ботки те х ноге нного сырья требуютс я и ные те х нологи и , ч е м для при родных руд, ч а щ е все го новые с пос обы, ос нова нные на после дни х дос ти ж е ни ях на уки и те х ни ки . Т ех ноге нные ме сторож де ни я подверга ются и нте нс и вному вли яни ю поверх нос тных (э кзоге нных ) ге ологи ч е ски х ф а кторов. К а к с ле дс тви е э того на угле добывающ и х пре дпри яти ях прои с х оди т, на при мер, са мовозгора ни е ша х тных те рри конов– конус ообра зных отвалов выс отой до 60-80 м. И х х ре бтови дна я ч а с ть относ и те льно полога я (-18о), по не й к верши не подвозят пус тую породу. Л обова я ч а с ть те рри конов, вдоль которой породы с сыпа ютс я вни з, крута я (до 34о). П ри горе ни и терри коновре дко возни ка ет пла мя, обыч но они прос то тлеют. На и боле е и нтенс и вно горе ни е прои с х оди т влобовой ч а сти , куда не прерывно пос тупа е т свеж и й ма тери а л. З де сь вветре ную погоду оч а ги тле ни я ра здуваютс я, те мпера тура вни х дох оди т до 1000о и выше, и кус ки пород с пе ка ютс я в пла с ты. П осле оконч а ни я отс ыпки те рри коны тлеют до 10 ле т и боле е, о ч ем сви детельствуют вых оды горяч и х га зовви х х ре бтовой ч а сти . На больши нс тве терри коновЧ еляби нс кого угольного ба с с ей на и нте нс и вное горени е уж е прекра ти лос ь, и они ра зра ба тываются для нуж д ме стного дорож ного строи тельства. Б олее перспе кти вными по с одерж а ни ю и за па с а м полезных компонентов по сра вне ни ю с ме сторож де ни ями -отва ла ми горнодобывающ и х предпри яти й являютс я х вос ты обога щ е ни я руд ч ерных и цветных мета ллов. Х вос ты – э то отх оды обога щ е ни я полезных и с копа е мых , вкоторых с одерж а ни е це нного компоне нта е сте с твенно ни ж е, ч ем ви сх одном сырье, поскольку вни х пре обла да ют ч а с ти цы пус той породы. Т верда я ф а за х вос товой пульпы предс та вле на смесью ми не ра льных ч а с ти ц ра зного ра зме ра – от 3 мм до доле й ми крона . Соста в ч а с ти ц и и х плотнос ть за ви сят от ми не ра льного с ос та ва пород, вмещ а ющ и х полезное и с копа емое. В на стоящ е е время на У ра ле ра бота ют 10 обога ти тельных ф а бри к, которые перера ба тывают ме дные и ме дно-ци нковые руды. П ри прои зводс тве ме дных , ци нковых и пи ри тных конце нтра товобра зуетс я е ж е годно 5-7 млн. т х вос тов, вкоторых с одерж и тс я 0,3-0,4% ци нка , 0,2-0,3% ме ди , 20-35% с еры, боле е 35% ж елеза . З на ч и те льную площ а дь (260 га ) за ни ма ет, на при мер, Ч ере мша нс кое шла мох ра ни ли щ е В ыс окогорс кого Г ОК а , вкотором с ос ре доточ е но около 40 млн. т отх одовобога щ е ни я ж е лезных руд. Отх оды обога щ е ни я более удобны для ути ли за ци и , ч ем отвалы, поскольку они , во-первых , более однородны, а во-вторых , пре дста вляют с обой уж е дробле ный , и ногда ф ра кци они рова нный ма тери а л. На и боле е перс пе кти вны для и спользова ни я встрои тельстве отх оды, обра зующ и е с я при с ух и х с пос оба х обога щ е ни я – х восты с ух ой ма гни тной с е па ра ци и , с ух ой гра ви та ци и .

48

Х восты с ух ой ма гни тной с е па ра ци и отли ч а ютс я повыше нной крупнос тью (20-70 мм) и пони ж е нным с одерж а ни ем мета ллов. П осле пре два ри тельной подготовки (ра с с ева ) они полнос тью и с пользуютс я вка ч е стве щ е бня. Х восты мокрой ма гни тной с е па ра ци и являютс я мелкоди с пе рс ными отх ода ми , за год на горнообога ти тельных комби на та х Р ос с и и и х на ка пли ва етс я более 150 млн.т. На при ме р, на шла мох ра ни ли щ е К а ч ка на рского горнообога ти те льного комби на та на Сре днем У ра ле уж е скопи лос ь боле е 900 млн. т отх одовос новного прои зводс тва – добыч и и обога щ е ни я ти та нома гнети тов. Они с одерж а т много це нных ме та ллов, втом ч и сле с ка нди я, га лли я, с тронци я, ти та на . П ри э том коли ч ество с ка нди я вотх ода х пре выша е т 100 000 т – э то с оста вляет боле е 60% ми ровых за па с овэ того мета лла . Ни с колько не ус тупа ют по на бору и коли ч е ству це нных компоне нтовх востох ра ни ли щ а обога ти те льных ф а бри к, пе ре ра ба тывающ и х руды цветных мета ллов(та бл. ). Х а ра ктери с ти ка х вос тох ра ни ли щ обога ти тельных ф а бри к, перера ба тыва ющ и х руды цветных мета ллов З а па с ы и с одерж а ни е вх вос та х , Ф а бри ка З а па сы х вотыс.т/% стов, млн.т М едь Ц и нк Сера Т урьи нска я 13,3 12,2 13,8 0,09 1,0 К ра с ноура льска я 26,0 96,5 183,2 5080 0,37 0,70 19,5 П ышми нс ка я 4,6 3,7 138 0,08 3,0 К и ровогра дс ка я 29,6 51,2 70,9 2219 0,18 0,25 7,6 Сре дне ура льска я 32,0 83,4 136, 11418 0,26 0,42 35,7 К а ра ба шска я 9,1 23,1 29,7 3064 0,25 0,33 33,6 П а й ска я 47,0 152,3 155,1 7977 0,32 0,33 17,0 Си ба й с ка я 18,4 27,7 93,1 6478 0,15 0,51 35,2 Б ури ба евска я 5,4 25,7 10,0 1488 0,48 0,18 26,1 У ч а ли нска я 24,0 85,6 142,4 7982 0,36 0,59 32,9 И того и ли с ре дне е 208,8 770,1 620,5 45811 0,37 0,39 21,9 П о общ и м за па с а м х востох ра ни ли щ а ура льс ки х пре дпри яти й с ущ е с тве нно превосх одят многи е ме с торож дени я. Вовлеч ени е и х вра зра ботку обле гч а етс я

49

тем, ч то при э том не нуж ны вскрышные и буровзрывные ра боты. Р а здробле нный ма тери а лподготовле н для и звлеч е ни я ме та лловс овреме нными метода ми , вч а стности , выщ ела ч и ва ни ем ки слота ми . З а па сы мета лловвотх ода х мета ллурги ч е ского прои зводства, пре и мущ е с твенно вшла ка х , та кж е зна ч и тельны. Ш ла к пре дс та вляе т с обой за твердевши й мета ллурги ч е ски й ра с пла в, который покрывал поверх нос ть ж и дкого ме та лла . Ф орми руе тс я шла к при пла вле ни и пус той породы, ф люс ови т.д. Он являе тся це нным втори ч ным сырьем и ши роко при ме няетс я вс трои тельс тве. Г ра нули рованные шла ки и спользуют для получ е ни я шла копортла ндцеме нта , вка ч е с тве за полни теля для бетонов, вдорож ном с трои тельстве; и з шла ковых ра с пла вов выра ба тывают ми нера льную вату, шла ковую пемзу, шла ковое ли тье. Р а зра ботка тех ноге нных ме сторож де ни й , пре дста вле нных отвала ми ме та ллурги ч е ского прои зводства, связа на с опре деле нными труднос тями и з-за с лож ности с оста ва шла кови ч а с то зна ч и тельной не однородностью отвалов, ос обе нно тех , которые на ка пли ва ютс я при э лектромета ллурги ч е ском прои зводстве ф еррос пла вов. Объемы отх одовкрупне й ши х ура льски х предпри яти й ч е рной ме та ллурги и выра ж а ютс я вследующ и х ци ф ра х : Ни ж не -Т а ги льски й ме та ллурги ч ес ки й комби на т: шла ковдоме нных – 30 000 тыс .т, ста ле пла ви льных – 20500 тыс .т; ме та ллурги ч е ски й за вод и м. А .К .Се рова: шла ковма рте новски х – 4229 тыс.т; М а гни тогорс ки й мета ллурги ч е ски й комби на т: шла ковдоме нных – 160650 тыс.т; Ч еляби нс ки й ме та ллурги ч е с ки й комби на т: шла ков мета ллурги ч е ски х – 2578 тыс.т. Втора я группа подобных те х ноге нных ме сторож де ни й предс та вляет с обой скоплени я шла ков цветной мета ллурги и , которые пос тупа ют в отвалы пос ле предва ри тельной гра нуляци и и ли вгоряч ем состояни и . К онвертерный ме де пла ви льный шла к с одерж и т до 70% FeO при относ и те льно небольши х коли ч е с твах кремне зе ма . Е го ми нера льную ос нову сос та вляе т ми нера л ф а яли т (2FeO.SiO2), а второсте пе нные ми не ра лы пре дста влены ци нкос оде рж а щ и м ма гне ти том, купри том (Cu2O), тенори том (CuO), с ульф и да ми ме ди и ж елеза . В небольшом коли ч е с тве в шла ка х при с утствуют та кж е с текло и мета лли ч е ска я медь. Сре ди меде пла ви льных комби на товУ ра ла на и более крупными промышле нными отх ода ми , обра зующ и ми тех ноге нные ме сторож де ни я, обла да ют К а ра ба шски й ме де пла ви льный за вод, К ра с ноура льски й ме де пла ви льный за вод (СУ М З ). В х оде перера ботки шла моотвала СУ М З а и з конвертерных шла ков получ а ют ме дно-ци нковый конце нтра т, с одерж а щ и й золото и се ре бро, а та кж е ма гнети тс одерж а щ и й пе с ок, при годный для прои зводства цеме нта . Ос обое ме сто за ни ма ют золоотвалы те пловых э лектрос та нци й . З олы – твердый ос та ток, обра зующ и й с я при сгора ни и топли ва (угле й , горюч и х с ла нце в, торф а ), с ос тои т и з тонкоди сперс ного порошка , та к на зыва е мой золы-унос а и шла ка – с пла вле нного кус кового ма те ри а ла . Е ж е годный вых од золы по э лектроста нци ям А О « Свердловэнерго»с ос та вляе т 6,7 млн.т.

50

Ш ла ки и с пользуют встрои те льс тве, зола -унос вос новном скла ди руе тс я в мокрых золоотва ла х и ли шь ч а с ти ч но и с пользуе тс я вцементной промышле нности вка ч е стве сырья и доба вок, при прои зводстве строи тельной ке ра ми ки , а с ф а льтобе тона , обж и гового и безобж и гового гра ви я. М етоди ка и с сле дова ни я и оце нки тех ноге нных ме сторож де ни й М е тоди ка и с сле довани я те х ногенных ме сторож де ни й взна ч и тельной ме ре отли ч а е тс я от и зуч е ни я при родных объектов. Э то обус ловле но, с одной с тороны, компа ктным ра змещ е ни е м те х ноге нных ме с торож де ни й не посредственно в зоне промышленных пре дпри яти й , с другой стороны – не обх оди мос тью и с следовани я и х ч а с то не обыч ного и слож ного ми нера льного с оста ва. П рове де ни е комплекс ных и с следова ни й включ а ет вс е бя не сколько последовательных э та пов, первым и на и боле е ва ж ным и з которых являютс я оце ноч ные ра боты. Они с ос тоят и з опробова ни я ма тери а ла откосови поверх ности отвалов, а та кж е керна скваж и н колонкового буре ни я. На втором э та пе выполняют а на ли ти ч ес ки е и ми не ра логи ч е ски е и с сле довани я с целью и зуч е ни я с ос та ва те х ноге нного ме сторож дени я. В последни е годы для э ти х целе й вс е боле е ши роко и с пользуют ядерно-ф и зи ч е с ки е ме тоды а на ли за , которые мож но при менять для вещ е ствлюбого а гре га тного с остояни я (твердого, ж и дкого, га зообра зного) и которые на и боле е э ф ф екти вны для опре де ле ни я тяж елых и ра ди оа кти вных мета ллов. Т рети й э та п за верша етс я обра боткой получ е нной и нф орма ци и , с оста влени ем ге ологи ч е ской ка рты и ра зрезов, оценкой конце нтра ци й полезных компоне нтови прогнозной оце нкой за па с ов. С целью пре дс та вле ни я да нных о тех ноге нных мес торож де ни ях для и х после дующ ей перера ботки вна с тоящ ее время ф орми руе тс я ба за да нных те х ноге нных ме сторож де ни й У ра ла . Д ля оце нки прогнозных ре с урс овполезных компоне нтови спользуют все и ме ющ и е с я а на ли ти ч е ски е да нные, прогнозные ре с урсы при э том х а ра ктери зуютс я впе рвую оч ере дь объемом отвала и с оде рж а ни ем полезного компонента . Т а к, для те х ноге нного ме сторож де ни я – отвала Ч еляби нс кого э лектромета ллурги ч е ского комби на та , площ а дь которого 38 га , средняя мощ нос ть, определе нна я по пробуре нным с кваж и на м, 22,55 м, плотнос ть ма тери а ла 2,50 т/м3, при среднем с одерж а ни и ма рга нца 0,0305 г/т прогнозные ре сурс ы ма рга нца с оста вят 653386 т одна ко при не однородном его ра с пределе ни и не обх оди мо впервую оч ере дь отра ба тыва ть уч а с тки с выс оки ми е го конце нтра ци ями . Т а ки м обра зом, тех ногенные ме с торож де ни я предста вляют с обой новый и с точ ни к ми нера льного сырья, обра зованные в результа те промышле нного прои зводс тва. П одобные мес торож дени я ч а с то обла да ют необыч ным ми не ра льным с ос та вом и могут с луж и ть крупным потенци а льным и сточ ни ком ра знообра зных полезных компоне нтов, вч а с тности ре дкоземельных и бла городных ме та ллов. В на с тоящ е е время и дет и х де та льное и зуч е ни е с при ме нени ем с овреме нных а на ли ти ч ес ки х ме тодов и с озда ни е м и нф орма ци онноа на ли ти ч е ской ба зы да нных .

51

Л Е К Ц И Я 10. О Ц Е Н К А В О ЗД Е Й СТ В И Я Н А О К РУ Ж А Ю Щ У Ю СРЕ Д У П РИ РА ЗРА Б О Т К Е П РО Е К Т О В О СВ О Е Н И Я М Е СТ О РО Ж Д Е Н И Й Р а зра ба тываемые и э кс плуа ти руе мые ме сторож де ни я полезных и с копа емых предс та вляют с обой и сточ ни ки мощ ного за грязне ни я окруж а ющ е й среды токс и ч ными э леме нта ми . На и более ра ци она льным с точ ки зре ни я с ох ра не ни я сре ды оби та ни я ч еловека было бы, оч еви дно, вне дре ни е новых те х нологи й , на пра вле нных на уме ньше ни е потерь полезных компоне нтовпри э кс плуа та ци и ме сторож дени й и вовлеч е ни е вповторную перера ботку огромных ма с с отх одов горнорудного прои зводс тва. Э то позволи ло бы уме ньши ть не обх оди мость освое ни я все новых и новых объектови , с оотве тственно, за грязнени я все больши х простра нс тв. Одна ко при х оди тс я с ч и та тьс я с ре а ли ями и конс та ти рова ть, ч то ра зведка и э кс плуа та ци я вновь обна руж и ва емых и ли ра не е за конс е рви рованных ме сторож де ни й будут продолж а тьс я, и вэ ти х ус лови ях ос новной за да ч е й ра зли ч ных на пра вле ни й э кологи и долж но быть на уч но обос нова нное прогнози рова ни е ра зви ти я э кологи ч е ской с и туа ци и с целью пре дотвра щ е ни я губи тельных для при роды после дс тви й не гра мотного с не й обра щ е ни я. Оце нка возде й стви я на окруж а ющ ую с реду (ОВ ОС) прое кти руемых предпри яти й – новый ви д де ятельнос ти , который пока ре гла ме нти руе тс я ли шь не скольки ми норма ти вными докуме нта ми . П ока отс утс твуе т ра зра бота нна я методологи ч е с ка я ба за для проведе ни я ОВОС пре дпри яти й горнорудного комплекса , и взна ч и тельной с те пе ни подобные ра боты ос новыва ютс я на опыте и и нтуи ци и и с полни те ле й . Т ем не ме не е уж е сдела ны первые ша ги вс озда ни и та кого рода методологи и . П роце дура оценки возде й стви я на окруж а ющ ую сре ду с остои т и зне с кольки х э та пов: I-й э та п. Р а зра ботка конце пци и на ме ч а е мой де яте льнос ти , врезульта те ч его вмес тные орга ны вла с ти пода е тс я « У ведомле ни е о на ме ре ни ях ». II-й э та п. Опре деле ни е возде й стви й на окруж а ющ ую среду, при котором проводи тся те х нологи ч е ски й а на ли з проектных предлож е ни й , обос нова ни е целе й , средс тв, срокови ме ста ра зме щ е ни я прои зводства, а та кж е а на ли зи руе тс я возде й стви е на ра зли ч ные э леме нты окруж а ющ е й сре ды. П о ре зульта та м проведе ни я ра бот да нного э та па готови тс я « З а явле ни е о возде й с тви и на окруж а ющ ую сре ду», вкотором обос новываются прогнози руемые и зме не ни я воды, воздух а , поч вы, ж и вотного и ра сти тельного ми ра , не др и т.д. III–й э та п. В ыявле ни е э кологи ч е ски х , с оци а льных , э кономи ч е с ки х пос ле дстви й реа ли за ци и на меч а емой де ятельнос ти на да нной те рри тори и . Оно проводи тс я на ос нова ни и э кс перти зы ма тери а лов, пре дс та вле нных в « З а явле ни и о возде й стви и на окруж а ющ ую сре ду»и общ ес твенных слуша ни й . IV-й э та п. К орре кти ровка проекта на ос нове а на ли за э кологи ч е ски х после дс тви й е го ре а ли за ци и . Р а зра ба тываютс я дополни те льные меры, на пра вле нные на пре дотвра щ е ни е отри ца тельных э кологи ч е с ки х , с оци а льных , э кономи ч е ски х последс тви й , возмож ных вслуч а е реа ли за ци и прое кта .

52

V-й э та п. П одгота вли ваютс я оконч а тельные ма тери а лы, с оде рж а щ и е результа ты и с следова ни й об э кологи ч е ски х после дстви ях и компле кс мер, га ра нти рующ и х выполне ни е требова ни й э кологи ч е ской безопа с ности . В результа те подгота вли ва етс я « З а явле ни е об э кологи ч е с ки х пос ле дстви ях », которое являе тс я отч етом ра зра ботч и ковпроекта о продела нной ра боте по ОВ ОС, на меч а емого к ос ущ е с твле ни ю предпри яти е м, и пре дс та вляе тс я ворга ны гос уда рс тве нной э кологи ч е ской э кс перти зы всос та ве проектной докуме нта ци и . С точ ки зре ни я э кологи ч е с кой ге ох и ми и на и боле е ва ж ным являе тс я 2-й э та п ОВ ОС, который пре дс та вляе т с обой с и с тема ти ч е скую обос нова нную оценку э кологи ч ес ки х а с пе ктовпроекта . Оце нка включ а ет: а ) обос нова ни е необх оди мости реа ли за ци и на меч а емой де ятельнос ти , б) а на ли з а льтерна ти вных ре шени й вслуч а е отка за от реа ли за ци и на меч а емой деятельнос ти , в) обос нова ни е мес та и време ни реа ли за ци и прое кта , г) а на ли з ре с урс ной обе с пе ч е ннос ти , д) тех нологи ч е ски й а на ли зпроектных предлож е ни й , е ) а на ли зпри родных ус лови й и а нтропоге нной на грузки на терри тори и ра зме щ е ни я пре дпри яти я, ж ) а на ли з с оци а льно-э кономи ч е ски х и х озяй ственных а с пе ктови с пользова ни я терри тори и , з) ос новные х а ра ктери с ти ки воздей стви я на компоне нты окруж а ющ е й сре ды от пла ни руе мых и с точ ни ковта кого возде й с тви я. А на ли з при родных ус лови й (пункт « е») включ а ет х а ра кте ри сти ку: 1) кли ма ти ч е ски х , 2) поч венных , 3) ге ологи ч е ски х и и нж е нерно-ге ологи ч е ски х , 4) ги дроге ологи ч е ски х , 5) ги дрологи ч е с ки х , 6) геох и ми ч е ски х , 7) би ологи ч ес ки х ф а кторов. В результа те с оста вляе тс я с ери я ка рт ра й они рова ни я терри тори и , которые подра зделяются на : и нж е нерно-ге ологи ч е ски е, ги дроге ологи ч е с ки е, ге ох и ми ч ески е, ге оморф ологи ч ес ки е, ра с ти тельного покрова и т.д. К роме того, подгота вли ва етс я ка рта и нте гра льной оце нки возде й с тви я на окруж а ющ ую среду и ме ющ и х с я и с точ ни ковтех ноге нной на грузки . В проце с с е подготовки « З а явле ни я о воздей стви и на окруж а ющ ую сре ду» а на ли зи руе тс я и нф орма ци я о возмож ных и сточ ни ка х и ви да х возде й стви я. И сточ ни ка ми возде й с тви я могут быть ка к отдельные объе кты пре дпри яти я, та к и други е пре дпри яти я, связа нные по роду деятельнос ти с о с трои тельством ос новного предпри яти я. На конец, втори ч ными и с точ ни ка ми возде й стви я являютс я отвалы, х вос тох ра ни ли щ а и т.д. В ка ч е с тве при мера мож но ра сс мотреть проа на ли зи рова нные с точ ки зре ни я объема выбросови концентра ци и ра зли ч ных вещ е с тввни х и с точ ни ки возде й стви я на окруж а ющ ую среду проекти руемого П е тропа вловского ка рьера по добыч е и пе рера ботке и зве стняковна У ра ле . Т ех ни ко-э кологи ч е ски е ра сч еты при прове де ни и предпроектной оце нки возде й стви я на окруж а ющ ую среду уч и тывали сле дующ и е и сточ ни ки : I. На площ а дке ка рьера 1) буре ни е скваж и н; 2) взрывани е сква ж и нных за рядов; 3) погрузка горной ма с сы ва втоса мосвалы; 4) отвалообра зова ни е от вскрышных пород; 5) сдува-

53

ни е ч а с ти ц пыли с поверх нос ти отва ловвскрышных пород; 6) ра бота дроби льного а гре га та на площ а дке ка рьера ; II. На прои зводстве нной а втодороге 7) тра нс порти рова ни е и звес тняка а втос а мос вала ми по тра с се а втодороги ; III. На площ а дке дроби льно-с орти ровоч ной ф а бри ки 8) проме ж уточ ный скла д и зве стняка ; 9) скла д готовой продукци и под э ста ка да ми (сдува ни е ч а сти ц пыли ); 10) резе рвный скла д готовой продукци и (с дувани е ч а сти ц пыли ); 11) погрузка готовой продукци и вва гоны; 12) узлы крупного и средне го дробле ни я и с орти ровки тех нологи ч е ски х ли ни й ; 13) ра бота котельной на площ а дке дроби льно-с орти ровоч ной ф а бри ки . На ос нова ни и мощ нос ти переч и с ленных и с точ ни кови П Д К для выбра сываемых вещ е ствра сс ч и тыва ла с ь с а ни та рно-за щ и тна я зона ка рьера и други е е го х а ра ктери сти ки . Ви ды возде й с тви я на окруж а ющ ую сре ду обыч но кла с с и ф и ци руютс я по сле дующ и м при зна ка м: а ) ч то при внос и тс я вокруж а ющ ую среду; б) ч то и зыма етс я и зокруж а ющ е й среды. К роме того, оцени ва ютс я с пе ци ф и ч ес ки е ви ды возде й стви я, та ки е , на при ме р, ка к и они зи рующ е е и злуч е ни е, шум и т.д. Вокруг ка ж дого и с точ ни ка возде й с тви я ф орми руются зоны тех ноге нного вли яни я, которые за ви с ят от ви да и х а ра кте ра возде й стви я, ге огра ф и ч ес кого ра с полож е ни я объе кта , ла ндша ф тных и кли ма ти ч е ски х ус лови й , ге ох и ми ч е с кой обста новки . В на с тоящ е е время не вс е гда возмож на корректна я коли ч е ственна я оце нка возде й стви я. Обыч но ра с ч етные х а ра ктери с ти ки и с пользуют прос те й шую и нф орма ци ю об и нте нс и внос ти и уде льной мощ нос ти пос туплени я за грязняющ и х вещ е с твведи ни цу време ни и на е ди ни цу площ а ди , о пе ри оди ч нос ти возде й с тви я, е го продолж и те льности и х а ра ктере. В тех случ а ях , когда невозмож но коли ч ес твенна я оце нка воздей с тви я, да етс я только ка ч е ственна я его х а ра ктери сти ка . С точ ки зрени я ге ох и ми ч е с кого а на ли за любой точ е ч ный и сточ ни к вли яе т на все компоне нты ла ндша ф та : воздух , воды, поч вы, ж и вое вещ е с тво, та к ка к они вза и мосвяза ны ге ох и ми ч е ски ми круговорота ми вещ е ства. Х отя вна стоящ ее время возде й с тви е оце ни вае тс я ли шь на отдельные компоне нты окруж а ющ ей среды и на ос нове ф орма льных и ч а с то сла бо обос нова нных пока за теле й , не обх оди мо стреми тьс я к це лостному, с и сте мному подх оду, уч и тывающ е му многообра зные ф а кторы ми гра ци и и тра нс ф орма ци и х и ми ч е ски х э ле ме нтовв ла ндша ф та х . Сос та вными ч а с тями та кого с и с те много подх ода являютс я да нные об ус лови ях ми гра ци и х и ми ч е ски х э леме нтоввра зли ч ных э леме нта х ла ндша ф тов. М одели ми гра ци и х и ми ч е ски х компонентоввла ндша ф та х ра зли ч ного ти па могут быть вес ьма слож ными и за ви с е ть от целого ряда ф а кторов. На при мер,

54

одни м и з прос те й ши х ф а кторов ми гра ци и и на копле ни я э леме нтов являе тся проф и ль ла ндша ф та , но да ж е он ока зыва е т оч е нь с ущ е с тве нное вли яни е на ра спределе ни е э леме нтов. В е рти ка льные проф и ли с оде рж а ни й ка ж дого и зэ леме нтови ме ют с пе ци ф и ч е ски е ос обеннос ти , связа нные с ра змещ е ни ем шурф овпо э леме нта м рельеф а . Т а к, для ни келя х а ра ктерно на коплени е с глуби ной вуч а с тка х с повыше нной мощ ностью рых лых отлож е ни й ; для ма рга нца – и зме не ни е в с оответстви и с и зме не ни ем х а ра ктера ра сти те льности и т.д. Ч то ка са е тс я подви ж нос ти х и ми ч ес ки х э леме нтов вра зли ч ных с ре да х , то в на с тоящ ее время ч а с то мож но да ть ли шь ка ч е стве нную и нте гра льную е е оценку при ме ни тельно к конкре тным ус лови ям, ч то и и с пользуе тс я при с ос та вле ни и э колого-геох и ми ч е ского прогноза . Не обх оди мо отме ти ть, ч то возде й стви е горнорудного прои зводства на окруж а ющ ую с ре ду вес ьма многообра зно и да нные э кологи ч е ской ми нера логи и и ге ох и ми и ме сторож дени й полезных и с копа емых – на уки , котора я на х оди тся е щ е вс остояни и на ч а льного э та па ра зви ти я, - долж ны послуж и ть не только для вес ьма печ а льной конс та та ци и ф а ктов ух удше ни я э кологи ч е с кой с и туа ци и и прогнози рова ни я е е вбудущ ем, но и для ра зра ботки с и сте мы мер, на пра вле нных на ми ни ми за ци ю не га ти вных после дс тви й с тре млени я ч е ловеч е ского общ ес тва и с пользовать при родные ре с урс ы для своего ра зви ти я. Т а бли ца Ос новные ви ды и результа ты возде й с тви я горного прои зводства на би ос ф еру Э леме нт би оВ и д возде й с тви я с ф еры В одный ба ссей н В оды подзем- Ос уше ни е ме с торож де ни я. ные Сброс сточ ных вод и дре на ж ных вод. Ос ушени е и пе ре нос поверх нос тных водоемови водотоков В оды пове рх - Сброс сточ ных и дре на ж ных ностные вод. И змене ни е х и ми зма вод

В оздушный ба с с е й н

Р е зульта ты не га ти вного воздей с тви я У меньше ни е за па с овподземных грунтовых и поверх ностных вод. На руше ни е ги дроге ологи ч ес ки х и ги дрологи ч е ски х ре ж и мовводного ба сс е й на . З а грязне ни е водного ба с с е й на с точ ными вода ми . У х удше ни е ка ч е ства вод в результа те небла гопри ятных и зме не ни й ги дрох и ми ч е ски х , э кологи ч е ски х реж и мов поверх нос тных и подземных вод Орга ни зованные и не орга ни - З а грязне ни е (за пылени е и зова нные выбросы ва тмосф е - за га зовывани е ) а тмос ф е ры ру пыли и га зов

55

З емли , поч вы

П рох одка горных выра боток. Сооруж ени е ги дроотвалов, х вос тои водох ра ни ли щ . Строи тельство промышле нных и гра ж да нски х зда ни й и с ооруж е ни й . П рокла дка дорог и други х ви дов коммуни ка ци й . И зме не ни е с остояни я грунтовых и поверх ностных вод. Ос а ж де ни е пыли и х и ми ч е ски х с оеди не ни й всле дстви е выбросов в а тмос ф еру. И зме не ни е х и ми зма поч в. Ф лора и ф а у- Э рози онные проце с сы. П рона мышле нное и гра ж да нс кое строи тельство. В ырубка лес ов. На руше ни е поч ве нного покрова. И зме не ни е состояни я грунтовых и поверх нос тных вод. З а пыле ни е и за га зовыва ни е а тмос ф е ры. П рои зводс твенные и бытовые шумы.

Д еф орма ци я зе мной пове рх ности . На руше ни е поч ве нного покрова. Сокра щ ени е площ а де й продукти вных угоди й ра зли ч ного на зна ч е ни я. У х удше ни е ка ч е ства поч в. И зме не ни е обли ка терри тори й .

У х удше ни е ус лови й оби та ни я ле с ной , сте пной и водной ф лоры и ф а уны. М и гра ци я и с окра щ е ни е ч и сле ннос ти ди ки х ж и вотных . У гне те ни е и с окра щ е ни е ви дов ди кора стущ и х ра сте ни й . Сни ж ени е продукти внос ти ж и вотноводства, рыбного и лес ного х озяй ства.

56

СП И СО К Л И Т Е РА Т У РЫ 1. А лекс е е нко В.А . Э кологи ч е ска я ге ох и ми я.-М .:Л огос, 2000.-627 с . 2. А лекс е е нко В.А . Г е ох и ми я ла ндша ф та и окруж а ющ а я с ре да . – М .:Недра , 1990.-142 с. 3. Б а ра ба нов В.Ф . Введе ни е в э кологи ч е скую ге ох и ми ю. - СП б:И зд-во СП бГ У , 1994.-144 с. 4. Г а ври ле нко В.В. Э кологи ч е ска я ми нера логи я и ге ох и ми я ме с торож дени й полезных и скопа емых .-СП б.: Са нкт-П етербургс ки й горный и нс ти тут, 1993.-150 с. 5. И ва нов В.В. Э кологи ч е ска я ге ох и ми я э леме нтов. – М .:Не дра , 1994. – 218 с. 6. К а рповИ .К . Г е ох и ми я тех ноге нных проце с с ов.-М .:На ука , 1990.-176 с.

57

СО Д Е РЖ А Н И Е Л е кци я 1. П редмет э кологи ч ес кой ге ох и ми и … … … … … … … … … … … … Л е кци я 2. В озде й с тви е ми нера лови х и ми ч е с ки х э ле ме нтовна ж и вую при роду… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . Л е кци я 3. Э кологи ч ес кое зна ч е ни е х и ми ч е ски х э леме нтов… … … … … … Л е кци я 4. Ос новные проце с сы ра с се яни я и концентри рова ни я э лементови при нци пы и х оце нки … … … … … … … … … … … … … … … … . Л е кци я 5. Э колого-ге ох и ми ч е ска я оценка с те пени тех ноге нной тра нс ф орма ци и при родных объектов… … … … … … … … … … … … … … … Л е кци я 6. Т ех ноге нные ге ох и ми ч е ски е ба рьеры… … … … … … … … … … . Л е кци я 7. Г е ох и ми ч е ски е а с пе кты токс и ч ности э леме нтов… … … … … … Л е кци я 8. П ри ме не ни е компле кса а на ли ти ч е ски х ме тодовдля ге ох и ми ч е ского мони тори нга тех ноге нных объе ктов… … … … … … … … . Л е кци я 9. Э колого-ге ох и ми ч е ска я х а ра ктери сти ка тех ноге нных ме сторож де ни й … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . Л е кци я 10. Оце нка возде й стви я на окруж а ющ ую с ре ду при ра зра ботке проектовосвое ни я ме сторож де ни й … … … … … … … … … … … … … … … … Спи с ок ли тера туры… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .

А вторы: Б оч а ровВи ктор Л ьвови ч , Б угре ева М а ри на Ни кола евна . Р е да ктор Т и х оми рова О.А .

2 5 9 15 18 24 31 38 45 51 56