Техногенна міграція хімічних елементів у геосистемах
Техногенний геохімічний круговорот – один із найбільш специфічних і важко контрольованих проявів сучасного втручання людини у функціонування геосистем. У процесі виробництва створюються тисячі нових сполук, багато з яких у природних умовах не утворюються. Частина з них призначена для цілеспрямованої дії на природне середовище (добрива, пестициди), але більшість вводиться в геохімічний круговорот ненавмисно – у вигляді відходів виробництва, використаних промислових виробів. Серед елементів земної кори, залучених у техноген-ний круговорот, на першому місці стоїть вуглець, далі сліду-ють Са, Fe, Al, Cl, Na, S, N, Р, До, Сі, Zn та ін. Багато техногенних елементів розпочинають міг-рацію у повітряному середовищі. Основну масу викидів в атмосферу становить діоксид вуглецю СО2 (не менше 10-15 млрд т щорічно) – головний продукт спалювання па-лива: його супроводжують інші гази – оксид вуглецю СО (основне джерело надходження – двигуни внутрішнього зго-рання, а також нафтопереробні підприємства), сірчистий ан-гідрид SО2 (утворюється при спалюванні і переробці на-фти та вугілля, сланців, виплавці кольорових металів, вироб-ництві сірчаної кислоти, цементу, целюлози і т.д.), оксиди азоту, вуглеводні (ті й інші в основному входять до складу вихлопних газів автомобілів) та ін. Окрім газів, в атмо-сферу потрапляють тверді продукти згорання палива і пил, що надходить з багатьох галузей промисловості (цемен-тної, вугільної, абразивної та ін.), а також пиловими бурями. Головний компонент пилу – кремнієвий ангідрид SiO2, крім того, у ньому можуть знаходитися Pb, Zn, As, Ni, Co, Sb та ін. Крупні пилові частинки підіймаються лише на сотні мет-рів і досить швидко осідають під дією сили тяжіння. Невеликі частинки вимиваються атмосферними опадами або місяцями знаходяться в зваженому стані, а найдрібніші (<1 мкм) поши-рюються майже по всій тропосфері і впродовж років не випадають на поверхню. Через рухливість повітряного середовища атмос-ферні забруднення (зокрема радіоактивні) здатні поши-рюватися на тисячі кілометрів. Частина повітряних мігра-нтів потрапляє в ґрунт, розчиняється в поверхневих і ґрунтових водах, залучається до харчових ланцюгів, деякі з них поглинаються безпосередньо водами Світо-вого океану, інші переходять у водну ланку кругово-роту з атмосферними опадами, виносяться з річковим стоком в океан, де закінчують свою міграцію. Серед техногенних повітряних мігрантів найбільше фізико-географічне значення може мати діоксид вуглецю. За деякими даними, його концентрація в атмосфері зрос-ла лише за одне десятиліття на 13 %. Щодо балансу СО2 в атмосфері поки що багато залишається нез’ясованим. Ві-домо, що частина її надлишку розчиняється у водах оке-ану (але поглинають її тільки холодні води, тоді як теплі – виділяють). Крім того, підвищення концетрації вугле-кислоти в повітрі стимулює фотосинтез, і можна очікува-ти посилення її вилучення у міру збільшення інтенсивно-сті землеробства. З підвищенням парціального тиску СО2 пов’язане також збільшення її концентрації в поверхне-вих водах (що знаходить локальний прояв у посиленні розчинної дії водних розчинів на вапняк, доломіт, а також на бетон). Основний передбачуваний глобальний ефект зростаючої концентрації СО2 в атмосфері – це її можливий вплив на тепловий баланс Землі (див. ниж-че). Оксид вуглецю через свою легкість поширюється по всій товщі тропосфери. Його середня концентрація не-значна, але локально (у великих містах) може зростати в 200-300 разів. Деяка частина СО поглинається водами океану або окиснюється в озоновому шарі атмосфери до СО2. Сірчистий ангідрид шкідливо впливає на дерев-ну рослинність (з ним пов’язують, зокрема, масову за-гибель ялиці у деяких районах Західної Європи). Лишайни-ки гинуть вже при концентрації SO2 0,01-0,02 на 1 млн. Згуб-ний вплив SO2 позначається також на ґрунтових мікроорга-нізмах. На частинках диму сірчистий ангідрид каталіти-чно окиснюється до сірчаного ангідриду SO3, який, роз-чиняючись у воді, перетворюється на сірчану кислоту, яка виділяється з опадами («кислотні дощі»). Ефект атмосферних забруднень найінтенсивніше виявляється в безпосередній близькості від їх джерел, го-ловним чином у великих містах і промислових центрах. Під дією сірчаної кислоти стіни будівель піддаються хімічному вивітрюванню, у результаті якого утворюється порівняно легко розчинний гіпс. Смог, що утворюється над міс-тами, містить сотні різних сполук, нерідко небезпечних для здоров’я (зокрема канцерогенних). Смог зменшує надходження сонячної радіації (особливо її ультрафіолето-вої частини) на 30-40 %, а підвищений вміст ядер конденса-ції і сублімації в повітрі викликає локальне збільшення хмарності та опадів (на 5-10 і особливо туманів. Більшість техногенних викидів проходить через во-дний цикл міграції. Деякі з них потрапляють безпосе-редньо в річки і водоймища через каналізацію. Це пере-важно промислові і побутові стоки, які відносно легко вра-ховувати і контролювати. У промислових водах міс-тяться різні кислоти, феноли, сірководень, аміак, ртуть, свинець, фтор, миш’як, кадмій та деякі інші токсичні ре-човини, відпрацьовані технічні масла, нафтопродукти. З побутовими стоками в річки і водоймища потрапля-ють детергенти, які характеризуються високою біохіміч-ною активністю і створюють рясну піну. Чинниками пря-мого забруднення водотоків і водоймищ служать також водний транспорт і мілевий сплав. Крім вказаних причин забруднення вод існують значно складніші і такі, що важче піддаються вимірюван-ню і контролю шляхи водної міграції різних господар-ських і побутових викидів. Джерелами їх служать сільськогосподарські землі (зокрема зрошувані), за-бруднені добривами і отрутохімікатами, тваринницькі ферми і пасовища, рекреаційні угіддя, відвали і терико-ни, звалища промислових і побутових відходів. З цих джерел різні органічні і мінеральні речовини (серед них є хі-мічно дуже активні і часто токсичні) залучаються до водної міграції за допомогою площинного змиву (переважно та-лими сніговими і зливовими водами), а також інфільтрації. До цього слід додати ту частину атмосферних мігран-тів, які осідають у вигляді пилу або в розчиненому ви-гляді з атмосферними опадами, про що вже згадувалося раніше. Площинні стоки важко локалізувати та ізолювати від біологічного круговороту на суші, тому частина техно-генних водних мігрантів може бути залучена в біологіч-ний метаболізм. Природними колекторами забруднених поверхневих і ґрунтових вод, як і каналізаційних, є річки, внутрішні водоймища і моря. Деяка частина забруднюючих речо-вин накопичується на річковому дні, але основна функція рік – транзитна. Завдяки проточності рік їх забруднення – процес оборотний. У річковій воді відбувається частко-ве самоочищення: частина органічних домішок руйнується і мінералізується у результаті життєдіяльності мікроорганізмів і водоростей. У гіршому положенні внутрішні водоймища, що характеризуються сповільненим вологооборотом (усе-реднена швидкість вологообороту біля озер Землі в 230 ра-зів менше, ніж біля річок). Тому в озерах і водосховищах умови самоочищення значно гірші, ніж в річках, в ба-гатьох з них різко змінився гідрохімічний і гідробіоло-гічний режим, деякі з них перетворилися на «мертві водо-ймища». За останні десятиліття значно поширилося явище техногенної евтрофікації водоймищ, обумовлене збільшен-ням концентрації у воді азоту і особливо фосфору. Кінцева ланка водної міграції техногенних викидів – Світовий океан. Його прогресуюче забруднення обумов-лене не тільки речовинами, що надходять з річковим сто-ком, але і безпосередніми викидами нафтопродуктів (при аваріях на танкерах і нафтопромислах) і промисло-вих відходів, а також техногенними опадами з атмосфери. Процес забруднення океану в основному необоротний. Гло-бальне географічне значення цього процесу визначається визначною роллю Світового океану у формуванні струк-тури всієї епігеосфери, її теплового балансу, вологооборо-ту, газообміну. Так, утворення нафтової плівки призво-дить до порушення газового, теплового і водного обмі-ну океану з атмосферою. Поведінка елементів, що беруть участь у техно-генній міграції, умови їх накопичення або видалення з гео-систем залежать від характеру останніх. Наведемо лише декілька прикладів. Замкнуті улоговини (зокрема внутрі-шньогірські) сприяють формуванню стійких вогнищ атмо-сферного забруднення. Температурні інверсії, штилі, ту-мани також сприяють концентрації техногенних викидів в атмосфері. Слабкі дощі ефективніше осаджують атмос-ферні домішки, ніж зливові. Клімат впливає на утворення різних типів смогу. Негативні дії атмосферних забруднень на рослинність посилюються при сильній освітленості, під-вищеній вологості повітря і помірній температурі, оскільки за цих умов відкриваються продихи листя. Суттєве значення мають ґрунти. Кислі ґрунти, на-приклад, інтенсивніше акумулюють різні шкідливі сполу-ки, ніж нейтральні. Високий вміст кальцію в ґрунті спри-яє скороченню винесення різних елементів (зокрема, що містяться в хімічних добривах). Токсичні речовини швидше видаляються з фацій, що формуються на лег-кому сухому субстраті із слабо розвиненою підстил-кою. Пестициди в умовах холодного клімату з трива-лою зимою, в ґрунтах кислих і гумусованих розкла-даються повільніше, ніж у теплому кліматі і в ґрунтах лужних і малогумусних. Велику роль у техногенному ге-охімічному круговороті виконують рослини-концентратори окремих елементів.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Техногенна міграція хімічних елементів у геосистемах» з дисципліни «Ландшафтна екологія»
і особливо туманів. 