Техногенные ландшафты Термин техногенез впервые предложен А Е

Техногенные ландшафты. Термин «техногенез» впервые предложен А. Е. Ферсманом (1937 г. ): техногенез – специфическая геохимическая система, особенности которой обусловлены геохимической деятельностью человека. Ранее им был использован термин «антропохимия» (1924 г. ). Техногенез – химическое преобразование геосферных оболочек, вносимое промышленностью и народным хозяйством. (Термин не прижился).

Современные определения техногенеза. v Процесс развития материальной культуры и техники, порождающей изменения в природной и окружающей человека среде. (М. С. Панин, 2005 г. ). v Совокупность геоморфологических процессов, вызванных деятельность человека. (Геологический словарь, 1973). v Процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. Заключается в преобразовании биосферы, вызываемом совокупностью геохимических процессов, связанных с технической и технологической деятельностью людей по извлечению из окружающей среды, концентрации и перегруппировке целого ряда химических элементов, их минеральных и органических соединений. (ГОСТ 17. 5. 1. 01 -78).

Часть планеты, охваченная техногенезом, представляет собой особую систему – ноосферу. Ноосфера есть новое геохимическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой (В. И. Вернадский).

Эволюция техногенеза. В первобытном обществе эффект техногенеза был незначительным. В государствах античного мира техногенез стал важным геохимическим фактором. Этап геологической истории с ок. 6000 г. до н. э. предложено называть технозойским. В ХХ в. техногенез стал главным геохимическим фактором на Земле. Главное отличие ноосферы от биосферы – существенное ускорение геохимических процессов.

Техногенез включает: 1) извлечение ХЭ из природной среды и их концентрацию; 2) перегруппировку ХЭ, изменение хим. состава соединений, в которые эти элементы входят, а также создание новых хим. веществ; 3) рассеяние вовлеченных в техногенез элементов в окружающей среде (рассеивание ХЭ может быть планомерным процессом и побочным, непредусмотренным процессом); 4) создание новых ХЭ.

Все виды техногенных воздействий можно разделить на две группы: q Изъятие веществ из ЛГС; q Привнос веществ в ЛГС.

Изъятие веществ из ландшафтногеохимической системы может происходить qбез изменения геохимии литологической основы (агроландшафты); qс изменением геохимии литологической основы (горные разработки, карьеры).

Привнос веществ может происходить: qв геохимически инертной форме (такие формы могут как улучшать ОС и приносить пользу человеку, так и ухудшать ОС); qв геохимически активной форме.

Геохимически активные формы элементов. 1) Элементы и соединения, которые вызывают токсические эффекты при поступлении в ОС в низких концентрациях (микро- и ультрамикроэлементы; синтезируемые человеком соединения с низкой биофильностью). 2) Элементы и их соединения, которые могут вызывать токсические эффекты при поступлении в ОС в высоких концентрациях (макроэлементы). 3) Нетоксичные в низких концентрациях (макроэлементы). 4) нетоксичные в высоких концентрациях (инертные газы, металлические вещества).

Типы техногенной миграции. 1) унаследованная от биосферы, но измененная человеком (удобрения), 2) миграция веществ, чуждых биосфере радионуклиды, синтетические углеводороды).

1) Техногенная миграция унаследована от биосферы, но изменена ноосферой. Характеризуется БИКом, интенсивностью водной и биогенной миграцией, аэральным переносом, выделяются типоморфные, дефицитные и избыточные элементы, оцениваются Б, П, К. По сравнению с биосферой для ноосферы характерно еще более грандиозное рассеяние элементов, которые концентрировались природой на протяжении геологической истории. Это увеличивает энтропию системы.

2) Техногенная миграция, чуждая биосфере. В ноосфере протекают химические реакции, находящиеся в резком противоречии с природными условиями. Характерное для ноосферы металлическое состояние Fе, Аl и др. металлов не соответствует физико-химическим условиям земной коры. Производятся вещества с неизвестными у природных материалов свойствами (искусственные полимеры, пластмассы и т. д. ). Новым является производство атомной энергии, получение радиоактивных изотопов. Миграция экспорт – импорт и др. подчиняются социальным законам.

Информационные особенности техногенеза. Ø Возникновение социальных (между общественными группами людей) и природносоциальных связей. Ø Возрастание социальной информации и уменьшение биологической.

Техногенные источники загрязнения. Загрязнение окружающей среды – важное, но нежелательное следствие техногенеза. Нередко эффект от полезной деятельности меньше, чем побочный. Например, "кислотные дожди «; негативные последствия воздействия на ландшафты ТЭС больше, чем АЭС.

Незагрязненные природные системы – такие биокосные системы, в которых колебания концентрации и баланс форм нахождения техногенных веществ не нарушают газовые, концентрационные и Ox – Red функции живого вещества, не вызывают нарушения биогеохимических пищевых цепей, количества и качества биопродукции, не снижают ее генетическое разнообразие (М. А. Глазовская). Нарушение этих условий означает техногенную трансформацию или разрушение природной системы.

Техногенные и природно-техногенные системы В природно-техногенных системах важную роль играет БИК. Они сочетают в себе признаки техногенных и природных систем, находящихся в разных соотношениях (агроландшафты, парки и рекреационные зоны городов и пр. ). В техногенных системах БИК почти полностью изменен. Здесь сформировались искусственные тела (отвалы, хвостохранилища, асф. поверхности), геохимические особенности которых определяются их составом и искусственным рельефом. Техногенные свойства преобладают над природными.

Техногенные источники загрязнения. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) Автотранспорт, Теплоэнергетика, Добыча и переработка УВ сырья, Металлургическая промышленность, Целлюлозно-бумажная промышленность, Строительная индустрия, Сельское хозяйство, Коммунально-бытовые отходы (выбросы мусоросжигательных заводов, свалки бытовых отходов, осадки сточных вод) и др.

Классификация по физико-химическому состоянию загрязняющего вещества.

Техногенные отходы по физическому состоянию подразделяются на q жидкие и твердые (преднамеренно собираемые и депонируемые), q стоки (поступающие в окружающую среду в виде жидких потоков, содержащих твердые взвешенные частицы) q выбросы (рассеяние в атмосфере загрязняющих веществ в твердой, жидкой и газообразной формах).

При мониторинге техногенные отходы делят на: q организованные – поступают в ОС через спецустройства (шлаконакопители, трубы, очистные сооружения, факелы, отвалы), поддаются контролю; q неорганизованные (утечки и выбросы в системах трубопроводов, канализации, при авариях, перевозке отходов и т. д. ), постоянный контроль затруднен. Работы Ю. Е. Саета с сотрудниками по разработке комплекса эколого-геохимических методов исследований, контроля и прогноза состояния природной среды.

Показатели техногенеза 1) Характеристикой интенсивности извлечения и использования химических элементов является технофильность (Tx) – отношение ежегодной добычи или производства элемента в тоннах к его кларку в литосфере (А. И. Перельман, 1972). Тx = Д / К, где Д – добыча элемента, т/год; К – кларк элемента в литосфере. Техногенез ведет к уменьшению геохимической контрастности ноосферы по сравнению с биосферой и земной корой.

2) Деструкционная активность элементов техногенеза (Дx) (М. А. Глазовская, 1976) характеризует степень опасности для живого вещества элементов, вовлекаемых в природную среду при техногенезе. Дx = Тx / Бx, где Тx и Бx – технофильность и биофильность ХЭ. Чем >Дх элемента, тем опаснее он для живого вещества. Сейчас максимальной Дх отличается Hg; к элементам с очень слабой Дх относятся биофилы (Ca, Mg, K).

3) Техногенное геохимическое давление – количество элемента, выводимое ежегодно из техногенного потока в природный 4) Модуль техногенного геохимического давления (т/км 2) – отношение ТГД к единице площади. Для всей поверхности суши наибольшие модули техногенного давления у Na, Cl, Ca, Fe (0, 5– 1, 0), наименьшие – у Li, Ag, W, Au, Hg, Tl (10– 5 – 10 – 7). 5) Коэффициент техногенной трансформации – соотношение поступления элемента в техногенный и природный ландшафты.

6) Пылевая нагрузка (суточная) – количество твердых выпадений, поступающих за сутки на единицу площади ландшафта (Pn, кг/км 2). 7) Модуль аэрального поступления элемента (общая пылевая нагрузка Pобщ. ) – количество элемента, поступающего в ОС с атмосферными осадками и пылью, мг/км 2. Pобщ = C × Pn, где Pn – среднесуточная пылевая нагрузка (в кг/км 2), С – концентрация элемента в снеговой пыли (в мг/кг). 8) Коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента Кр: Кр = Робщ / Рф, при Рф = Cф × Pпф, где Cф – фоновое содержание элемента; Pпф – фоновая пылевая нагрузка; Рф – фоновая нагрузка исследуемого элемента. ,

9) Для техногенных полиэлементных аномалий рассчитывают СПЗ Zc, характеризующий эффект воздействия группы элементов. Zc = ∑Кс ─ (n ─ 1), где Кс ─ коэффициент концентрации Кс = С / Сф, причем Кс > 1; n ─ число элементов с аномальной концентрацией. СПЗ вычисляют по определявшимся в почвах элементам, которые отнесены к I ─ III классам опасности. СПЗ рассчитывают для различных компонентов ландшафта. Каждая выборка может быть представлена в виде набора относительных характеристик аномальности химических элементов (городская ассоциация ХЭ: Hg 30 ─ Pb 10 ─ Zn 8 ─ Cu 4 ─ Ni 3 ─ Cr 2.

Техногенные зоны выщелачивания и геохимические барьеры Техногенные зоны выщелачивания (ТЗВ) – участки техногенных и природно-техногенных ландшафтов, в пределах которых происходит усиление миграционной способности элементов. ТЗВ образуются при выщелачивании металлов из руд, отвалов, хвостохранилищ. ТЗВ могут образовываться 1) в результате целенаправленного техногенного воздействия на почвы и горные породы (при добыче ПИ, поливного орошаемого земледелия); 2) как побочный эффект техногенного воздействия (усиление подвижности металлов при кислотных дождях).

Техногенные геохимические барьеры. По механизму проявления ТГБ не отличаются от природных барьеров. ТГБ связаны с деятельностью человека, приводящей к образованию техногенных потоков рассеивания химических элементов и их концентрированию. ТГБ – участок, где происходит резкое уменьшение или увеличение интенсивности миграции в результате техногенной деятельности и, как следствие, изменение концентрации элементов. Как и в природных ландшафтах, здесь образуются аномалии. ТЗВ отличаются от ТГБ тем, что в последнем случае обязательно происходит увеличение миграционной поверхности.

Техногенные искусственные барьеры создают целенаправленно для локализации загрязнения на пути движения техногенных потоков (сорбционные барьеры в районе Чернобыля для предотвращения радиоактивного загрязнения гидросети; известковые валы для осаждения металлов из кислых рудничных вод или содержащихся в водах ядохимикатов; известкование кислых почв, препятствующее выносу подвижных в кислой среде катионогенных металлов и элементов питания). Необходимо выявлять ГБ, на которых концентрируются искусственные вещества.

Техногенные барьеры могут быть полезными, нейтральными и вредными. v Полезные (закачивание в водоносные горизонты промышленных стоков; известкование почв; цементация грунтов). v Нейтральные (сорбционные барьеры, на которых осаждаются нетоксичные элементы). v Вредные барьеры (вторичное засоление почв в орошаемых районах, когда на испарительных барьерах накапливаются элементы, поступающие с дренажными водами). На техногенных барьерах возможно техногенное минералообразование и рудообразование).

Разновидности техногенных барьеров, используемых для охраны ОС.

Природные геохимические используют для снижения загрязнителей. барьеры миграции 1) Стихийно образовавшиеся ГБ на пути загрязнителей. Например, щелочные барьеры, образующиеся при взаимодействии кислых растворов с породами; сорбционные барьеры в органогенных и гумусовых горизонтах почв ограничивают миграцию нефтяных УВ.

2) Целенаправленно созданные искусственные ГБ с использованием природных ГБ (сорбционные – глины, суглинки, торф, щелочные – карбонаты). 3) Специально созданные искусственные ГБ (механические – с использованием специальных строительных конструкций; биологические – с участием микроорганизмов, растений).

Материалы, используемые для создания искусственных геохимических барьеров.

Техногенные геохимические аномалии – это превышение или снижение концентрации элемента компонентах ландшафта по сравнению с его фоновым значением. Сильные аномалии (КК = 10 n – 100 n) очевидны. Для оценки слабых аномалий используются статистические критерии (правило трех стандартов). Техногенные аномалии искусственных веществ (пестицидов и др. ) выделяются по санитарногигиеническим, а не геохимическим критериям.

Ореол (геохим. ) – стационарное пространство, в котором концентрация элемента превышает фоновое значение в данный момент. Техногенный ореол рассеяния – пространство, в пределах которого выявлена техногенная аномалия, имеющая четкую пространственную и генетическую связь с конкретным источником загрязнения. ТОР образуются в депонирующих средах (почвах, ДО, растениях, снежном покрове). Техногенный поток рассеяния – техногенная аномалия, характеризующаяся динамичностью и непостоянством параметров загрязнения. ТПР образуется в транзитной среде (в воздухе, воде, частично в донных отложениях).

По распространенности выделяются следующие техногенные аномалии: vглобальные – связаны с загрязнением атмосферы и охватывают весь земной шар (содержание СO 2 в атмосфере, искусственные радионуклиды после ядерных взрывов); v региональные – формируются в отдельных частях континентов, природных зонах и областях (ядохимикаты, удобрения, кислотные дожди); v локальные – образуются вокруг местных техногенных источников. Локальные источники загрязнения, сливаясь, могут приводить к образованию региональных техногенных аномалий.

По влиянию на окружающую среду техногенные аномалии делятся на три типа. v Полезные аномалии – улучшают состояние окружающей среды (известкование кислых почв, добавление J к Na. Cl в районах развития эндемического зоба, фторирование питьевой воды, внесение в почву микроудобрений, подкормка домашних животных Со). v Вредные аномалии – ухудшают состояние природной среды в результате появления повышенных концентраций токсичных веществ, отрицательно влияющих на живые организмы. v Нейтральные аномалии – не оказывают влияния на качество окружающей среды (золото в банках, железо в городах и др. ).

По среде образования техногенные аномалии делятся на v литохимические (формируются в почвах, породах, строениях); v гидрогеохимические (в водах); v атмогеохимические (в атмосфере, снеге); v биогеохимические (в организмах). БГХА подразделяются на фито- зоо- и антропогеохимические аномалии.

По длительности действия источника загрязнения техногенные аномалии делятся на: v кратковременные (связаны с аварийными выбросами и сбросами); v средневременные (заканчиваются с прекращением техногенной деятельности – разработка месторождений полезных ископаемых); v долговременные стационарные (постоянно существующие вокруг городов, заводов и агроландшафтов).

Токсичность – ядовитость, способность вещества оказывать вредное воздействие на живые организмы. Токсичность оценивают по летальной дозе (ЛД 50) – дозе вещества, вызывающей гибель 50% подопытных животных. Гигиенические нормативы (ПДК) устанавливают с учетом ЛД 50 и особенностей поведения загрязнителя в окружающей среде. ПДК – максимальное содержание вредного вещества в природном объекте или продукции за определенный период, не оказывающее негативного воздействия на здоровье человека.

Основной недостаток при использовании ПДК – невозможность учета вредных эффектов при одновременном воздействии нескольких загрязнителей. При совместном действии нескольких загрязнителей возможно: q аддитивное воздействие – общий эффект равен сумме эффектов всех загрязнителей в отдельности; q антагонистическое воздействие – общий эффект < суммы отдельных эффектов от загрязнителей; q синергетическое воздействие – общий эффект > суммы эффектов отдельных загрязнителей.

Недостатки в использовании ПДК как основы экологического нормирования. q Установлены ПДК для разных реципиентов и нескольких тысяч веществ в разных средах, но не для всех реальных загрязнителей. q ПДК не являются международным стандартом и могут различаться в разных странах. q Существует множество сочетаний различных загрязнителей, возможны взаимодействия между загрязнителями, образование вторичных продуктов. q ПДК для некоторых ценных растений и животных могут быть ниже, чем для человека.

Дифференциация фоновых концентраций ТМ в ландшафтах затрудняет разработку ПДК. Основные факторы, влияющие на ПДК (ТМ) в почвах – щелочно-кислотные свойства и содержание гумуса. Для Cd и Pb ПДК в кислых и щелочных почвах отличаются почти на порядок. Поэтому ПДК необходимо устанавливать для крупных регионов со сходными кислотно – щелочными и Ox – Red условиями, обладающими близким уровнем устойчивости к загрязняющим веществам. При отсутствии фоновых значений концентраций ХЭ можно использовать кларки элементов литосферы.

Загрязняющие вещества по опасности делятся на классы: q I класс (высоко опасные) – As, Cd, Hg, Se, Pb, F, бензпирен, Zn; q II класс (умеренно опасные) – B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; q III класс (мало опасные) – Ba, V, W, Mn, Sr и др. Комплексный и кумулятивный характер действия загрязняющих веществ на живые организмы, полиэлементность техногенных геохимических аномалий требуют разработки более комплексных показателей оценки качества среды.