4.2.5. Географический и биотический перенос

После того как произошло распределение поступивших в окру­жающую среду химических веществ между воздухом, водой и поч­вой, необходимо проследить их дальнейшую миграцию на более или менее далекие расстояния в результате действия различных физиче­ских факторов. Такой перенос называют географическим. Наряду с ним имеется также биотический перенос живыми организмами, в ко­торых прошло биологическое накопление вредных веществ.

Биотический перенос химических веществ организмами после их потребления и аккумулирования происходит в результате ак­тивного перемещения животных, а также при передаче по цепи пита­ния. К этому процессу относится и вторичное перемещение водными червями веществ, оказавшихся в донных осадках, и деятельность че­ловека, например, перевозки сельскохозяйственных продуктов (на локальные и региональные расстояния). В большинстве случаев гео­графический перенос преобладает над биотическим и осуществляет­ся главным образом через атмосферу и воду.

Атмосферная миграция — важнейший путь перемещения хими­ческих веществ в окружающей среде. Процессы перемешивания и переноса в тропосфере происходят быстро; обмен между тропосферой и стратосферой длится в течение нескольких лет. Атмосферный перенос локального масштаба происходит в течение минут, регио­нального — от часов до нескольких суток, а для глобального перено­са необходимо время от нескольких суток до нескольких недель. Количественная оценка и прогноз переноса в воздухе на расстояния ме­стного масштаба возможны, если имеется информация о вертикаль­ной структуре атмосферы и господствующих ветрах. При этом дол­жен также учитываться перенос пыли. Для регионального переноса этого уже недостаточно, так как за тот период времени, который не­обходим для переноса химических веществ на расстояние порядка нескольких сот километров, погодные условия могут измениться. Глобальный перенос еще труднее оценить количественно; здесь можно привлечь лишь данные о средних скоростях перемешивания в больших регионах. Время полного перемешивания в пределах полу­шария составляет от половины до трех месяцев, а перемешивание между полушариями длится примерно один год.

Нормальная океаническая циркуляция имеет определенное зна­чение для глобального переноса, однако только на периоды порядка нескольких лет. Водная миграция реками не имеет существенного значения для регионального распределения, в то время как поверхно­стные и подпочвенные воды необходимо учитывать при оценке ло­кального распределения вредных химических веществ в окружающей среде.

Миграция химических соединений в почве по сравнению с пере­носом в воздухе и воде происходит очень медленно. Она осуществля­ется главным образом в водных средах.

4.3. Геохимические барьеры

Участки биосферы, на которых в миграционном потоке на ко­ротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции хи­мических элементов, и как следствие этого процесса, повышается их концентрация, получили название геохимических барьеров. Этот термин был предложен в 1961 г. А.И. Перельманом. Геохимические барьеры биосферы разделяются на два основных типа — природные и техногенные. И те, и другие располагаются на участках изменения факторов миграции. В первом случае смена факторов, а соответст­венно и геохимической обстановки, обусловливается природными особенностями конкретного участка биосферы. Во втором такая сме­на геохимических обстановок происходит в результате антропогенной деятельности.

Оба типа геохимических барьеров подразделяются на три клас­са: физико-химические, биогеохимические и механические. Механи­ческие барьеры представляют собой участки с резким уменьшением интенсивности механического перемещения веществ и соответствен­но их отложения. В биосфере механические барьеры связаны в ос­новном с миграцией элементов в минеральной или коллоидной фор­ме. Миграция чаще всего происходит в воздушной и в водной средах, а также на границе сред. При переносе в воздушных потоках паров воды своеобразными механическими барьерами являются горные системы. На них задерживаются облака и выпадают осадки. Механи­ческими барьерами для дисперсных частиц, перемещающихся в ниж­них, приземных слоях атмосферы, стали лесополосы, на которых от­лагается большое количество пыли, выдуваемой из почв при обра­ботке сельскохозяйственных ландшафтов. Как механические барье­ры можно рассматривать образующиеся в атмосфере над городами сталкивающиеся разноименно заряженные и осаждающиеся аэрозо­ли. В этих случаях происходит совмещение механического и сорбционного барьеров, в сумме резко уменьшающих дальность миграции загрязняющих веществ в атмосфере и ухудшающих эколого-геохимическую обстановку в селитебных ландшафтах населенных пунктов. Во многих случаях создаются техногенные механические барьеры. Примером механических барьеров могут служить речные и противоселевые плотины.

Биогеохимические барьеры по своей сути представляют накоп­ление химических элементов растительными и животными организ­мами, например, накопление веществ в высоких (токсичных) кон­центрациях сельскохозяйственными культурами, используемых для питания. Такое накопление обычно происходит при внесении в поч­вы чрезмерных доз удобрений и средств химической защиты расте­ний. Биогеохимические барьеры могут и задерживать поступление токсичных веществ из атмосферы. Такими барьерами обычно служат зеленые насаждения (декоративные деревья и кустарники) около промышленных и в селитебных ландшафтах. В качестве своеобраз­ных техногенных биогеохимических барьеров можно рассматривать сельскохозяйственные ландшафты, занятые определенными культу­рами. Как правило, каждый вид сельскохозяйственных культур пре­имущественно накапливает определенные химические элементы в повышенных концентрациях. Вещества, сконцентрировавшиеся на техногенном биогеохимическом барьере (в отличие от других барье­ров), сразу же вывозятся в форме сельхозпродукции (не реже одного раза в год), что представляет собой не природную, а техногенную со­циальную миграцию.

На физико -химических барьерах изменение концентрации ве­ществ связано с их отложением из растворов при изменении физико-химической обстановки. Существуют предположения, что некоторые древние очаги цивилизации погибли вследствие засоления, связанно­го с орошением земель сельскохозяйственных ландшафтов (испари­тельный барьер).

Из техногенных барьеров этого класса в приустьевых частях рек распространены сероводородные, образовавшиеся в результате разложения органических веществ, поступивших от населенных пунктов, и из сульфатов морской воды. На них в илах концентриру­ются многие металлы (Рb, Zn, Mo, U и др.).

Среди физико-химических барьеров наибольшее площадное развитие получили испарительные. На сельскохозяйственной пло­щади около 100 млн. га резко понизилась урожайность, а порядка 20...25 млн. га полностью потеряно для сельского хозяйства из-за раз­вития на техногенных испарительных барьерах процессов засоления почв. В пределах барьеров обычно идет накопление не только макро­компонентов (Ca²⁺,Mg²⁺, СО₃^2-, SO₄^2-,Cl^- ), но и микрокомпонентов — металлов (Mo, Zn, Sr, Си, Рb, Ва и др.).

Большие площади также занимают образующиеся при осуше­нии болот кислородные барьеры. Они контролируют миграцию Fe, Мп, Со. Эти же барьеры, часто совместно с щелочными, формируют­ся в зоне отлива глеевых рудничных вод. На них вероятна концен­трация Fe, Мn, Со, Ni, Си, Zn, Pb, As, Hg и других металлов.

К побочному результату развития техногенеза относится и об­разование в атмосферном воздухе над промышленными селитебными ландшафтами сорбционных барьеров, формирование которых осно­вано на обилии выбрасываемых в атмосферу коллоидных частиц.

Из геохимических особенностей рассматриваемых барьеров следует выделить: 1) постоянное техногенное поступление химиче­ских элементов в различных формах нахождения и элементов, обра­зующих в повышенных концентрациях ассоциации, не характерные, а иногда и «запрещенные» для конкретных природных условий; 2) по­стоянная миграция химических элементов и их различных соедине­ний от барьеров. Она происходит, в основном, с водными растворами и газовыми смесями; 3) многочисленные реакции взаимодействия веществ, поступивших на барьер. Прогноз течения этих реакций пока невозможен.

Комплексные техногенные барьеры. В настоящее время они встречаются так же часто, как и природные. Нередко процесс форми­рования одного барьера влечет за собой формирование другого, при­чем контуры их могут не совпадать. Рассмотрим этот процесс у пло­тин. Первоначально в приплотинной части формируется механиче­ский барьер. На нем откладывается тонкая взвесь, которая на пути миграции сорбирует из вод значительное количество определенных химических элементов. Так создается сорбционный барьер. Водорос­ли, развивающиеся в образовавшемся у плотины водохранилище, оседают на дно и, разлагаясь, поглощают свободный кислород из вод. В результате в донных осадках (а часто и в придонном слое во­ды) появляется глеевый барьер. При наличии в водах сульфат-иона вероятно образование сероводородного барьера. Через определенный промежуток времени в приплотинной час­ти водохранилищ формируется комплексный барьер, состоящий из механического, сорбционного, биогеохимического и глеевого (или сероводородного).