2.1.5 Антропогенное воздействие на геохимические процессы

Техногенез – процессы перемещения (перераспределения) и концентрации химических элементов (их соединений), происходящие в результате технической (технологической) деятельности людей. Минералы являются основным источни­ком химических элементов для создания различных техногенных соединений. Большие скопления определенных минералов (обыч­но это месторождения) создают аномальную экологическую об­становку. Такая обстановка при отработке месторождений стано­вится все более отличной от природной, и площади ее распрост­ранения, как правило, увеличиваются.

Использование человеком минералов началось в глубокой древ­ности. В настоящее время нет ни одной отрасли производства, в которой не применялись бы минералы непосредст­венно в природном виде либо после соответствующей переработ­ки (промышленность, энергетика, сельское хозяйство, медицина, строительство, изготовление поделок, украшений и т.д.). Т.о., в обозримом буду­щем разработка месторождений, извлечение из недр Земли мине­ралов и их самое разнообразное использование будут увеличиваться. При этом происходит и будет возрастать (как по дальности перемещения, так и по общему объему) миграция и самих минералов, и составляющих их химических элементов. Та­кая техногенная миграция часто приводит к резкому воз­растанию концентраций определенных элементов в отдельных районах и к появлению не характерных для природных условий ассоциаций химических элементов, образующих повышенные концентрации на некоторых участках биосферы.

Все возрастающая потребность в минеральном сырье приводит к тому, что начинают разрабатываться месторождения хотя и с бо­лее низким содержанием определенных минералов, но с больши­ми их суммарными запасами. Это в свою очередь вызывает необ­ходимость перемещать все большие массы так называемой пустой породы, также состоящей из минералов. В конечном счете, на все больших площадях меняются минералого-геохимические усло­вия, к которым за многие годы «привыкли» все живые организмы этих районов. Поскольку сами изменения происходят катастрофи­чески быстро, то многие животные и растительные организмы по­гибают, не успевая приспособиться к новым условиям. Антропогенное воздействие на минералы способствует переходу химических элементов из минеральной формы в коллоидную, в водные растворы и биогенную форму нахождения.

Изоморфные смеси в минералах – закономерные замещения аналогичных элементов (даже их «блоков») друг другом в кристаллических решетках - широко развиты в верхних оболочках земной коры. К настоящему времени значительная часть редких и рассе­янных элементов добывается из изоморфных смесей. Так, значительное количество Hf добывается из циркона, где гафний находится в виде изоморфной смеси к Zr. В изоморфной примеси к цирконию могут на­ходиться иттрий, тяжелые лантаноиды и т.п.

Потенциальные возможности изоморфных примесей как ис­точника многих химических элементов (часто даже добываемых попутно) чрезвычайно велики. Однако отработка руд с развитым изоморфизмом часто способствует специфическому загрязнению территорий, прилегающих к рудникам, обогатительным фабрикам, металлургическим комбинатам.

При существующих в настоящее время методиках извлече­ния «попутных элементов» значительная (часто большая) часть этих элементов уходит в отвалы, вылетает с дымом из труб, удаляется с промышленными стоками. Будучи освобожденными из кристал­лических решеток, изоморфные примеси начинают самостоя­тельную миграцию в биосфере. Поэтому в районах рудников, обогатительных фабрик, металлургиче­ских комбинатов почвы, воды, растения имеют повышенные кон­центрации многих элементов, не извлекаемых из руд.

Явление изоморфизма следует учитывать при использовании удобрений, в связи с пробле-мами охраны окружающей среды. Ос­новная часть минеральных удобрений изготовляется из природ­ных фосфатов и апатитов, в которых в виде изоморфных приме­сей содержится ряд редких и редкоземельных элементов, включая Li, Sr, Y и др. Несовершенные технологии способству­ют накоплению этих элементов в удобрениях, с которыми они по­ступают в почвы, а затем — в воды и различные живые организмы.

Вблизи ландшафтов на­селенных пунктов и промышленных предприятий формируется большинство крупных техногенных геохимических аномалий, размеры которых могут быть от нескольких километров до 100 км. В зависимости от особен­ностей формирования они могут быть в плане изометричными, иметь форму вытянутого эллипса, неправильную форму или же форму вытянутых лент, в зависимости от положения в пространстве потоков миграции элементов и геохимических барьеров, на которых они концентрируются.

Крупные техногенные геохимические аномалии могут образо­вываться в почвах (литохимические аномалии), растительных и жи­вотных организмах (биогеохимические аномалии), атмосфере (атмохимические аномалии газов и аэрозолей), подземных и поверхностных водах (гидроге­охимические и гидрохимические аномалии). Крупные техно­генные аномалии образуются значительным (как правило, боль­ше десяти) числом химических элементов. Контуры аномалий, образуемых отдельными элементами, часто не совпа­дают. Крупные техногенные геохи­мические аномалии имеют почти одинаковый состав (Pb, Zn, Сu, Мо, Со, Cr, Ni, V, Mn, Ga, Ti, Sr), но со­ставляющие их химические элементы могут находиться в раз­личных формах. Ассоциации хи­мических элементов, образующих техногенные аномалии у месторождений редких элементов и вблизи некоторых но­вых предприятий, расширены (в основном за счет редких и рассеянных элементов) по сравнению с рассмотренной. Вероятно, ассоциа­ция основных загрязняющих химических элементов следующего века будет отличной от существующей. Ассоциации химических элементов, образующих крупные техно­генные геохимические аномалии, определяются в основном уров­нем развития науки и техники в период загрязнения. Практические след­ствия этого закона:

• При проведении природоохранных мероприятий основные затраты должны быть связаны не с установлением состава загряз­няющих элементов (как это еще делается в большинстве случаев), а с выявлением ландшафтно-геохимических особенностей за­грязняемых территорий.

• Ассоциация химических элементов, образующих современ­ные крупные техногенные аномалии, в ближайшее время не­сколько изменится. Это окажет влияние на существование всех живых организмов, включая человека.