ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
ГЕОХИМИЯ ТЕХНОГЕННЫХ
ЛАНДШАФТОВ
Учебное пособие для вузов
Составитель
Н. А. Протасова
Издательско-полиграфический центр
Воронежского государственного университета
2009
Стр.1
Содержание
1. Влияние антропогенной деятельности на природные
биогеохимические циклы ..................................................................................4
2. Техногенная миграция .........................................................................6
3. Техногенные процессы ........................................................................7
4. Технофильность и другие показатели техногенеза...........................9
5. Техногенные геохимические аномалии............................................10
6. Техногенные и природно-техногенные системы.............................14
7. Ландшафтно-геохимический мониторинг .......................................16
8. Оптимизация техногенеза..................................................................20
9. Городские ландшафты .......................................................................21
10. Биогеохимия городской среды........................................................23
11. Горнопромышленные ландшафты..................................................25
12. Агроландшафты (агротехногенез) ..................................................28
13. Гидромелиорация .............................................................................30
14. Техногенез и здоровье человека .....................................................32
Литература ..............................................................................................36
3
Стр.3
благодаря человеку. Продукция полностью не возвращается в почву, а частично
удаляется в виде урожая. В систему биологического круговорота искусственно
вводятся значительные массы азота, фосфора, калия, а также
дополнительные количества воды. Вместе с тем активизируются процессы
эрозии и выноса химических элементов. Вырубка лесов и распашка почв
способствуют усилению водной миграции химических элементов.
2. Техногенная миграция
Техногенная миграция – наиболее сложный вид миграции. В ноосфере
происходит грандиозная миграция атомов. Ежегодно перемещаются
миллиарды тонн угля, нефти, руд и стройматериалов, рассеиваются месторождения
полезных ископаемых, накопленные природой за миллионы лет.
По О. П. Добродееву, масштабы многих процессов техногенеза превышают
природные: ежегодно из недр извлекается больше металлов, чем выносится
с речным стоком: Pb – почти в 70 раз, Cr – в 35, Cu – в 30, Fe, Mn – в
10, Zn – в 5, Al – в 3 раза.
С продукцией сельского хозяйства и промышленности атомы мигрируют
на огромные расстояния. С экспортом и импортом зерна в мире ежегодно
мигрируют миллионы тонн К, сотни тысяч тонн Р и N.
Энергетика техногенеза. В ноосфере используется текущая солнечная
энергия и солнечная энергия былых биосфер, заключенная в ископаемом
топливе: в углях, нефти, горючих газах, сланцах. Используется и энергетический
источник, чуждый биосфере, – атомная энергия. Поэтому для
техногенных ландшафтов характерна еще большая неравновесность, чем
для природных.
Часть используемой в ноосфере энергии выделяется в виде тепла в
результате отопления жилых домов и промышленных предприятий. Температура
земной поверхности за счет парникового эффекта может повыситься
через 50 лет на 4 оС. К техногенным парниковым газам, наряду с
СО2, относятся также метан, закись азота, фреоны, озон. В результате парникового
эффекта возможно частичное растопление льдов Арктики и Антарктики,
затопление приморских низменностей и другие последствия.
С распашкой почв, дроблением пород и руд, а также с вулканизмом
связано запыление атмосферы, которое может способствовать похолоданию
климата. В ХХ в. техногенез стал главным геохимическим фактором
на поверхности Земли. В. А. Ковда подчеркивал, что «диспергирование и
эолизация вещества суши» ведут к возрастанию геохимической роли поверхностной
энергии, сорбции и огромному ускорению геохимических
процессов.
Загрязнение окружающей среды. Это важное и нежелательное следствие
техногенеза. Ярким примером служат так называемые «кислотные
дожди». Они связаны с работой сернокислотных суперфосфатных, меде6
Стр.6
плавильных заводов, котельных, ГРЭС, ТЭЦ, бытовых топок, которые выбрасывают
в воздух много SO2. «Кислые дожди» увеличивают число легочных
заболеваний, осложняют земледелие, разрушают памятники архитектуры.
Рыба исчезает из водоемов, так как принос ветрами SO2 вызывает
понижение рН в воде до 4.
М. А. Глазовская предложила считать незагрязненными такие биокосные
системы, в которых колебания концентрации техногенных веществ
не
нарушают
газовые,
концентрационные
и
окислительновосстановительные
функции живого вещества, не вызывают нарушения
биогеохимических пищевых цепей, количества и качества биологической
продукции, не снижают ее генетическое разнообразие. Нарушение названных
условий означает техногенную трансформацию или разрушение природной
системы.
3. Техногенные процессы
В техногенных ландшафтах протекает биологический круговорот
веществ (бик), элементы мигрируют в водах и атмосфере. В результате
орошения пустынь, осушения болот, строительства гидростанций, использования
подземных вод в ноосфере изменяется и круговорот воды. Дефицит
пресной воды становится одной из наиболее актуальных проблем. Характерное
для ноосферы металлическое состояние Fe, Al, Cu, Zn и других
металлов не соответствует физико-химическим условиям земной коры.
Техногенные процессы могут быть постоянными, периодическими,
катастрофическими, систематизируются по объемам выбросов, источникам
загрязнения, химическому составу выбросов, стоков.
Техногенные отходы подразделяются на жидкие и твердые, стоки
(поступающие в окружающую среду в виде жидких потоков, содержащих
твердые взвешенные частицы) и выбросы (рассеяние в атмосфере загрязняющих
веществ в твердой, жидкой и газообразной формах). Техногенные
отходы делятся на организованные – поступающие в окружающую среду
через специальные устройства, например, очистные сооружения и поддающиеся
контролю, и неорганизованные (утечки, аварии, постоянный
контроль которых затруднен).
Промышленные отходы. С выбросами и стоками в крупных промышленных
городах поступают ежегодно сотни тысяч и даже миллионы
тонн загрязняющих веществ. Особую опасность представляют отходы с
высокими концентрациями токсичных химических элементов и их соединений
Автотранспорт
и теплоэнергетика по объему поллютантов занимают
одно из первых мест и поставляют в атмосферу продукты сгорания
угля, нефти, газа и их производных. Основными поллютантами являются
оксиды углерода и азота, сернистый ангидрид, пыль, нефтепродукты, ток7
Стр.7
сичные микроэлементы. У автотранспорта это Pb, Cd, Hg, Zn, в теплоэнергетике
– B, Be, Mo, As, а также полициклические ароматические углеводороды
(ПАУ) – 3, 4 бензпирен; 1, 12, бензперилен и др., которые включают
канцерогены и мутагены.
Техногенные аномалии ПАУ образуются вокруг промышленных
предприятий, нефтяных промыслов, угольных шахт, автодорог. С электротехнической
промышленностью связано и загрязнение среды полихлорированными
бифенилами (ПХБ).
Особенно высокие концентрации тяжелых металлов содержатся в
выбросах и осадках очистных сооружений гальванических производств,
где концентрации Cd, Bi, Ag, Sn в тысячи, а Pb, Cr, Zn, Ni в сотни раз выше
кларков литосферы.
Высокими кларками концентрации характеризуются также предприятия
по переработке цветных металлов, машиностроительные и металлообрабатывающие
заводы, инструментальные цехи, пыли которых отличаются
самой широкой ассоциацией загрязнителей – W, Sb, Hg, Cd, Pb, Cu,
Zn, Bi, Ag, As. Загрязнителями производства никелевого концентрата являются
Ni, Cr, Co; алюминия – Al, Be, F, ПАУ.
Нефтеперерабатывающая, химическая промышленность поставляет в
окружающую среду главным образом газообразные соединения – оксиды
азота, углерода, диоксид серы, углеводороды, хлористые и фтористые соединения,
фенолы, содержания которых иногда в десятки и сотни раз превышают
предельно допустимые концентрации (ПДК) в атмосфере.
Некоторые химические производства кроме газов поставляют в среду
многие микроэлементы: коксохимия – Hg; производство лакокрасочных
изделий – Hg, Cd; синтетического каучука – Cr. С заводами по производству
фосфорных удобрений связаны высокие уровни загрязнения P, редкими
землями, Sr, F; азотных удобрений – соединениями N.
Со стоками целлюлозно-бумажных комбинатов поступают сероводород,
фенолы и другие органические загрязнители, представляющие серьезную
экологическую опасность для водоемов.
Среди предприятий стройиндустрии значительной техногенной нагрузкой
на среду выделяются цементная промышленность, производство
огнеупорного кирпича и теплоизоляционных изделий, в пылях которых
концентрируются Sb, Pb, Ag, иногда Hf и Hg.
Ядохимикаты. Они широко применяются в сельском хозяйстве,
лесной промышленности и других отраслях хозяйства. Некоторые представляют
большую опасность, как, например, ныне запрещенный ДДТ, который
был обнаружен даже в кишечнике пингвинов Антарктиды. Чрезвычайно
опасен диоксин – полихлорированное полициклическое соединение
– широко применявшийся в качестве гербицида в ряде стран.
Коммунально-бытовые отходы (бытовой мусор, канализационные
осадки, илы городских очистных сооружений). По степени концентрации и
8
Стр.8