Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Ст.. 239 Перельман
Гіпергенні умови сприятливі для життя і більшість гіпергенних систем відноситься до біокосні (вони будуть охарактеризовано в гол. 16), менш поширені в зоні гіпергенезу чисто фізико- хімічні системи. Ми розглянемо два типи таких систем.
Системи кріогенеза. Процеси, що протікають при негативних температурах, І. А. Тютюнов назвав кріогенезом. Вони утворюють криогенні геохімічні поля (П. Ф. Швецов). Потужність багаторічно-
мерзлих товщ (кріолітосфери) досягає багатьох сотень метрів, онп . Поширені на 1/4 земної суші (у СРСР на 10 млн км2 - 45%території).Велика частина води в кріолітосфере перетворена на лід, але деяка частина води не замерзає і при-70 ° С. Така охолоджена «Пов'язана плівкова вода» сильно відрізняється від вільної гравітаційної води. У неї вище питома електропровідність і ступінь
дисоціації, нижче діелектрична постійна. Плівкова вода пересувається під впливом градієнта температури, вологості і концентрації, вона здатна розчиняти хімічні сполуки. Взимку струм плівкових вод спрямований знизу вгору, що призводить до висхідної міграції хімічних елементів. Розчинність газів при низьких температурах, як відомо, збільшується, тому в плівкових водах підвищений вміст 02 і С02, рН їх досить низький. Це визначає окислення сульфідів і інших мінералів, вивітрювання силікатів. У многолетнемерзлих товщах можливі іонний обмін і коагуляція колоїдів. Це не «Зона геохімічного спокою», як уявлялося раніше, хоча міграція
елементів в цілому утруднена. При замерзанні підземних вод та освіті льоду відбувається кріогенна метаморфизация вод, так як лід дуже СЛАБОМІНЕРАЛІЗОВАНОЇ. Незамерзаючих вода мінералізуєтся, з прісних вод осідають СаСО з, а з солоних - сульфати Са і Na. Виморожування солоних вод призводить до утворення розсолів. Відомі переохолоджені розсоли з температурою до - 10 ° (наприклад, на шельфі і островах Північного Льодовитого океану). Вуглеводневі гази в кріолітосфере можуть з'єднуватися з Н20 і давати тверді газогідрати, за зовнішнім виглядом нагадують спресованного сніг. Відомі їхні великі скупчення, що досягають розмірів родовищ. (Газогідрати встановлені і в глибоководних западинах океанів в умовах високих тисків, на глибинах в сотні метрів від поверхні дна.) У геохімічному відношенні криогенні системи різноманітні. Краще вивчений кріогенез сульфідних родовищ. Ще в 30-х роках С. С. Смирнов встановив, що мерзлі зони окислення сульфідних руд на Північному сході СРСР містять легкорозчинні сульфати заліза та інших металів. Пізніше було доведено, що плівкові сульфатні води тут сільномінералізованних, багаті важкими металами. За гіпотезою В. М. Питулько, освіта сульфатів сталося на початку промерзання сульфідних руд, коли при замерзанні води з неї виділився 02, що володіє сильними окисними властивостями. На сульфідних родовищах в зоні багаторічної мерзлоти можлива і електрохімічні реакції. З ними пов'язують перехід в розчин Zn 2 +, Cu 2 +, Ag + та інших металів сульфідів, осадження вторинних сульфідів Ag і Сі і т.д.
Формування многолетнемерзлих товщ почалося в нижньому плейстоцені - Qj. У епохи зледенінь кріолітосфера поширювалася південніше сучасного кордону - до широти Центрального Казахстану. Тому геохімічні релікти багаторічної мерзлоти поширені в багатьох немерзлотних районах. Кріолітосфера пережила складну геохімічну історію: для неї характерні дольодовикові релікти (оксидні зони окислення сульфідних руд з гідроксидами заліза та ін), сліди багаторазового наступання і отступанія мерзлоти.
Галогенез. Цим терміном А. Є. Ферсман запропонував іменувати концентрацію розчинних солей в результаті випаровування вод. Продукти галогенеза В. М. Гольдшмідт назвав евапоритами. Вони поширені на 1, 3 поверхні материків. Для галогенеза характерна іонна міграція, його закономірності- накопичення іонів з найбільшими радіусами і найменшою валентністю, т. е. з низькими ЕК, - А. Є. Ферсман пояснив на основі геоенергетичній теорії: Катіони Na K ^ Rb-Cs "\ ЕК 0,45 0,36 0,33 0,30 Аніони С1 ВГ ~ ~ I- ЕК 0,25 0,22 0,18 На перших етапах галогенеза осідають в основному парні і більш високовалентних іони (Са2 + \ SO: я ""?, ЗІ »), а в розчині накопичуються непарні і маловалентние ~ Cl, Br-, I-, Na + і т.д. Таким чином, за Ферсману, в ході галогенеза відбувається перехід від парних елементів до непарних, від середини таблиці Менделєєва до її країв, від великих валентностей і ЕК до малих. За інтенсивністю накопичення при Галогенез нами встановлені наступні ряди: Cs <C Rb <[K < <Na, Са <Sr <Mg, F <Br <CI.
Для характеристики галогенеза важливі різні коефіцієнти - бромхлорний та ін Деякі рідкісні елементи заміщають головні в соляних мінералах на основі законів ізоморфізму (ВГ - + С1-у галіте), для інших ізоморфізм неможливий. Геохімія важких мікроелементів - Мп, РЬ, Сі, Zn, Ag, V, Mo, W, Sn та ін - У солоне - них відкладеннях вивчена І.Ф. Костенко. Одні з них накопичувалися в рассолах (Mo, W, Ag та ін), інші - «галофобние», пов'язані головним чином з нерозчинним залишком і областю знесення – їх зміст різко коливається в різних регіонах. Галогенез грав важливу роль в історії Землі. Крім утворення родовищ солей з ним пов'язані в тій чи іншій мірі формування підземних розсолів, покладів нафти і газу та інші геохімічні процеси. Сучасний галогенез розвивається в аридних кліматі, де випаровування перевищує кількість атмосферних опадів. Розрізняють морський і континентальний галогенез. Соляні лагуни і озера являють собою біокосні системи, однак накопичення солей в них здійснюється в результаті фізико-хімічних процесів, початок вивченню яких поклали Я. Вант-Гофф (Голландія) і Н. С. Курнаков (СРСР). При випаровуванні морської води спочатку випадають в осад найменш розчинна гіпс, потім галіт, за ними слідують епсоміт, калійні солі (сильвін і карналіт) і бішофіт. У найбільш концентрованих рассолах накопичуються В, Li, Rb, Cs, мін. Головна маса галогенних порід виникла у водоймах морського походження. Найбільш характерні кембрійська, девонська, Пермська, юрська і неогенова епохи соленакопленія. Раніше вважали, що морське соленакопление відбувалося в мілководних прибережних лагунах типу Кара-Богаз-Гола. За А. Л. Яншин, древнє соленакопление не схоже на сучасне: солеродних басейни мали величезні розміри, це були солеродних моря, а не лагуни. Наприклад, Кембрійський басейн займав майже всю Сибірську платформу (близько двох мільйонів квадратних кілометрів, рис. 59), потужність соленосних відкладень в ньому досягала 3 км. Пермські солеродних моря поширювалися на сотні квадратних кілометрів. Моря були досить глибокими, а етап соленакопленія геологічно коротким. З морським Галогенез минулих епох пов'язано формування покладів гіпсів, кухонної і калійних солей, боратів. Для соленакопленія в рифтових зонах («рифтової соленакопление ») певну роль, ймовірно, грав і ендогенний джерело- сільномінералізованних гідротерми (В. І. Седлецький та ін.) За І. Ф. Вовку, радіола з підземних вод, знищуючи молекули розчинника - Н20, сприяє концентрації солей. При геологічної тривалості радіолізу або високої радіоактивності порід майже вся вода може розкластися на Н і О. В результаті утворюється розсіл, з якого може початися садка солей. Подібне походження можуть мати і розсоли у включеннях в мінералах. На материках найважливішими системами галогенеза є солоні озера і засолені грунти (солончаки і солонці). На території СРСР вони поширені вже в лісостепу (Якутія, Західна Сибір) ширше - в степах (. Північний і Центральний Казахстан та ін) і найбільш широко - в пустелях (Середня Азія, Південний Казахстан). А. Є. Ферсман виділив пустельних-озерний пояс розвитку галогенеза. Солоні озера діляться на содові, сульфатні і хлоридні. Для кожного типу характерна особлива парагенная. асоціація макро мікроелементів. У міру випаровування з води послідовно осадження-даються все більш і більш розчинні солі (рис. 60). Наступ тієї чи іншій стадії засолення залежить від багатьох причин, в тому числі від співвідношення інтенсивності харчування озера і випаровування. Наприклад, в західну частину оз. Балхаш впадає велика річка Або, і води озера
в цій частині озера прісні. У східну частину впадають невеликі
річки, і там вода солонувата, на дні осідає доломіт. Слідчий-
Рис 59. Поширення на Сибірської платформі промислових вод-хло-
Рідний, істотно кальцієвих розсолів з мінералізацією 300-400 г / л і більше
/ - Кордон Сибірської платформи, 2 - територія суцільного поширення розсолів у
галогено-карбонатних відкладеннях нижнього-середнього кембрію, 3 - зона заповнення Рассо
лами всього осадового чохла (крім зони підземних вод у твердій фазі), 4 - зона відкри
тієї розвантаження розсолів Вміст у рассолах ВГ, В, К, Sr, Mg і рідкісних металів повсе
місцево перевищує мінімальні промислові норми
але, в межах одного озера співіснують води різної солоності.
Це хороший приклад нерівноважної, але стаціонарної динамічної
системи.
Геохімія континентального галогенеза тісно пов'язана з
геологічною будовою району. Так, в континентальних Рифт,
розташованих в аридних кліматі (Східна Африка, Каліфорнія і ін)
розвантаження і випаровування термальних вод у депресіях рельєфу
призводить до утворення промислових родовищ В, Li, W, соди
(Наприклад, солончак Серлз в Каліфорнії).
При близькому заляганні грунтових вод від поверхні (4-5 м)
в аридних кліматі відбувається їх капілярний підняття і
випаровування. Так розвивається засолення грунтів і континентальних відкладень.
Важливу роль відіграє і розвантаження на поверхні глибинних напірних
242
артезіанських вод (Б. А. Бедер, Н. Ф. Глазовський та ін), а місцями і
атмосферне принесення солей. Вклад засолених грунтів, солоних озер в
сольовий баланс території, очевидно, невеликий. На території СРСР,
по Н. Ф. ГЛАЗІВСЬКА, у ландшафтах зосереджено лише 0,1% солей!
т. е. переважна їх частина укладена в осадових породах. Ділянки
концентрації елементів в гірських породах і грунтах, зобов'язані
випаровуванню, називаються випаровувальним геохімічним бар'єром - F.
Залежно від складу вод,
вступників до випарно-\ У іг
му бар'єра, на ньому
формуються концентрації Fl-F12.
F1 утворюється при випаровуванні
сірчанокислих вод поблизу зон
окислення сульфідних руд.
У таких кислих солончаках 20
накапліватсяСі, Zn та інші ю
метали. Найбільш
поширені концентрації F, 3
F7j <Fll (Na, Mg, Ca, Cl, S). У
районах рудних
родовищ з ними пов'язано
накопичення Zn, Mo, U, Sr, В, Li і
інших рідкісних елементів. Види
F4, F8 і F12 утворюються при
випаровуванні содових вод. У них
накопичуються аніоногенних
елементи «содової міграції».
Накопичення деяких Катіо *
нов ослаблене (Са, Sr, Mg
«Заборонені»). Особливості
випарних аномалій
необхідно враховувати при
геохімічних пошуках рудних
родовищ. Деякі
аномалії є безрудними
(Особливо Мо і Sr, частково
U), інші пов'язані з рудними родовищами (F1 та ін.) Їх
правильна оцінка заснована на обліку особливостей геохімії галогенеза.
У степах і пустелях підземні води нерідко розвантажуються по
розломах, які відзначені виходами джерел, вологолюбної
рослинністю, а часто і плямами солей («розломна засолення»).
ст.348 Перельман
Геохімічну діяльність людства А. Є. Ферсман назвав техногенезом. Вчений аналізував його з загальних методологічних позицій геохімії, з'ясовував, як залежить використання елементів від їх положення в періодичній системі, розмірів атомів і іонів, кларков. Та частина планети, яка охоплена техногенезом, являє собою особливу систему - ноосферу. В. І. Вернадський писав в 1944 р.: «Ноосфера є нове геохімічне явище на нашій планеті. У ній вперше людина стає найбільшою геологічною силою. Він може і повинен перебудовувати своєю працею і думкою область свого життя, перебудовувати докорінно порівняно з тим, що було раніше. Перед нами відкриваються все більш і більш широкі творчі можливості ».
У науках про Землю ноосфера розглядається як планетне явище, як особливий етап розвитку планети, як особлива її оболонка, в якій проявляється діяльність людського суспільства. Вивчення геохімії ноосфери і техногенезу становить теоре-тичну основу раціонального використання природних ресурсів, охорони природи і боротьби із забрудненням навколишньогосередовища. Ці дослідження швидко розвиваються. М. А. Глазовская розробила теорію техногенезу на базі геохімії ландшафту.У розробці проблем ноосфери особливо важливий контакт з іншими науками, зокрема з економічною географією, до чого неодноразово закликав Ю. Г. Саушкін. Його ідеї про переважання
територіальної концентрації над територіальним розсіюванням, про поляризацію
різних ділянок ноосфери та інші важливі і для геохімії.
Цікава думку вченого про свого роду «нервових вузлах» ноосфери -
величезних концентраціях вчених, студентів, бібліотек, скарбів
культури в столичних та університетських містах, великих промислових
центрах.
У цілому концепція ноосфери розроблена слабо, хоча не викликає
сумнівів основна теза В. І. Вернадського і А. Є.
Ферсмана-людство стало потужною геохімічної силою. Згідно О. П.
Добродєєву, за масштабами багато процесів техногенезу набагато перевищують
природні. Так, щорічно з надр витягується багато більше
металів, що виноситься з річковим стоком (РЬ-майже в 70 разів, у Сг-35,
Сі - у 30, Р - в 20, Fe, Мп - в 10, Zn, - у 5, А1 - в 3 рази і т.д.).
Тільки при спалюванні вугілля звільняється більше металів, ніж
виноситься з річковим стоком (V - в 400 разів, Мо - в 35, Сг - в 20 разів і
т. д.).
У ноосферу відбувається грандіозне переміщення атомів, їх
розсіяння і концентрація. Щорічно в світі переміщуються мільярди
тонн вугілля, нафти, руд і будівельних матеріалів. Протягом небагатьох років
розсіюються родовища корисних копалин, накопичені
природою за мільйони років. З продукцією сільського господарства та
промисловості атоми мігрують на величезні відстані. Так, за
розрахунками М. А. Глазовський, з експортом та імпортом зерна у світі
щорічно мігрують мільйони тонн К, сотні тисяч тонн Р і N, що лише
в 10-100 разів менше іонного стоку річок в океан.
Ноосферу властиві і механічна, і фізико-хімічна, і
біогенна міграція, але не вони визначають її своєрідність: головну роль
грає техногенна міграція. У первісному суспільстві її ефект був
незначним, але вже в державах античного світу, корінним
чином змінили природу долин Нілу (Єгипет), Амудар'ї (Хорезм),
Тигру і Євфрату (Вавилон), Хуанхе (Китай), техногенез став
важливим геохімічним фактором. Тому етап геологічної історії,
що почався близько 8000 років тому, В. А. Зубков запропонував називати
технозойскім або техногеем.
У XX в. техногенез став головним геохімічним фактором на
поверхні Землі. Щорічно добувається близько 100 млрд. т
мінеральної сировини та каустобиолитов, гірські і будівельні роботи
переміщують на менш 1 км3 гірських порід, що порівнянно з денудаційна
роботою річок (Є. М. Сергєєв). Відбувається «диспергування і еоліза-
ція речовини суші »(В. А. Ковда), які ведуть до зростання геохімії-
339
мічної ролі поверхонь енергії та сорбції. Потужність
виробництва подвоюється кожні 14-15 років. Отже, перше
суттєва відмінність ноосфери від біосфери-огромное прискорення міграції.
В останні десятиліття інтерес до геохімії техногенезу і
ноосфери пов'язаний переважно з проблемою забруднення навколишнього
середовища. Відповідний розділ геохімії А. А. Кіст запропонував
іменувати ноохіміей (геохімією ноосфери).
Дві групи процесів техногенезу. Перша група процесів
успадкована від біосфери, до неї ставляться біологічний круговорот,
кругообіг води, розсіювання елементів при відпрацюванні родовищ,
розпорошення речовини і багато інших. При їх вивченні можна
використовувати поняття і методи, розроблені для аналізу природних
процесів. Техногенна міграція другої групи знаходиться в різкому
суперечності з природними умовами. Так, характерне для ноосфери
металевий стан Fe, Ni, Cr, V і багатьох інших елементів не
відповідає фізико-хімічних умов земної кори. Людина
тут зменшує ентропію, йому доводиться витрачати багато енергії,
щоб отримати і містити дані елементи у вільному стані.
Ні в одній системі космосу ми не зустрічаємося з такими реакціями,
які б йшли настільки очевидно в розріз із законом ентропії, зазначав
А. Є. Ферсман. У все більшій кількості в ноосферу виготовляються
хімічні сполуки, ніколи в біосфері не існували і
володіють властивостями, не відомими у природних матеріалів
(Штучні полімери, ліки, фарби, сплави і т.д.). Новим для
земної кори є і виробництво атомної енергії, радіоактивних
ізотопів, надчистих речовин.
Для характеристики процесів другої групи існуючий
понятійний апарат геохімії недостатній. Необхідні нові підходи
до дослідження.
Використання хімічних елементів. У 1915 р. В.І. Вернадський
підрахував, що в античну епоху використовувалось лише 19 елементів,
у XVIII ст. - 28, в XIX - 50, а на початку XX ст. - 60. Тепер
використовуються всі 89 хімічних елементів, відомих в земній корі.
Почалося також штучне отримання і часткове використання
відсутніх елементів - Pu, Np, Cf і ін (Див. мал. На форзаці).
Характерна загальна тенденція цього процесу: на початку використовувалися
переважно природні речовини - мінерали, в тому числі
самородні елементи (S, Au, та ін.) Пізніше почався синтез нових
з'єднань елементів, а також отримання їх в чистому вигляді (металургія Fe,
Pb, Zn та ін.) Нарешті, в XX ст. почалося використання ізотопів.
Технофільность та інші показники техногенезу. Кількість
видобуваються елементів далеко неоднаково. Так, світова щорічна
видобуток З вимірюється мільярдами тонн, Fe - сотнями мільйонів, Сі -
мільйонами, Hg - тисячами, Pt - десятками тонн. Ці відмінності
обумовлені багатьма причинами. Безсумнівно, мають значення
властивості елементів і технологія отримання. А1 і Ti, наприклад,
практично не використовувалися до XX ст., так як технологія їх вилучення
: * 40
з мінералів була занадто складною і дорогою. Велику роль
грає і здатність елемента до концентрації в земній корі -
утворенню родовищ. Так, Hg утворює родовища з великими
запасами, і цей рідкісний метал використовувався ще в давнину. В У
кларк вище, ніж у Hg, але він неуважний і його практичне застосування
почалося лише в XX ст. Але є ще один фактор - поширеність
елементів. Дійсно, як би Аі ні було цінне для людства,
його видобуток ніколи не зрівняється з видобутком Fe, так як кларк Аі
4,3-10 ~ 7, Fe - 4,65, т. е. в 10 мільйонів разів більше. Si і Ge -
хімічні аналоги, Ge схожий на Si. Але Si - другий за
поширеністю елемент, Ge рідкісний (29,5 кларки і 1,4-10 ^ 4). Тому Si -
основа будівництва (цегла, бетон, цемент і ін), видобувається в Ge
незначній кількості. Якби кларк Ge дорівнював 29, то і цей
елемент знайшов би величезну застосування. Виняткова роль Fe (XIX
сторіччя - «залізний вік») пов'язана не тільки з його властивостями, а й
з великим кларком. Тому видобуток елементів раціонально вимірювати
в одиницях кларков. Цю величину автор назвав Технофільность -
7 \ Вона дорівнює відношенню щорічного видобутку елементу D до його клар-
ку в земній корі / С. Розглянемо хімічно споріднені елементи -
Fe, Mn і Сі, Ag. Вони видобуваються в різних кількостях, їх кларки
різні. Розрахунки Технофільность дають наступні величини (D -
за Б. Мейсону на 60-ті роки, К - за А. П. Виноградову):
Гре 3'М ° ^ ^ 8 6,6-Ю7; ТМП = - ^ - 6.Ю7;
4,65 0,1
~ 5,4 - 10е 1, 1Л »г 8-103
Тсі - ■ = 1,1 • 10 Т \ ї ~ = ~ 1, И09.
4,7-Ю-3 г 710-е
Отже, в одиницях кларков людство видобуває з надр
Fe і Мп, Си й Ag з рівною інтенсивністю, пропорційно їх
поширеності в земній корі. Технофільность їх однакова.
Багато хімічні елементи-аналоги з різними кларками і
розмірами видобутку мають однаковою або близькою Технофільность:
Cd і Hg, Та й Nb, Mo і U, Ti і Zr і т. д. Але є й відмінності: С1 і F, К
і Na, Ca і Mg та ін
Видобуток елементів складалася стихійно в залежності від
економічних умов, прогресу техніки, знахідок родовищ і т.д.
І все ж очевидна регулююча роль Кларка. У майбутньому залежність
видобутку від кларков, ймовірно, стане ще більш тісною, оскільки
багаті родовища швидко відпрацьовуються, і з часом, як
припускав А. А. САУК, людство перейде до експлуатації гранітів,
базальтів та інших гірських порід, в яких вмісту елементів
близькі до Кларка.
Технофільность можна розраховувати для окремої країни,
групи країн, всього світу. Природно, що вона дуже динамічна. За 60 років
в СРСР видобуток нафти, вугілля і заліза збільшилася в десятки разів. За
Л. В. Таусон, за 1901 - 1980 рр.. у світі видобуто 71% Аі, 87% Сі,
34)
86% Fe, 90% вугілля, 99% нафти і бокситів і 100% від видобутого U
весь історичний період. Особливо зріс видобуток за 1961 - 1980 рр..
На рис. 98 наведена діаграма Технофільность, для побудови
якій використані опубліковані дані з видобутку елементів
в найбільш розвинених країнах або в усьому світі в цілому на кінець 60-х
років. Технофільность включає не тільки використання вільного
елемента, але і його сполук, однак розрахунок ведеться на елемент.
Світовий видобуток, т / го. »
Рис. 98. Технофільность елементів (по А. І. Перель-
ману)
Навіть якщо не враховувати корисну рослинну масу, а тільки
вугілля і нафта, то і в цьому випадку самим Технофільность елементом
виявляється С, у якого Т 1,1-10й. Вугілля і нафта в основному
використовуються як джерела енергії. Застосування їх в хімічній
промисловості за масою невелика. Отже, максимальна
Технофільность З відображає величезну важливість енергії: для того щоб
переробити і використовувати речовину, необхідно добути енергію,
забезпечити випереджальний розвиток енергетики.
Л42
Найменш Технофільность Y, Ga, Cs, Th. Їх низька Технофільность,
ймовірно, - явище тимчасове, і вони будуть використовуватися так само,
як і інші хімічно схожі елементи.
Аналіз Технофільность дозволяє прогнозувати і видобуток
елементів. Наприклад, Mg по Технофільность сильно відстає від інших
лужноземельних елементів - Са, Ва, його Технофільность менше,
ніж у Na, C1, Pb, Сі, Zn, Sn, Ni, Mo, Hg і т. д. Це свідчить про
слабкому використанні Mg і в найближчому майбутньому воно, ймовірно,
сильно зросте.
Технофільность елементів коливається в мільйони разів - від 1,1 • X
X 10й у С до 1 • 103 у Y, в той час як контрасти кларков складають
мільярди (/ г-101 - / г-Ю-10 і менше). Отже, техногенез
веде до зменшення геохімічної контрастності ноосфери (за
порівняно з біосферою і земною корою).
При техногенез накопичуються найбільш Технофільность
елементи: людство «перекачує» на земну поверхню з глибин
елементи рудних родовищ. В результаті в порівнянні з
природним культурний ландшафт збагачується Pb, Hg, Cu, Sn, Sb і
іншими елементами. О. П. Добродєєв підкреслив, що з надр щорічно
витягується більше хімічних елементів, ніж залучається до
біологічний кругообіг: CD - більш ніж у 160 разів, SB - 150, Hg - 110,
Pb-35, F ■ - 15, U - 6, Sn - 5, Сі-4, Mo - в 3 рази.
Крім Технофільность запропоновано багато інших
кількісних характеристик техногенезу. Так, відношення Технофільность
елемента (з урахуванням змісту його у вугіллі) до його біофільние (на
суші) М. А. Глазовская назвала деструкционная активністю
елементів техногенезу (D), яка характеризує ступінь небезпеки
елемента для живих організмів. Для Hg D = п-10А - п-105, для CD і F -
п-103, для Sb, As, U, Pb - п-102, для Se, Be, В, Sn - п-10, для
багатьох інших елементів D <1.
Кількість елемента, виведеного щорічно з техногенного
потоку в природний, Н. Ф. Глазовський назвав техногенним
геохімічним тисків ставлення його до одиниці площі - модулем
техногенного геохімічного тиску, вимірюваним у т/км2. Наприклад,
модуль Р на території СРСР коливається більш ніж в 100 разів - від 7,6 - х
х 10 ~ 3 т/км2 на Далекосхідних районах до 8,2 - Ю-1 * т/км2 на
Молдавії, де широко застосовуються фосфорні добрива. Модуль До
коливається від 8,2 • 10 ~ 3 в Західного Сибіру до 2,1 т/км2 в південних районах
СРСР, тобто в 250 разів. У басейнах Чорного, Азовського і Балтійського
морів техногенне тиск К і S перевищує річковий стік цих
елементів, на річках інших басейнів ставлення зворотне, але у всіх
випадках масштаби техногенного тиску і річкового стоку порівнянні.
Для всієї поверхні суші найбільш великі модулі техногенного
тиску у Na, C1, Са, Fe (0,5-1,0), найменші - у Li, Ag, W, Au,
Hg, Tl (10 * 5 - 10 ~ 7). Запропоновано також поняття про коефіцієнт
техногенної трансформації - співвідношенні надходження елемента
в техногенний і природний ландшафти (В. П. Учватов), про показник
343
пиловий навантаження - співвідношення кількості пилу в техногенному та
природному ландшафтах (Є. П. Сорокіна та ін) »про модуль аерального
надходження - надходження речовин з атмосферними опадами і
пилом (П. В. Єлпатьєвський і В. С. Аржанова) та ін
Техногенні геохімічні аномалії. Їх розміри коливаються в
широких межах. Глобальні аномалії охоплюють всю земну кулю
(Підвищений вміст С02 в атмосфері в результаті спалювання
вугілля і нафти, накопичення 90Sr після ядерних вибухів та ін.)
Регіональні-аномалії поширюються на материки, країни, зони, області,
провінції (застосування мінеральних добрив, отрутохімікатів та ін.)
Локальні аномалії пов'язані з конкретним рудником, заводом,
містом і т.д. (Підвищений вміст металів у грунтах і водах навколо
металургійних комбінатів та ін.) Їх радіус не перевищує
десятків кілометрів.
Техногенні аномалії поділяються на літохіміческіе (у грунтах,
породах, будівлях), гідрогеохімічні (у водах), атмогеохіміческіе
(В атмосфері) і біогеохімічні (в організмах - фіто-, зоо-і антро-
погеохіміческіе). Сукупність техногенних аномалій від локального
джерела (заводу, рудника, міста, дороги і т.д.) іменується
техногенним ореолом і потоком розсіювання, які, як правило, включають
в себе всі види аномалій. За впливом на навколишнє середовище
техногенні аномалії поділяються на три типи:
1. Корисні аномалії, поліпшують навколишнє середовище. До них
відносяться підвищений вміст Са в районах вапнування кислих
грунтів, добавка Наль і KI до кухонної солі в районах розвитку
ендемічного зобу, фторування питної води в містах з
поширенням карієсу, застосування Мо, В, Zn та інших мікродобрив,
підгодівлі домашніх тварин Со і т.д.
2. Шкідливі аномалії, погіршують («забруднюючі») навколишнє
середовище.
3. Нейтральні аномалії, що не роблять впливу на якість
навколишнього середовища.
Техногенні зони вилуговування і геохімічні бар'єри.
Відомі зони сірчанокислого, кислого та іншого техногенного
вилуговування. Їх систематика заснована на принципах, викладених в гол. 9.
Вилуговування придбало велике значення при видобутку металів.
Застосовується вилуговування під землею («підземне вилуговування»),
з руди, витягнутої на поверхню, з відвалів «колишньої здобичі» -
хвостосховищ («купчасте вилуговування»). Запитання вилуговування
вивчає особлива прикладна наука - геотехнологія, яка багато в чому
заснована на даних геохімії. Приблизно шоста частина міді в світі
видобувається методом підземного і купчастого вилуговування. У СРСР
використовується підземне вилуговування уранових руд.
Геотехнологія ефективна при видобутку Mo, Pb, Zn, Mn, Ni і інших елементів.
За допомогою закачування в свердловини води витягають кам'яну і
калійну солі, інші легкорозчинні компоненти. Доведена
ефективність мікробіологічного вилуговування Сі, Аі, Мо і дру-
344
гих металів. До 1995 передбачається на основі геотехнології
витягувати близько 20 елементів.
Техногенні зони вилуговування утворюються при зрошенні
лесових грунтів (Н.І. Крігер), при промиванні засолених грунтів, при
багатьох інших техногенних процесах.
Техногенний геохімічний бар'єр - це ділянка, де відбувається
різке зменшення інтенсивності техногенної міграції і, як
наслідок, концентрація елементів. Як і в біосфері, на них утворюються
аномалії D 1, Е 3, А 6 та ін (Див. гл. 14). Техногенні бар'єри можуть
бути полезниміу нейтральними і шкідливими. Корисні техногенні
бар'єри формуються при закачуванні промислових стоків у
водоносні горизонти, при ін'єкційному закріпленні (цементації)
грунтів, в результаті якого пухка маса перетворюється на твердий
моноліт, і в багатьох інших техногенних процесах. Прикладом шкідливого
техногенного бар'єру служить вторинне засолення грунтів у зрошуваних
районах (F 3). На техногенних бар'єрах відбувається техногенне
мінерал ообразованіе.
Енергетика техногенезу і проблема зміни клімату. Частина
використовуваної в ноосферу енергії виробляє роботу, інша частина в
Згідно з другим законом термодинаміки неминуче знецінюється
і виділяється у вигляді тепла. Поки ефект техногенного розігріву
невеликий - в 25 тис. разів менше сонячної радіації. Однак у великих
містах техногенне тепло вже сягає 5% від сонячного
випромінювання. Головна причина - опалення житлових будинків і промислових
підприємств. За М. І. Будико, збільшення виробництва енергії
від 5 до 10% на рік призведе до того, що через 100-200 років техногенне
тепло буде порівнянно з величиною радіаційного балансу
поверхні Землі. При цьому відбудуться величезні зміни клімату.
Родовища вугілля, нафти і газу відпрацьовуються за десятки років.
В результаті З знову з'єднується з О і входить до складу С02.
Щорічне споживання вугілля і нафти додає в атмосферу до 9-109 т С02 -
7-Ю ~ 5%. При сучасних темпах через 50 років вміст С02
подвоїться і температура земної поверхні за рахунок парникового
ефекту може підвищитися на 4 ° С. До техногенних парниковим газам
відносяться також метан, закис азоту, фреони, озон і ін В результаті
парникового ефекту можливо розтоплене льодів Антарктики і
Арктики, затоплення приморських низовин і інші позитивні і
негативні наслідки. Велетенська швидкість процесів ставить
складні проблеми глобального впливу на атмосферу з метою
стабілізації клімату.
Як і в біосфері, в ноосферу відбувається роздроблення речовини,
зростання поверхневої енергії (розорювання грунтів, дроблення порід, руд і
т. д.). З цим пов'язано запилення атмосфери, яке може
сприяти похолодання клімату. У цьому ж напрямку діють і
інші процеси (вулканізм та ін.) Тому є прогнози і про
глобальному похолоданні клімату.
345
Інформаційні особливості техногенних систем. У цих системах
набагато збільшується швидкість, розширюються способи зберігання і
передачі інформації (друк, радіо, телебачення тощо). Відбувається
«Інформаційний вибух», хоча біологічна інформація часто
зменшується. Наприклад, в цілинному чорноземної степу сотні видів
трав, а на полях пшениці їх багато менше. Ще більше
зменшується біологічна інформація при заміні тропічного лісу
плантацією ананасів або бананів. Проте втрата природного інформації з
надлишком компенсується зростанням соціальної інформації.
Збільшення різноманітності відбувається як за рахунок витрачання сучасної
сонячної енергії, так і акумульованої за мільйони років в
горючих копалин. Отже, зростання різноманітності в техногенних
системах, зменшення в них ентропії (збільшення негентропії)
сполучені з збільшенням ентропії в земній корі (розсіяння родовищ
корисних копалин, спалювання вугілля, нафти, горючих сланців і газів).
У техногенних системах величезне значення набуває зворотна
зв'язок - це керовані системи.
Небажані і непередбачені наслідки господарської
діяльності. Про такі наслідки писав ще Ф. Енгельс у «Діалектиці
природи ». В останні десятиліття проблема набула якісно
новий, більш небезпечний характер, що дозволяє деяким західним
вченим говорити про «глобальне екологічну кризу». Згідно
Б. Г. Розанова, антропогенні пустелі займають 5% суші,
антропогенний бедленд - 3, міста і промислові зони - 2%, а
біологічний кругообіг атомів порушений на 60% біологічно
продуктивної поверхнею материків.
Ядерні вибухи і можливість «ядерної зими». У середині XX в.
людство зіткнулося з новою грізною небезпекою - в результаті
ядерних вибухів в навколишнє середовище стали надходити
високотоксичні радіоактивні ізотопи - 87Sr, l37Cs, 131 I і ін Необхідно
повна заборона всіх видів випробувань ядерної зброї. Ядерна
війна загрожує глобальним похолоданням клімату в результаті сильного за-
пиленія атмосфери («ядерна зима»), знищенням цивілізації, а
можливо і біосфери. Тому і геохімічний аналіз проблеми
призводить до концепції неприпустимість ядерної війни, яку з початку
«Атомного століття» проголосив СРСР і нині прийняло все прогресивне
людство.
Вирубка лісів. За аерокосмічним даними щорічно в світі
вирубується від 7 до 20 млн. га лісів, тропічні ліси вирубані вже на
50% площі, ліси помірного поясу - на 30-40%.
Передбачається, що при сучасних темпах вирубки тропічні і
субтропічні ліси зникнуть до 2000-2025 р. (В. А. Ковда). Це порушить
глобальний кругообіг води, 02 і С02, різко посилить ерозію грунтів, запилення
атмосфери. Кількісний геохімічний прогноз тут утруднений,
але негативні наслідки вирубки лісів безперечні.
Забруднення середовища. Зміна складу повітря і води в
промислових центрах і великих містах, зростання захворюваності на рак ліг-
346
ких та інших захворювань становить негативні наслідки техно-
генезу. Забруднення середовища швидко збільшується. Серйозну
небезпеку становлять ядерні вибухи і аварії на АЕС, техногенні
аномалії Hg, Cd, Pb, Cu, Sn, V, Cr, Mo та інших важких металів.
Сернокислотниє, суперфосфатні, мідеплавильні заводи, котельні
ГРЕС, ТЕЦ, побутові топки викидають в повітря багато S02, який,
окисляючись і розчиняючись в атмосферних опадах, дає сірчану кислоту.
«Кислі дощі» збільшують число легеневих захворювань, ускладнюють
землеробство. Принесення вітрами до Скандинавії S02 з Англії та ФРН
привів до вимирання лососів (риба зникла в тих водоймах, рН яких
знизився до 4). У канадській провінції Онтаріо через кислих
дощів, що надходять із США, стали млявими 148 озер. Вважають,
що в середньому близько 30%, так що * - атмосферних опадів має
техногенне походження (в помірній зоні Північної півкулі до
50%).
Серйозну проблему представляє і забруднення середовища
різними органічними сполуками, які включають канцерогени
і мутагени (наприклад, деякі поліциклічні ароматичні
вуглеводні - ПАУ, які відомі і в природних ландшафтах).
ПАУ надходять з нафти, вугілля, горючих газів і продуктів їх
переробки. Так утворюються техногенні аномалії ПАУ навколо
промислових підприємств, нафтових промислів, вугільних шахт, автодоріг
і т.д. (Т. М. Белякова, Ю. І. Піковський, Ф. Я. Ровінський, В. Н. Фло-
Ровський та ін) Небезпечні також аномалії отрутохімікатів. ДДТ
виявили навіть у кишечнику пінгвінів Антарктиди. Істотно, що
багато комахи звикають до отрут, а менш витривалі тварини
від них гинуть. Надзвичайно небезпечний діоксин (поліхлоровані
поліциклічні з'єднання), що широко застосовувався в якості
гербіцидів у ряді західних країн, а також американцями під час війни
у В'єтнамі в 1961 -1972 рр.. (Діоксин входить до складу сумно
знаменитого «орандж ейджент»).
Важливе значення набула техногенна міграція радіонуклідів,
яка особливо небезпечна у зв'язку з безперервними ядерними
вибухами в атмосфері і під землею, аваріями на АЕС та ін У
геохімічному відношенні радіонукліди в основному ведуть себе як
відповідні стабільні елементи, хоча надзвичайно низькі
концентрації обумовлюють і ряд відмінностей.
Для боротьби із забрудненням навколишнього середовища велике значення
має оцінка геохімічної стійкості технічних і природних
систем до техногенних навантажень. Ці питання розглянуті
М. А. Глазовський, яка склала відповідні карти для всієї
території СРСР. Г. Б. Паулюкявічюс районованих територію
Литовської РСР по стійкості ландшафтів до забруднення вод.
Забруднення середовища - серйозна проблема XX в. Катастрофічні
екологічні ситуації характерні для багатьох країн. Дуже важлива
ця проблематика і для СРСР. У 1988 р. у складі Ради
Міністрів СРСР утворений союзно-республіканський Державний
347
комітеті з охорони природи. У 1989 р. на першій сесії
Верховної Ради СРСР у його складі було створено Комітет з питань
екології та раціонального використання природних ресурсів.
Роль геохімії у вирішенні даних питань дуже велика.
Оптимізація техногенезу. При сучасному рівні розвитку
економіки цілком можливо виробництво, що виключає забруднення
навколишнього середовища, розкрадання і руйнування продуктивних сил,
забезпечує зростання продуктивних сил до рівня, недоступного
в природі. Для цього необхідна розробка теорії оптимізації
ноосфери, т. «Є. встановлення оптимальних техногенних систем для
різних природних районів.
Для техногенних систем виключно характерні
позитивні зворотні зв'язки, дія яких визначає швидку еволюцію
ноосфери. Однак в окремих випадках, на жаль частих,
позитивні зв'язки призводять до забруднення середовища та іншим
небажаних наслідків (ерозії грунтів, утворенню ярів та ін)
Переважання позитивних зворотних зв'язків над негативними
часто робить техногенні системи нестійкими, послаблює їх
саморегуляцію, в процесі розвитку системи віддаляються від стаціонарного
стану. Негативні зворотні зв'язки, навпаки, стабілізують
систему, роблять її саморегулюючої Природно, що і
негативні зворотні зв'язки можуть бути небажаними (коли вони
перешкоджають розвитку системи, досягненню поставлених цілей). Таким
чином оптимізація техногенних систем вимагає такого
діалектичної єдності позитивних і негативних зворотних зв'язків,
яке забезпечить і розвиток, і тимчасову стійкість
(Стаціонарність) систем.
За своєю сутністю техногенні системи ще більш, ніж
біокосні, відносяться до керованим. Для їх функціонування необхідний
центр, з якого здійснюється управління. Однак нерідко
техногенні системи не мають центру управління та окремі їх частини-
заводи, поля, транспортні артерії і т. д. - Управляються з
самостійних центрів. Це і призводить до ослаблення негативних
зворотних зв'язків, саморегулювання, забруднення середовища. Тому
з системних позицій, централізація техногенних систем - ■ одна з
найважливіших практичних завдань організації території: у кожній
системі повинні бути центри управління, що регулюють взаємовідносини
домлення між частинами, вирішальні завдання оптимізації. Такі завдання
давно вже розробляються в економічній географії (починаючи з
класичних "робіт Н. Н. Баранського і Н. Н. Колосовського). Їх
методологію і досвід важливо враховувати і Геохімікам.
При вирішенні поставлених завдань величезне значення має
математичне моделювання на ЕОМ. Для басейну Нижнього Дону і
Азовського моря вченими Ростовського університету побудована модель на
основі 840 параметрів, серед яких видатна роль належала
геохімічним характеристикам. Це дозволило дати прогноз водного