СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГИДРОСФЕРЕ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ СТАНДАРТ

В.Д.Корж

Учреждение Российской Академии Наук Институт Океанологии им, П.П.Ширшова РАН, Россия, 117997, г.Москва, Нахимовский проспект, 36,

Аннотация: Элементный состав морей и океанов является результатом процессов миграции и трансформации вещества на биогеохимических барьерах река-море и океан-атмосфера, т.е. в местах "сгущения жизни". Стабильность этих процессов – главное условие стабильности экосистемы гидросферы. Построена Система химических элементов в гидросфере, которая выявила зависимость между тремя основными геохимическими характеристиками растворенных форм элементов. Она может быть использована в качестве экологического эталона естественного, нормального состояния гидросферы.

Современные проблемы нахождения допустимых пределов воздействия техносферы на биосферу, оптимизации взаимодействия техносферы и биосферы, прогнозирования экологических последствий инцидентов и организации реабилитации в послеаварийный период предъявляют качественно новые требования к знаниям. Решение этих актуальных проблем требует разработки новых методологических основ изучения глобальных циклов химических элементов, построения геохимических систем элементов. Химический состав морей и океанов является результатом процессов миграции и трансформации вещества на биогеохимических барьерах река-море и океан-атмосфера, т.е. в местах "сгущения жизни". Стабильность этих процессов – главное условие стабильности экосистемы гидросферы. Биогеохимическим критерием наиболее адекватно отражающим экологическое состояние гидросферы и ее отдельных частей может служить мера близости кинетических констант названных процессов, происходящих в реальных условиях, соответствующим константам определенным в "нормальных условиях" (Корж, 1994).

Фундаментальное значение имеет постоянство элементного состава океанской воды (Веpнадский 1983). Детальные исследования выявили постоянство характера распределения концентраций отдельных химических элементов в океане (Корж 1991). Определены три основных типа распределения концентраций элементов:

1) консервативный - элементы имеют одинаковую и неизменную во времени и пространстве концентрацию, отнесенную к общей солености;

2) биогенный - содержание элементов в поверхностных водах уменьшается вплоть до полного исчезновения в результате процессов потребления «живым веществом»;

3) литогенный - сложный характер распределения концентраций элементов, которые, попадая в океан с речным стоком и эоловым материалом, выводятся практически полностью в осадок.

Для изучения закономерностей формирования элементного состава гидросферы нами разработана методология, использующая принципы «эмпирического обобщения», (Корж 1991, 1994, 1999, Korzh 2008). Реки, моря и океаны мы рассматриваем как единую сложную систему с бесчисленными процессами трансформации вещества, проходящего через геохимические барьеры. Результатами этих процессов являются: средний элементный состав океана, средний элементный состав речного стока и т.п. При этом элементный состав также необходимо рассматривать как целостную систему, а не сумму отдельных элементов.

Новая системная методология привела к постулату: биогеохимическая особенность каждого элемента определяет своеобразие зависимости между его содержанием (средней концентрацией) в океане и интенсивностью процессов его миграции через барьерные зоны гидросферы (Корж, 1991, 1999, 2001). Графический способ представления постулата обладает наибольшей информативностью при сопоставлении интенсивности процессов переноса элементов в барьерных зонах гидросферы с их средними концентрациями в океане на плоскости lg С_ок - lg t_ок (рисунок 1), где С_ок - концентрация элементов в океане (моль/л); t_ок – время пребывания элементов в океане, определяемое как частное от деления общего количества элемента растворенного в океане на его количество вносимого в океан с речным стоком (в растворенной форме) за год. На графике представлены основные геохимические сведения о растворенных формах элементов в гидросфере. Линии, параллельные оси ординат, позволяют определить концентрации в океане растворенных форм химических элементов. Линии, параллельные оси абсцисс, позволяют определить время пребывания растворенных форм элементов в океане. Линии, проходящие под углом 45^o к осям абсцисс и ординат, выявляют средние концентрации элементов в речном стоке (моль/л) в растворенной форме.

Рисунок 1. Система химических элементов в гидросфере.

Типы распределения элементов в океане: 1- консервативный; 2- биогенный; 3-литогенный

Система позволила определить зависимость между тремя основными геохимическими характеристиками растворенных форм элементов в гидросфере: средние концентрации в океане, средние концентрации в речном стоке и тип распределения в океанской воде. Таким образом, мы получили возможность использовать две из трех основных геохимических и экологических характеристик гидросферы для теоретического определения (предсказания) третьей.

Система создана в рамках современных знаний о содержании элементов в океане и речном стоке. Уточнение этих знаний, а также знаний процессов обмена элементами на всех геохимических барьерах гидросферы, приведет к ее развитию и совершенствованию. Уже в настоящее время с ее помощью удалось с большой точностью предсказать нормальную величину ежегодной поставки в океан речным стоком в растворенной форме Be, C, N, Ge, Tl, Re, исправить и уточнить эту оценку для P, V, Zn, Br, I, определить характер распределения в океане W, Au и U. Последующие независимые исследования подтвердили наши предсказания. В дальнейшем будет возрастать ее роль как экологического эталона естественного, нормального состояния гидросферы.

Литература

Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука, 1983. 422 с.

Корж В. Д., Геохимия элементного состава гидросферы. М.: Наука. 1991. 243 с.

Корж В.Д. Макрокинетика формирования элементного состава океанской и морской воды. // Океанология. 1994. Т.34. Вып.2. С.224—227.

Корж В. Д., Биогеохимические аспекты формирования элементного состава вод Мирового океана/ Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. Труды Биогеохимической лаборатории. Т. 23, М.: Наука. 1999. С. 6-37.

Корж В.Д. Геохимические критерии оценки экологического состояния гидросферы // Сибирский экологический журнал. 2001. Том 8. №2. С. 223-230. . Korzh V. The general laws in the formation of the elemental composition of the Hydrosphere and Biosphere.// J. Ecologica, Vol. XV, 2008. P. 13-21.