География и геология/6. Природопользование и экологический мониторинг

Канд.техн.наук Полєвич О.В.¹, канд. хім. наук Бочаров В.О.², Шперер О.В.¹

¹Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

²Національний науковий центр «Харківський Фізико-Технічний інститут»

Міграція елементів у природному середовищі, деякі її види і фактори. Частина 2.

Водна міграція.

Вода – це найбільш універсальне і найбільш важливе середовище міграції речовини у земній корі. Природні води часто взаємодіють з різними породами, у тому разі з грунтом. Багатьма дослідниками відзначається різноманітність форм міграції ВМ в ґрунті, але найбільш широко розповсюджені уявлення, що відносяться до водно-іонних розчинів [1]. Для вод з активною циркуляцією характерною є інтенсивність міграції, а для застійних вод – інтенсивність накопичення, тому що являє собою кларк концентрації елементів у мінеральному залишку води. Геохімія ландшафту в ряді уявлень базується на урахуванні міграції елементів виключно тільки в формі простих іонів [2]. У самому загальному вигляді різноманітні процеси водної міграції можна систематизувати за трьома групами: масоперенос, масообмін та змішування. На ділянках з техногенними джерелами забруднення середовища ВМ водночас проявляються усі три типи перелічених процесів, на ділянках, де техногенні джерела відсутні, переважають процеси масопереносу та масообміну [3].

Електрохімічні процеси виникають при будь-якій міграції вод крізь гірські породи, опади, ґрунти. Системи, у яких протікають електрохімічні процеси, звуться геоелектрохімічними, а полюси поля, де концентруються елементи – електрохімічними бар’єрами.

У земній корі існують локальні електричні поля – гальванічні, фільтраційні, дифузійно-адсорбційні та ін. У деяких місцях характерними є дуже низькі концентрації елементів в розчинах, що виключає їх осадження на геохімічних бар’єрах (безбар’єрна міграція, дальня міграція). Але при електрохімічних явищах в розчинах можливі і значні концентрації елементів.

Електрохімічні процеси є одним з найважливіших факторів вивітрювання мінералів-діелектриків, причому катіони вивітрюються у певній послідовності.

Біогенна міграція.

Утворення живої речовини і розкладання органічних речовин створюють єдиний біологічний кругообіг атомів, який у біосфері протікає повсюдно, хоча і в різних формах і з різною інтенсивністю. У ландшафтах та верхніх горизонтах морів в процесі фотосинтезу утворюється жива речовина і відбувається її мінералізація. Частина органічних речовин мінералізується не повністю і відкладається у мулах. Закон біологічного кругообігу – один з головних законів геохімії, згідно з яким у біосфері в ході біологічного кругообігу атоми поглинаються живою речовиною і заряджаються енергією, яку віддають в оточуюче середовище, покидаючи живу речовину.

Головними носіями енергії є природні води. Немінералізовані залишки живої речовини перетворюються в опадові породи, у тому числі в поклади торфу, вугілля та інших горючих копалин. Їх загальна маса у багато разів більша за масу живої речовини, а головна кількість органічного вуглецю міститься у вигляді невеликих домішок гумусових та вуглистих речовин, крапель бітумів та ін.. Основні перетворення органічні залишки зазнають у ґрунтах та мулах під час енергійної роботи мікроорганізмів. В подальшому відбувається їх більш повільне змінення під впливом підземних вод та термокаталітичним шляхом при прогинанні опадової товщі та зростанні температури або в результаті радіолізу.

Геохімічна своєрідність біокосних систем визначається сполученням біогенної, фізико-хімічної та механічної міграції. У біокосних системах літосфери відбувається взаємодія твердих порід з природними водами в близьких термодинамічних умовах. Це визначає деякі загальні особливості фізико-хімічної міграції, яка складається з двох протилежних процесів – вивітрювання та цементації.

Міграція елементів при вивітрюванні, в свою чергу, складається з протилежних процесів – вилужуванні з порід і мінералів водних та приєднанні повітряних елементів.

Для цементації найбільш характерними є процеси акумуляції водних мігрантів на геохімічних бар’єрах, зменшення поруватості та зростання об’ємної маси порід. Вивітрювання та цементація – це різні боки єдиного процесу міграції.

В залежності від провідного типу міграції виділяються три типи ландшафту:

· абіогенний ландшафт – з фізико-хімічною та механічною міграцією;

· біогенний ландшафт – складна біокосна система, у якій грунт, кора вивітрювання, континентальні відкладення, ґрунтові та поверхневі води, організми, приземний шар атмосфери щільно між собою зв’язані міграцією атомів і утворюють єдине ціле; провідна роль належить біогенній міграції;

· техногенний ландшафт – усі типи міграції з провідним значенням техногенної міграції.

Техногенна міграція.

У ноосфері відбувається грандіозне переміщення атомів, їх розсіяння та концентрація. Ноосфері властиві механічна, фізико-хімічна, біогенна міграція, але не вони визначають її своєрідність. Головну роль відіграє техногенна міграція. Для ноосфери характерним є величезне прискорення міграції речовин.

Існують дві групи процесів техногенезу. Перша група процесів успадкована від біосфери. До неї відносяться біологічний кругообіг, кругообіг води, розсіяння елементів при відробці родовищ, розпилення речовини та багато іншого.

Техногенна міграція другої групи знаходиться у різькій суперечності з природними умовами.

Міграція важких металів.

Нерівномірність техногенного розповсюдження ВМ посилюється неоднорідністю у геохімічній обстановці та природних ландшафтах. У зв’язку з цим для прогнозування можливого забруднення продуктами техногенезу та запобігання небажаних наслідків діяльності людини необхідно розуміння законів геохімії, законів міграції хімічних елементів в різних природних ландшафтах або геохімічній обстановці.

Міграція ВМ в ґрунтах може відбуватися із рідиною та суспензією за допомогою кореневої системи рослин або ґрунтових мікроорганізмів.

Міграція розчинних сполук відбувається разом із ґрунтовим розчином (дифузія) або шляхом переміщення саме рідини. Вимивання глин та органічної речовини призводить до міграції усіх ВМ, що з ними зв’язані. Міграція летючих речовин у газоподібній формі, наприклад, діметила Hg, носить випадковий характер, і цей спосіб переміщення не має особливого значення. Міграція у твердій фазі та проникнення у кристалічну решітку є у більшому ступеню механізмом зв’язування, ніж переміщення.

ВМ можуть бути внесені або адсорбовані мікроорганізмами, які, в свою чергу, здібні приймати участь у міграції відповідних металів. Дощові черв’яки та інші організми можуть сприяти міграції ВМ механічним або біологічним шляхом, переміщуючи ґрунт або включаючи ВМ у свої тканини.

З усіх видів міграції найважливіша – міграція у рідкій фазі, тому що більшість ВМ надходить до ґрунту у розчиненому вигляді або у вигляді водної суспензії і фактично усі взаємодії між ВМ і рідкими складовими ґрунту відбуваються на межі рідкої та твердої фаз.

В цілому охарактеризовані вище типи міграції ВМ є властивими природним процесам. Роль техногенної міграції постійно зростає і заслуговує особливої уваги, тому що у техногенно забруднених ґрунтах та ландшафтах спостерігаються певні особливості у накопиченні, латеральному та радіальному перерозподілу ВМ [4, 5]. Форми міграції ВМ на цей час вивчено недостатньо, але дослідження останніх років показали певну близькість між міграційними процесами природного та техногенного походження [3], а антропогенний фактор визначає співвідношення між основними типами міграції хімічних елементів у біосфері [4].

Література:

1. Adriano E.D.C. Biogeochemistry of trace metals. London, Tokyo: Lewis Publishers, Boca Raton, Ann Arbor, 1992. 513 p.

2. Добровольский В.В. Успехи биогеохимии рассеянных металлов // Почвоведение. 1995. 2. С. 252-255.

3. Богдановский Г.А. Химическая экология. М.: Изд-во МГУ, 1994.

4. Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая середа. М.: Наука, 1990.

5. Серебренникова Л.Н., Обухова А.И., Решетников С.И., Горбатов В.С. Содержание и распределение тяжелых металлов в почвах техногенных ландшафтов // Почвоведение. 1982. 12. С. 71-76.