Антропічні аспекти. Забруднення та самоочищення геосистем

Загальна схема.

Міграція та обмін мінеральних речовин

Дослідженням міграції і обміну речовин займається геохімія ландшафту.

Основу цієї науки заклали В.І.Вернадський та О.Є.Ферсман, а теоретичні положення сформували і розвинули Б.Б.Полинов, О.І.Перельман і М.А.Глазовська. В екології розвиток подібного наукового напряму належить Дж.Хатчісону та Ж.Фортескью.

Хімічні елементи, що складають географічну оболонку, по-різному проявляють себе в геосистемах. Це стосується як їх мас у геосистемі, так і особливостей поведінки – міграції між елементами вертикальної структури, здатності включатися в круговороти, поглинатися рослинами тощо. Загальну схему потоків мінеральних речовин у геосистемі наведено на рис. 10. Як видно, основні вхідні потоки речовин до геосистеми надходять з атмосферними опадами R та пилом D, за рахунок вивітрювання первинних мінералів гірських порід W, розчинення солей осадових порід S, в результаті господарської діяльності А.

З атмосферними опадами на поверхню Землі щорічно потрапляє 1800 млн т, або 12 т/км², розчинних речовин, а на територію України – 7,3 млн т, або 12,1 т/км².Найбільше цим шляхом надходить сірки (до 2,6 т/км² в південних районах України), трохи менше – кальцію та азоту (табл.2) [1]. За рахунок осаду з атмосфери пилу до геосистем щорічно надходить до 10 т/км² речовин., а в промислових регіонах – в десятки разів більше.

Роль води як фактора міграції речовин полягає не тільки в її мобільності в геосистемі. У її водному середовищі відбувається переважна більшість хімічних реакцій. Потік води у вертикальному профілі геосистеми

супроводжується процесами розчинення, вилужування, іонного обміну, адсорбції, в результаті чого хімічні елементи та сполуки певних геомас переходять до водного розчину і далі переміщуються з ним.

Внаслідок випаровування вологи, кристалізації, сорбції та інших гідрогенних процесів з водного розчину випадають мінеральні речовини, акумулюючись у певних геомасах або геогоризонтах. Нарешті, практично тільки з водним розчином мінеральні речовини з грунту можуть потрапити до рослин і далі взяти участь у біогенній міграції по трофічній сітці геосистеми.

Фізико-хімічні, термодинамічні та інші умови геогоризонту, крізь який проходить потік водного розчину, визначають ступінь рухомості кожного з хімічних елементів та їх сполук. Практично в усіх геосистемах у вертикальній структурі виділяються суміжні геогоризонти, які значно відрізняються один від одного за цими умовами. Тут різко змінюються умови міграції різних речовин – одні з них випадають з розчину і концентруються, інші мігрують менш інтенсивно і накопичуються частково, треті не реагують на зміну умов міграції. В геохімії ландшафту місця, де різка зміна умов міграції призводить до накопичення елементів, називаються ландшафтно-геохімічними бар’єрами (термін ввів О.І.Перельман).

Більша частина мінеральних речовин, накопичена фітоценозом протягом року, повертається до грунту з річним опадом Z. Ця кількість може становити 80-90% річної маси накопичених рослинами речовин. Завдяки цьому рослинність виконує в геосистемі важливу роль у замиканні потоків мінеральних речовин (їх організації у круговорот). Це дає змогу геосистемі неодноразово протягом року використовувати мінеральні речовини в продуційному процесі та утримувати їх від вимивання в корененедосіжні педогеогоризонти.

З розрахунків мас хімічних елементів, які щорічно залучаються до техногенних потоків, відомо, що з 60-х років геохімічна діяльність людини за потужністю не поступається природним процесам. За рахунок цієї діяльності поверхня суші щорічно збагачується на мільйони тонн P, Ti, Cu, Zn, Pb та інших елементів, на десятки тисяч тонн Rb, H, Zr. Основні джерела надходження забруднень до геосистем – атмосфера, внесення добрив та обробка агрогеосистем пестицидами та отрутохімікатами, забруднені підземні води, захоронені в грунті та породах зони аерації техногенні речовини, зрошення стічними та забрудненими річковими водами.

Потрапляючи до атмосфери, забруднюючі речовини (це 90% газів і 10% твердих часток) досить швидко розсіюються. Згідно Ф.Раманд (1981), середня тривалість знаходження газів у тропосфері становить 2-4 місяці, аерозолів – 4 місяці біля тропосфери, 1 місяць у верхній та 6 – 10 діб у нижній тропосфері. Ці дані слід розглядати як орієнтовні, оскільки тривалість перебування викидів в атмосферу визначається багатьма метеорологічними умовами, які дуже мінливі в просторі й часі. Атмосферні забруднення можуть проникати в рослини внаслідок їх газообміну, осаду на поверхні листя та пагонах. При тривалій дії навіть невисоких концентрацій забруднень у рослин виникають хронічні пошкодження (депресія фотосинтезу, порушення росту, відмирання клітин тощо). Різні рослини неоднаково реагують на атмосферні забруднення. Найбільш чутливі до них лишайники, з дерев – ялина (до дії HF, SO₂, HCl), сосна (до HF, NH₃, SO₂), горіх (HF, NH₃), береза (HCl). Стійкими вважаються туя, деякі види дубів, кленів, граб.

Потрапляючи на поверхню грунту, забруднюючі речовини включаються у вертикальні потоки і при цьому можуть значно трансформувати їх налагоджений механізм. Це пов’зано з тим, що багато забруднюючих речовин здатні руйнувати деякі важливі ландшафтно-геохімічні бар’єри, створювати нові, змінювати тип тих, які були раніше, внаслідок зміни кислотно – лужних або окислювально – відновлювальних властивостей грунту змінювати і швидкість міграції різних речовин. Проходячи крізь грунт, забруднені води можуть частково або й повністю очищуватись, проте сам грунт при цьому забруднюється. Хімізм цього забруднення та вертикальний розподіл акумульованих речовин залежать від типу ландшафтно – геохімічних бар’єрів та їх місцеположення в геосистемі (див табл. 3) [1].

Завдяки живим організмам забруднення залучається до круговороту мінеральних речовин і виведення їх з геосистеми ускладнюється. Однак

геосистеми мають певні механізми, що дозволяють їм знешкодити забруднення або вивести їх з круговороту та з геосистеми взагалі. Сукупність цих механізмів називається самоочищення геосистем. Ця їх важлива властивість досліджена недостатньо і поки що не розроблені методи та критерії, за якими їх можна булоб кількісно оцінити. Проте в загальних рисах виявлено фактори та особливості геосистеми, що визначають її самоочищення.

Самоочищення геосистем може реалізовуватись у трьох групах процесів: виносу за межі геосистем грунтовими водами, вітром та з урожаєм; зв’язуванням забруднень у важкодоступні (зокрема нерозчинні)форми, так що їх споживання живими організмами стає практично неможливим; розклад токсичних речовин на сполуки та елементи, які не є небезпечними для живих організмів. Як умовну форму самоочищення геосистеми можна також вважати концентрацію забруднень на ландшафтно-геохімічних бар’єрах, які розташовані між грунтовим профілем та капілярною каймою грунтових вод (у так званому “мертвому горизонті”). Тут забруднюючі речовини можуть накопичуватися в легкорозчинній формі і в значних кількостях, але при цьому вони нешкідливі ні для рослин, ні для грунтових вод. Для коренів рослин забруднюючі речовини недосяжні, а проникнення їх до грунтових вод блокується ландшафтно-геохімічним бар’єром та (або) непромивним водним режимом геосистеми. У табл.5 [1] показано основні фактори, що сприяють самоочищенню геосистем.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Типологія	\|	Типологія

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.017 сек.