Бочаров В.Л., Бугреева М.Н. Экологическая геохимия

Подождите немного. Документ загружается.

П недостатка ); гидроэкологичность элемента ГЭ

=В Т

Э (Э ряд гидроэкофиль -

ности ); атмоэкологичность

ГЭ

=В Т

Э (Э – ряд атмоэкофильности ).

На основе коэффициентов литотоксичности Т

подсчитаны значения лито-

экологичности различных объектов. Элементарный экогеохимический пара -

метр литоэкологичности элемента ГЭ=ВТ

, где В – кларк концентрации (вер-

над) элемента . Для глобальных построений используется кларк элемента зем-

ной коры или биосферы, для региональных – ферсм, для локальных – фон.

Суммарный экогеохимический показатель литоэкологичности минерала ГЭ

рассчитывается следующим образом:

,...)(

∑

++==

ni м

ГЭГЭГЭ

ГЭ

где Y – показатель устойчивости минерала , учитывающий химическую,

механическую и гидроаэродинамическую устойчивость и имеющий три града -

ции : высокую (Y=10), среднюю (Y=5) и низкую (Y=1). Этот показатель дает

представление об относительной потенциальной экологической неблагоприят-

ности минерального литообъекта или территории. Средние значения могут

быть подсчитаны для всех минералов, месторождений и т.д. Для минералов са -

мый высокий ГЭ

ртути самородной 1

, киновари 5

Гигиенические оценки токсичности химических элементов (ПДК и др.),

используемые при экологических исследованиях , не учитывают геохимические

параметры (кларки , ферсмы и др.). При сопоставлении имеющихся значений

ПДК и степени токсичности металлов (I, II классы опасности , общетоксичные )

с их положением в периодической системе и значениями кларков в земной коре

общих зависимостей не обнаружено. В менделеевской системе супер- и высо-

котоксичные металлы (Be, Co, Hg, Tl, Pb. U и др.) соседствуют с общетоксич-

ными , а распространенные металлы нередко имеют ПДК близкие или даже бо -

лее низкие, чем редкие. Можно лишь отметить, что особенно насыщена наибо -

лее токсичными металлами II группа периодической системы (Be, Mg, Ca, Sr,

Ba, Ra, Cd, Hg), а также длинные периоды 4-й и 6-й ) и актиноиды (возможно,

лантаноиды), где установлена высокая токсичность V, Cr, Co, Ni, Th, U и др.

Обращает внимание факт наибольшей токсичности микроколичеств ряда

редких металлов. Возможно, это связано не с геохимическими особенностями

самих металлов, а со слабой адаптацией живых организмов к редким металлам,

техногенные концентрации которых относительно недавно появились в окру-

жающей среде.

Были подсчитаны величины отношений генеральных оценок средних со-

держаний токсичных металлов (соединений) Кл в определенных природных

средах к их ПДК в соответствующих средах – воздухе ПДК

сс

, воде ПДК

, а так-

же коэффициенты геоэкофильности элементов (ГЭФ ), , представляющие собой

отношение Кл:ПДК.

По снижению значений ГЭФ

в водной среде (гидроэкофильность) получен

следующий ряд : Li 0,1; Mg, Fe 0,08; Mn, Cu 0,07; Se 0,06; Be 0,05; As 0,04; Sr

0,035; Ti, Pb 0,03; Al, Tl, Ba 0,01; Cr 0,01-0,02; V 0,009; Ag 0,007; Ni 0,005; Zn

0,004; Nb 0,003; Mo 0,002; Hg, Cd, Sb 0,001; Th<0,001; W 0,0006; Co 0,0001; для

атмосферного воздуха (атмоэкофильность) ряд такой : Ni 0,28; Be 0,18; Cr 0,066;

Cu 0,023; Pb 0,018; Mn 0,016; As 0,009; Hg 0,004; Zn 0,0037; V 0,0027; Co 0,0012.

Параметры гидро- и атмоэкофильности позволяют перейти к соответст-

вующим коэффициентам степени экотоксичности (Т

и Т

), которые можно ис-

пользовать для определения относительной суммарной оценки состояния гео-

экологичности воздушных и водных сред. Элементы с высокими значениями

ГЭА (0,01 – 0,n) вносят больший вклад, поэтому для них условно приняты вы -

сокие показатели : Э

=100-20: Li 100; Mg, Al 90; Fe, Mn, Be 80; Cu 70; Se, As, S

60; Ra 50; Pb 40; Ti, Cr 30; Ba, Tl 20; Э

=100-40: Be 100; Ni 90; Cu 80; Pb 70; Cr

60; Mn 50; As, Ca 40. Для элементов с меньшими ГЭФ (<0,01) при Э

= 10 (Fe,

Ba, Mn, Cr, V, Ti, Th, Nb, Sn, Mo, As, Pb, Zn, Sb, Hg, Cd, Co, U) и Э

= 10 (Ca, Cr,

Zn, As, V, Co, Hg, F).

В отличие от ГЭ

(литоэкологичности ) объектов и систем соответствую-

щие показатели гидроэкологичности ГЭ

и атмоэкологичности ГЭ

подсчиты-

ваются по следующим формулам:

∑

++=⋅=

а nа iа

nnгiГ

ЭГЭЭГЭЭГЭГЭ

....)(

;...)(

При расчетах ГЭ

значения В берутся для соответствующей среды - вод-

ной или воздушной , значения Т

и Т

из таблиц, а Э

г,а

– из приведенного ряда

(см. приложения).

Для геоэкологической характеристики микроэлементов существенное зна -

чение имеют сведения о их патологичности -П при избытке и недостатке в ок-

ружающей среде . В первом приближении такое понятие дают ряды снижаю-

щейся относительной патологичности П микроэлементов при их избытке или

недостатке , составленные исходя из количества установленных типов заболе -

ваний и патологий для каждого элемента : при его избытке – Hg (21), Ba (20), As

(19), Tl (17), Ni (15), Be, Cd, Pb (по 14), F (13), Co (12), Br (11), Fe, Cu (10), Se,

Al (9), V, Cr, Mo, B (8), Mn (7), Li (6), Si (5), I, Bi, Sr, Pt (4), In (3), Zn, Ag (2), W,

Sn (1?); при недостатке – Zn (14), Fe , Cu (по 13), Se (10), Co, Mn (8), Mo (5), Ni

(4), F, Pb (3), Cd, Si (2), B, Br (1), Al (?)… . Для макроэлементов детальные

обобщения отсутствуют, однако известно огромное значение как недостатка ,

так и избытка главных биоэлементов – Ca, Na, K, C, S, Mg, P, N и др.

Приведенные оценки коэффициентов геоэкологичности элементов являют-

ся полуколичественными , но дают общее представление о состоянии соответ-

ствующих сред. Одновременно они заставляют обратиться к данным по геохи -

мии токсичных веществ, чтобы использовать их для расширения рядов ГЭ, Т ,

ГЭФ и других и выявления главных экогеохимических свойств элементов. Ис-

ходя же из приведенных данных можно сказать, что важным, вероятно, ока -

жется сочетание нескольких свойств, среди которых , кроме значительного пре-

вышения или недостатка по сравнению с кларковой распространенностью В,

будут геоэкологические особенности и миграционная способность элементов и

соединений.

Б .Б .Полыновым предложен коэффициент водной миграции элементов К

= 100m

/аК

, где m – содержание элемента в воде, г/л, а – минерализация

(принята 0,43 г/л), К

– содержание элемента в породах (кларк литосферы или

ферсм, фон). По этому же принципу рассчитывается коэффициент атмосферной

миграции К

: К

= 100n

/аК

, где n (нг/м

) = В (среднее содержание в воздухе

над южным полюсом) + А (среднее содержание в аэрозоле ); а – средняя запы-

ленность атмосферы (принята 0,05 мг/м

Поведение элементов в экзогенных – гипергенных процессах во многих

случаях может быть охарактеризовано в геохимических координатах, однако

большое значение приобретают свойства биофильности Б

и талассофильности

Т элементов. По А.И .Перельману, эти свойства характеризуют отношения эле -

мента в живом веществе Б

и в морской воде Т к кларку этого элемента в лито-

сфере . Биофильность самая высокая для р - элементов (С 789; N 160; O 1,5; S, Cl,

B 1; P 0,75; Br 0,7) и для некоторых s-элементов (H 70; Ca 0,2; K 0,1), для ос-

тальных – 0,0n – 0,00n. Таллассофильность также наиболее высокая у Р-

элементов (Cl 111; Br 30; S 1,8), а среди s-элементов у Н – 71, для остальных

она варьирует от 0,n (Na, B, I) до 0,0n (С, Mg, Se, Sr, K, Ca) и ниже .

Установлена зависимость между ионным потенциалом µ и фитоактивно-

стью – чем он ниже (Ba, Ca, K, Cs, Rb, Na, Li), тем активнее элемент накаплива -

ется в растениях , а по мере увеличения µ (Be, B, V, Cr, P, Mo) эта активность

снижается (хотя Р и Мо являются исключениями ).

Биохимическое поведение элементов, наиболее полно изученное в орга -

низме человека , среди многих концентрационных показателей характеризуется

двумя важнейшими динамическими параметрами – коэффициентом (долей )

всасывания элемента из кишечно-желудочного тракта Вс и периодом биологи -

ческого полувыделения элемента Т

(время, в течение которого содержание

элемента в органе или организме уменьшается вдовое): Т

= 0,693: λ, где λ - по-

стоянная выведения t

-1

, сут. По данным Ю .И .Москалева , наиболее полным вса -

сыванием, равным 1,0, обладают s- и р-элементы. Среди s-элементов это Н и

все металлы группы IA, среди р-элементов – все неметаллы 2-го ряда (B, C, N,

O, F), а также Cl и полуметаллы As, S (0,8), Se (0,9). С увеличением степени

металличности и атомного номера элемента величина всасывания в общем

снижается, однако у таких супертоксичных металлов, как Hg (0,4), Tl (0,4), Cd

(0,1), а также у сильно токсичных Мо (0,8), Mn (0,1), Cr (0,1), Co (0,3) остается

высокой .

Техногенная миграция элемента во многом связана со степенью его про-

мышленного использования по сравнению с кларком и характеризуется коэф -

фициентом технофильности Тф :Тф =О/Кл, где О – годовая добыча элемента , т,

Кл – его кларк в земной коре. Технофильность элементов меняется от n

для

наиболее используемого С до n

и менее для еще не нашедших широкого

применения редких металлов (Ga, Tl, Rb, Sc и др.). Для целей экологии важное

значение имеет также количество элемента , которое добывается из недр, но в

процессе передела выбрасывается в окружающую среду. Самые высокие пока -

затели в этом плане характерны для редких рассеянных элементов (Rb, Cs, Tl,

Ga, In, Ge, Cd и др).

Н.Ф .Глазовским предложен ряд коэффициентов для техногенеза . Коэффи-

циент техногенности элемента Тх показывает степень общего вовлечения эле -

мента в техногенную миграцию во всех формах; он меняется следующим обра -

зом : 10

– Au; 10

– Ni, Bi, U; 10

– Cd, W, Pb, Cu, Ag, I, As, Se, Mo; 10

– Cl,

Ba, S, Na, Sn, Ca, P, Fe, Be, B, Ge, F, Ti; 10

– Br, Mn, Hg, Co, V, Ga, K; 10

– Mg,

Li, Al, Tl, Sc. Коэффициент техногенного использования элемента Н – отноше-

ние (в %) количества специально добытого элемента к его общему количеству ,

вовлеченному в техногенез; Н – меняется так (%): 98 – Cl, 91 – Na, Cu, Ag, Ba;

88 – Li, Fe, Pb; 87-86 – Sn, Ni; 83-81 – Gr, Zn, Ca; 77 – Hg; 71 – Br; 55-54-P, Mn;

45 – Mo, F; 83-81 – Cr, Zn,Ca; 77 – Hg; 71 – Br; 55-54-P, Mn; 45 – Mo, F; 43 – W,

38 – Cd; 31 – B, Co; 25 – Bi; 22 – K; 20 – S; 17 – As, N, Al, U; 7 – Se; 2 – Be; n –

Si, V, I; 0,8 – Ge; 0,4 – Sc; 0,02 – Ga. Выведены также глобальные и региональ -

ные модули техногенного воздействия Тд – отношение общего количества мо-

билизованного элемента (вещества ) к площади воздействия. Получены сле -

дующие значения глобальных модулей (кг/м

): 1000 – 500 Na, Cl, Ca, Fe; 500 –

200 S; 200 – 100 N, K, 100 – 50 Al; 50 – 20 P; 20 – 10 Ti, Mn; 10 – 1 B, F, Mg, Cu,

Zn, Zr, Ba, Pb; 1-0,1 V, Cr, Ni, As, Br, Sr, Mo, Cd, Sn, I, U; 0,1 – 0,001 Be, Sc, Co,

Ga, Ge, Bi; 0,01 – 0,001 Li, Ag, W, Au, Hg, Tl; ),001-0,0001 Cs.

Он же предложил показатель биотехногенности элемента Б

– отношение

содержания элемента в живом веществе организма к кларку биосферы (ноосфе-

ры). Анализ Б

показал, что в разных природных зонах использование одного и

того же химического элемента растением может значительно отличаться. Так, Р

наиболее интенсивно накапливается в растениях тундры и степей , N, Mn, Ba, и

Zn – в растениях лесной и степной зон, К и Cr – в степной зоне, Na, S, Cl, Sr,

Cu, Fe – в пустынной . В общем, в тундровой и лесной зонах в растениях кон-

центрируются преимущественно катионогенные элементы, а в степной и пус -

тынной анионогенные .

Таблица

Коэффициенты геотоксичности (литотоксичности ) Тл элементов по геохи -

мическим группам

Элементы Класс опасно-

сти

Тл

Халько-

филь -

ные

Лито-

халько-

филь -

ные

Литофиль -

ные

Сиде-

ролит

офиль

ные

Сидер

офиль

ные

Халько-

сидеро-

филь -

ные

Супертоксич-

ные

15 Hg Cd

Be U Ra Rn

I Pu

- -

I класс 10 Pb Se Te

As Sb

B F Th - V Cr

Co Ni

I-III классы 5 Cu Zn S

Bi Ag

Ba Mo

In Ge Sr

W Al Li N

Mn TR? Cs

Cl Sc? Sn

Y? P

C** Os Pt

Общетоксич-

ные – IV

класс

1 - Nb La? Ce?

Zr Ti Na K

Ta Rb Ca Si

Fe Ti Ir Rh Pd

Sr и другие – радиотоксичные нуклиды

** Отдельные соединения C, Cl, P относятся к I, II и IV группам опасности ,

а соединения S, Al, N – ко II и IV группам.

Таблица

Коэффициенты атмо-, гидротоксичности элементов, соединений Т

а,г

Класс опасности Т

а ,г

Элемент, соединение

Супертоксичные и

I класс

100 Hg, Be, Pb, и др., Na-метилдитиокарбомат, озон,

CCl

, хлоранилин (F), ангидрит-Cr, Cl; хроматы;

линдан, метилнитрофос, метафос, хлороксид-Р,

цианхлорид, диэтилсвинец, хлориндан, диэтил-

ртуть, бенз(а )пирен, хлорфин, этилмеркурфос -

фат, нафтохинон, формальдегиды, n-

нитроанилин; 3,4,7,8-диоксин, дихлорэтилен,

трихлорбифенил, тетраэтилолово

II класс 50 S, H

S, As, Sb и др. нафтолы , фенилы , бензолы ;

газообразные фториды, HF, хлороформ, хлорэ -

тилен, метан; ацетилацетаты Fe, Сщ , Сr; ферро-

цианиды, трихлорэтилен, ДДТ?, ГХЦГ?, БПХ?,

циклогексан, фториды (слаборастворимые),

нитрохлорбензолы

III класс

и общетоксичные

10 NO

, CO

, CO, метиловые эфиры, сероуглерод,

, сульфаты, аммиак, аммоний, фенолы , эти -

лены и др.

Примечание. Подчеркнуты наиболее распространенные токсиканты произ-

водств.

ЛЕКЦИЯ 4.

ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ТЕХНОГЕННОГО РАССЕЯНИЯ И

КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И ПРИНЦИПЫ

ИХ ОЦЕНКИ

Одной из важнейших проблем экологической геохимии является обеспе -

чение чистоты атмосферы городских агломераций, сохранение естественного

состава почв и природных вод. Воздух , почва и вода – основные компоненты

биосферы в результате интенсивной производственной деятельности находятся

под угрозой предельно допустимого загрязнения. В настоящее время в мире

используется около 500 тыс . соединений, из которых 40 тыс. вредны для живых

организмов, в 112 тыс . чрезвычайно токсичны. Формируется совершенно новая

геохимическая обстановка , о чем говорил В.И.Вернадский. Техногенное за -

грязнение сказывается в первую очередь на функционировании экологических

систем и определяется способностью химических элементов включаться в при -

родные циклы миграции.

Прогноз возможных экологических последствий техногенного воздействия

нельзя вести без знаний закономерностей миграции элементов через биоту эко-

систем. Первое принципиальное положение: оценка характера и форм мигра -

ции токсичных элементов Pb, Cd, Hg и элементов, необходимых для обеспече-

ния нормальной жизнедеятельности организмов Cu, Co, Mu. Второе положение:

выбор оцениваемых элементов и достоверное определение их фоновых содер-

жаний в различных природных средах.

Техногенная миграция химических элементов происходит в газообразной ,

жидкой и твердой средах. Вызванная интенсивной деятельностью человека она

приводит к ускорению движения различных веществ настолько, что процессы

круговорота вещества становятся незавершенными (ацикличными ). Экологиче-

ская система земли имеет замкнутый круговорот вещества . Продукты матери -

ального производства , включаясь в живой круговорот, частично накапливаются

в биосфере, создавая препятствие естественным природным процессам.

В период перехода биосферы в ноосферу человек становится крупнейшей

геологической силой . Поэтому оценка техногенного загрязнения должна быть

подчинена основой цели – выявлению количества того или иного элемента , по -

ступающего с минеральными веществами в организм человека по схеме : при -

родные объекты (почва , воздух , вода ) – организмы (животные , растения) – пи -

щевые продукты (растительные , животные ) – пищевые рационы – человек.

Экологическая оценка окружающей среды базируется на понятии предель -

но допустимых концентраций (ПДК) отдельных вредных элементов в различ-

ных природных средах. В целом это не приемлемо для ряда элементов, в пер-

вую очередь, тяжелых металлов.

В городах без крупных металлургических производств концентрация тя-

желых металлов редко достигает ПДК, а общее превышение фоновых содержа-

ний составляет 1-2 порядка . По гигиеническим нормативам такая ситуация не

представляется опасной , но чтобы точно ответить на вопрос об опасности за -

грязнения окружающей среды металлами , целесообразно проводить оценки не

только по ПДК, но и изучать биологические реакции населения, подвергаемого

воздействию загрязненного воздуха. Необходимо нормирование не по отдель -

ным элементам, а по сумме их воздействий, то есть определение максимально

допустимой нагрузки с учетом всех путей поступления вредных веществ. Изу -

чаются: а ) связь между накоплением вредных веществ и выраженностью ток-

сичного эффекта ; б) статистически достоверная зависимость (положительная

или отрицательная связи ) между содержанием элементов в различных природ-

ных средах и различных диагностических биосубстратах (волосы и др.); в) важ-

ным результатом экологических исследований является сопоставление выяв-

ленных закономерностей в распределении элементов в различных природных

средах с данными о состоянии здоровья населения, полученными на основе ме -

дицинской статистики .

Существующие нормы и методы определения токсичности элементов, раз-

работанные на экспериментальных животных , и выраженные в ПДК не позво -

ляют пока дать принципиальную оценку их опасного воздействия на человека .

Некоторые нормативы входят в противоречие с природной обстановкой . Так,

по ГОСТу 2874-82 «Вода питьевая» содержание SO

не должно превышать

500 мг/л, а сухого остатка (М ) 1000 мг/л, но в природе редко встречаются пре-

сные воды с содержанием SO

до 500 мг/л. Не учитываются ГОСТом и нормы

миграции, валентность и другие параметры, влияющие на токсичность и их фи-

зиологическое воздействие на организм . Имеющиеся сангигиенические нормы

ПДК не учитывают эффектов химического и биологического накопления вред-

ных веществ в пищевых цепях и их превращение (при миграции) в более ток-

сичные формы. При оценке воздействия вредных веществ на экосистемы опре-

деляющей может быть не первоначальная их концентрация в какой -либо среде,

а перенос, накопление и трансформация в критических звеньях экосистемы, в

результате чего наблюдаются уже иные концентрации и вторичные продукты с

иными токсическими свойствами . Таким образом, экологические нормы допус -

тимых воздействий на живую составляющую биосферы следует определять по

характеру и закономерностям распространения, накопления, деструкции и

трансформации загрязняющих веществ в экосистемах, перехода их из одной

среды в другую в локальном, региональном и глобальном масштабах. Эти нор-

мы не могут быть едиными для всех типов экосистем. С таких позиций, напри -

мер, уровни содержания в атмосфере веществ ниже ПДК в отдельных случаях

оцениваются как недопустимые , угрожающие благополучию экологических

систем.

Изучение вопроса рассеяния и концентрации техногенных элементов в

различных природных средах находится в начальной стадии. Нет научно обос -

нованных ПДК загрязняющих веществ для большинства объектов биосферы,

особенно для человеческого организма . Существующая методика базируется на

высоко температурном озолении биологического материала , при котором про-

исходит потеря элементов до 30-50

С. Необходимо внедрять в практику изуче-

ния техногенного загрязнения методик низко температурных (60

С) озоления

биологических проб.

Таблица

Содержание химических элементов в организме человека

(% к сухому остатку)

Элемент Содержание

Элемент Содержание Элемент Содержание

1 2 3 4 5 6

Li 5

-5

Nb 10

-5

Ta 1

-5

Be 5

-5

Zn 1

-7

W 1

-6

Ga 1

-5

Sn 5

-6

Re 1

-6

Ge 5

-4

Cs 5

-5

Au 1

-8

Rb 2

-3

Ba 5

-4

Hf 5

-6

1 2 3 4 5 6

Sr 1

-4

РЗЭ 1-5

-5

Tl 1

-9

1 2 3 4 5 6

Y 5

-6

Hf 1

-4

Bi 1

-5

Zr 1

-5

Таблица

Потери элементов в процессе озоления (%)

Потери , % Потери , % Элемент

500

С 1000

Элемент

500

С 1000

Na 30-40 45-55 Mn 40-45 65-85

P 20-35 35-40 Fe 10-15 30-50

S 20-35 40-60 Co 45-50 45-55

Cd 30-35 90-95 Cu 30-40 45-55

Sc 15-25 25-30

ЛЕКЦИЯ 5.

ЭКОЛОГО -ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СТЕПЕНИ

ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Почва – продукт взаимодействия живых организмов и горных пород –

промежуточное звено при переходе из мира минерального в мир биологиче-

ский. Основу почвенной массы составляют минеральные вещества , поэтому

уровни концентрации микроэлементов в ней определяются содержанием их в

почвообразующих горных породах. Интенсивное земледелие привело к тому,

что воздействие всех факторов почвообразования стало соизмеримо с деятель -

ностью человека .

Внесение удобрений и пестицидов наряду с техногенным загрязнением

выступает в качестве площадных , а отходы коммунального производства – ло -

кальных источников загрязнения почв, почвенных растворов и других видов

природных вод. В агрогенном загрязнении особая роль принадлежит, кроме

азотистых соединений, ортофосфатов, К , Cl, хлорорганическим пестицидам и

Hg; при техногенном загрязнении в почвах за счет их сорбционной емкости

идет накопление металлов, которые оказывают токсичное воздействие на рас-

тения (As, Se, Bi и др.). По токсичности элементы почв, влияющие на растения,

делятся на три класса :

1) сильно токсичные ; симптомы токсичности проявляются при концентра -

ции в почве менее 1 мг/кг – Cu, Hg;

2) среднетоксичные ; симптомы токсичности проявляются при концентра -

ции в субстрате 1-100 мг/кг – элементы III, IV, V, VI групп периодиче-

ской системы: Sr, V, Cr, Ni, Co, Pb и др.;

3) слаботоксичные ; симптомы токсичности редко проявляются при обыч -

ных концентрациях во всех субстратах, за исключением особых случа-

ев, когда некоторые элементы присутствуют в крайне малых концен-

трациях . Это галогены, N, P, S, щелочные металлы , редкие земли .

Вместе с тем для оценки техногенного загрязнения почв наряду с показа -

телями концентраций того или иного элемента требуется знание взаимоотно-

шений элементов в почвах и растениях , т.е. механизма токсичной реакции. К

сожалению, целенаправленные исследования в этом направлении пока отсутст-

вуют.

Следует учитывать, что диапазон относительно содержащихся микроэле -

ментов в почвах весьма широк. Концентрация элементов в различных горизон-

тах и слоях далеко не одинакова и не постоянна . Как правило , концентрация

элементов больше в тонкозернистых (размер частиц менее 1 мкм) глинистых

фракциях , в которых отмечается до 60-80% общего содержания микроэлемен-

тов, что связано с их сорбционной способностью. При оценке техногенного за -

грязнения необходимо использовать наряду с почвенными кларками и кларка -

ми осадочных пород местный или региональный геохимический фон. При изу -

чении химического выветривания большое значение приобретает потенциал

ионизации и ионный потенциал. От последнего зависит степень поглощения

растениями элементов. Ионы с низким потенциалом меньше 2 имеют тенден-

цию оставаться в растворе, тогда как ионы со средним 8-10 потенциалом обыч -

но выпадают в осадок в виде гидроокисей . При высоком ионном потенциале

больше 12 образуются растворимые оксикислоты – нитраты и сульфаты. При

биологическом выветривании с помощью микроорганизмов осуществляется

нитрификация, денитрификация, окисление сернистых соединений железа . В

восстановительных условиях образуются сульфиды и происходит осаждение

Cu, Fe, Mo, Zn и др.

+ H

O → NH

2NH

OH + 3O

→ 2HNO

+4H

HNO

→ NO

+ H

2NO

+ O

→ 2NO

При преобразовании микроорганизмами органического вещества часть

элементов быстро теряет с ним связь (Li, Sr), а тяжелые металлы , наоборот, со-

храняют ее, образуя металлоорганические соединения. Гумус и глинистый ма -

териал в почве имеют ионнообменную способность, при этом способность к

обмену у глин обратно пропорциональна размеру частиц. Обменноспособность

у гумуса выше, чем у глин; он может образовывать металлоорганические ком-

плексы, особенно при высоких значениях рН. Важное экологическое значение

имеет возникновение этих металлоорганических соединений. Они слабо рас-

творяются в воде и хорошо – в кислотах и щелочах. Среди гумусовых соедине-

ний наиболее важное значение приобретают две их группы: фульвовые и гуми -

новые кислоты. В зоне этих кислот концентрируются V, Zn, Co, Mn, Cr. Отсюда

следует вывод, что при проведении экологических исследований надо опреде-

лять не только валовое количество металлов в почвах, но и их количество в ме -

таллоорганических соединениях путем кислотно-щелочных вытяжек.

Почвы и грунты урбанизированных территорий аккумулируя элементы,

наиболее точно характеризуют антропогенное загрязнение. Они отражают про-

цессы загрязнения как в прошлом, так и в настоящем. Целесообразно изучать в

связи с этим загрязнение не только верхнего слоя, но также и более внутренних

слоев, которые воздействуют на состав грунтовых вод. В ряде крупных городов

исследования показали , что по многим элементам аномалии тяжелых металлов

на глубине превосходят приповерхностные . Специфическая эколого -

геохимическая ситуация складывается в районах добычи горючих полезных ис-

копаемых , где в качестве токсических и канцерогенных веществ выступают не

только тяжелые металлы , но и различные битуминозные вещества , в т.ч . поли -

циклические ароматические углеводороды (ПАУ). В процессе миграции орга -

нических загрязнителей в почву происходит их фракционирование. Гексановые

битумоиды мигрируют более активно, чем хлороформные , что приводит к уве -

личению их содержания в нижних горизонтах почвенного профиля и в краевых

частях ореолов загрязнения. В составе битуминозных веществ при этом резко

увеличивается содержание ПАУ, в частности , бенз-А -пирена и бензпирелена ,

достигая концентрации в верхних, загрязненных нефтью и нефтепродуктами

горизонтах 1500-3600 нг/г. Увеличение канцерогенных ПАУ имеет место в

почвах районов угледобычи , где содержание бенз-А -пирена достигает 300-600

нг/г, а в отвалах пород и техногенных наносах – 2000-11000 нг/г и более. Наря-

ду с перераспределением органических веществ идет и перераспределение тя-

желых металлов и редкометальных соединений. Необходимо обратить внима -

ние на то, что одновременно с накоплением ряда элементов в почвах происхо-

дит концентрирование исходных почвенных запасов вещества и его некомпен-

сированный вынос. Все это приводит к дефициту отдельных биологически ак-

тивных элементов, что определяет не менее опасные экологические последст-

вия, чем при их избытке .

Большую роль в этих процессах играют почвенные растворы, в которых

мигрируют в виде растворимых органо-минеральных соединений элементы и

выносятся из пород в зонах трещиноватости . Почва , как наиболее геохимиче-

ски активная часть природно-технической системы, является фильтром-

поглотителем на пути потока металлов из атмосферы к грунтовым водам.

Вода . Жидкая фаза является основным фактором миграции и перераспре-

деления химических элементов. Принципы оценки загрязнения подземных вод

в процессе техногенеза основываются на всем арсенале гидрогеохимических

методов. Существующие ПДК микроэлементов, необходимых для интерпрета -