Геохимические представления о техногенезе

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО "Пермский государственный университет"

Географический факультет

 

 

 

                                                                                 Кафедра биогеоценологии

и охраны природы

 

 

 

Геохимические представления о техногенезе 

 

 

                                                                            

                                                                        

                                                                                                     

 

 

 

Выполнила:

Студентка 2 курса 3 гр.

Юсупова Лилия И.

Научный руководитель:

д.г.н.

Бузмаков 

Сергей Алексеевич

                                                                                 

 

Пермь 2009

 

Оглавление

Введение3

1.Основные концепции техногенеза4

2.Биогеохимические циклы  и техногенез6

3.Экологические последствия  техногенеза9

   3.1. Деградация природной среды9

   3.2. Истощение ресурсов10

   3.3. Качество среды обитания12

4.Направления экологической  оптимизации техногенного воздействия14

Заключение16

Список литературы17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

С экологической точки зрения техногенез – это порождение техники и технологий – последний по времени этап земной эволюции, обусловленный деятельностью человека и вносящий в биосферу вещества, силы и процессы, которые изменяют и нарушают ее равновесное функционирование и замкнутость биотического круговорота. Такое понятие техногенеза смыкается с представлением его в геохимии.[3]

Главными слагаемыми техногенеза являются технический прогресс и экономический рост. Начиная с 60-х годов ХХ века, геохимическая деятельность человечества не уступает природным процессам, техногенез приобретает глобальный характер, способствуя быстрому расширению и распространению техносферы – того пространства Земли, которое находится под воздействием производственной деятельности человека и ее продуктов.

Целью работы является изучение техногенеза как геохимического явления и воздействие его на окружающую природную среду.

Задачи:

• рассмотреть основные концепции техногенеза, предложенные такими крупными исследователями, как Ферсман А.Е., Полынов Б.Б., Перельман А.И., Алексеенко В.А., Глазовская М.А.;
• раскрыть некоторые вопросы влияния техногенеза на естественные природные биогеохимические циклы;
• обозначить экологические последствия техногенной деятельности людей. К таковым относятся деградация природной среды, истощение ресурсов и ухудшение качества среды обитания человека.
• изучить основные направления экологической оптимизации техногенного воздействия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Основные концепции техногенеза

 

По ориентировочным подсчетам общая масса человечества составляет около 0,2 млрд т, что существенно меньше общей биомассы Земли. Однако с деятельностью человечества связаны многочисленные геохимические процессы, во многом принципиально отличающиеся от таковых, связанных с развитием других живых организмов. Участвуя, как и они, в процессах обмена веществ, человечество осуществляет грандиознейшее перемещение атомов химических элементов в биосфере, связанное с социальной, общественной деятельностью. Так, общее количество ежегодно механически перемещаемого людьми материала литосферы составляет около 100 млрд т, что соизмеримо с денудационной работой всех рек Земли. А о процессах рассеяния можно судить хотя бы по данным Х.Брауна: в США на душу населения ежегодно производится 600 кг стали, 210 кг из которых безвозвратно теряется. Эти потери связаны с коррозией и другими процессами, способствующими рассеянию железа до концентраций, более низких, чем его содержание в рудах.[1]

Резкое ускорение миграции элементов, отмечаемое ХХ в. даже за десятилетия можно считать одним из основных отличий ноосферы от биосферы. Все процессы техногенной миграции можно четко разделить на две большие группы: 1) в основе своей унаследованные от биосферы, хотя и претерпевшие изменения; 2) чуждые биосфере, не имевшие в ней сколько-нибудь существенного развития и даже вообще не существовавшие ранее в биосфере.[2]

Для характеристики таких процессов, оценки их последствий и прогноза дальнейших изменений биосферы от деятельности людей были предложены определенные термины и понятия. К числу важнейших из них относятся ноосфера и техногенез, а наука, включающая в себя эти понятия, геохимия.

Концепция геохимии ландшафта предложил Б.Б. Полынов в 1937 году.[11] Эта концепция рассматривает роль химических элементов в синтезе и распаде различных веществ, причем особое внимание в ней уделяется процессу выветривания. Им же были сформированы основные положения геохимии ландшафта как формирующейся науки в 40 – 50-х годах ХХ в., а первое систематическое изложение геохимии ландшафта сделано А.И. Перельманом в 1955 году.[13]

Из определения геохимии как науки, изучающей химизм геологических процессов, законы рассеяния, миграции и концентрирования вещества на Земле, отчетливо видна ее роль в познании химических процессов, протекающих в биосфере и вызванных производственной деятельностью людей. Научно-техническая революция дала в руки человека гигантские созидательные и разрушительные силы, использование которых при взаимодействии общества с природой должно быть крайне осмотрительным, особенно в связи с легкой ранимостью ее отдельных частей. Поэтому изучение химизма техногенных процессов должно стать предметом особого внимания геохимии, а весь комплекс проблем, возникающих в связи с этим, должен объединяться понятием «геохимия техногенеза».[4] Все множество проблем этого направления геохимии могут быть подразделены на 3 группы: повышение эффективности использования природных ресурсов; увеличение продуктивности биосферы; сохранение и улучшение окружающей среды.[3]

Ноосфера «…есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше» (В.И.Вернадский).

В то же время Вернадский отмечал, что человек неотделим от биосферы, а его «существование есть ее функция». Таким образом, перестройка области жизни мыслится как сохранение биосферы, пригодной для жизни человечества, которое хотя и становится крупнейшей силой, но остается только незначительной частью живых организмов биосферы, без сообщества с которыми невозможно его существование вообще.[2]

В состав ноосферы были включены: атмосфера до высоты 80 км (гомосферы), гидросфера, живое вещество и верхняя часть литосферы – осадочные породы на суше и в океане.[6]

А.Е. Ферсман в своих работах уделял изучению влияния на перемещение химических элементов внутренних факторов, обусловленных их строением, и в первую очередь – энергетическим коэффициентам ионов. Именно он ввел термин «техногенез» (1922), который характеризует геохимическую деятельность человечества и начало изучения этого процесса.[1]

На сегодняшний день под понятием «техногенез» (от греч. techne — искусство, мастерство и genesis — возникновение, происхождение) понимают процесс изменения природных комплексов и биогеоценозов под воздействием производственной деятельности человека (ГОСТ 17.5.1.01.-83). Данный процесс заключается в преобразовании биосферы, вызываемом совокупностью геохимических процессов, связанных с технической и технологической деятельностью людей по извлечению из окружающей среды, концентрации и перегруппировке целого ряда химических элементов, их минеральных и органических соединений.

Техногенез как антропогенная эволюция биосферы характеризуется экстенсивным земледелием, мощной развитой индустрией, массивным использованием энергии и природных ресурсов. Эта стадия эволюции биосферы связана с уменьшением биоразнообразия (сокращение видов различных организмов) и другими неблагоприяными для живого явлениями.[8] Однако можно говорить о том, что в настоящее время биосфера переживает состояние адаптации в том смысле, что люди корректируют свою техногенную деятельность и начинают производить ресурсосберегающие ноосферные технологии.

Рассеяние вовлеченных в техногенез элементов представляет часто побочный, непридусмотренный процесс (выбросы техногенных веществ в атмосферу, загрязнение почв и водоемов промышленными стоками, твердыми отходами промышленного производства, выбросы при различного рода аварийных ситуациях и др.). Наряду со стихийным рассеянием существует заранее запланированное рассеяние продуктов техногенеза: внесение химических удобрений, ядохимикатов, орошение сточными водами и компостами с полей орошения и др. Все эти вещества кроме положительного эффекта, предусмотренного технологией сельскохозяйственного производства, имеют и побочное как положительное, так и отрицательное действие.

Так как добыча и потребление металлов, и сжигание топлива идут преимущественно на суше, наибольший техногенный химический  пресс испытывают наземные экосистемы.[6]

В геохимическом аспекте техногенез включает:

1. извлечение химических элементов из природной среды (литосферы, атмосферы, гидросферы) и их концентрацию;
2. перегруппировку химических элементов, изменение химического состава соединений, в которые эти элементы входят, а также создание новых химических веществ;
3. рассеяние вовлеченных в техногенез элементов в окружающей среде.

Изучение техногенеза остается актуальным и в наши дни.

 

 

 

 

 

2. Биогеохимические циклы и техногенез

Биогеохимия как раздел геохимии, изучающей жизнь в аспекте миграции атомов трансформации энергии, сформирована В.И. Вернадским в 20-х гг. ХХ века. В ней нашли отражение идеи ученого о единстве жизни и геохимической среды, планетарной роли живого вещества, функциях биосферы и ее техногенной эволюции.[14]

Биогеохимия в настоящее время - система знаний, системная наука об элементном составе живого вещества и его роли в миграции, трансформации и концентрировании химических элементов и их соединений в биосфере, о геохимических процессах с участием организмов, их взаимодействии с геохимической средой и геохимических функциях биосферы.[9]

Химические элементы, в том числе все основные элементы протоплазмы, обычно циркулируют в биосфере по характерным путям из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Эти в большей или меньшей степени замкнутые пути называются биогеохимическими циклами. Биогеохимические циклы можно подразделить на два основных типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.[11]

Техногенез – процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека – вносит в биосферу новые потоки вещества и энергии, загрязняющие среду и трансформирующие естественные биогеохимические циклы.

Циклы кислорода, углерода и воды определяют состояние биосферы. Они взаимосвязаны между собой и круговоротом остальных химических элементов. Их взаимодействие – важная часть общей миграции вещества. Так, выброс в атмосферу оксида углерода сопровождается его поглощением водными резервуарами с образованием карбонатов кальция и других металлов и частичным рассеянием и преобразованием в тропосфере. Водород и кислород связаны в процессах биологического дыхания (поглощение гемоглобином кислорода и окислительно-восстановительные реакции с участием пероксида водорода и водорода).

При рассмотрении глобальных циклов макроэлементов преобладает концепция баланса.

Количество кислорода, выделяемого в процессе фотосинтеза должно быть равно количеству кислорода, потребляемому в процессе дыхания и процессов его анаэробного использования организмами. Количество поступающего в биосферу углекислого газа должно быть равно количеству оксида углерода, используемого при фотосинтезе и поглощенного водными резервуарами и организмами.

Живое вещество содержит 9,4% водорода, 18,5% углерода и 68,1% кислорода.[5]

Полагают, что в настоящее время содержание оксида углерода увеличивается как результат активности человека. Часть углерода, трансформируемого при сжигании топлива, действительно очень высока – 6 Гг/год, но это значительно меньше природной компоненты суши -11,8 Гг/год.[7]

Однако это спорное положение. Мы не располагаем точными оценками массы живого вещества. Оно дифференцировано по различным резервуарам и его необходимо подвергнуть инвентаризации. Предполагаемая масса живого вещества в биосфере оценивается в 2420 биллион тонн. Это в 2000 раз меньше, чем его масса, рассеянная в атмосфере.[5]

Необходимо отметить, что растения выделяют кислород только на свету. Касаясь циклов воды, необходимо вспомнить, что сейчас потребление речного стока воды достигает 10% от общего стока.[10] Этот объем потребления воды требует сокращения.[8]

Современный период развития биосферы характеризуется увеличением миграции не только углерода, но и ряда металлов. Сравнение потребляемых и резервных масс металлов, а также количества металлов, вовлекаемых в биогенную миграцию, отражает интенсивность техногенной миграции тяжелых металлов. Она остается весьма высокой как для железа, так и других металлов (хром, марганец, серебро, кадмий, платина, золото).

Следует отметить, что формирование техногенных биогеохимических аномалий свидетельствуют в ряде случаев об интенсивном вовлечении железа в локальные биогеохимические циклы. По-видимому, это является реальным отражением эпохи «железа». Если мы сравним данные по распределению концентраций железа в травянистых растениях за 40-60-е годы и за последние 10-20 лет, то становится очевидным различный характер частоты встречаемости определенных концентраций металла в травянистых растениях и кормах (сено). Тип распределения меняется от бимодального (30-40 гг.) через асимметричный (50-60 гг.) к нормальному (80-90 гг.).

Подобное явление характерно также для кальция и железа.[8]

Приведенные материалы отражают техногенное развитие биосферы как один из этапов ее естественной эволюции. Современная стадия развития биосферы является стадией адаптации и перехода в ноосферу. Использование огромных масс химических элементов, обусловленное техногенезом, пока не сказывается на глобальных циклах химических элементов, поддерживающих целостность биосферы. Но в будущем ряд техногенных процессов может оказать заметное влияние на миграцию элементов в биосфере (блокирование атмосферного азота, окисление серы и углерода, повышение кислотности природных вод, повышение радиационного фона биосферы), способствуя образованию техногенных аномалий в результате изменения биогеохимических циклов химических элементов.[9] Техногенные аномалии – своеобразные «геохимические бомбы» в почвах, грунтах, донных отложениях, которые создаются в процессе образования обширных гидро-, атмо-, лито и биохимических ореолов загрязнения. Ореолы загрязнения, в свою очередь, образуются в процессе циркуляции загрязнителей в природных средах.[17]