Текст книги "Геохимическое землеведение: учебное пособие"

В последние годы возник новый вид загрязнения органическими веществами, а именно входящими в состав топлива космических ракет. Токсичным компонентом реактивного топлива является несимметричный диметилгидразин, хорошо растворимый в воде и свободно вовлекаемый в биологический круговорот.

Изучение участков, загрязненных остатками топлива, поступающими на поверхность почвы с остатками отделяемых ступеней ракет, было проведено в ландшафтах Центрального Казахстана Н.С. Касимовым и его сотрудниками. Установлено, что диметил-гидразин задерживается в гумусовом горизонте каштановых почв (средняя концентрация n-0,01 мг/кг), в котором образует ясно выраженные геохимические аномалии. Благодаря хорошей растворимости токсикант распространяется по почвенному профилю на глубину промачивания атмосферными водами, активно вовлекается в водную миграцию с поверхностным стоком и накапливается в бессточных депрессиях рельефа. В то же время диметилгидразин активно поглощается растениями, в результате чего его средняя концентрация в степной растительности почти на порядок выше, чем в почве (рис. 22). Соответственно размеры биогеохимических аномалий превышают размеры аномалий в почвах.

Рис. 22. Распределение концентраций несимметричного диметилгидроксина в почвах (1) и растениях (2) в районе запуска ракет в Центральном Казахстане (по Н.С. Касимову и др., 1994)

Учитывая химические свойства несимметричного диметилгидразин, можно предполагать, что в ландшафтно-геохимических условиях гумидных ландшафтов он будет более активно вымываться и образовывать менее ясные аномалии в почвах.

Металлизация окружающей природной среды

Среди многих последствий хозяйственной деятельности человеческого общества особо важное значение имеет процесс прогрессирующего накопления металлов в окружающей среде. Различные металлы, как использовавшиеся с отдаленного времени, так и получившие применение недавно, используются в индустриальном производстве в нарастающем количестве. Это хорошо видно на рис. 23.

На графике показан рост добычи руд меди, разрабатывающихся с глубокой древности, и руд молибдена и урана, промышленная разработка которых началась в XX в.

Рис. 23. Рост добычи металлов на протяжении XX в.

В настоящее время общемировая добыча металлов характеризуется следующими величинами (в т/год):

n-10⁸: железо;

n-10⁷: марганец, алюминий;

n-10⁶: медь, цинк, свинец;

n-10⁵: никель, олово;

n-10⁴: молибден, уран, вольфрам, кобальт, кадмий, ванадий;

n-10³: ртуть, серебро.

Как видно из приведенных цифр, металлы извлекаются в количестве, не пропорциональном их содержанию в земной коре и почве, применительно к которым развивались формы наземной жизни. Например, кларк алюминия в 1000 раз больше кларка меди, а современная добыча этих металлов различается всего в несколько раз. Молибдена в земной коре почти в 100 раз меньше, чем ванадия, а производят молибдена значительно больше.

Добыча металлов растет, увеличиваясь примерно на 40 % каждые 10 лет. По самым скромным подсчетам, за все историческое время к настоящему моменту из земных недр извлечены десятки миллионов тонн меди, свинца, цинка. Добыча отдельных металлов уже превысила некоторые виды их глобальной миграции. Например, меди добывается в год больше, чем вовлекается в биологический круговорот и выносится с водным стоком со всей суши. Производство свинца еще сильнее превышает указанные глобальные потоки миграции этого элемента.

Самая главная особенность процесса загрязнения металлами заключается в тенденции к их активному рассеянию. Пути техногенного рассеяния металлов разнообразны; важнейшим служит выброс в атмосферу при металлургическом переделе руд. Значительная часть металлов теряется еще раньше – при транспортировке, обогащении, сортировке руды. Как указывает А.А. Беус с соавторами (1976), таким путем в десятилетие 1965–1975 гг. во всем мире было рассеяно (в тысячах т): меди – 600, цинка – 500, свинца – 300, молибдена – 50.

После получения металлов вся технология современного производства сопровождается их рассеиванием в окружающей среде. Огромные массы металлов используются в химической, бумажной, электротехнической и других отраслях промышленности и уходят с промышленными стоками. Столь же крупные массы металлов истираются и рассеиваются во время работы различных машин и механизмов. Значительная часть некоторых металлов и других химических элементов добывается лишь для того, чтобы их рассеять на поверхности Земли. Примером могут служить производство алкилов свинца в качестве добавок в бензин для автомобилей, а также использование ртути и мышьяка для изготовления ядохимикатов для сельского хозяйства. Весьма большое количество цветных металлов рассеивается в быту, накапливаясь в коммунально-бытовых стоках и твердых отходах. Таким образом, уровни добычи металлов одновременно свидетельствуют об интенсивности загрязнения ими окружающей среды.

Кроме отраслей промышленности, производящих или использующих металлы, имеются и другие пути их техногенного рассеяния, среди которых особенно важную роль играет сжигание минерального топлива, главным образом каменного угля. С золой и пылью сгорающего каменного угля на протяжении года выбрасываются тысячи тонн металлов.

Итак, человечество затрачивает колоссальные усилия на то, чтобы извлечь и сконцентрировать металлы, но в конечном итоге они рассеиваются и вовлекаются в природные циклы миграции. Мощные горнодобывающие предприятия добывают железную руду, гигантские индустриальные комбинаты вырабатывают металлическое железо, которое является основой современной промышленности. Одновременно огромное количество металла рассеивается. Около четверти ежегодно выплавляемой стали уничтожается коррозией, теряется при транспортировке и на производстве. Люди борются с этим, возвращая часть испорченного металла на переплавку, но при этом также происходят невосстанавливаемые потери.

Как указано в главе III, из тропосферы непрерывно осаждаются дисперсные частицы, захваченные ветром с поверхности почвы. Оказавшись в тропосфере, эти частицы играют роль центров конденсации и осаждаясь выводят из тропосферы рассеянные химические элементы, поступающие туда с вулканическими и техногенными выбросами. Чем больше промышленные предприятия выбрасывают в воздух тяжелых металлов в составе дыма и пыли, тем выше концентрация металлов в атмосферных осаждениях, поступающих на поверхность почвы. По причине того, что поверхность почвы беспрестанно подвергается смыву дождевыми и талыми водами, взвеси дисперсных почвенных частиц переносятся плоскостным стоком и затем входят в состав пойменных отложений. Таким образом, илистые отложения речных пойм чувствительно отражают уровни содержания рассеянных металлов в атмосфере. В связи со сказанным большой интерес представляет определение тяжелых металлов в донных отложениях рек и озер, дренирующих районы активной индустриализации. Согласно данным Дж. Мура и С. Рамамурти, концентрация тяжелых металлов в илах Рейна, протекающего через высоко индустриализированные районы Западной Европы, с конца XVIII в. по 1975 г. возросла: хрома – в 9 раз, меди и свинца – в 13, цинка – в 19, ртути – в 50 и кадмия – в 100 раз.

После активного обсуждения широкой общественностью и научными кругами проблемы развития технического прогресса и роста загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, завершившегося принятием итоговых документов внеочередной сессии ООН в Стокгольме в 1972 г., в странах Западной Европы и США были предприняты энергичные действия, направленные на ограничение загрязнения тяжелыми металлами. Результаты не замедлили сказаться. Уже в начале 80-х годов высокие уровни металлов в донных отложениях рек и озер существенно снизились (рис. 24).

Рис. 24. Изменение содержания тяжелых металлов в пойменных отложенных низовьев Рейна на протяжении XX в.

(по данным Дж. Джапенда и В. Саломонса.

Из А.И. Перельмана и Н.С. Касимова, 1999)

Однако проблема остается. Если бы выбрасываемые в воздух массы металлов распространялись, как газы, на большое пространство, а затем вымывались из тропосферы дождями и снегом, то их поступление на поверхность всей Мировой суши или даже на поверхность суши Северного полушария не превышало бы пределов природных поступлений, к которым растительные и животные организмы толерантны. Но основная масса металлов индустриальных выбросов выпадает в непосредственной близости от источника эмиссии. В результате живые организмы испытывают импактные (ударные) нагрузки и вокруг предприятия-загрязнителя формируются биогеохимические аномалии.

Тяжелые металлы являются необходимым компонентом биокатализаторов и регуляторов наиболее важных физиологических процессов. По этой причине сильное повышение их концентрации в окружающей среде в высокоактивном рассеянном состоянии оказывает сильное влияние на живые организмы. В первой программе глобального мониторинга (Р. Манн, 1973) среди 12 наиболее опасных загрязнителей фигурировало три металла: ртуть, свинец и кадмий. Но уже через несколько лет в докладе исполнительного директора Программы ООН по охране окружающей среды (ЮНЕП) за 1980 г. на втором месте (после проблемы СО₂ в связи с глобальными изменениями климата) рассматривалась опасность загрязнения тяжелыми металлами. Среди металлов-загрязнителей помимо трех указанных выше рассматривались шесть других: марганец, медь, молибден, хром, никель, кобальт. Это свидетельствует о значительности воздействия импактных (ударных) техногенных поступлений металлов и близких им элементов на живые организмы и их сообщества.

Детальное изучение этого процесса показало, что распространение техногенных масс металлов и любых других загрязнителей очень неравномерно. Вокруг источников загрязнения образуются своеобразные ореолы рассеяния, техногенные геохимические аномалии. Они имеют протяженность от нескольких километров до 30–40 км. От источника загрязнения к периферии концентрация различных загрязнителей в почвах, растительности, снеговом покрове постепенно убывает.

По состоянию природных комплексов в пределах геохимических аномалий можно выделить две зоны. Первая, непосредственно примыкающая к источнику загрязнения, характеризуется сильным разрушением исходных ландшафтов. В ней часто отсутствует растительность, в значительной мере уничтожен почвенный покров и животные. Во второй, более обширной зоне заметно угнетение, реже исчезновение лишь отдельных составных частей биоты. В периферической части этой зоны природные ландшафты веществ от центра к периферии полностью сохраняются, хотя в их компонентах (почвах, растительности, воздухе, водах) отмечается относительно повышенная концентрация отдельных загрязнителей.

Вокруг мощного источника загрязнения, каким является крупный медно-никелевый комбинат в Сэдбери (Канада), зона сильного повреждения окружающей среды распространена на 3–5 км. Здесь биота и почва практически уничтожены, из атмосферы ежегодно выпадает меди и никеля в несколько сотен и даже тысяч раз больше по сравнению с глобальным фоном. Содержание никеля в почве по направлению от источника к периферии аномалии убывает очень быстро (в степенной зависимости). Во второй зоне ландшафты сохранились, имеет место лишь нарушение отдельных компонентов. На протяжении этой зоны убывание концентрации в почве происходит постепенно (в линейной зависимости) до уровня местного геохимического фона (рис. 25).

Рис. 25. Крупная техногенная геохимическая аномалия в индустриальном районе Канады. Концентрические линии показывают убывание загрязняющих веществ от центра к периферии (по В.А. Ковде, 1976)

Аналогичная ситуация сложилась на севере Сибири в районе крупного Норильского металлургического комбината, а также на Кольском полуострове в результате деятельности двух медно-никелевых комбинатов. Вокруг них образовались обширные биогеохимические аномалии, в центральной части которых концентрация никеля и меди превышает фоновую более чем в 100 раз. Одна из этих аномалий распространяется на северную часть Норвегии (рис. 26).

Рис. 26. Загрязнение растительности Кольского полуострова медью (1) и никелем (2) (по данным А.В. Евсеева, 1998)

В степных ландшафтах протяженность техногенных геохимических аномалий увеличивается; заводы цветной металлургии сопровождаются ореолами рассеяния свинца, цинка, меди, мышьяка с радиусом от 5 до 20 км. Вокруг крупного Чимкентского свинцово-плавильного завода, расположенного в условиях сухих степей Южного Казахстана, ореол техногенного рассеяния распространяется до 25–30 км. Содержание металлов-загрязнителей от источника к фону убывает в степенной зависимости независимо от того, является металл главным компонентом или примесью в руде (рис. 27).

Рис. 27. Распределение выпадающих масс металлов на площади импактной биогеохимической аномалии, образованной свинцово-плавильным заводом в г. Чимкент, Казахстан

Концентрация техногенно рассеиваемых элементов в снежном покрове значительно меньше, чем в почве. По сообщению М.А. Тойкка, вокруг небольшого свинцово-плавильного завода в Тиккурила, расположенного в окрестностях Хельсинки (Финляндия), выделяется зона сильного загрязнения почвы с содержанием свинца в 24 раза больше местного геохимического фона (378-10^-4% в пахотном горизонте). Ее протяженность около 500 км от завода. Далее до 2 км концентрация металла снижается, но остается в несколько раз больше фоновой. В четырехмесячном покрове снега содержание свинца убывает очень быстро: на расстоянии 100–200 м от завода – 10–47 кг/га, на расстоянии 1 км – 1,1–1,3 кг/га, на расстоянии 2,5–3,5 км – 0,3–0,2 кг/га.

Размеры аномалий зависят не только от производительности предприятий, но и от многих других факторов: длительности работы производства, технологии и др. Весьма важную роль играет высота источника выбросов в атмосферу. Согласно расчетам М.Е. Берлянда, при высоких дымовых трубах значительная концентрация выбросов создается в приземном слое атмосферы на расстоянии 10–14 Н (Н – высота трубы). Для труб высотой 10–15 м максимальные концентрации в воздухе образуются в непосредственной близости от источника.

Соотношения концентрации техногенно рассеиваемых металлов в воздухе, атмосферных осадках, растительности и почве сложные. Вокруг свинцово-плавильного завода, расположенного на Дальнем Востоке в условиях умеренного муссонного климата с осадками около 1000 мм/год, зона максимальных концентраций металлов в воздухе распространяется до 2 км от источника (Елпатьевский, 1993). В этой зоне содержание металлов в приземном слое атмосферы в 100—1000 раз выше местного геохимического фона, а в снеге – в 500—1000 раз. От 2 до 4 км располагается вторая зона, где концентрация металлов в воздухе примерно в 10 раз ниже, чем в первой. Намечается третья зона протяженностью от 4 до 10 км, в которой лишь отдельные пробы показывают повышенную концентрацию металлов.

Первая и вторая зоны загрязнения приземного слоя воздуха совпадают с зонами разрушения природной экогеосистемы и угнетения растительности. Площадь рассеяния металлов в снеговом покрове меньше, чем в атмосфере, но область осаждения продуктов выбросов на листьях деревьев практически совпадает с распространением высоких концентраций в воздухе. На протяжении существования снежного покрова в пределах первой зоны выпало (г/км²): меди – 2,4, цинка – 5,5, свинца – 615, кадмия – 16,6, мышьяка – 18,8. Во второй зоне поступление (г/км²): свинца равно 26, цинка – 3, мышьяка – 1,2.

По мере удаления от источника соотношение разных форм рассеивающихся элементов меняется. В первой зоне водорастворимые формы составляют всего 5—10 %, а основную массу выпадений образуют мелкие пылеватые частицы сульфидов и оксидов. С удалением от завода относительное содержание водорастворимых форм свинца возрастает: на расстоянии 1,5 км от завода оно равно 55 %, а в 4–5 км – 80–90 %. Следовательно, вблизи источника загрязнения осаждается основная часть твердых пылеватых частиц, а водорастворимые формы переносятся дальше и вымываются из атмосферы атмосферными осадками.

Теоретически техногенные аномалии должны представлять собой систему концентрических окружностей, в которых от центра (источника загрязнения) к периферии убывает концентрация рассеивающегося элемента. В реальных условиях под влиянием преобладающих ветров и режима атмосферных осадков концентричность нарушается, ширина зоны сильно меняется. Движение воздушных масс, переносящих аэрозоли, корректируется рельефом. В силу этого техногенные аномалии тяжелых металлов могут быть вытянутыми и иметь неправильные очертания.

Конфигурация аномалий еще более усложняется соотношением техногенных поступлений с природными концентрациями одних и тех же элементов. Как показано в главах I–III, в горных породах, почвах и растениях природные концентрации сильно колеблются. Поэтому причина аномалии не всегда может быть решена однозначно.

В качестве примера рассмотрим геохимические аномалии тяжелых металлов на восточном побережье залива Спенсера, Южная Австралия (рис. 28). Район расположен на прибрежной равнине и остаточном денудационном плато, возвышающемся на 600 м над уровнем моря. Равнина сложена молодыми наносами, в строении плато принимают участие протерозойские кристаллические породы. Плато, вытянутое в виде кряжа в меридиональном направлении, задерживает атмосферные осадки, поступающие с залива. В результате этого на плато выпадает 500–600 мм, а на равнине всего 300–450 мм осадков в год. На равнине распространены суглинистые красно-бурые почвы с рН = 7–8, на плато – каменистые, переполненные обломками коренных кристаллических пород с нейтральной реакцией (рН = 6,0–7,0). Плато, покрытое девственной растительностью, включено в категорию национальных парков.

Рис. 28. Расположение свинцовоплавильного завода и распределение атмосферных осадков в районе Порт-Пири (по Б. Картрайту и др., 1977)

На берегу залива в Порт-Пири с 1889 г. действует плавильный завод, который произвел к 1975 г. 9600000 т свинца, 215000 т цинка, 177000 т меди и 1445 т кадмия. Руды завозятся из месторождения Брокен-Хилл, расположенного в 350 км. Завод является единственным в районе индустриальным предприятием и источником загрязнения.

Группа австралийских геохимиков (Б. Картрайт и др., 1977) изучила содержание металлов в почвенном покрове и установила, что весь район загрязнен ими, причем выделяются две четких геохимических аномалии. Одна из них окружает плавильный завод, другая приурочена к остаточному плато. Техногенное происхождение свинцовых аномалий не вызывает сомнений. В породах, слагающих равнину и плато, концентрация металла не превышает 25–10^-4%, а в пределах аномалии – больше 50–10^-4% (рис. 29, а), Аномалия вокруг завода образована осаждением из атмосферы продуктов выброса из труб завода и вытянута на юго-восток под воздействием преобладающих ветров. Аномалия свинца, приуроченная к остаточному плато, по-видимому, обусловлена выпадением обильных атмосферных осадков, которые вымывают значительную часть водорастворимых форм свинца из атмосферы.

Рис. 29. Геохимические аномалии свинца (а) и цинка (б) в районе Порт-Пири

(по Б. Картрайту и др., 1977)

Более сложная картина с распределением цинка (рис. 29, б). Его повышенная концентрация в почве вокруг завода, так же как свинца, имеет техногенное происхождение. Более слабая аномалия цинка на плато может быть обусловлена иной причиной. В кристаллических сланцах, слагающих плато, содержание этого металла составляет от 63 до 160-10^-4%. В почвах на молодых наносах, покрывающих равнину, концентрация цинка равна 16–10^-4%. Следовательно, аномалия, оконтуренная изолинией 20–10^-4%, в равной мере может быть обусловлена как техногенным загрязнением, так и природной высокой концентрацией в горных породах.

Рассеяние металлов осуществляется не только металлургическими и металлообрабатывающими заводами, но также другими промышленными предприятиями. Так как сырье для изготовления фосфорных удобрений содержит примесь меди, цинка, свинца и других элементов, то они рассеиваются вокруг соответствующих заводов. Вокруг цементных заводов образуются аномалии свинца. Хлор-щелочное производство в США сопровождается рассеянием ртути. Крупные тепловые электростанции создают ореолы рассеяния в 10–20 км в поперечнике. Любой, даже небольшой, город служит источником рассеяния металлов. Влияние небольшого города отражается на содержании рассеянных элементов в растительности до 2–3 км.

Своеобразные техногенные аномалии свинца образуются вдоль автомагистралей. Тетраалкилы свинца добавляются в бензин в качестве антидетонационного средства для повышения КПД двигателей внутреннего сгорания. С выхлопными газами свинец выносится в форме мелких твердых частиц оксидов, хлоридов, фторидов, нитратов, сульфатов и др. Примерно 20 % частиц размером больше 0,005 мм. Они оседают в непосредственной близости к дороге. Более мелкие частицы, содержащие около 60 % выбросов свинца, оседают не так быстро и в пределах относительно широкой полосы. Остальные 20 % захватываются воздушными массами и могут переноситься на более или менее значительные расстояния.

Концентрация металла в почве зависит от интенсивности движения автотранспорта. Ширина придорожных аномалий в почве сильно варьирует в зависимости от местных условий. До принятия законов о регулировании добавок свинца в бензин в странах Западной Европы концентрация свинца в травах, растущих в зоне загрязнения автомагистралей, составляла 40–50 мкг/г. Наиболее сильно загрязнена растительность на расстоянии до 5—10 м от края дороги и растительность газонов, разделяющих полосы движения на шоссе. Зона более низких концентраций распространяется до 50—100 м от края шоссе, хотя известны случаи и более широких аномалий. На расстоянии 200–300 м содержание свинца, как правило, снижается до уровня местного фона. Имеющиеся данные позволяют заключить, что ширина аномалий в растительности колеблется сильнее, чем в почвенном покрове.

При изучении концентрации свинца в древесных посадках вдоль дорог установлено, что максимум загрязнения приходится на интервал 1–2 м над уровнем земли, а выше начинает быстро уменьшаться. Таким образом, автотранспортные геохимические аномалии свинца имеют сильно вытянутую и уплощенную форму, ограниченную эллипсоидальной поверхностью шириной 100–200 м и высотой не более 5–8 м.

Характерная особенность техногенных придорожных геохимических аномалий – динамичность и непостоянство их параметров. В значительной мере это связано с тем, что в образовании этих аномалий важную роль играет атмосферная миграция. В случае смены сухой и дождливой погоды и изменения направления ветра конфигурация аномалии в разное время года может быть неодинаковой. В частности, концентрация свинца на поверхности почвы в условиях интенсивного придорожного загрязнения возрастает от весны к осени. То же самое происходит в растениях на протяжении вегетационного периода. Нарастание концентрации металла в почве и растениях, по-видимому, обусловлено постепенной аккумуляцией высокодисперсных частиц, выбрасываемых с выхлопными газами автомобилей. Под влиянием ветра распределение свинца в растениях по обе стороны шоссе часто несимметричное.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что металлы-загрязнители распределяются в географической оболочке очень неравномерно. Большая их часть выбрасывается в воздух и осаждается вблизи источников загрязнения. Особая роль в геохимии загрязнения принадлежит почвенному покрову. Аккумуляция металлов, мышьяка, сурьмы, селена в самом поверхностном горизонте почвы – характерная особенность техногенного загрязнения. Это обусловлено не только осаждением нерастворимых пылевых частиц на поверхность, но также прочным связыванием водорастворимых соединений с органическими веществами и высокодисперсными минералами почвы. Фиксация техногенно рассеянных металлов настолько прочна, что в почвах старых металлургических районов скандинавских стран и Урала, где давно прекратилась выплавка руд, высокое содержание тяжелых металлов и мышьяка сохраняется до сих пор. Таким образом, почва выступает как активный геохимический экран, задерживающий значительную часть элементов-загрязнителей, лишь небольшая часть которых удаляется с поверхностным и грунтовым стоком за пределы загрязненной территории.

Города как геохимические аномалии. Самая многочисленная группа антропогенных геохимических аномалий тяжелых металлов связана с возникновением городов. Каждый город представляет собой небольшой, но полностью антропогенно преобразованный участок биосферы. Городские грунты, почвы и растительность искусственно скомбинированы людьми. Вода находится в закрытой сети водопроводных труб, поступая в которые она получает не свойственные исходному природному ландшафту макро-и микропримеси. В городах в той или иной степени аккумулируются все химические элементы, используемые современной техноцивилизацией, в первую очередь – металлы. При этом процесс урбанизации сопровождается не только неуклонным обогащением исходного ландшафта продуктами технологических и бытовых отходов, но и образованием новых, характерных для этого процесса соединений, форм нахождения и парагенетических ассоциаций металлов.

Не менее сильно изменен состав атмосферы городов, куда поступает основная часть промышленных и строительных выбросов. В качестве показателя, характеризующего интенсивность загрязнения воздушной среды городов может быть использован коэффициент эмиссионной нагрузки, Е, предложенный Н.С. Касимовым и А.И. Перельманом (1991):

где Р – масса выбросов, т/год; N – число жителей, тыс. чел.

Используется также показатель пылевой нагрузки, измеряемый в кг/км[9]9
  – поступление с пылью, содержащей элементы на уровне геохимического фона


[Закрыть]-сут. По данным указанных авторов для большей части городов России этот коэффициент составляет 0,1–0,2 т на человека в год, возрастая до 0,3–0,7 т/год в городах с химической и нефтехимической промышленностью, как например, Омск, Тольятти, Уфа, Ярославль, и тяжелым машиностроением (Челябинск, Тула), а в городах с черной и цветной металлургией и тяжелым машиностроением достигает 1–3 (в Липецке, Нижнем Тагиле, Ангарске) и даже превышает 2 т/год на человека как в Череповце и Магнитогорске.

Наряду с отмеченными различиями геохимия окружающей среды городов имеет общие черты. Проиллюстрируем сказанное на примере урбаногенной геохимии тяжелых металлов. Известно, что для пыли предприятий разных типов промышленности характерны определенные парагенетические ассоциации металлов. Для твердых отходов черной металлургии типична ассоциация Mn-Cr-V, а цветной металлургии Zn-Pb-Cu-Cr-Ni-Co. Для пылей предприятий металлообрабатывающих предприятий характерна ассоциация W-Mo-Mn-Cr-Ni-Co-Cu, химической промышленности Cd-Zn-Co-Mn-As-Cr. В золе теплоэлектростанций имеется широкий набор рассеянных тяжелых металлов, содержащихся на уровне геохимического фона, а строительная пыль со значительной долей цемента отличается повышенным содержанием стронция. В городской пыли все перечисленные особенности интегрируются и отчасти сглаживаются в результате поступления значительного количества продуктов развевания местных почв.

На графике, характеризующем поступление рассеянных химических элементов с городской пылью (рис. 30), показано, что определяющий вклад в состав пыли внесли деятельность теплоэлектростанций и строительные работы при значительной доли выбросов предприятий металлообрабатывающей промышленности. Таким образом становление любого города и его дальнейшая история сопровождается аккумуляцией рассеянных тяжелых металлов, большая часть массы которых связаны с твердыми высокодисперсными частицами. Эти частицы многократно захватываются ветром, при этом перемешиваются с такими же по размерам частицами местных почв и грунтов, в результате чего происходит гомогенизация городской пыли и ее состава с одновременно происходящим поступлением техногенных рассеянных металлов.

Рис. 30. Поступление рассеянных элементов с городской пылью

(по Б.А. Ревичу и др., 1990):

1 – поступление с пылью с аномальным содержанием элементов; 2 – поступление с пылью, содержащей элементы на уровне геохимического фона

Геохимическая динамика тяжелых металлов на урбанизированных территориях дополнительно осложняется еще одним обстоятельством, типичном исключительно для городов. Поверхность городских почв почти полностью покрыта асфальтовым покрытием, нарушающим свободный газообмен в системе почва – приземный слой атмосферы и тем самым способствующим дефициту кислорода в почвах и грунтах. В такой обстановке развивается анаэробная микробиологическая деятельность, сопровождаемая продуцированием специфических легко возгоняемых углеводородов, способных образовывать комплексные соединения с рассеянными тяжелыми металлами. Указанные соединения диффундируют в атмосферу, вступают во взаимодействие с ядрами аэрозолей и фиксируются на них.

Геохимические аномалии городов имеют сложную структуру, в которой на общем урбаногенном фоне выделяются отдельные более интенсивные аномалии, связанные с деятельностью определенных производственных предприятий и с крупными транспортными артериями. В качестве примера может служить структура урбаногенной аномалии одного из городов Украины – Мелитополя, изученной Т.А. Алексеевой. На основании данных о содержании цинка в почвенном покрове и коре деревьев можно считать, что на всей территории города урбаногенный фон в 1,5 раза превышает уровень местного природного геохимического фона. На урбаногенном аномальном фоне выделяются отдельные участки с более высокой концентрацией цинка, обусловленной производственной деятельностью машиностроительных предприятий и тепловой станции. В центре города, где сосредоточена значительная часть промышленных предприятий, локальные аномалии соединяются в более крупную, где концентрация цинка в 2 раза и более превышает уровень урбаногенного фона (рис. 31).

Рис. 31. Распределение содержания цинка в почве (в) и коре деревьев (б) на территории г. Мелитополя

(по данным Т.А. Алексеевой, 1996): диапазоны содержания цинка относительно местного геохимического фона 7 – > 30; 2-от 10 до 30; 3-от 3 до 10; 4-от 1,5 до 3; 5-< 1,51 – > 30

Итак, современные мегаполисы и индустриальные урбанизированные агломерации представляют собой огромные антропогенные геохимические и биогеохимические аномалии. Парадоксальность ситуации заключается в том, что абсолютная и относительная численность городского населения неуклонно возрастает, в то время как эмиссия всех видов отходов индустриальной цивилизации наиболее интенсивно происходит именно в городах. Геохимически аномальная окружающая среда не только отражается на состоянии здоровья населения в настоящем, но будет иметь непредсказуемые последствия для последующих поколений.