На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаОхрана труда в химической промышленности → Вопросы охраны труда и промышленной экологии в химической промышленности

Естественные биогеохимические циклы и их техногенные изменения

Цикличность космических процессов (вращение звезд, Солнца и др.) обусловливает цикличность ряда процессов, протекающих на Земле. Один из таких процессов известен как биогеохимический цикл (круговорот) элементов (БГХЦ), входящих в состав биосферы.


Такой цикл включает движение химических элементов, в том числе основных элементов, формирующих живое вещество планеты, из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. В каждом цикле (круговороте) выделяют две части, называемые "фондами":


1) резервный фонд - большая масса медленно движущихся веществ, преимущественно компоненты небиологического происхождения;


2) подвижный, или обменный фонд - меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен веществ между организмами и их непосредственным окружением.


Если использовать временную характеристику биогеохимических циклов, то следует говорить о долговременных и кратковременных циклах. Для биосферы в целом БГХЦ подразделяется на круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.


В биогенном цикле можно выделить отдельные составляющие, или циклы: геологические, геохимические, биологические, биохимические и т.д.


Геологические циклы являются главными двигателями развития Земли и отражают совокупность (эндогенных -внутренних и экзогенных - поверхностных) геологических процессов в земной коре, обусловливающих образование, преобразование и перемещение в них вещества и энергии, формирование различных генетических типов пород, их распределение и формы залегания, и т. д.


Геологические циклы состоят из ряда субциклов, важнейшими из которых являются: петрологические (определяющие породообразование), тектонические (объясняющие последовательность процессов превращения океанической земной коры в континентальную), гидрологические (учитывающие водные объекты), геохимические (характеризующие состав и миграцию химических элементов), геоморфологические (отображающие особенности изменения рельефа) и пр.


В результате геологических циклов осуществляется круговорот веществ на планете. Выветриваясь и разрушаясь, горные породы сносятся с поверхности суши в прилегающие моря и океаны со скоростью около 1,5 м в 1000 лет. Экзогенный (поверхностный) круговорот веществ является очень мощным, так как он осуществляется под воздействием солнечной энергии, гравитации, а также биологических процессов.


Если анализировать биогеохимические циклы, в них можно выделить так называемые элементарные потоки. Примерами элементарных потоков могут быть: круговороты воды, углерода, азота, других химических элементов в пределах одного или между несколькими пространственными элементами экосферы; для биосферы - циклы синтеза, разрушения, углефикации и консервации органического вещества, жизненные циклы; газообмен между различными геосферами Земли; товарные потоки каких-то определенных предметов или материальные потоки в техносфере.


Представление В.И.Вернадского о биогеохимических циклах как основе организованности биосферы в настоящее время углублено и расширено до представления о технобиогеохимических циклах (ТБГХЦ) как основе организованности экосферы и антропосферы в целом.


Вовлечение того или иного химического элемента в ТБГХ-потоки определяется рядом факторов, в том числе химическими свойствами элементов, в частности степенью растворимости образуемых ими соединений.


Масса химических элементов, включенная в ТБГХЦ, приведена в табл. 3.1.


Таблица 3.1. Масса химических элементов, ежегодно вовлекаемая в основные технобиогеохимические потоки суши экосферы Земли

Общая масса элемента, т/год

Речной сток

Биологическая продукция

Мировая добыча

Сжигание горючих ископаемых

n*10 11

О

n*10 10

С, N, Н

О

n*10 9

Са, К, Si

С

С

n*10 8

С, Са, Mg, Na, S

P, Mg, Na, Al, S

Al, О, Н

n*107

К, N, Fe

Cl, Mn, Sr

К, Na, S, О

Fе, Са, S, N

n*106

Sr, Al, Ba

Zn, Ti, B, Cr,

Cu, Br

О, CI, P, Cu,

Zn, Mn, Pb, F,

А1, Cr, Ba, Mg

К, Sr, Ti, Na,

Mg, Ba

n*105

Zn, Вг, В, P,

Ti, Mn, Ni,

Cu, As, Zr

Ni, J, Ba, Ge,

V, Ga, Rb,

Mo, Co

Ti, Ni, B, Sn,

Br

P, Hg, Cr, Cu,

Zn, Mo, Li, B,

Co, Ba, Ge, Be, U, Pb, La, Zr, As, Mn, V, Rb

n*104

Y, Pb, Li, Co,

Cr, Mo, U, Rb

Rb, Li, Pb, F,

Zr, Sn, Y, Cs, Sc, Be

Hg, As, Co,

Mo, U, Ag, Cd, Sb, W

Pb, J, Y, Ga, Sc,

Bi, W, Hg

n*10 3

Ag, Са, V

Ag, Ли, U, 111, Ni, As

Li, V, Se, J, Ag, Zr, Bi, Au, Be, Sr, Nb

Ag, Cd

n*10 2

Th

Ge

Au

n*10

Cd

Y, Cs, Ga, In, Th

n

Hg

Живые организмы являются в целом очень мощным регулятором потоков вещества на земной поверхности, избирательно удерживая те или иные элементы в биологическом круговороте. Ежегодно в биологический круговорот вовлекается азота в 6...20 раз, фосфора в 3...30 раз больше, чем в геологический, в то же время серы, наоборот, в геологический цикл вовлекается в 2...4 раза больше, чем в биологический.


Судьба того или иного элемента в конкретных экосистемах определяется в конечном счете комплексом параметров, зависящих от химических свойств элемента, его земного кларка (среднего содержания химического элемента в земной коре), роли элемента в ТБГХ-процессах в экосфере (биофильности - необходимости участия этих элементов в построении живой материи, технофильности - включения элементов в производственные процессы, геохимической активности), соотношения биологического, техногенного и геологического циклов этого элемента. Баланс элемента в экосистеме может быть как положительным (прогрессивная аккумуляция), гак и отрицательным (прогрессивное рассеяние).


Цикл свинца в окружающей среде представлен на рис. 3.11.


Технобиогеохимический цикл свинца в окружающей среде

Рис. 3.11. Технобиогеохимический цикл свинца в окружающей среде:
1 - загрязнение воды в трубах, изготовленных из свинца; 2 - употребление людьми загрязненной питьевой воды; 3 - проникновение синица в воду в результате атмосферных процессов; 4 - горнодобывающие процессы; 5 - производство чушкового свинца; 6 - поглощение свинца корневой системой растений; 7 - загрязнение воздуха в процессе выплавки свинца; 8 - употребление в пищу растений, содержащих свинец; 9 - осаждение свинца из воздуха; 10 - загрязнение воздуха свинцом в процессе работы автомобильных двигателей; 11- употребление животными в пищу загрязненной растительности; 12 - животные, употребляемые в пищу человеком; 13 - поглощение детьми свинца, содержащегося в красках; 14 - попадание свинцовой глазури в пищевые продукты


ТБГХ-потоки, формирующие структуру экосферы, приводят к существенному перераспределению вещества на земной поверхности, создают дифференциацию пространственных элементов экосферы.


В этом глобальном миграционном процессе возникают зоны концентрации тех или иных веществ и, наоборот, зоны обеднения - различные геохимические провинции.


Скорость движения веществ, их подвижность в общем ТБГХ-потоке зависит как от свойств самих веществ, так и от свойств среды потока, т. е. от его термодинамических и физико-химических характеристик на всем пути потока. Первые приводят к образованию участков с резким изменением условий миграции, уменьшению подвижности веществ и элементов и их накоплению на этих участках. Такие аномалии называются геохимическими барьерами.