Геохимический круговорот веществ

Вещество литосферы мигрирует в виде растворов, а также в виде геохимически пассивных твердых продуктов денудации - обломочного материала, перемещающегося под действием силы тяжести - осыпи, оползни, с текущей водой - влекомые и взвешенные наносы, их особенно много в горных реках, в виде селей - грязекаменных потоков, с воздушными потоками - в виде пыли.

Величина твердого стока с водными потоками, или смыв, зависит от интенсивности поверхностного стока и от наличия растительности. Он особенно велик в лесостепной и степной зоне из-за сильной распашки. Так, за год в тайге он не превышает 5 - 10 т/км², а в лесостепи доходит до 150 т/км² вследствие сильной водной эрозии. Со стоком взвешенных наносов суша ежегодно теряет около 25 млрд. т вещества или слой около 0,07 мм.

Во многих районах значителен перенос твердого материала - пыли воздушными потоками (дефляция), интенсивность которой зависит от скорости воздушных масс, длительности ветров и, что очень важно, от защищенности поверхности растительным покровом. Одна пыльная буря в Казахстане выносит из распаханных почв от 10 до 100 т/км², с песчаных пустынь - 5 - 10 т/км², с поверхности солончаков - до 1000 т/км². Ветровая эрозия наряду с водной - очень опасные природные процессы, которые часто и на больших площадях провоцируются человеком, что приносит большой вред, прежде всего из-за разрушения почвы, главного национального богатства каждой страны, а также выводит из строя мелкую речную сеть, приводит к иссушению территории.

Воздушные потоки переносят не только химически инертную пыль, но и кристаллики солей, которые растворяются в атмосферной влаге, аэрозоли, молекулы и ионы. Поэтому в засушливых районах одной из причин засоления земель является принос солей ветром (импульверизация солей), которая может достигать 20…30 т/км² в год. Воздушные массы интенсивно распространяют на большие территории загрязняющие вещества, выбрасываемые в

атмосферу промышленными объектами. Одним из следствий этого являются кислотные дожди, т.е. появление в дождевых водах серной и соляной кислот, образующихся в атмосфере при сжигания топлива, богатого серой и другими веществами.

Помимо дефляции твердое вещество поступает в воздух в результате вулканической деятельности. Вулканический пепел после сильных извержений оказывает даже глобальный эффект. Из-за сильной запыленности воздуха меняется тепловой баланс атмосферы.

- 32 -

Геохимический круговорот растворенных в воде веществ тесно связан с влагооборотом. Масса растворенных веществ, выносимый мировым речным стоком, находится в пределах 2,5…5,5 млрд. т. По М.И. Львовичу, средний глобальный вынос реками составляет 20,7 тонн с одного км² в год, что при средней плотности растворимых горных пород около 2,5 т/м³ дает годовой слой вымыва (химическая денудация) 0,008 мм. Из-за более высокой минерализации подземных вод круговорот растворенных веществ в них также значителен. Особенностью этого круговорота является гораздо меньшая скорость движения подземных вод, измеряемая миллиметрами реже сантиметрами в сутки, тогда как скорость поверхностных потоков - порядка десятков сантиметров в секунду, т.е. в сто тысяч раз больше. Другой особенностью транспорта растворимых веществ подземными водами - это диффузия веществ, попутное растворение веществ, их переход в твердую фазу (кристаллизация) или сорбция твердой фазой грунта.

В подземных водах растворено очень много веществ, которые в повышенном количестве опасны для биоты. Вместе с тем сильная замедленность этого круговорота, наличие застойных бассейнов подземных вод - это благо для природы, которая тем самым исключает из интенсивного круговорота эти вещества, “захоранивает” их. Поэтому антропогенная интенсификация круговорота подземных вод путем их откачки или, наоборот, пополнения часто дает негативный экологический эффект - засоляются почвы, ухудшается качество речных вод.

В почвенных и подземных водах имеется большой набор растворенных веществ: биогенов, т.е. используемых растениями как элементы минерального питания (азот, фосфор, калий), токсичных для растений ионов (натрия, хлора, магния, гидрокарбонат-ион, сульфат-ион), ионов тяжелых металлов, радиоактивных веществ и многих других. Следует отметить, что практически все вещества нужны для растений, порог их токсичности зависит от их концентрации в растворах, некоторые вещества в избыточных количествах неблагоприятно влияют на свойства почвы. Повышенная концентрация веществ негативно сказывается на искусственных элементах, внедренных человеком в геосистему: коррозия трубопроводов, разрушение фундаментов. При мелиорации земель возникают проблемы засоления почв токсичными ионами, находящимися в больших количествах – натрия, хлора, магния, сульфат-ионов, гидрокарбонат-ионов, при утилизации сточных вод на полях орошения есть

угроза загрязнения почв, растений, подземных и поверхностных вод соединениями азота (нитратами и аммонием), вблизи промышленных районов наблюдается загрязнение компонентов геосистем тяжелыми металлами, содержание которых хотя сравнительно невелико, но они очень токсичны для биоты. Передвижение этих веществ в почве и в подземных водах подчиняется общим законам, но имеется некоторая специфика, связанная с их токсичностью, взаимодействием с твердой фазой и биотой, трансформацией этих веществ. Отметим, что, так как главным носителем токсичных веществ в почве и в грунтах

- 33 -

являются почвенные или подземные воды, то достоверное описание их поведения невозможно без аккуратного расчета количества воды в этих средах и скорости ее передвижения.