Практическое значение биогеохимии
По причине того, что основные виды производственной деятельности людей – сельское хозяйство и промышленность – осуществляются на суше, направленность практического использования биогеохимии также связана с изучением процессов, протекающих в пределах Мировой суши. До последних лет основное практическое применение биогеохимии было связано с деятельностью геологической службы, с так называемым биогеохимическим методом поисков месторождений полезных ископаемых. Сущность этого метода заключается в выявлении участков повышенных концентраций рудообразующих элементов в растениях, продуктах их отмирания и метаболизма. Участки повышенных концентраций металлов в растениях и верхнем горизонте почвы – биогеохимические аномалии – дают основание предполагать наличие на глубине залежей руд, не выходящих на поверхность. В этом случае биогеохимические аномалии могут рассматриваться как ореолы рассеяния рудных аккумуляций. Они образуются в результате вовлечения металлов в биологический круговорот и накопления их в растительности и почве. Применение биогеохимического метода поисков месторождений полезных ископаемых в труднопроходимых лесных районах или на территориях, перекрытых рыхлыми аллохтонными отложениями, облегчает обнаружение месторождений и способствует удешевлению комплекса геолого-поисковых работ.
Опыт применения биогеохимического метода в нашей стране обобщен в трудах А.П. Виноградова (1954), Д.П. Малюги (1963), А.Л. Ковалевского (1984).
Биогеохимические исследования сыграли важную роль в открытии многих месторождений руд цветных и редких металлов, сырья для атомной промышленности и других полезных ископаемых. В настоящее время биогеохимический метод значительно усовершенствован, имеются его различные варианты, разработанные с учетом достижений биогеохимии и современных технических возможностей.
Второе направление биогеохимии, важное в практическом отношении, заключается в изучении влияния содержания химических элементов в окружающей среде на организмы животных и человека. Подчеркнем, что речь идет о концентрации химических элементов, обусловленной исключительно природными факторами. В отдельных районах геохимические отклонения настолько велики, что вызывают ответные, часто патологические реакции организмов. Такие районы получили название биогеохимических провинций (Виноградов А.П., 1962).
В.В. Ковальский и его сотрудники (1974) обнаружили связь между продуктивностью сельскохозяйственного скота и избытком и недостатком бора, кобальта, меди, молибдена, селена. Аналогичные исследования в 1973 г. были выполнены в Англии и Ирландии под руководством Дж. Уэбба (1964, 1966), в США – Р. Ибинсом и др.
В некоторых местах установлено влияние содержания микроэлементов в питьевой воде и местных продуктах на здоровье человека. Одним из первых за рубежом к этой проблеме привлек внимание канадский биогеохимик Х. Уоррен (1961). Помимо широко известных примеров заболевания щитовидной железы от недостатка иода необходимо отметить интересное исследование о связи содержания микроэлементов в почвах и растениях с сердечнососудистыми заболеваниями в Джорджии (США), проведенное X. Шаклеттом (1970). Финский геохимик М. Сальми (1963) обнаружил связь между содержанием свинца в горных породах и заболеванием рассеянным склерозом. Для организации методико-гигиенических мероприятий была разработана методика картографирования природных геохимических условий (Добровольский В.В., 1967).
Во второй половине прошлого столетия было развернуто изучение микроэлементов в связи с проблемами сельского хозяйства и медицины. Одним из инициаторов этих исследований стал крупный отечественный почвовед В.А. Ковда. В нашей стране начиная с 1950 г. систематически проводились научные конференции по проблемам микроэлементов: в Москве (1950), Баку (1954), Риге (1958), Киеве (1962), Улан-Удэ (1966), Ленинграде (1970), Риге (1975), Ивано-Франковске (1978), Кишиневе (1981), Чебоксарах (1986) и Самарканде (1990). Биогеохимики принимали активное участие в этой деятельности. Информация о результатах изучения биогеохимии микроэлементов в разных научных центрах публиковалась в ежегодных сборниках в форме систематических обзоров. Наиболее значительны достижения в изучении микроэлементов в системе почва – растения. Под руководством В.А. Ковды и Н.Г. Зырина впервые были составлены карты содержания бора, марганца, цинка, меди и молибдена в почвах на обширной территории Восточно-Европейской равнины.
Рассмотренные выше направления существуют длительное время и стали традиционными в биогеохимии. Третье направление начало складываться в конце 1960-х – начале 1970-х гг. и окончательно определилось в 1972 г. после Стокгольмской конференции ООН, посвященной проблемам состояния и охраны окружающей среды.
Мировое сообщество серьезно озабочено тем, что производственная деятельность достигла опасного уровня и стала отрицательно сказываться на состоянии природы. Предпринимаются усилия по координации исследований в области изучения содержания и распределения опасных загрязнителей и разработке национальных и международных программ, направленных на организацию контроля за загрязнением окружающей среды, изучением закономерностей, поддерживающих нормальное состояние биосферы. Были созданы программы ООН по окружающей среде (UNEP – United Nation Environment Programme), глобального мониторинга (GEMS – Global Environmental Monitoring System), «Человек и биосфера» (МАВ – Man and the Biosphere), «Глобальные изменения» (Global Changes). Программы курируют ЮНЕСКО и Научный комитет по проблемам окружающей среды Международного союза научных обществ (SCOPE – Scientific Committee on Problems of the Environment).
Биогеохимия, предметом изучения которой служат процессы миграции и массообмена химических элементов, связывающих в единое целое окружающую среду и живые организмы, может стать теоретической основой для комплексных биосферных исследований и осуществления упомянутых выше программ. Биогеохимики принимают самое активное участие в изучении современного геохимического состояния природных систем и их трансформации под воздействием хозяйственной деятельности человечества.
На Стокгольмской конференции ООН среди приоритетных загрязнителей были названы тяжелые металлы. Их воздействие на живые организмы привлекло пристальное внимание ученых. Результаты исследований в этой области были рассмотрены на серии конференций, посвященных проблеме «Тяжелые металлы в окружающей среде» («Heavy metals in the Environment»). Первая конференция была проведена в Торонто (Канада) в 1975 г., затем в Амстердаме (Нидерланды) в 1991 г., в Гейдельберге (Германия) в 1983 г. и в Афинах (Греция) в 1985 г.
По инициативе Доми С. Адриано, руководителя отдела биогеохимической экологии Саванахской экологической лаборатории США, были предприняты усилия по консолидации исследований в области биогеохимии рассеянных элементов на международном уровне в форме регулярных международных конференций: International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements – ICOBTE. Первая конференция ICOBTE состоялась в г. Орландо (США) в 1990 г., вторая – в Тайбее (Тайвань) в 1994 г., третья – в Париже (Франция) в 1995 г., четвертая – в г. Беркли (США) в 1997 г., пятая – в Вене (Австрия) в 1999 г., шестая – в г. Гуэлф (Канада) в 2001 г., седьмая предполагается в г. Упсала (Швеция) в 2003 г.