Геохимия ноосферы

сфера разума; сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой

разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития.
По определению Л.Н. Овчинникова (1990), - это зона взаимодействия человека с природой, включающая в себя биосферу и охватывающая доступные части литосферы, гидросферы и атмосферы + доступные части космоса.

который трактовал ее как «мыслящую» оболочку, формирующуюся человеческим сознанием. Э.

Леруа подчёркивал, что пришёл к этой идее совместно со своим другом — крупнейшим геологом и палеонтологом-эволюционистом и католическим философом Пьером Тейяром де Шарденом. При этом Леруа и Шарден основывались на лекциях по геохимии, которые в 1922/1923 годах читал в Сорбонне Владимир Иванович Вернадский (1863—1945).
По определению А.И. Перельмана:
«Ноосфера – это часть нашей планеты, охваченная техногенезом»

это геохимическая деятельность человечества».
Техногенез становится ведущим геологическим (геохимическим) процессом.
Главную

роль в ноосфере играет техногенная миграция элементов.
Выделяют техногей, техноцен (технозойский этап) – это этап геологической истории, начавшийся около 8000 лет назад
(3убаков В.А. Техногей и плейстоцен // Периодизация и геохронология плейстоцена. – М., 1970. – С. 10-14.)
Техноцен (техногей) – время, связанное с производственной деятельностью человека (Ганелин, Зубаков, 1977).

Земли.
Основные тенденции развития современного горного производства:
Увеличение спроса на минеральное сырье
Возрастание

масштабов добычи сырья
Истощение ресурсов. Ухудшение качества сырья
Увеличение количества отходов
Ухудшение экономических показателей добычи и переработки сырья
Возрастание мощности добывающих предприятий
Увеличение мощности добывающей техники
Возрастание степени воздействия на окружающую среду

добывается более 100 млрд.т минерального сырья
В год перемещается более 100

км3 горных пород, что соизмеримо с денудационной деятельностью рек.
Мощность производства удваивается каждые 14-15 лет

химических элементов.
Процессы техногенной миграции (по А.И. Перельману):
I группа – унаследованные

от биосферы (биологический круговорот, рассеяние элементов при отработке месторождений, распыление вещества и др.)
II группа – чуждые биосфере (не существовавшие ранее). Они находятся в противоречии с природными процессами. Для ноосферы характерно самородное и концентрированное состояние многих химических элементов и металлов.
Например, Fe, Ni, Cr, V и др. Это не соответствует физико-химическим условиям лито-, атмо-, гидро- и биосферы.
Человечество тратит много энергии, чтобы получать и содержать эти элементы в самородном состоянии.

существовавшие и обладающие свойствами, не известными у природных материалов (полимеры

(полимерный бронежилет – 4кг, наноткани, нанотрубки), пластмассы и др.)
В некоторых процессах мы приближается к нулевой точке рождения вселенной (термоядерные реакции, адронный коллайдер).
Для характеристики этих процессов необходимы новые понятия и новые методы

кларку и зависит от:
- Свойств химических элементов (Au, Pb,

РЗЭ, Al, Ti)
Простоты технологии получения (Au, Cu, Pb, Sn, Zn, Hg → Fe →Ti, Al→РЗЭ, Sc
Способности к образованию высоких концентраций (МПИ). Sc, Rb, Cs – рассеянные элементы, используются слабо. Au, Hg – низкокларковые, а используются с древности.
Кларка в земной коре (чем выше кларк, тем больше химического элемента добывается или может быть добыто)

динамична.
Самый технофильный элемент ??
Т? – 1,1*1011
Наименее технофильны Y, Ga, Cs,

Th, Sc. Но учитывая их кларки, можно прогнозировать рост.
А.Е. Ферсман: «Природа подсказывает, что культура и промышленность должны строиться на элементах, наиболее распространенных в земной коре»

по своему масштабу делается соизмеримой с другими природными процессами

в земной коре.
2. Деятельность эта в основе металлургических и химических процессов направлена в значительной части к накоплению веществ с большими запасами энергии, чем природные тела.
3. Создавая, таким образом, малоустойчивые системы, человек направляет свою деятельность против естественно идущих геохимических реакций с которыми она неизбежно вступает в конфликт.
4. Геохимия деятельности человека подчиняется законам Кларка, с одной стороны, и периодическому закону Менделеева - с другой.
5. Человек постепенно втягивает в обиход промышленности все без исключения элементы земной коры.
6. Геохимическая деятельность человечества не ограничивается промышленной переработкой самих элементов земной коры, она в не меньшей степени, хотя и косвенно, перемещает их своей инженерной, культурной и общехозяйственной жизнью, подчиняя себе, таким образом, силы природы.
7. Сама деятельность человека регулируется геохимическими законами природы и, в свою очередь, оказывает воздействие на последнюю.

С, Н, S в СО2, Н2О, SO3.
2.Выплавка из окисленных и

сернистых соединений металлов (Fе, Сu, Al, Zn, Pb и др.).
3.Перемещение и создание устойчивых строительных или дорожных материалов.
4.Промышленное использование редких и дисперсных элементов.
5.Химическая переработка природных солей (растворимых, с большими кларками).
Ход первых реакций идёт в сторону обычных процессов природы - уменьшения свободной энергии и образования соединений весьма устойчивых, с освобождением при этом большого количества тепловой, световой и химической энергии.
Им противоположен, с энергетической точки зрения, второй процесс, который ведёт к образованию неустойчивых, но очень важных по своим свойствам металлических группировок.
Гораздо интереснее и характернее третий тип процессов, который заключается в стремлении использовать для разных целей вещества, наиболее стойкие химически, термически и механически.
С этим понятием стойкости против плавления, истирания или растворения мы уже встречались при анализе природных геохимических процессов, и поэтому нам совершенно понятно, что наиболее отвечать этой задаче будут сочетания элементов Са, Mg, Fe, О, Si, отчасти S, т.е. элементы чётных, делящихся на 4, лежащих в пиках кривых кларков. Мы приходим, таким образом, к очень интересным выводам: промышленная деятельность человека, в согласии с кривыми Кларков и геохимическими чертами Менделеевской таблицы, использует по преимуществу три группы элементов: 1) металлы металлического поля, 2) устойчивые, термически и механически стойкие элементы обычного поля и 3) подвижные нечётные редкие элементы. Энергетически в области техногенеза мы имеем, таким образом, огромные амплитуды в ходе процессов, но несомненно, что ни в одной системе космоса мы не встречаемся с такими реакциями, которые бы шли столь очевидно вразрез с законом энтропии.

с окружающей средой» - Л.Н.Овчинников, 1990
«Создавая, таким образом, малоустойчивые системы,

человек направляет свою деятельность против естественно идущих геохимических реакций с которыми она неизбежно вступает в конфликт» – А.Е.Ферсман
Загрязнение …. Что это?
«Грязь-химические вещества не на своем месте» – кто-то

– эволюционные (вырубка лесов, деградация почв, ухудшение качества воды в

р. Ангара и др)
Техногенные аномалии:
По масштабам:
- Глобальные (Чернобыль, Фукусима)
- Локальные (Загрязнение реки Ушайка, разлив нефти на месторождении)

5,13∙1015 т.
Гидросфера - 1,4∙1018 т
Живое вещество - 1,0∙1014 т
Осадочные породы

литосферы - 1,7∙1018 т
Сумма 3,9∙1018 т ???

окружающую среду, приводящие к ухудшению ее состояния с точки зрения

социально-экономических интересов общества
Загрязнение — это процесс отрицательного видоизменения окружающей среды — воздуха, воды, почвы — путём её интоксикации веществами, которые угрожают жизни живых организмов.

сплавов (металлургия)
- Транспорт
- Загрязнение бытовыми отходами
Предприятия ЯТЦ
При выплавке 1 млн.

тонн стали в окружающую среду выбрасывается: 100 тыс т пыли, 30 тыс т CO2, 8 тыс т SO2, 3 тыс т NOх, 1 тыс т H2S, 50 т HCN, 40 т HCl, 30 тыс т шламов, 800 тыс т шлаков.
Σ ≈ 1 млн. тонн

As >60%, Hg – 55%, более 30% - Ti, Al,

Sb, Ag, Mo, Pb.
Принципиально важно, что в большинстве случаев металлы и их соединения попадают в ОС в нераспространенных и даже не известных в природе формах и соединениях.
При размерах площади рудных тел и месторождений n*0,1 – n*1 км2, зоны загрязнения вблизи горнодобывающих предприятий имеют размеры n*100 км2, а потоки загрязнения по гидросети прослеживаются на n*10 – n*100 км,

удобрений)
Отходы (стоки животноводческих и птицеводческих хозяйств и др.)
Тепловая энергетика:
Деятельность предприятий

ТЭК, направленная на благо человека, приводит к техногенному воздействию на окружающую природную среду. На его долю приходится около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу и 23% сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты, около 22% образования вредных отходов и до 70% общего объема парниковых газов.
На долю предприятий электроэнергетики приходится в настоящее время 25,3%, нефтедобычи – 10,6%, нефтепереработки – 4,8%, угольной отрасли – около 4%, газовой отрасли – 3,2% от общепромышленных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (в сумме ≈ 48%).

часть топлива

частях Канско – Ачинского бассейна

по отдельным регионам, т/год (по Н.В. Купреевой, 2011)

- Проживало 72,3% населения страны (104917 тыс. чел.).
- Производилось 80%

валового продукта
Поставлялось в ОС 80% загрязняющих веществ

Крупные промышленные города выступают как мощный источник загрязнения ОС.

населением > 500 тыс жителей
>0,3 в городах с преобладанием химической

и нефтехимической промышленности (Омск, Ярославль, Уфа, Тольятти) и тяжелого машиностроения (Челябинск, Тула).
В малых и средних промышленных городах от 0,2-0,3 до 10 (Н. Тагил, Ангарск, Череповец, Магнитогорск, Темиртау, Норильск)
В Москве - 0,12

и площади)
Загрязнение депонирующих (накапливающих) сред (снег, почва)
Геохимическая специализация городов определяется

промышленностью:
Норильск – Cu, Ni, Pb, ЭПГ
Тольятти – Cr, Mo, Ni, Pb, Cu
Братск – Al, F, Zn, Be, Pb, 3,4-бензпирен
Чернобыль – Pu, 137Cs, 90Sr

островные
Котловина, водораздел
Равнинные города – Москва, Новосибирск, Томск
Горно-котловинные и горно-долинные –

Улан-Батор, Тбилиси, Абакан-Черногорск, Горно-Алтайск
Предгорные – Бийск, Алма-Ата
Приморские – Санкт-Петербург, Владивосток, Севастополь

ландшафты с повышенным содержанием химических элементов
Природно-аномальные ландшафты (как правило, это

города, построенные на месторождениях)
Томск - на глинистых сланцах
Новосибирск - на гранитах
Сорск, Норильск – на месторождениях

основу положены два фактора:
техногенный
и
природный.
При этом учитывается параметры техногенной

миграции, характер трансформации и деградации биологического круговорота
(Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафтов. Учебник – М.: Изд-во МГУ, 1999. – 610 с.)

Селитебный (жилой)

4. Селитебно – транспортный
5. Промышленный
Привнос
(эмиссия)
загрязняющих
веществ
Источники

техногенной
эмиссии
загрязняющих
веществ

роль биогенной миграции.
2. Агротехногенный – испытывает двойную нагрузку от загрязняющих

веществ (атмотехногенных и агрогенных – удобрения и ядохимикаты, отходы животноводства)

(о земле в населенных пунктах).
Жилые здания и сооружения служат механическим

барьером на пути воздушных потоков. При этом формируются геохимические аномалии, контрастность которых зависит от высоты и расположения зданий.

Движение  ветрового
 потока через препятствие.
h – высота  препятствия;
v –скорость  ветра

утилизации отходов
4. Водоснабжение
5. Комфортность
6. Специфические заболевания
и др.
Возникает «антропогенный рельеф»:
1

этажный; 2 этажный; 3-4 этажный; 5-10 этажный; >10 (восходящие воздушные потоки)
Жилые здания и коммуникации определяют направление и интенсивность миграции грунтовых вод, иногда и подземных.

движения (переулки, улицы, автострады, вокзалы и т.д.).

сырья, источника энергии и характера отходов.
Выделяют ландшафты:
Заводов, фабрик, рудников по

специализации (Норильский ГМК - Cu, Ni; Приаргунское ПГХО – U; Западно-Сибирский металлургический комбинат - Fe);
Электростанций (тепловых, атомных);
Отвалов;
Свалок;
и т.д.

миграции (pH, Eh)
Представления об автономности и подчиненности ландшафтов
Характер рельефа
Состав почв

и грунтов (механический, физико-химический и др.)

др.):
Оценку природного геохимического фона окружающей территории (типы ландшафтов, информация о

содержании химических элементов во всех компонентах ОС)
Ландшафтно-геохимический анализ состояния городов (источники выбросов, транзитные среды, депонирующие среды)
Техногенные источники загрязнения. Инвентаризация техногенных источников – важнейшая и первоочередная задача (Au-приборный з-д, Zn-транспорт (покрышки), Pb – ГСМ, Hg - ??, F - ??).

существенно отличаются от сельской местности.
5. Атмотехногенное загрязнение снежного покрова (желтые

пятна от среднеазиатского песка, красный снег от кирпичного завода, черный-от копоти котельных и автомобилей и др)
6. Геохимия почвенного покрова (в городах много искусственных грунтов)
7. Биогеохимия городской среды
8. Техногенные потоки в водах и донных отложениях
9. Медико-биологический анализ (анализ заболеваемости и состояния здоровья) – Рихванов Л.П., Ильинских Н.Н., Нарзулаев С.Б. и др., г. Томск