Характеризуя миграцию химических элементов, мы обычно рассматриваем ее основные виды и типы. По предложению А.И. Перельмана (1979) [55], выделяются четыре основных вида миграции: 1 — механический; 2 — физико-химический; 3 — биогенный и 4 — техногенный, вызываемый антропогенной деятельностью.
Классификации любых явлений и процессов могут строиться на различных принципах. При научных исследованиях довольно часто классификацию проводят по генетическим особенностям изучаемых явлений, так как они позволяют лучше выделить отличительные особенности их (явлений) возникновения и формирования. Учитывая это, рассмотрим сначала генетическую классификацию геохимических барьеров.
Такие барьеры отличаются не только по геохимическим особенностям (по развитию специфических эколого-геохимических изменений в биосфере), но и по возможностям и технологиям переработки накопившегося на них материала, по воздействию на окружающую среду и непосредственно на здоровье людей.
Р, ЕЬ, количество растворенного в воде кислорода или сероводорода и т.д.); т2 — показатель, характеризующий геохимическую обстановку в миграционном потоке сразу же после барьера; I — мощность (ширина) барьера.
Формирование природных геохимических барьеров происходит на участках изменения геохимических (эко-лого-геохимических) обстановок, причем эти изменения должны обуславливаться природными факторами. Кроме того, смена одной геохимической обстановки другой должна происходить достаточно резко, а следовательно, — на довольно коротком расстоянии. Нужно сразу же оговорить некоторые генетические и терминологические отличия геохимических барьеров и формирующихся на них аномалий. Так, если на природном барьере идет концентрация веществ, источник которых также природный, то можно говорить о возникновении природной геохимической аномалии на природном барьере. Если же источник концентрирующихся веществ техногенный, то на природном барьере идет формирование техногенной аномалии. При высокой концентрации, больших размерах и экономической целесообразности извлечения отложившихся веществ вместо аномалий разговор будет идти о природных или техногенных месторождениях (телах полезных ископаемых), возникших на природном геохимическом барьере.
Окислительный барьер может также возникнуть при смене резковосстановительных условий слабовосстановительными и слабоокислительных — резкоокислительными. В этих случаях резко увеличивается значение ЕЙ.
Осаждение минералов происходит практически на всем протяжении водных потоков, постоянных и временных, которые могут быть на суше (реки, ручьи и т.д.) и в океане (течения, волноприбойная деятельность). На природных барьерах идет дифференциация в зависимости от массы перемещаемых обломков. Если же рассматривать обломки одного размера, то дифференциация будет происходить в зависимости от удельного веса. При этом большое влияние могут оказывать ландшафтно-геохимические особенности места расположения механического барьера.
На биогеохимических барьерах происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов под воздействием организмов. Это может быть относительно кратковременное накопление химических элементов растительными и животными организмами. При этом после их отмирания (а жизнь отдельных организмов может продолжаться от часов до столетий) сконцентрировавшиеся элементы практически сразу вовлекаются в процесс миграции и в первую очередь в биологический круговорот.
Анализируя табл. 12, можно отметить, что на долю пяти химических элементов (О, С, Н, N. Са) приходится около 98% средней массы человека. Если сопоставить среднее содержание наиболее распространенных химических элементов в организме человека с кларко-вым содержанием в земной коре, то получится картина, представленная в табл. 13.
В результате антропогенной деятельности на отдельных участках биосферы происходят изменения, приводящие к формированию всех известных в природных условиях геохимических барьеров. На них, как и на природных, происходит отложение веществ из различных миграционных потоков. Последние могут быть как техногенного, так и природного происхождения.
Рассмотрим несколько примеров техногенных физико-химических барьеров. Среди них по наибольшему эколого-геохимическому эффекту выделяются сероводородные, глеевые, испарительные, сорбционные.Концентрирующиеся на нем металлы также имеют в основном техногенное происхождение и связаны с поступлением стоков от промышленных предприятий городов Ростов и Аксай.
Это, а также общее большое количество промышленных центров с разнообразными предприятиями, сконцентрированными на небольшой площади, позволяет относить последствия формирования рассматриваемого техногенного сорбционного барьера к глобальным техногенным явлениям в биосфере.
В качестве техногенного биогеохимического барьера L можно рассматривать лесные насаждения вдоль рек, водохранилищ, прудов. Они предохраняют водные ландшафты от загрязнения, во-первых путем перевода поверхностного стока во внутрипочвенный и грунтовый. (В этом случае очистка вод, поступающих в аквальные ландшафты, происходит еще и на почвенном, сорбционном барьере.) Во-вторых, лесные насаждения непосредственно, как биогеохимические барьеры, задерживают до 40% взвесей и до 80% хлора, серы, гидрокарбонатов, аммонийного азота из поступающих к ним водных потоков [70].
Так как общие особенности социальных барьеров были рассмотрены выше (см. разд. 3.1), кратко разберем особенности отдельных подклассов.Бытовые социальные барьеры N представляют собой зоны утилизации, свалки твердых бытовых отходов, а также жидкие отходы. Их отличительной геохимической чертой может быть значительная роль органических соединений. Соответственно с этой особенностью возрастает значение микроорганизмов во всех последующих процессах, протекающих на барьерах. Сброс жидких отходов часто производится в реки, где на барьерных зонах могут возникнуть глеевые и сероводородные обстановки.
Гораздо чаще, чем в вышерассмотренных примерах, образование отдельных техногенных геохимических барьеров влечет за собой формирование природных барьеров. Такие барьеры выделяются в отдельный класс техногенно-природных комплексных.
Определение понятия ноосферы, данное В.И. Вернадским, цитируется авторами многих работ. Приведем его еще раз: ноосфера «...есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше».
К числу редких глеевых и сероводородных техногенных барьеров, имеющих большую площадь распространения, относятся в основном ранее рассмотренные барьеры в донных отложениях и в придонном слое воды в реках, возникающие около населенных пунктов. Как и уже описанные щелочные барьеры, они не оказали существенного влияния на ход природной миграции элементов в биосфере, хотя нельзя отрицать их локального отрицательного воздействия на безопасность жизнедеятельности населения вблизи расположенных населенных пунктов.
Среди техногенных механических барьеров, оказывающих влияние на интенсивность миграции значительных масс веществ, выделяются гидротехнические сооружения, которыми чаще всего являются плотины, перегораживающие реки. Такие сооружения создавались еще в древнем мире, задолго до начала формирования ноосферы, и они не оказывали сколько-нибудь существенного влияния на общий ход миграции элементов в биосфере.
В качестве своеобразных техногенных биогеохимических барьеров можно рассматривать сельскохозяйственные ландшафты, занятые определенными культурами. Как правило, каждый вид сельскохозяйственных культур преимущественно накапливает определенные химические элементы в концентрациях, существенно отличающихся от кларка живого вещества. Вещества, сконцентрировавшиеся на техногенном биогеохимичес-ком барьере (в отличие от других барьеров), сразу же вывозятся (не реже одного раза в год), что представляет собой не природную, а техногенную социальную миграцию.
Социальные барьеры, как уже указывалось, не имеют природных аналогов и их образование целиком связано с историей человечества. Однако никогда зоны складирования и захоронения отходов не достигали таких размеров, как в начальный период формирования ноосферы. Из геохимических особенностей рассматриваемых барьеров следует выделить прежде всего постоянное техногенное поступление на барьеры химических элементов в различных формах нахождения и элементов, образующих в повышенных концентрациях ассоциации, не характерные, а иногда и «запрещенные» для конкретных природных условий.