|
Весьма сильно сказывается влияние современного производства на геохимию элементов, для которых характерна активная водная миграция. Для увеличения продуктов питания и повышения урожайности сельскохозяйственных культур начиная с середины прошлого века в почву вносятся все большие количества азота, фосфора и калия. При этом человек меняет направленность геохимических циклов. Калий и фосфор добывают из земной коры, где пути этих элементов имеют мало общего, а азот извлекают из атмосферы, где он накапливается в форме инертного газа. Таким образом человек искусственно направляет в биологический круговорот эти элементы. Этот искусственный миграционный поток настолько значителен, что вполне сопоставим с отдельными главными формами миграции.
По данным ЮНЕСКО, производство зерновых культур (пшеница, рожь, кукуруза, рис и др.) во всем мире в 1968 г. составляло 1,2 млрд. т. Эти культуры, как и многие дикие растения, активно поглощают азот, калий, фосфор. Но дикие растения после созревания отмирают и возвращают почве поглощенные элементы, а сельскохозяйственные растения увозит человек, нарушая естественное развитие биологического круговорота. Ежегодно в результате уборочных работ люди вовлекают в искусственную миграцию 48 млн. т азота, 36млн. т калия и 12 млн.т оксида фосфора (V). С учетом всех сельскохозяйственных культур, а не только зерновых эти количества будут еще больше. По расчетам А. Е. Ферсмана, со сбором годового урожая в 30-х годах во всем мире удалялось с полей по 25 млн. т азота и калия, около 8 млн. т оксида фосфора (V).
Население земного шара растет, и проблема обеспечения продуктами питания становится одной из самых актуальных. Поэтому все больше увеличиваются дозы минеральных удобрений, расширяются старые и строятся новые горные предприятия, сооружаются новые химические комбинаты для переработки горно-химического сырья в минеральные удобрения. Искусственное включение химических элементов в биологический круговорот для повышения урожайности еще будет увеличиваться.
На основании данных советских и американских ученых Н.И. Базилевич, Л. Брауна, А. П. Виноградова и К. Делвича, мы рассчитали и сопоставили объем важнейших потоков миграции трех «элементов плодородия» (табл. 23). Из них видно, что количество азота и фосфора, искусственно направляемых в систему биологического круговорота, превышает количество этих элементов, ее естественным путем вовлекаемых в водную миграцию.
Приведенные примеры свидетельствуют о том, что человеческое общество в процессе своей производственной деятельности выступает как мощный геохимический фактор, изменяющий и направляющий миграцию огромных масс химических элементов. Эту сторону человеческой деятельности академик А. Е. Ферсман назвал техногенезом.
Накопленные на протяжении длительного геологического времени огромные массы фосфора и калия в виде месторождений апатита, фосфоритов, калийных солей очень быстро вырабатываются, истощаются, а слагающие элементы их рассеиваются по поверхности Земли. Однако человек не только разрушает концентрации элементов в земной коре. Его деятельность направлена на изменение состава оболочек планеты. В частности, это относится к использованию азота.
Как известно, молекулярный азот составляет основную массу атмосферы, но в такой форме он химически инертен и недоступен почти всем растениям и животным. Только в XX в. были разработаны технические способы связывания атмосферного азота в такие соединения, которые можно использовать для питания растений. Несколько миллиардов лет потребовалось на то, чтобы в атмосфере Земли накопился азот. Весь ход геохимического развития планеты и способствовал этому. Но вмешался человек и перевел азот из нейтрального в высокоактивное состояние, намеренно направил его в биологический круговорот на полях и невольно — в интенсивную водную миграцию. Американский ученый К- Делвич, занимающийся проблемой азота в биосфере, считает, что из всех типов вмешательства человека в естественный круговорот веществ промышленная фиксация азота — самое крупное по масштабам. Кроме того, человек усиленно связывает азот, используя биохимические процессы при помощи искусственно культивируемых азотфиксирующих сообществ высших растений и микроорганизмов. Посевы бобовых культур (люцерна, клевер и др.) способствуют связыванию азота до 3 ц/га в год. Количество ежегодно связываемого азота бобовыми культурами оценивается в 14 млн. т. Суммарный эффект фиксации азота из воздуха специальными культурами и промышленностью постепенно повышается, удваивается каждые 6 лет.
Часть азота, вносимого в почву в качестве удобрения, не захватывается растениями, вымывается природными водами и вовлекается в протяженную водную миграцию. Микроорганизмы-денитрификаторы не успевают разлагать эти соединения до свободного азота. В природных водах постепенно увеличивается содержание ценнейших продуктов питания — соединений азота. Это вызывает усиленный рост некоторых водных растений, зарастание водоемов, перегрузку их растительными остатками и продуктами разложения.
Хозяйственная деятельность человека в общем балансе некоторых веществ, поступающих в биосферу, начинает преобладать над естественными процессами. Так, например, поступление космической пыли на поверхность Земли достигает 1 млн. т в год, а выделение индустриальной пыли на протяжении года составляет несколько сотен миллионов тонн. Выделение газов из глубин Земли ученые оценивают значением около 10 млн. т в год, а количество индустриальных газов (не считая С02) — в 10 раз больше.
В ряде случаев огромные массы химических элементов вовлекаются в миграцию в результате побочных явлений, сопровождающих производственный процесс. Так, например, каменный уголь используется как энергетическое сырье. В этом минеральном топливе содержится небольшая примесь серы, азота и многих других элементов. При интенсивном росте использования угля они превращаются во внушительные количества. Примем содержание азота в каменных углях равным 1%, а серы — 0,5%. В конце 60-х годов сжигалось около 3 млрд. т каменного угля. Одновременно в атмосферу выбрасывалось 90 млн. т оксидов азота и 46 млн. т серной кислоты, что составляет 30 млн. т азота и 15 млн. т серы. Вспомним, что площадь суши равна около 150 млн. км3. Следовательно, в результате производственной деятельности каждый квадратный километр суши мог получить на протяжении года 300 кг серной кислоты. В действительности, большие территории Земли почти не ощущали этого, но отдельные страны получали удвоенные и утроенные дозы азотной и серной кислот.
Насыщение атмосферы оксидами серы является актуальной проблемой. Кроме угольных топок, источниками загрязнения воздуха являются предприятия, очищающие и сжигающие нефть, заводы, выплавляющие медь, свинец и цинк. Сведения об этих процессах одного из институтов Организации Объединенных Наций приведены в таблице.
Наряду с топками для сжигания минерального топлива источником загрязнения служат двигатели внутреннего сгорания. При сгорании 1 кг горючего в карбюраторе в воздух выбрасывается 800 г оксида углерода (II), 20 г оксидов азота и некоторые ядовитые вещества. В начале 1970 г. во всем мире было 250 млн. автомобилей. В результате их работы на протяжении года выделялось более 200 млн. т оксида углерода (II) и около 40 млн. т оксидов азота.
|