ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Циклы тяжелых металлов из "Экологическая химия" Наибольшие количества тяжелых металлов, относящихся к рассеянным элементам (см, табл. 1.5), сосредоточены в литосфере Земли. В ходе гипергенеза эти элементы высвобождались из материнских пород и включались в миграцию. С возникновением биосферы значительную роль в формировании миграционных потоков рассеянных элементов стали играть живые организмы. В первой главе (разд. 1.4.1) упоминалась роль микроорганизмов в разрушении сульфидных и оксидных минералов рассеянных металлов, а также участие древесной растительности в извлечении металлов на дневную поверхность. В результате гипергенеза и деятельности живых организмов значительные количества тяжелых металлов накопились в почвенном покрове континентов. При ветровой и водной эрозии с речным стоком в составе различных соединений эти металлы переносятся в океаны, где они распределяются между водной массо11, биотой и донными отложениями. В табл. 2.4 приведена оценка современного распределения тяжелых металлов между различными составляющими биосферы и гранитным слоем литосферы. [c.71] Как видно, 20-30 % от общей массы присутствующих в верхних слоях литосферы металлов сосредоточено в осадочных породах. Исключение составляет ртуть, относительное содержание которой (70 %) в осадочных породах намного выше. Не только для ртути, но и для других металлов главным накопителем во все времена служили осадочные породы. [c.71] Потоки тяжелых металлов между элементами географической оболочки Земли приведены в таблице 2.5. Из нее видно, что значительные массы металлов - тысячи и миллионы тонн - вовлечены в биотический круговорот. Вынос атомов металлов с континентов в океан осуществляется главным образом с речным стоком. При этом он не компенсируется обратным переносом, следовательно, океаны, а точнее - их донные отложения, продолжают накапливать эти элементы. Таким образом, глобальные биогеохимические циклы всех тяжелых металлов, как и цикл фосфора, характеризуются малой степенью замкнутости. [c.73] Постоянство основного состава атмосферы и гидросферы в условиях продолжающейся однонаправленной дегазации земных недр на первый взгляд кажется удивительным. В принципе, такая дегазация (даже на современном ее уровне) способна относительно быстро изменить химический состав окружающей среды, сделав ее совершенно непригодной для подавляющего большинства живых организмов. И если этого не происходит, то исключительно благодаря регулирующей деятельности биоты, образовавшей вместе с прилегающими к поверхности планеты оболочками (нижней атмосферой, гидросферой и самой верхней частью литосферы) крупнейшую из всех известных нам экологических систем - биосферу Земли. [c.73] В настоящее время биоту планеты образуют множество видов живых организмов. Общее их число в каждый момент времени составляет л 10 особей, принадлежащих к более чем 2 млн. видов. Сейчас невозможно установить число видов, исчезнувших с лица Земли в процессе эволюции. Можно предполагать, что к настоящему времени сохранились те и только те виды организмов, которые своей совокупной деятельностью способны поддерживать на планете условия, благоприятные для существования современных форм жизни (В. Г. Горшков, 1990). [c.73] Механизм биотического контроля обеспечивается возможностью быстрого накопления органического вещества в форме растворенного С рг в Мировом океане (при малой скорости его разложения) и быстрой деструкции С , гумуса почвы (при малой скорости его накопления). Появление в окружающей среде избытка неорганического углерода (например, вследствие активизации вулканизма) приводит к превышению фотосинтеза над разложением, и, наоборот, при нехватке С рг их соотношение снижается. [c.73] Отметим замечательную способность биоты осуществлять очистку окружающей среды практически от любых загрязняющих веществ. Эта способность связана с высокой генетической и биохимической пластичностью микроорганизмов-деструкторов. Проиллюстрировать ее можно таким примером. С конца 1940-х гг. во всем мире широкое применение в качестве инсектицидов нашли искусственно синтезируемые хлоруглеводороды типа ДДТ. Через некоторое время было выяснено, что эти чуждые биосфере и токсичные соединения практически не разлагаются в почве и воде. Поэтому длительное использование привело к их накоплению до опасных уровней. Однако в настоящее время микробиологи отмечают появление у почвенных микроорганизмов ферментных систем, эффективно разрушающих ДДТ и другие устойчивые в условиях окружающей среды (персистентные) хлорорганиче-ские соединения. [c.74] Таким образом, внешние геосферы и биота прошли длительный путь совместной эволюции, в результате которой сложился своеобразный природный биосферный метаболизм , определяющий химический состав атмосферы, океанов и твердой поверхности нашей планеты. Этот метаболизм выступает в виде совокупности взаимосвязанных физических, химических и биологических процессов. Как и любому организму со сложным метаболизмом, биосфере Земли присущ внутренний гомеостазис в отсутствие значительных нарушений (вследствие действия космических, внутрипланетарных или антропогенных факторов) эти процессы определяют природные циклы элементов, сбалансированные во временном интервале менее 1000 лет по всем источникам и стокам. Ключевым звеном поддержания такого квазистационарного состояния является деятельность биоты. [c.75] За 130 лет в период с 1860 по 1990 г. средняя глобальная температура атмосферы увеличилась на 0,6 К, и эта тенденция сохраняется до настоящего времени (рис. 3.1). Многие исследователи считают это потепление следствием усиления парникового эффекта, главным образом за счет накопления в атмосферном воздухе диоксида углерода. [c.76] Однако существует также точка зрения, согласно которой как само потепление, так и наблюдаемые особенности изменения температуры и уровня осадков в указанный период (в частности, неравномерность увеличения температуры, т. е. неоднократное чередование периодов потепления и похолодания) находят достаточно убедительное объяснение в рамках циркуляционной, но не парниковой гипотезы. Более того, сторонники этой гипотезы указывают на существование периодов значительно более сильно выраженных (на 1,5-2 К) потеплений в историческом прошлом (УШ-ХП вв., первая половина XVI и XVIII вв.), которые едва ли могут объясняться антропогенным воздействием. [c.76] В силу чрезвычайной сложности проблемы в данной главе дается только в самом общем виде представление о естественном парниковом эффекте земной атмосферы и о возможных его изменениях. При этом парниковый эффект предстает в качестве глобальной геофизической характеристики, определяемой химическим составом земной атмосферы, а возможное дополнительное парниковое потепление трактуется как следствие антропогенно-обусловленного изменения состава ее малых газовых составляющих. В соответствующих разделах главы рассматриваются основные черты пространственно-временного распределения главных парниковых газов, их источники и стоки из атмосферы и связанные с человеческой деятельностью изменения этих процессов. [c.77] Из приведенного в разделе 1.2 материала видно, что некоторые переменные по количеству газовые компоненты оказывают весьма значительное влияние на термический режим атмосферы в отсутствие этих газов равновесная температура Земли должна быть примерно на 34 К ниже современной. [c.78] Обращает на себя внимание также то обстоятельство, что в системе атмосфера - подстилающая поверхность циркулирует большее количество энергии, чем приходит от Солнца. Это происходит из-за так называемого парникового эффекта, обусловленного присутствием в воздухе молекул, поглощающих восходящее ИК-излучение. Главным поглотителем теплового излучения Солнца и земной поверхности служит вода, присутствующая в атмосфере в виде паров и облаков (мощные облака при поглощении и обратной эмиссии тепловой радиации действуют примерно как абсолютно черные тела). Колебательно-вращательные полосы в спектре паров воды обуславливают почти полное поглощение радиации с длинами волн менее 7,6 мкм, а вращательные полосы блокируют интервал спектра с длинами волн более 17 мкм. Между этими границами, а также в диапазоне 3,5-4,5 мкм, находятся окна прозрачности в спектре поглощения водяного пара. [c.78] Менее 7 % излучаемой земной поверхностью радиации проходит через окна прозрачности спектра поглощения водяного пара в диапазоне 3,5-4,5 и 7,6-16,7 мкм. Однако эти окна сужаются из-за присутствия в атмосфере молекул СО2, имеющих интенсивную полосу поглощения, закрывающую область 13,7-16,7 мкм. [c.78] Впервые мысль о парниковом эффекте была высказана Ж. Б. Фурье еще в 1827 г. По его выражению, атмосфера подобна прозрачной стеклянной оболочке, дающей возможность солнечному свету проникать до земной поверхности, но задерживающей скрытую радиацию Земли. Специфическая абсорбция длинноволновой радиации молекулами воды и СО2 была продемонстрирована Тиндаллом (1861-1863). Его работы стали экспериментальным фундаментом теории парникового эффекта, разработанной С. Аррениусом (1896). [c.78] Приведенный в разделе 1.2 тепловой баланс атмосферы сложился при современных концентрациях парниковых газов . Увеличение или уменьшение их содержания должно смещать радиационное равновесие и приводить либо к дополнительному нагреванию атмосферы и поверхности, либо к их выхолаживанию. [c.78] Казалось бы, ня звание парниковых могут в принципе претендовать любые газовые компоненты, поглощающие в окне прозрачности . В их число входят все обнаруженные к настоящему времени в атмосфере органические соединения, перечень которых состоит из многих сотен наименований. Все они действительно вносят свой вклад в поглощение переизлучаемой подстилающей поверхностью ИК-радиации и в нагревание атмосферы, однако в категорию парниковых не попадают. Причина такой дискриминации заключается даже не в том, что концентрации большинства из этих компонентов слишком малы, а в слишком коротком времени жизни и отсутствии тенденции к накоплению в атмосфере. Если будут получены доказательства увеличения содержания таких соединений под влиянием п]эиродных факторов или в результате деятельности человека, то они также должны быть включены в рассмотрение в качестве прямых соу частников изменений климатической системы Земли. Но даже если пренебречь прямым влиянием этих компонентов на изменение теплового режима атмосферы, необходимо оценить их роль в качестве предшественников истинно парниковых газов. Мы имеем в виду важную роль органических соединений и оксидов азота в генерации тропосферного озона, а также субмикронного аэрозоля (см. гл. 4). [c.79] В табл. 3.1 приведены результаты численного моделирования парникового эффекта при увеличении концентрации некоторых из перечисленных газов. [c.79] Следует отметить, что климатологи считают значимым изменение средней глобальной температуры уже на 0,1 К, если оно сохраняется длительное время. Увеличение ее на 1 К по их расчетам должно приводить к существенным сдвигам в климатической системе Земли. Как видно из табл. 3.1, такого увеличения температуры можно ожидать в случае одновременного удвоения концентраций только двух газов - метана и оксида азота(1) (закиси азота). [c.80] Непропорциональный вклад метана в сравнении с СОз объясняется тем, что одной молекулой СН может быть поглощено в 25 раз больше ИК-радиации в спектральном диапазоне окна прозрачности , чем молекулой СО2. Еще большая удельная абсорбция характерна для хлорфторуглеводородов (фреонов) увеличение суммарной концентрации СГС1,ч и СР С , от ничтожно малого значения 0,5 млрд до столь же ничтожного 10 млрд (около 0,08 мкг/м ) может дать весьма заметный термический эффект. [c.80] Вернуться к основной статье