4.5 Осадочный цикл

Большинство элементов и соединений входит в общий осадочный цикл, циркуляция в котором осуществляется за счет эрозионных процессов, осадкообразования, горообразования, вулканической деятельности и биологического переноса.

Твердые частицы, переносимые по воздуху в виде пыли, могут выпадать на землю в виде сухих осадков или вместе с дождем. Они могут состоять из природных веществ (образующихся при вулканических извержениях, ветровой эрозии, лесных пожарах), а также из соединений антропогенного происхождения (например, ядовитые вещества, радиоактивные осадки), которые даже в небольших количествах могут оказывать мощное негативное влияние на живые организмы.

В осадочном цикле большое значение имеет перенос почвенных частиц и химических элементов под воздействием эрозионных процессов. В периоды с малой геологической активностью происходит перенос химических элементов с возвышенностей в понижения, моря и океаны (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Схема осадочного цикла (по Ю. Одуму, 1975)

Интенсивность осадочного цикла в разных регионах мира неодинакова и зависит от природно-климатических условий, освоенности территории, хозяйственной деятельности человека (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Годовой вынос осадочного материала в океаны (по ю. Одуму, 1986)

Территория	Площадь водосбора, 1106км2	Вынос общий
		т/км2	1109т
Северная Америка Южная Америка Африка Австралия Европа Азия	20,7 19,4 19,9 5,2 9,3 26,9	634,0 414,3 181,3 297,5 233,0 346,2	1,96 1,20 0,54 0,23 0,32 15,91
Всего	101,4		20,16

Из данных таблицы видно, что особенно велики потери плодородной почвы в Азии. Известно немало случаев, когда из-за разрушения пахотных земель вследствие развития эрозионных процессов люди покидали насиженные места или даже погибали от голода.

Особенность осадочного цикла состоит в том, что химические элементы могут на длительный срок выключаться из круговорота, и это приводит к обеднению экосистемы, если их потери не компенсируются извне. Поэтому необходимо найти способы возвращения в круговорот лимитирующих веществ. В противном случае произойдет резкое снижение продуктивности экосистем.

4.6 Круговорот второстепенных элементов и пестицидов

Второстепенные элементы– это элементы, которые не представляют особой ценности для организма. Они нередко мигрируют между средой и организмами. Большинство из них принимает участие в общем осадочном механизме, некоторые могут поступать в атмосферу. Есть элементы, которые, не будучи биогенными, могут поступать в атмосферу. Есть элементы, которые, не будучи биогенными, могут концентрироваться в определенных тканях живых организмов, причем при достижении определенных концентраций становятся опасными для жизнедеятельности.

В окружающую среду поступает значительное количество элементов, которые связаны с деятельностью человека и представляют опасность для его здоровья. Поэтому при проведении экологических исследований необходимо учитывать круговороты практически всех элементов и соединений.

Многие второстепенные элементы в обычных для экосистемы концентрациях почти не оказывают влияния на состояние организмов, поэтому их круговорот до недавнего времени мало интересовал экологов. В качестве примера можно привести стронций. Раньше этому элементу не придавали особого значения, однако в связи с тем, что стронций появился в биосфере в больших количествах и представляет опасность для здоровья, интерес к нему резко возрос.

Опасность стронция состоит в том, что по химическим свойствам он похож на кальций, поэтому, попав в организм, накапливается в костях и находится в непосредственной близости к кроветворным тканям. При изучении осадочного цикла установлено, что около 7 % всего осадочного материала, стекающего вниз по рекам, составляет кальций, а на каждую тысячу атомов кальция приходится два-четыре атома стронция. Одним из продуктов расщепления ядер урана является радиоактивный Sr-90, который характеризуется относительно длительным периодом полураспада и, попав в биосферу, может длительное время участвовать в круговороте. Это изотоп, которого не существовало в природе до расщепления атома человеком. Небольшие количестваSr-90, содержащегося в осадках, выпавших после испытаний ядерного оружия и аварий на предприятиях ядерно-топливного цикла, мигрируют вместе с кальцием по пищевым цепям и накапливаются в костных тканях. По мнению некоторых медиков, уже в 1970 годуSr-90 содержался в костях людей в количестве, достаточном для канцерогенного действия. Когда была достигнута договоренность о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, опасность загрязненияSr-90еншилась, но после аварии на Чернобыльской АЭС она многократно возросла.

Опасным продуктом деления ядра является Cs-137, который по своим свойствам близок к калию. Обладая большой подвижностью, он с достаточно высокой скоростью циркулирует по пищевым цепям.

В качестве примера химического элемента, который и ранее существовал в природе, но не представлял такой опасности для здоровья человека, как сегодня, можно привести ртуть. Разработка месторождений и промышленное использование ртути привели к значительному рассеиванию ее в биосфере, что повысило вероятность контактирования ядовитого металла с организмами. В круговороте ртути важную роль играют микроорганизмы, которые превращают нерастворимые ее формы в растворимую, часто очень подвижную ядовитую метилртуть.

Аналогично положение и с другими тяжелыми металлами, такими как кадмий, медь, цинк, свинец и др.

Рис. 2.7. Движение пестицидов в биосфере

Распространение и накопление второстепенных элементов можно проиллюстрировать на примере круговорота пестицидов (Рис. 2.7). В зависимости от условий применения этих токсинов некоторое их количество испаряется и переносится в виде аэрозолей на значительные расстояния. При попадании на растения не все пестициды включаются в метаболизм. Частично они испаряются с поверхности растений и могут переноситься ветром на другие территории, но большая их часть попадает в почву. Это связано с тем, что проективное покрытие растений никогда не достигает 100 % и при внесении пестицидов они попадают не только на листовую поверхность растений, но и на почву. Некоторое их количество оседает с растений на почву под действием гравитационных сил и ветра.

Попав на поверхность, некоторое количество пестицидов в результате выщелачивания может проникнуть в грунтовые воды, а затем в гидрографическую сеть.

Значительная часть внесенных пестицидов может сорбироваться почвой и под воздействием водно-эрозионных процессов попадает в гидрографическую сеть. Пестициды, которые при попадании на растения включаются в метаболизм, после разложения растительных осадков могут включаться в различные биогеохимические циклы.

Таким образом, круговорот пестицидов в некоторой степени связан с атмосферой и осадочным циклом. В круговороте могут принимать участие только те пестициды, которые имеют большой период разложения (хлорорганические). Кроме самих пестицидов, в круговороте в отдельных случаях принимают участие и их составляющие (ртуть содержащие пестициды). Что же касается не стойких к разложению пестицидов, то их круговорот разомкнут. Например, гербицид раундап разлагается на углекислый газ и воду в течение одной недели.

В настоящее время для предотвращения накопления пестицидов в природной среде запрещено производство и применение пестицидов, стойких к разложению.