3. Ноосфера. Техногенная миграция элементов

3.1. Понятие о ноосфере

В 1922–1923 гг. на лекциях в Сорбонне В.И. Вер­надский обосновал биогеохимические явления как ос­нову биосферы. Приняв за исходное биогеохимическую основу биосферы, французский математик и философ Е. Ле-Руа в своих лекциях в Коллеж де Франс в Па­риже в 1927 году ввел понятие ноосферы как совре­менной стадии, геологическое переживаемой биосферой.

Ноосфера – новое геологическое явление на нашей планете, когда главной гео­логической силой становится человек. Силой своего разума и труда, для того чтобы обеспечить свое существование, человек перестраивает область своей жизни. В результате в XX веке все более резко хи­мически и биологически меняются прибрежные части морей и океана. И человек должен прилагать все боль­ше усилий (умственных и трудовых) для того, чтобы сохранить для грядущих поколений морские богатства. Но человеком производятся не только никогда не су­ществовавшие в природе минеральные вещества (на­пример, самородный алюминий, выплавляемый в насто­ящее время в огромных количествах) и синтезируют­ся все новые и новые органические соединения, но и создаются новые виды и расы животных, растений, бак­терий. Ноосфера, как считал В.И. Вернадский, пос­леднее из многих состояние эволюции биосферы в гео­логической истории. Ход этого процесса только начи­нает выясняться.

В.И. Вернадский подчеркивал, что деятельность че­ловека имеет как положительные, так и отрицательные последствия. К числу негативных проявлений наруше­ния экологического равновесия в природных процессах относятся:

1) химическое загрязнение компонентов биосферы;

2) опасность неконтролируемого, неуправляемого использования атомной энергии.

Однако В.И. Вернадский выражал твердую уверен­ность в том, что человечество рано или поздно осознает пагубность неконтролируемого вмешательства в природ­ные процессы и неизбежно встанет на прогрессивный путь развития.

3.2. Отличительные признаки ноосферы. Техногенез

Таким образом, ноосфера – особый этап развития планеты, особая ее оболочка, в которой проявляется де­ятельность человеческого общества. Геохимическую деятельность человечества А.Е. Ферсман назвал техногенезом. Ноосфере свойственны и механическая, и физико-химическая, и биогенная миграция, но не они определяют ее своеобразие. Главную роль играет техногенная миграция. Этап геологической истории, ког­да техногенез стал важным геохимическим фактором, называют техногеем. Этап этот начался примерно 8000 лет назад, но только в XX веке техногенез стал главным геохимическим фактором на по­верхности Земли. Ежегодно добывается около 100 млрд. тонн минерального сырья и каустобиолитов, горные по­роды перемещаются в ходе горных и строительных ра­бот. В результате происходит, по выражению В.А. Ковды, «диспергирование и эолизация вещества суши», ко­торые ведут к возрастанию геохимической роли поверх­ностной энергии и сорбции.

Таким образом, первое существенное отличие ноос­феры от биосферы – огромное ускорение миграции.

Процессы техногенеза можно разбить на 2 группы. Первая группа процессов унаследована от биосферы. К ней относятся:

1) биологический круговорот;

2) круговорот воды;

3) рассеяние элементов;

4) распыление вещества.

При изучении этих процессов в техногенезе исполь­зуются понятия и методы, разработанные для анализа природных процессов.

Техногенные процессы второй группы находятся в резком противоречии с природными условиями. Так, ха­рактерное для ноосферы металлическое состояние Fе, Ni, Сr, V и многих других элементов не свойственно приро­де, не соответствует физико-химическим условиям зем­ной коры. Человек здесь уменьшает энтропию, ему при­ходится тратить много энергии, чтобы получить и содер­жать данные элементы в свободном состоянии. В ноос­фере все больше изготавливают химических соединений, никогда раньше не существовавших и обладающих свой­ствами, неизвестными у природных материалов (это искусственные полимеры, лекарства, лаки, краски, спла­вы и т. д.).

Новым для биосферы является и производство атом­ной энергии, радиоактивных изотопов, сверхчистых ве­ществ.

Для характеристики процессов второй группы вводятся новые понятия и подходы к исследованиям. Специфи­ческими показателями техногенеза являются технофильностъ, деструктивная активность элемента, техногенное геохимическое давление, модуль техногенного гео­химического давления,

Количество добываемых элементов далеко не одинаково, так же как и неодинаково их со­держание в земной коре. Отношение ежегодной добычи элемента (Д) к его кларку в земной коре (К) получило название технофильность:

Т = Д / К. (8)

Например, Т_Fе = (3,1·10⁸)/4,65 = 6,6·10⁷; Т_Mn = (6,0·10⁶)/0,1 = 6,0·10⁷; Т_Cu = (5,4·10⁶)/(4,7·10^–3) = 1,1·10⁹; T_Ag = (8,0·10³)/(7,0·10^–6) = 1,1·10⁹.

Из этих данных видно, что значения технофильности меди и серебра, железа и марганца одинаковы, несмотря на их различную распространенность в земной коре, в то же время технофильность марганца заметно ниже технофильности меди, хотя уровни их добычи вполне со­поставимы.

Самым технофильным элементом является углерод: Т_C = 1,1·10¹¹. Наименее технофильны Y, Са, Сs, Тh, На­пример, у иттрия технофильность равна 1·10³.

Таким образом, технофильность химических элемен­тов колеблется в очень широких пределах, размах ко­лебаний измеряется в миллионах, в то время как кон­трасты кларков – в миллиардах. Это второе коренное отличие ноосферы от биосферы: техногенез ведет к уменьшению геохимической контрастности ноосферы. Есть и другие показатели техногенеза. Например, деструкционная актив­ность элемента (Д):

Д = Т / Б, (9)

где Т – технофильность; Б – биофильность (кларк концентрации элемента в ЖВ); Д – характеризует степень опасности элемента для живых организмов.

Например, Д_Hg = n·10⁴ – n·10⁵; Д_{Cd, F} = n·10³; Д_{Sb, As, U, Pb} = n·10²; Д_{Se, Be, B, Sn} = n·10; для прочих <1.

Количество элемента, выводимое ежегодно из техно­генного потока в природный, называется техногенным геохимическим давлением, а отношение этого показателя к единице площади – модулем техно­генного геохимического давления. Модуль техногенно­го геохимического давления измеряется в т/км². Напри­мер, модуль техногенного давления фосфора на Даль­нем Востоке составляет 7,6 · 10^–3 т/км², а в Молдавии – 8,2 · 10^–1 т/км². Наиболее велики модули техноген­ного давления у Nа, С1, Са, Fе: находятся в пределах 0,5–1,0. Наименьшие модули техногенного давления у Li, Аg, W, Аu, Нg, Т1: порядка 10^–5–10^–7 т/км².