Законы развития эколого-геохимических изменений в биосфере
В 1870 году знаменитый немецкий биолог Эрнст Геккепь дал первое общее определение экологии; «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы; изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической…» Несколько упрощая можно сказать, что наука экология изучает взаимоотношения организмов: во-первых, со средой их проживания и питания, а, во-вторых, различных организмов между собой. В настоящее время наибольшее внимание уделяется первому положению, т.е. рассмотрению взаимоотношений организмов со средой обитания. Во многом это объясняется тем, что в результате техногенеза эта среда стала существенно изменяться, и в первую очередь в ней стали изменяться ранее существовавшие соотношения между содержаниями отдельных химических элементов (ионов, их соединений), и формами нахождения этих элементов.
После работ В, И. Вернадского под формой нахождения химических элементов понимаются системы различных относительно устойчивых химических равновесии этих элементов. Чаще всего выделяются следующие формы: 1 — самостоятельные минеральные виды, 2 — изоморфная форма. ? — водные растворы, 4 -газовые смеси, 5 — магматические расплавы, 6 -биогенная форма, 7 — состояние рассеяния, 8 — коллоидная и сорбированная формы, 9 -техногенные соединения и в первую очередь — не имеющие природных аналогов. (Последние формы, как самостоятельные, были выделены ВА. Алексеенко [1]). При решении рада практических задач иногда дополнительно выделяют такие формы и виды существования химических элементов как воднорастворимую (нерастворимую), минеральную и безминеральную, концентрированную
(Квятковский Е. М. И; Алексеенко В.А.).
Оболочка, в пределах которой получила развитие биогенная форма нахождения химических элементов (т.е. живого вещества) получила, в соответствии с учением В. И. Вернадского, название «биосфера». В пределах биосферы с различной интенсивностью, но непрерывно идут процессы миграции — концентрации химических элементов. Обычно выделяются большой и малый циклы миграции, часто отдельно рассматривается биологический круговорот элементов. В соответствии с законом В. И. Вернадского, миграция химических элементов в биосфере происходит при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, существовавшим и существующим в биосфере со времени её образования.
Следовательно, любые геохимические изменения, происходящие в биосфере (это относится и к природным, и к техногенным) находятся в тесной связи с организмами. Рассматривая изменения, происходящие в биосфере, всегда следует помнить закон Кларка — Вернадского, который формулируется так: в любом природном объекте Земли содержатся все химические элементы, находящиеся в её коре. Соответственно все химические элементы находятся и в живом, и в косном веществе. Средние концентрации элементов, которые могут рассматриваться как своеобразный природный репер, установлены для земной коры, почв, живого вещества, вод и золы растений- Они получили название кларков.
В результате различных природных и техногенных процессов на отдельных участках биосферы в живом и косном веществе содержание некоторых элементов может довольно существенно отличаться от соответствующего кларкового. Такими участками обычно являются элементарные и геохимические ландшафты. Отдельные участки биосферы с одинаковыми внешними факторами миграции -концентрации химических элементов и с аналогичными важнейшими источниками их поступления на эти участки, выделяются как одинаковые элементарные ландшафты. Их парагенетические,
закономерно сочетающиеся ассоциации, связанные миграцией элементов, являются геохимическими ландшафтами. В пределах одинаковых геохимических ландшафтов содержания химических элементов в одних и тех же частях, например в почвах, должны быть равными. Учение о геохимических ландшафтах связано с работами А.И.Перельмана, МА.Глазовской, В3.Добровольского и др.
Еще в большей мере, чем отдельные геохимические ландшафты, отличаются по содержаниям определенных химических элементов от соответствующих кларковых содержаний участки, получившие название «геохимические барьеры». По определению А.И.Перельмана, в их пределах на коротком расстоянии по направлению миграции веществ, происходят резкое изменение интенсивности миграции и концентрация отдельных химических элементов (их соединений).
Выводы:
1. «Экология» не может быть «хорошей», или «плохой». Хорошими или плохими могут быть определенные экологические условия и, как правило, только для определённых (иногда многих) организмов.
2. Миграция всех химических элементов, а, следовательно, и все изменения, происходящие в биосфере, тесно связаны и обусловлены живым веществом.
3. Для организмов нет токсичных, или вредных химических элементов. Таковыми могут быть содержания элементов.
4. Влияние ряда факторов на изменение экологической обстановки в подавляющем большинстве случаев
сказывается не на всю биосферу, а на её отдельные части — определённые геохимические системы. Удобнее всего рассматривать при решении прикладных задач такие системы, как геохимические ландшафты. Экологические, геохимические и эколого-геохимические изменения в биосфере.
1. Экологические изменения.
Изменения, происходящие в пределах отдельных участков биосферы и приводящие к изменениям условий существования и развития живого вещества (его отдельных видов ) относятся нами к экологическим. Они могут быть природными и техногенными. Исходя из определения Геккеля, все экологические изменения целесообразно разделить на связанные, во-первых, с воздействием на определённые организмы других организмов и, во-вторых, — с изменениями, происходящими в среде существования рассматриваемых организмов. В отдельных, довольно редких случаях экологические изменения в определённой части биосферы могут затрагивать неё живое вещество, но чаще они сказываются на жизни и развитии только определённых организмов. Рассмотрим всё это несколько подробнее.
Как указывалось выше, часть экологических изменений обуславл ивается взаимовлиянием различных организмов. Оно может быть связано с природными и техногенными факторами. Так при природной миграции гадюк резко ухудшаются экологические условия проживания грызунов. При миграции белок ухудшается в местах их нового расселения экологическая обстановка для животных, которым по потреблению основных продуктов питания белки составляют конкуренцию, а так же для ряда птиц, яйца и птенцов которых поедают белки. Число аналогичных примеров довольно велико.
Особо следует отметить, что массовая природная миграция определенных организмов вызывает не только непосредственное изменение экологической обстановки (как было показано выше), но и часто приводит к геохимических изменениям в среде обитания. Это, в свою очередь, может привести к дальнейшим экологическим изменениям. Одним из первых на это обратил внимание В.И. Вернадский. Он отметил, что большие стаи саранчи не только лишают корма многие организмы, но и со стаей саранчи (с учётом её элементного состава и массы) переносится на большие расстояния громадное количество металлов; в частности количество меди по массе может соответствовать месторождению этого металла.
Экологические изменения, связанные с взаимным влиянием организмов, могут быть обусловлены и определенными техногенными факторами. Чаще всего это вызывается техногенным переселением, или уничтожением определённых животных. Всем известны экологические изменения, связанные с переселением кроликов в Австралию, пчёл в Америку и т.д. Иногда техногенное переселение происходит не запланировано. Таким может быть переселение в Чёрное море прикреплённых к дну кораблей рапанов, что вызвало соответствующие изменения в акватории.
Экологические изменения вызываются и антропогенным уничтожением определённых организмов. Примером может быть уничтожение в отдельных регионах волков. На Северо-Западном Кавказе, в Нефтегорском (ныне Апшеронском) в начале 50-х годов прошлого века в лесах были уничтожены опылением с самолётов гусеницы, при этом погибли птицы. Последствия этого антропогенного вмешательства сказывались не один год.
Рассмотрим теперь экологические изменения, обусловленные (природными и техногенными) изменениями, происходящими в среде существования организмов. Они могут затрагивать только отдельные виды организмов и (гораздо реже) их большинство.
Как природное воздействие изменяющейся среды обитания на экологическое состояние участков биосферы можно рассматривать пожары от ударов молний, оползни, засухи, наводнения, извержения вулканов, падение относительно крупных мегеоритов. Обычно они оказывают воздействие лишь на отдельные виды организмов и на сравнительно небольших территориях. Влияние на многие организмы в настоящие время всё чаще связывается с космическими катастрофами. Например, «великое меловое вымирание» по гипотезе Альвареса произошло 65 млн. лет назад в результате катастрофически крупного падения метеоритов (этому есть геохимическое подтверждение). Результатом явления стало исчезновение на Земле не только динозавров, но и 75 % различных видов животных. По мнению В.А. Алексеенко [4] геохронология, основанная на палеонтологических данных о «руководящей фауне» отражав!’ периоды катастрофических, глобальных по проявлению в биосфере, экологических изменений, вероятнее всего связанных с космическими явлениями. (Ранее рассмотренные изменения относятся к локальным и региональным).
К числу техногенных процессов, вызвавших общее изменение условий существования организмов в определённых частях биосферы, т.е. экологические изменения, можно отнести создание крупных водохранилищ, распахивание целинных земель, уничтожение лесов, пожары, возникшие в результате антропогенной деятельности, наземные ядерные испытания и т.д.
Отметим, что все перечисленные экологические изменения, связанные с изменениями в среде существования организмов нельзя увязать с каким-либо одним фактором. Они происходили с изменениями общей запылённости и светового режимы, состава атмосферы (в первую очередь соотношения 02 — С02), водного режимы, радиационной обстановки.
Подводя предварительный итог изложенного данных об экологических изменениях можно сказать, что в результате определённых природных и техногенных процессов в пределах отдельных участков биосферы происходят отклонения от нормального развития, характерного для данного региона» определённых животных или растительных организмов или их групп. Такие участки называются экологическими аномалиями.
2. Геохимические изменения.
К основным геохимических изменениям в отдельных частях биосферы мы относим: 1 — меняющееся содержание химических элементов, ионов и их отдельных соединений (распространённость), 2 -изменение их распределение (разброса), 3 -меняющееся соотношение между основными формами нахождения химических элементов и появление их новых форм, 4 — механическое перемещение значительных масс химических элементов (они могут находиться в различных формах, образовывать различные виды соединения) без существенного изменения формы нахождения составляющих их химических элементов (Алексеенко В.А., 1982г.). Все эти изменения могут быть оценены не только качественно, но и количественно. В последнем случае их можно оценивать с определённой вероятностью, обычно 95%.
Участки биосферы (земной коры), в пределах которых существуют указанные выше геохимические изменения получили название геохимических аномалий. Среди них обычно выделяют дитохимические (в горных породах и почвах), биогеохимические (в растительных’ и животных организмах). гидрохимические (в водах) и атмохимические (в атмосфере). Как и ранее рассмотренные экологические, геохимические изменения могут быть природными и техногенными, а по масштабу проявления — локальными, региональными и глобальными. Фиксироваться они могут в горных породах, почвах, атмосфере, водах и растительных организмах, (В последних случаях их называют биогеохимическими изменениями). Кратко рассмотрим примеры различных геохимических изменений* происходящих в отдельных частях биосферы и в биосфере в целом. Одним из первых глобальных природных геохимических изменений можно считать изменение (возрастание) неравномерности распределения химических элементов в верхних частях земной коры в результате возникновения осадочных пород и формирования рудных районов и узлов (Алексеенко В.А, Добровольский В.В., Суворинов А.В., Диплом Международной ассоциации авторов научных открытии №А-160 от 14,12.1999).
Эти изменения охватили практически всю биосферу и привели к образованию глобальных и региональных геохимических аномалий, участков с отклонением от общих для литосферы геохимических закономерностей. В более позднее время появились региональные и локальные геохимические аномалии, связанные с отдельными месторождениями и телами полезных ископаемых, а также с вновь формирующимися районами и узлами месторождений полезных ископаемых. Одной из основных, особенностей природных геохимических изменений является то, что их подавляющее большинство первоначально формируется в коренных горных породах. Региональные геохимические изменения в коренных горных породах, связанные с развитием их различных типов (в первую очередь осадочных).
