<<
>>

Регионально-бассейновые биогеохимические циклы

Биогеохимические циклы в природе не являются полностью замкнутыми. Небольшая или даже ничтожная часть веществ, вовлеченных в круговорот на уровне микро-, мезо- или макроэкосистем, выключается из круговорота, поступая в водный геохимический поток, либо уходит с воздушными массами или, наконец, выпадает в нерастворимый осадок и подвергается погребению (захоронению) в осадочных породах.

Чем в большей мере в водном и вещественном балансе ландшафта преобладает сток, инфильтрация, отток, вымывание, вынос над испарением, тем большая часть биоциклических компонентов уходит с поверхностными, внутри- почвенными, грунтовыми водами и с речной водой. Мигрируя с природными растворами или воздушными массами, биофильные элементы 'попутно* вновь и вновь вовлекаются микро-, мезо- и макроорганизмами в биокруговорот.

Все же гидрографическая сеть, дренирующая речной бассейн, систематически уносит в поймы, в нижнее течение рек, в дельты и устья продукты выветривания, почвообразования и биогенеза в виде суспензий, коллоидных и ионных растворов, органических и минеральных соединений. Обычная мутность рек 2-5 г/л и нормальная минерализация речных вод была около 0,1-0,5 г/л. Взвешенный и растворенные в речной воде продукты и являются той частью сложившихся биогеохимических, почвенных и эрозионных процессов, которая вырывалась из местных локальных циклов и поступала в региональные и континентальные циклы вплоть до выноса в устье и в океан. Годичный вынос растворенных соединений мировой гидрографической сетью в океан достигает п*10^т. Бессточные внутриконтинентальные депрессии суши в свою очередь ежегодно получают около 1/3-1/4 этих количеств.

Гидрологический общемировой круговорот вовлекает на сушу около 0,037 млн.км^ атмосферных осадков в год и поддерживает запас вод в почвах, грунтах, реках, озерах на уровне несколько более 1 млн.км^ (табл.

5). Гидрологический цикл на суше в узком смысле, т.е. не включая мантию и весь океан, укладывается в 10-20 лет.

Таблица 5

Некоторые элементы общемирового гидрологического цикла, млн.км3 (Львович, 1971)

Общий запас воды на планете              1460

В том числе:

океан (93% запаса)              1370

лед              29

реки, озера (0,6-0,7%)              lt; 1

подпочвенные воды              lt;0,1

Испарение (главным образом с океана) около 0,5

Материал, приносимый реками суши, поступает в биогеохимические циклы водных экосистем. Значительная часть взвешенных в речной воде материал- лов, истинных и коллоидных раствором осаждается в поймах и дельтах. Донные осадки шельфа и глубоких областей океана включаются уже в многомиллионный (магматический ^тектонический) цикл. Водохранилища, число которых непрерывно растет и будет расти дальше, вызывают уменьшение твердого стока рек в несколько раз как, например, это установлено для Волги (с 27,7 млн.т/год до 8-9 млн,т/год, Львович, 1971).

Более сильные нарушения биогеохимических циклов в бассейнах рек суши, вызываются огромными количествами городских, индустриальных, шахтных и др. сбросных вод, которые поступают в реки, эстуарии, океан (см.табл.1) в общем объеме около 55 км^ и в начале будущего века могут достигнуть до 400-500 км^ в год.

Это уже сказалось на содержании взвешенного и растворенного материала в ведах рек и озер. Считается, что концентрация взвешенного материала и его сток в реках, не имеющих плотин, увеличились в 2-3 раза. В реках, перегороженных плотинами, сток взвешенного ила почти исчез. Содержание растворенных соединений в водах многих рек увеличилось до концентрации 0,5-1-2 г/л.

Вынос минеральных соединений в реки и озера из почв промывного водного режима - общеизвестное явление.

Естественно, что удобрения, особенно при их поверхностном внесении, по снегу или по замерзшей почве, увеличивают величину выноса питательных веществ.

Это показано для Англии (R.Williams, 1970, G.Cooke, 1971); для СССР (Тарасов, Демченко, Бражникова, 1973; Хайлович, Ковтун, 1973), для Европы (J.Yung, 1973; D.Halliday).

Вынос усиливается при орошении и дренировании территории и может достигать иногда для азота величин 10—20—24 кг/га в год и для фосфора 100-150 г/га в год.

Вследствие этого ионный сток в реках Азии, Европы, Америки, Африки из года в год растет. Это совершенно достоверно установлено для рек Амударья и Сырдарья, Волга, Дунай, Рейн, Миссисипи (Бондарев, 1974). К настоящему времени антропогенная доля в мировом химическом (ионном) стоке в среднем колеблется от 30% до 60% общего выноса солей.

Увеличилось в речных и озерных водах содержание сернокислых и хлористых солей, заметно возросло содержание соединений, азота, фосфора, ряда биоцидов, ртути и в некоторых реках и озерах меди, никеля, свинца (см. рис. 3). Появляются углеводороды (пленки нефти). Искусственное орошение такими водами загрязняет и отравляет почвы, растения, пищу, вызывает болезни людей и животных. Жизнь и биогеохимические круговороты веществ в реках, озерах, прибрежных зонах начинают страдать, гибнут планктон и бентос, исчезают устрицы и другие моллюски, крайне снижаются и обесцениваются рыбные запасы.

Чуждые нормальным водам суши компоненты начинают проникать глубоко в грунтовые воды. Так, нитраты обнаружены в Бельгии в грунтовых водах на глубине 10 м, а в Англии - на глубине 90-100 м.

С точки зрения защиты океана, озер, рек от загрязнения взвешенным и растворенным материалом наиболее целесообразным является максимальная ЙГбиологизацияж поверхности суши, т.е. закрытие ее живым растительным покровом, закрепление почв корнями и дерниной, увеличение синтеза растительной биомассы и содержания гумуса в почвах. Сброс городских и индустриальных отходов в реки и озера должен быть прекращен. Эти отходы следует повторно использовать на разных почвах и в различных областях хозяйства, в час'г- ности, в виде специально компостированных удобрений.

Космическая пыль и метеориты, газообразные и тонкодисперсные материалы вулканических извержений и поствулканических эксгаляций, водносолевая пыль, поднятая в атмосферу с поверхности океанов и пустынь, минеральная пыль, бактерии, споры и пыльца растений, увлеченные ветрами с суши, всегда были источниками формирования аэросуспензий и аэрозолей нашей планеты.

Газы и дисперсные системы воздуха находятся в постоянном взаимодействии с сушей, океаном и живым веществом биосферы. Относительно грубодисперс- ный материал воздуха выпадает в течение часов или дней на поверхность почв, вод, на покров растений.

Тонкодисперсные аэрозоли и газы перемещаются локально с воздушными течениями в направлении господствующих ветров и с общим движением к полярным более холодным областям планеты, где происходит относительно более ускоренное выпадение их на поверхность суши и льдов.

Аэрозоли способны оставаться в воздухе, особенно в стратосфере, на недели, месяцы и даже годы, перемещаясь на тысячи километров. Аэрозоли играют сложную роль в конденсации паров воды, в образовании снежных и дождевых осадков. В конечном счете аэрозоли в первоначальном или измененном виде возвращаются на сушу и водную поверхность. На суше твердый эоловый материал ассимилируется почвообразованием.

Как и в случае водной миграции движение аэрозолей, паров и газов (СО, О2, N, SO2, N0 и др.) сопровождается локальным и транзитным многократным включением их в биологические процессы пресных вод, почв, растительного покрова, животного и микробного мира. О механизме и размерах этого многократного включения аэрозолей и газов в наземные и водные био- геохимические циклы науке почти ничего не известно. Правда, имеются общие оценки времени, необходимого для полного замещения (оборота) углекислого газа (300 лет) и кислорода (2000 лет), вовлекаемых в процессы фотосинтеза, дыхания и окисления.

Современное городское хозяйство, индустрия, горное хозяйство, транспорт, земледелие образуют огромные дополнительные массы высокодисперсных выбросов золы, сажи, пыли и газов (СО2, C0,N0x SO2, H2S, NH3 и др.), поступающих в возрастающих количествах в атмосферу (табл. 6).

Таблица 6

Поступление в атмосферу антропогенных

продуктов* т/год

2,5-108

Пыль

Газы токсические и др.

7-6-108

Окислы углерода

15-25-109

Аэрозоли различные

п.109

* Удвоение в 7-8 лет

Вследствие этого круговорот веществ в системе атмосфера-суша-жи^ое вещество-океан в последние 30-50 лет крайне осложнился. Биоциды, тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий) фтор, хлор, окислы углерода, серы и азота, колоссальные объемы золы, пыли и т.д. включились в этот круговорот в количествах, сходных или значительно превышающих ранее сложившиеся уровни (см. табл. 6). Локально это проявляется в формировании биогео- химических неоаномалий в виде мест повышенной кислотности вод и почв, скоплений ртути, фтора, серной кислоты, высокой концентрации окислов азота и углерода в воздухе (рис. 4, 5). Глобально это проявляется в медлен-

? о - .05 т/жм2 - день Щ .05 - .2 т/км2 - день Щ .2 - .5 т/км2 - день |gt;.5 т/м2 - день


485000              489000

KILOMETERS

ном, но отчетливом общем увеличении концентрации углекислоты в атмосфере земли, общей запыленности атмосферы и стратосферы. Судить о локальных и общих изменениях атмосферы, однако, очень трудно, т.к. имеющаяся фактическая информация крайне скудная.

В тех странах, где служба наблюдений налажена, можно видеть, что локальные загрязнения атмосферы распространяются постепенно на всю страну.

Типичные примеры такого интенсивного роста загрязненности воздуха современного большого города и промышленных районов приведены в табл. 7 (Япония, Water and Pollution Control, 1974, April)

3

Среднегодовая концентрация загрязнителей воздуха Японии, мкг/м

Таблица 7

Загряз

Зона

1964

1966

1968

1970

нитель

no2

_

50

75

104

N0X

-

126

105

139

SOo

Центр города

132

231

189

159

so;

Промышленные районы

159

204

234

222

so2

Жилые районы

72

57

84

75

CO*

*C0,cm

3, 3 /м

5

9,7

5,2

Естественно, что область распространения этих загрязнителей постепенно выходит за пределы островов Японии. 

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме Регионально-бассейновые биогеохимические циклы:

  1. Регионально-бассейновые биогеохимические циклы
  2. 6.4. Экологическое (экосистемное) нормирование содержанияхимических веществ в природных средах