Глава 10 Экологическая и эколого--медицинская характеристика литосферы

10.1. Общие представления

Литосфера  составная часть биосферы, представляющая собой твердую оболочку Земли. Почва  это поверхностный слой литосферы, сформированный под действием климата и живых организмов (растительных и животных) и возделываемый человеком.

Как указывалось выше, биосфера сформировалась более 4 млрд. лет назад. Составная ее часть, литосфера включает в себя мантию, состоящую из геологических пластов, которые относительно подвижны за счет энергии, получаемой из недр Земли. Верхний почвенный слой непосредственно связан с мантией. Основные элементы литосферы, особенно металлы, негомогенно распределены и находятся в различных химических формах. Эти компоненты окружающей среде присутствуют в определенных, довольно низких концентрациях. Иногда их концентрация аномально повышена, что формирует месторождения полезных ископаемых, которые пригодны для разработки. Между тем, именно диффузное распределение металлов в литосфере, почве, растениях и животных имеет большее значение для функционирования биосферы. Металлы и другие элементы литосферы непрерывно мигрируют: в гидросферу, атмосферу и биоту.

Понимание характера и способов распределения компонентов в литосфере – важная предпосылка для оценки риска, вызываемого избытком или недостатком различных элементов в окружающей среде и, следовательно, той патологии человека, которую эти процесс могут вызывать. Важно различать вклад естественного и антропогенного дисбаланса в эти процессы. Все это и будет предметом обсуждения в данной главе.

10.2. Химическая характеристика литосферы

Существуют два механизма перераспределения элементов в литосфере: вертикальная (из недр наружу) и горизонтальная - миграция в поверхностном слое. Первый из них ведет к негомогенному распределению металлов в окружающей среде. При этом их концентрация в различных породах могут различаться на порядок и выше (табл.10.1). Одним из основных источников этого процесса является вулканическая деятельность. Так, например, в июне 1991 года произошло одно из самых мощных извержений - вулкана Пинатубо. Только за два дня в окружающую среду было выброшено 10 млрд тонн магмы, 20 миллионов тонн диоксидов серы, что оказало влияние на глобальный климат в течение 3 лет. Помимо этого, из недр земли было выброшено 2 млн тонн цинка, 1 млн тонн меди и более 5 тыс. тонн кадмия. Миллионы тонн золы, содержащие почти все элементы периодической системы загрязнили тысячи квадратных километров поверхности почвы. Подобные вулканические извержения случались с периодичностью в несколько лет за всю геологическую историю. Не менее важную функцию играет вулканическая деятельность на дне Мирового океана, где по подсчету специалистов имеется около 3000 действующих вулканов.

Таблица 10.1.

Содержание некоторых элементов в материнских породах и (части на миллион, ppm)

Элемент	Земная кора	Ультрабазиты	Базальт	Гранит	Сланец	Известняк
As	1,8	1	2	1,5	15	2,5
Cd	0,2	-	0,2	0,2	0,2	0,1
Co	25	150	50	1	20	4
Cr	100	2000	200	4	100	10
Cu	55	10	100	10	50	15
Pb	12,5	0,1	15	20	20	8
Se	0,05	-	0,05	0,05	0,6	0,08
U	2,7	0,001	0,6	4,8	4	2
W	1,5	0,5	1	2	2	0,5
Zn	70	50	100	40	100	25

Примечание: ультрабазиты – изверженные горные породы, бедные кремнекислотой и обогащенные магнием.

Второй процесс, который перераспределяет элементы, это выветривание. Физические процессы, связанные с этим явлением ведут к измельчению пород, что подготавливает их к последующему постепенному растворению или переходу в аэрозольное состояние. И тот и другой процессы, при участии органической матрицы ведет к формированию почвенного слоя. Таким образом, выветривание является ключевым процессом в миграции элементов от материнских пород к другим составным частям окружающей среды.

В окружающей нас среде присутствуют все известные элементы. Эссенциальными, т.е. необходимыми для процессов жизнедеятельности являются макроэлементы: кальций, хлор, магний, фосфор, калий, сера. К этой группе относится и часть микроэлементов, которые присутствуют в организме животных и человека в следовых концентрациях: хром, кобальт, медь, фтор, йод, железо, марганец, молибден, селен, цинк. Следующая группа – неэссенциальные элементы, т.е. компоненты не имеющие известных биологических функций. К ним относятся кадмий, мышьяк, ртуть, свинец.

В отношении действия элементов на биоту значительную роль играют их концентрационные зависимости в окружающей среде. Еще Парацельсом (1493--1541) были определены основные принципы токсикологии: «Все вещества являются ядами. Нет ни одного соединения, которое не является им. Только доза определяет ядовитые или лекарственные свойства». Это соотношение наглядно демонстрирует следующий рисунок (рис.10.1). Как для необходимых, так и неэссенциальных элементов имеется оптимальное значение концентраций, которые соответствуют нормальному функционированию организма. Увеличение их концентрации связано с токсическим эффектов, которое может закончиться смертью. Снижение концентрации неэссенциальных компонентов не так фатально, как необходимых элементов, для которых уменьшенное поступление связано с возникновением дефицитного состояния, т.е. патологии (табл. 10.2).

Таблица 10.2.