Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Геоэкологические исследования в горнорудных районах башкортостана 8
1.1. Обзор предшествующих исследований 8
ГЛАВА 2. Методология и методика геоэкологических исследований природно-техногенных экосистем 23
2.1. Общие положения методологии геоэкологических исследований 23
2.1.2. Задачи геоэкологии в районах горнодобывающих предприятий 27
2.2.1 Принципы оценки 36
2.2.2. Критерии оценки климатических условий и экологического состояния атмосферы 43
2.2.3. Критерии оценки гидрогеологического фактора 54
2.2.4. Критерии оценки геологической среды 60
2.2.5. Критерии оценки биологической среды 72
2.2.6. Оценка состояния здоровья населения 75
ГЛАВА 3. Геоэкологические основы природно- техногенных экосистем горнорудных районов башкортостана 82
3.1. Роль исторических факторов в формировании природно-техногенных экосистем 82
3.2. Природные факторы формирования природно-техногенных экосистем горнорудных районов Башкортостана 89
3.2.1. Физико-географические факторы 89
3.2.2. Геологический фактор 98
3.2.2.2. Металлогенический фактор 119
3.2.3. Гидрогеологический фактор 133
3.3. Роль техногенных факторов в формировании природно-техногенных экосистем 145
3.3.1. Предприятия добычи и переработки руд цветных и черных металлов 146
3.3.2. Воздействие предприятий добычи и переработки руд цветных и черных металлов на компоненты окружающей среды 154
3.3.3. Золотодобывающие и перерабатывающие предприятия 166
3.3.4. Воздействие золотодобывающих и перерабатывающих предприятий на компоненты окружающей среды 168
3.4. Пространственное моделирование природных факторов 174
3.5. Пространственное моделирование техногенных факторов 183
3.6. Методика зонирования территории по степени экологической опасности 188
ГЛАВА 4. Медико-биологические особенности горнорудных районов башкортостана 215
4.1. Естественные биогеохимические аномалии 218
4.2. Техногенные биогеохимические аномалии 220
4.2. Пространственное моделирование распределения заболеваемости населения 231
ГЛАВА 5. Геоэкологический мониторинг в горнорудных районах башкортостана 252
5.1. Общие положения 252
5.2. Система экологического мониторинга 254
Заключение 261
Рекомендации 264
- Общие положения методологии геоэкологических исследований
- Критерии оценки климатических условий и экологического состояния атмосферы
- Роль исторических факторов в формировании природно-техногенных экосистем
- Естественные биогеохимические аномалии
Введение к работе
Актуальность. Резкое ухудшение состояния окружающей среды (ОС) за последние десятилетия в районах деятельности горнодобывающих комплексов Урала и, как следствие, значительное ухудшение качества жизни требует разработки эффективных методов оценки экологического состояния и принятия мер по улучшению качества ОС. Область регионального развития колчеданных руд с длительной историей горнодобывающей промышленности предоставляет уникальную возможность исследования природно-техногенных экосистем, развивающихся продолжительное время в контрастных геоэкологических условиях. Главной задачей в этих условиях является разработка системы мероприятий по минимизации воздействия горнодобывающих комплексов на ОС и человека и обеспечение нормальных условий жизнедеятельности людей. Поэтому геоэкологические исследования становятся основой для предотвращения негативных последствий производственной деятельности.
Опираясь на представления В.И. Вернадского, А.И. Ферсмана, В.В. Ковальского, а также исследователей в области геохимии и охраны окружающей среды М.А. Глазовской, В.В. Добровольского, Н.Ф. Реймерса, Дж. Фортескью, А.И. Перельмана, Ю.Е. Саета, Ю.А. Израэля, А.Л. Яншина, Э.К. Буренкова, В.В. Иванова, Э.Ф. Емлина, В.А. Алексеенко, М.И. Воина, А.Я. Гаева, П.В. Еллатьевского, Е.П. Янина, М.Е. Берлянда, Н.Л. Бызовой, В.И. Осипова, В.Б. Ильина, А.И. Обухова, В.М. Гольдберга,
Ю.Г. Покатилова, Н.С. Касимова, Н.П. Солнцевой, В.Т. Трофимова, Д.Г. Зилинга и многих других учёных, необходимо выработать концепцию оценки эколого-геохимического состояния горнорудных районов Урала, более 200 лет находящихся под действием техногенной нагрузки.
Одной из наиболее значимых проблем горнорудных районов является оценка геоэкологических основ природно-техногенных экосистем. Научно-обоснованный прогноз экологической ситуации и создание системы управления охраной окружающей среды возможны путем разработки
4 геоэкологических моделей в системе технологий комплексного автоматизированного мониторинга, с использованием качественных и количественных методов. Это обеспечит переход к управлению качеством и охраной ОС в условиях НТР в горнодобывающих районах, что исключительно актуально в настоящее время.
Целью исследования является научное обоснование и практическая реализация комплекса методов интегральной оценки влияния природных и техногенных факторов на формирование экосистем горнорудного Урала на территории Башкортостана.
Объектом исследования является природная и техногенная составляющая окружающей среды горнорудных районов Башкортостана, а также распространенность заболеваемости населения территории.
Основные задачи исследования:
Определить геоэкологические основы природных и техногенных экосистем в горнорудных районах Башкортостана.
Выявить эколого-геохимические особенности территорий в зоне воздействия предприятий горнорудного комплекса Башкортостана.
3. Оценить степень патогенности природных и техногенных факторов и создать соответствующие карты (геолого-геохимических комплексов, естественной радиоактивности, литогеохимических аномалий, интенсивности проявления рудогенеза, природно-климатических факторов, степени воздействия техногенных факторов и гидрогеологических особенностей территории).
4. Осуществить зонирование территории по степени проявленности патогенных факторов на региональном и локальном уровнях и создать карты комплексного геоэкологического зонирования.
5. Разработать систему автоматизированного геоэкологического мониторинга горнорудных районов, базирующуюся на результатах скоординированного геоэкологического зонирования и распространенности заболеваемости населения.
5 6. Создать многослойные тематические электронные карты природных и техногенных систем территории, с целью обеспечения информационной поддержки принятия экологически значимых решений на всех уровнях государственного и территориального управления.
Защищаемые положения.
Впервые обоснована система геологических, металлогенических, литогеохимических, гидрогеологических, климатических и ландшафтно-геохимических факторов, пространственная совокупность которых определяет геоэкологические основы природно-гехногенных экосистем в пределах горнорудных районов Башкортостана.
На основе региональных эколого-геохимических исследований и установления условий миграции и накопления элементов в депонирующих средах выделены два основных типа техногенных экологически-опасных ассоциаций, связанных с освоением медно-колчеданных, золоторудных и железорудных месторождений.
Выявлены устойчивые многофакторные связи между природно-техногенными параметрами и отдельными видами заболеваемости населения на основе скоординированного геоэкологического и медико-биологического зонирования территории с применением пространственного моделирования и геостатистических методов анализа.
Разработана система экологического мониторинга горнорудных районов Башкортостана, которая является основой управления природно-техногенными экосистемами, рационального природопользования и планирования медико-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий.
Научная новизна. Разработана концептуальная и научно-методическая основа интегральной геоэкологической оценки влияния природных и техногенных факторов на формирование экологического состояния горнорудных районов Башкортостана.
Впервые для крупного горнорудного региона выполнен разносторонний анализ геоэкологической, эколого-геохимической и медико-биологической информации с применением ГИС-технологий, дана интегральная оценка сложной природно-техногенной экосистемы и осуществлено экологическое зонирование территории.
Выделены региональные геолого-геохимические комплексы с характерным набором дефицитных и избыточных элементов и предложены критерии количественной оценки их экологической опасности на основе показателя литотоксичности элементов.
Разработаны модели пространственного распределения различных патологий здоровья населения в разрезе поликлиник и сельских врачебных амбулаторий и создан единый банк данных о заболеваемости населения, как один из результатов первого этапа системы медико-биологического мониторинга.
Практическая значимость и реализация результатов исследований
Для крупной горнопромышленной территории предложены принципы организации скоординированного геоэкологического и медико-биологического мониторинга, которые могут быть использованы в регионах с аналогичными условиями; созданы тематические цифровые модели природных и техногенных экосистем территории, обеспечивающие информационную поддержку принятия экологически значимых решений на всех уровнях государственного и территориального управления; определены геолого-геохимические балансы химических элементов в коренных породах горнорудного Башкортостана, оказывающие патогенное воздействие на человека; изучена география различных видов заболеваемости и выполнен анализ их взаимосвязи с природными и техногенными факторами, что служит основой планирования медико-профилактических мероприятий; создана карта комплексной экологической оценки территории и выделены наиболее неблагоприятные зоны, которые необходимо учитывать при планировании землепользования; создана базовая картографическая основа в системе медико-
7 биологического мониторинга; результаты работы используются в Сибайском филиале ОАО «Учалинский ГОК» при принятии природоохранных решений (справка о внедрении); опубликовано 8 учебных и методических пособий, которые используются в учебном процессе в Башкирском государственном университете, Восточном институте экономики, гуманитарных наук, управления и права, Башкирском институте развития образования и в работе детско-юношеского геологического движения Республики Башкортостан.
Исходный материал и личный вклад автора. Фактический материал, положенный в основу работы, автор собирал более 12 лет, работая на кафедре геологии и геоморфологии Башкирского государственного университета. Направление, объекты, материалы и объем исследований показаны в таблице 1. Материал получен по аттестованным методикам с соответствующим метрологическим обеспечением. Значительная часть результатов количественных анализов природных компонентов окружающей среды, источников загрязнения получена и обработана автором в ходе ландшафтных геоэкологических исследований в горнорудных районах Башкортостана, а также в процессе экоаудиторской деятельности.
Публикации и апробация работы. Результаты исследований автора по теме диссертации докладывались и обсуждались на международных, Всесоюзных, региональных и Республиканских совещаниях, конференциях и семинарах в городах: Уфа - 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000; Москва - 1997, 1999, 2002, 2003, 2006; Санкт-Петербург- 2006; Оренбург - 2005, 2006; Невель - 1994; Улан-Удэ - 1999; Сибай - 1995; Воронеж - 2005; Пермь - 1995, 2005; Минск - 2005. Всего опубликовано 42 работы, в т.ч. 8 учебных и методических пособий (в соавторстве) и 1 монография. Выполнено 17 экологических аудитов в Башкортостане и сопредельных территориях.
Работа выполнена на кафедре геологии и геоморфологии Башкирского государственного университета.
Общие положения методологии геоэкологических исследований
Термин геоэкология был введен К. Троллем в 1939г., чтобы отразить целесообразность объединения двух подходов - «горизонтального», состоящего в изучении пространственного взаимодействия природных явлений и «вертикального», заключающегося в изучении взаимоотношений между явлениями в рамках определенной экосистемы. В настоящее время мнения ученых в этом вопросе различаются. Термин «геоэкология» используется для обозначения следующих научно-прикладных направлений: 1) изучение ландшафтов путем анализа экологических отношений между растительностью и средой; 2) изучение структуры и функционирования природных комплексов на топологическом уровне; 3) изучение взаимодействия составных частей природного комплекса и воздействия общества на природную составляющую ландшафтов путем анализа балансов вещества и энергии [368].
В.И. Осипов понимает геоэкологию как междисциплинарную науку об экологических проблемах внешних геосфер. ВТ. Трофимов с соавторами определяет геоэкологию как междисциплинарную науку, рассматривающую состав, структуру, закономерности функционирования и эволюции естественных (природных) и антропогенно преобразованных экосистем высоких уровней организации. Предполагается, что геоэкология может включать знания о социально-экономических проблемах человечества, однако главной ее целью являются экологические функции геосферных оболочек Земли, сохранение их жизнеобеспечивающих состояний и обеспечение функционирования экосистем [246, 247, 342, 343, 344].
Б.Б. Прохоров относит геоэкологию к разделу экологии, исследующему экосистемы (геосистемы) высоких иерархических уровней - до биосферы включительно. Вместе с биологическими и социальными науками геоэкология входит в учение о ноосфере [273].
Объектом исследований геоэкологии принято считать экотопосферу. Под экотопосферой понимается не просто ОС, а экотоп ноосферы, состоящий из косных и биокосных компонентов. Экотопосфера охватывает сегодня практически полностью атмосферу, гидросферу, педосферу и значительную часть литосферы, то есть все внешние оболочки Земли. Она служит целостным объектом изучения геоэкологической науки [251, 368].
Ведущая геологическая роль человека в формировании экотопосферы обусловлена, прежде всего, гигантскими масштабами его горно-геологической и строительной деятельности. Более 70 % ресурсов человечество извлекает из недр Земли. Однако используется для получения материальных благ менее 11 % добываемого. Остальное, в виде отходов - отвалов, техногенных илов, рассолов и соленых вод сбрасывается или складируется на поверхности земли. Интенсифицируются геохимические процессы, формируются техногенно опустыненные и загрязненные ландшафты. Вот почему геоэкология и экологические науки в целом приобретают сегодня исключительное значение [77, 79, 82].
В.Т. Трофимовым с соавторами предложено единое научное направление в системе геологических наук, которому авторы дали название «экологическая геология». Термин «экологическая геология» авторы не отождествляют с термином «геоэкология», который трактуется ими как комплексная наука, исследующая все абиотические оболочки (сферы) Земли и биоту. Геоэкология включает в себя «экологическую геологию» как составную часть, связанную только с литосферой, наряду с «экологической географией» и «экологическим почвоведением» [343, 345].
Экологическая геология рассматривается В.Т. Трофимовым, как новое направление в геологии, изучающее верхние горизонты литосферы (включая подземные воды, нефть и газы) как одну из основных абиотических компонент экосистем высокого уровня организации (от биогеоценоза до экосферы). Объектом исследования экологической геологии служит: теоретически 25 литосфера со всеми ее экологически значимыми компонентами, в прикладном значении - приповерхностная часть литосферы, расположенная преимущественно в зоне возможного техногенного воздействия [343].
В настоящее времени существует большое разнообразие определений
понятия «экосистема». Приведем наиболее распространенные из них.
1. Экосистема - термин, введенный в науку А. Тенсли для обозначения любого единства (самого разного объема и ранга), включающего все организмы (биоценоз) на данном участке (биотопе) и взаимодействующего с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри системы [345].
2. Н.Ф. Реймерс определяет экосистему как: 1) любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами; 2) синоним биогеоценоза; 3) информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых, в пределах определенного участка биосферы, времени и пространства, обеспечивают превышение внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом (в том числе между соседними аналогичными совокупностями) и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих [280, 281, 282].
Критерии оценки климатических условий и экологического состояния атмосферы
Источником загрязнения атмосферного воздуха в горнодобывающей промышленности являются технологические процессы, приводящие к образованию больших масс пыли [292]. Наиболее интенсивное поступление пыли тяжелых металлов - от 200 до 500 т на 1 км в год, наблюдается на территориях вблизи промышленных объектов [94, 95, 156]. Пылевые выбросы обуславливают превышение нормативных показателей состояния воздуха по концентрации пылевых частиц в зоне до 3-5 км и более. При массовом взрыве на карьере 150-200 т пыли поднимается на высоту 150-200 м. Среднесуточная норма концентрации пыли в воздухе составляет 0,15 мг/м .
Основная масса тяжелых металлов, участвующих в атмосферной миграции, содержится в аэрозолях и мигрирует в виде паров. Важной характеристикой степени токсического воздействия атмосферных выпадений тяжелых металлов является содержание растворимой их формы в осадках.
Токсическое действие тяжелых металлов в ионной форме значительно выше, чем в нерастворимой. Соответственно, при оценке опасности аэрогенного загрязнения важно учитывать относительное содержание растворимых и нерастворимых форм токсичных элементов. Необходимо иметь в виду возможность дальнейшей трансформации атмосферных выпадений. На уровень загрязнения воздуха влияют и ландшафтные условия - потенциальная опасность существует на пониженных участках рельефа [124].
Для характеристики загрязнения атмосферы использованы данные материалов ОВОС, отчетов по научно-исследовательским работам различных организаций, сведения, представленные в объяснительных записках к Государственной геологической карте РФ Масштаба 1: 200000 листы N-40 XIVIII, N-40-XXIII, и результаты собственных полевых работ. Необходимая информация получена нами из соответствующих карт Атласа Республики Башкортостан. Для оценки площадного загрязнения привлечены сведения и картографические материалы [455]. Опробования снегового покрова в ходе полевых работ проводилось по методике ИМГРЭ [211]. Пылевая нагрузка на территорию и фоновые значения рассчитывались с использованием общепринятой методики. Выбор фонового участка производился с учетом физико-географических особенностей местности в местах максимально удаленных от известных источников загрязнения. Отбор и обработка проб проводились в соответствии со стандартными методиками геохимических и эколого-геохимических исследований согласно существующим методическим рекомендациям ИМГРЭ [211]. В качестве фонового был выбран участок (д. Уразово), расположенный в зоне наименьшего воздействия аэрогенных выпадений от промышленных пред-исследований в окрестностях г. Учалы и фона, установленного в других горнопромышленных районах (ИМГРЭ, 1994) (табл. 3).
Для оценки уровня промышленного загрязнения атмосферы необходим учет трансрегионального переноса. Наиболее информативным методом оценки загрязнения атмосферы служит химический анализ снега, который дает представление о суммарном количестве химических элементов, поступающих с близлежащих промышленных объектов и привнесенных в результате трансрегионального переноса. Ореолы пыли в снежном покрове более контрастны, чем в воздухе. Исследование химического состава снега (снеговой воды и твердой взвеси) позволяет точнее идентифицировать источник и оценить степень опасности атмосферного загрязнения территории, а также состав и соотношение наиболее характерных загрязняющих веществ [245, 294].
Характер аэрогенного переноса загрязнителей определяется, прежде всего, направлением и силой ветра. Приземные розы ветров изучаемой территории, по данным Учалинской метеостанции, показывают, что основные направления ветров - юго-западное (38%), западное (22%), южное (21%) [270]. Для изучаемой территории характер трансрегионального переноса имеет свои особенности: наиболее значимым направлением ветров является юго-восточное направление, так как с запада и севера этот регион защищен горными хребтами от промзон г. Уфы и г. Челябинска и полностью открыт приземным ветрам с юго-востока. Кроме того, на высоте 2000 м, по данным аэрологической станции Дема, среди воздушных потоков преобладает составляющая юго-восточного направления (35 %) [270]. Главным трансрегиональным загрязнителем этого региона является Магнитогорский промузел.
В г. Магнитогорске действует более 70 предприятий, крупнейшим из них загрязнителем природной среды является Магнитогорский металлургический комбинат (ММК), а также рудники месторождений Магнитогорское, Малый Куйбас, Восточное, Лисьегорское. Выбросы пыли и газа в атмосферу от стационарных источников в г. Магнитогорске в 1988-93 гг. составляли 850-400 тыс. т, а в 1996 г. - 250 тыс. т (в том числе ММК - 246 тыс. т).
Роль исторических факторов в формировании природно-техногенных экосистем
Для оценки роли естественно-исторических процессов в освоении территории исследований обратимся к историческим документам и сводкам [126, 162,253,254].
Горнопромышленное освоение Башкортостана началось еще в XVIII веке. В середине XVIII века проводилось бурное строительство частных горных заводов, которое сопровождалось усиленным хищением башкирских земель. Например, губернатор И.А. Рейнсдорп в докладе императрице Екатерине II отмечал, что в связи с массовой скупкой башкирских земель, захватом излишних площадей для заводов, «оскудение строительных и дровяных лесов Оренбургской губернии каждый год приметнее и чувствительнее становится».
Огромное количество леса заготавливалось и перевозилось в качестве топлива для заводов Южного Урала или сплавлялось по рекам. В 1858 г. в «Оренбургских губернских ведомостях» сообщалось, что в крае имеет место «значительное уничтожение лесов вследствие поселения в нем большого числа крестьян помещичьих и развития около 50 лет в обширных размерах и без соблюдения экономических условий лесопромышленности». Заготовленный лес сплавляли по Вельскому и Сакмарскому речным бассейнам. Лесопромышленники, сняв в аренду башкирские леса, старались вырубить весь годный лес, в результате лесные богатства края быстро истощались (рис. 5.).
Значительное влияние на формирование современного ландшафта оказала многолетняя разработка коренных и россыпных месторождений золота. Всего за дореволюционный период, по данным А.В. Кузнецова (1937), на территории Башкирии добыто около 42-х тонн золота, в том числе россыпного - 35 т и рудного около 7 т. При этом, свыше 70 % общей добычи приходится на месторождения Учалинского района.
В качестве ключевого примера можно привести историю горнопромышленного освоения Учалинского района Башкортостана.
История промышленного освоения Учалинского района - типичный пример большинства горнозаводских районов Урала. Значительное влияние на формирование современного ландшафта района оказала многолетняя разработка коренных рудных и россыпных золотых месторождений. Золоторазработка 84 ми в разные периоды времени было охвачено около двух третей территории Учалинского района (66 %) [195,195].
Учалинский район издавна известен как один из крупных золотоносных районов Урала. История золотодобычи в районе ведет свое начало с 1823-1825 гг. Одним из первых организаторов поисков золотоносных россыпей был Барбот-де-Марни, который открыл россыпи по р. Уй и Шартымке на севере района. Позже последовали другие открытия месторождений золота в центральной и южной частях района: у дер. Балбук, Уразово, Буйда, Мансурово, Рысаево и др., в бассейне рек Урал, Миндяк. Была установлена золотоносность озерных отложений озер Калкан, Ургун, Большие Учалы. На первом из них проводились дражные работы.
До революции в районе добывалось до 640 - 800 кг золота ежегодно. К началу XX века основные известные запасы россыпного золота были исчерпаны. За весь дореволюционный период Учалинский район дал 29,5 тонн золота. Возобновление золотой промышленности в районе, как и по всей стране, началось после 1928 г.
Наряду с золотоносными россыпями разрабатывались и коренные месторождения золота. При их отработке были построены бегунные, амальгамацион-ные и перкаляционные фабрики. Руда в них измельчалась, а золото извлекалось путем амальгамации или цианированием. Такие фабрики действовали вблизи поселков Миндяк, Буйда, Ильинка, Мулдакаево, Поляковка, Малый Каран.
В настоящее время основным загрязнителем окружающей среды в районе является Учалинский ГОК, с 1954 года разрабатывающий Учалинское медно-цинково-колчеданное месторождение, а с 1968 г. - перерабатывающий колчеданные руды на обогатительной фабрике. Учалинским ГОКом переработано более 40 млн тонн руды. С 1940 по 1954 гг. на Учалинском месторождении проводилась добыча золота из зоны окисления рудного тела. В 1949 году вблизи месторождения работала фабрика с законченным циклом обогащения для извлечения золота циановым способом.
В местах, где разработка золота из россыпей велась старательскими артелями, ручным способом, природная среда испытала относительно небольшие изменения. Значительную техногенную трансформацию природные ландшафты претерпели в процессе отработки россыпей механизированным способом (гидравлическим, дражным) в течение нескольких десятилетий, часто неоднократно. В долинах рек Уй, Краснохта, Миасс, Урал, Шартымка, Буйда, Миндячка, в результате почти двухвековой разработки россыпей сформирован техногенный рельеф, состоящий из отвалов, дамб, котлованов, траншей. В результате этого перестраивается гидрологический режим рек, условия миграции вещества и заметно снижается биологическая продуктивность ландшафтов (рис. 6).
Хвосты обогащения и эфеля сбрасывались в реки и озера, загрязняя донные отложения рек и озер, а также почву в местах расположения бегунных фабрик. Таким образом, территория исследуемого района испытала длительную техногенную нагрузку, что, несомненно, негативно отражается на экологической обстановке района.
Естественные биогеохимические аномалии
Медико-биологические последствия избытка металлов связаны со способностью к депонированию их в организме, вызывая эмбриотоксический, тератогенный, нейротоксический, канцерогенный и другие эффекты [141, 151]. Химические элементы участвуют практически во всех биохимических процессах в организме человека. Так, заболевания, вызываемые токсическим влиянием микроэлементов, были известны с античных времен (отравления ртутью, свинцом), а болезни, связанные с недостатком эссенциальных элементов, таких как железо и йод, были описаны еще в конце XIX века.
Известно, что нарушение физиологических, биохимических и других процессов живых организмов во многом определяются особенностями эколого-геохимической обстановки. По данным экспертов ВОЗ, примерно 80 % болезней вызваны чрезмерной экологической нагрузкой [198].
Минеральные элементы составляют 5 % массы тела человека, в том числе металлы - 3%. Несмотря на столь малые концентрации, металлы определяют направление и скорость многих метаболических процессов в организме [73, 181]. Наибольший дискомфорт у жителей горнорудных районов возникает по причине дисбаланса химических элементов, характерного для природных и природно-техногенных экосистем таких территорий. Анализ предшествующих работ и собственные исследования позволили установить спектр наиболее приоритетных загрязнителей, оказывающих патологическое воздействие на организм жителей горнорудных районов Башкортостана, их вероятное токсическое действие [3, 151, 152, 278,] (табл. 23).
На сегодня достоверно установлено, что геохимические особенности территории оказывают существенное влияние на состав и особенности функционирования живых организмов. Эта взаимосвязь положена в основу выделения биогеохимических провинций [179, 180, 181]. В медицинской литературе появились работы, посвященные изучению экологически зависимых заболеваний, к которым большинство исследователей относят болезни эндокринной, сердечно-сосудистой, нервной, мочеполовой систем, дыхательных путей, онкозаболевания, болезни крови и кроветворных органов [3, 152,336,338,423].
С давних пор известны болезни, распространение которых связывают с биогеохимическими особенностями географических ландшафтов — зоб, кариес, флюороз, мочекаменная, уровская, акобальтоз и др. История отдельных из них (зоб, мочекаменная болезнь) насчитывает многие сотни лет [278].
Живые организмы, с геохимической точки зрения, представляют определенную форму миграции химических элементов на поверхности земли [64, 65]. Известно, что в процессе жизнедеятельности организмы могут избирательно поглощать необходимые для них химические элементы [136]. Роль организмов в миграции, концентрации и рассеивании химических элементов в биосфере была сформулирована В.И. Вернадским [64]. Дальнейшее развитие и обоснование эта отрасль знаний получила в работах академика А.П. Виноградова, сформулировавшего понятие о биогеохимических провинциях и их роли в эволюционном развитии живого вещества [65]. По определению А.П. Виноградова биогеохимические провинции - «Области земли, в пределах которых у организмов наблюдаются биологическая реакция на определенный уровень содержания химических элементов во внешней среде». Изучению изменчивости биогеохимических процессов синтеза и активности ферментов, гормонов, витаминов и других активных соединений живых организмов под влиянием геохимических условий внешней среды посвящены работы В.В. Ковальского [179].
В пределах восточных районов Башкортостана В.В. Ковальским установлена природная азональная биогеохимическая провинция, обогащенная медью. Среднее содержание меди в почвах этой провинции изменяется в пределах от 6,2x10 до 7x10 "2 %. Почвы провинции обогащены медью в среднем в 40 раз больше, чем почвы соседних районов (не обогащенных медью) и по сравнению с черноземами «эталонной» биогеохимической провинции - в 23 раза, а по сравнению с дерново-подзолистыми почвами нечерноземной зоны - в 65 раз. Пастбищные растения, произрастающие на обогащенных почвах, накапливают медь в 20-30 раз выше нормы [179].
Исследование распределения цинка и меди в почвах позволило В.В. Ковальскому выделить крупную биогеохимическую аномалию в районе развития известных колчеданных месторождений на Южном Урале (рис. 35). Ей соответствует характер распределения этих металлов в укосах растений (рис. 36), т. е. повышение содержания металлов в почвах неизбежно приводит к увеличению содержания этих металлов в растениях. В пределах этой биогеохимической аномалии растения испытывают морфологические изменения. Содержание металлов в таких модифицированных особях резко повышено в сравнении с их концентрациями в растениях этого же вида, произрастающих вне аномальных участков. Захват растениями тяжелых металлов приводит к изменению видового состава биогеоценозов: в них увеличивается доля толерантных видов, способных усваивать металлы в значительных количествах. Так называемая галмейная флора, описанная на Южном Урале, представляет собой ореол биогеохимического рассеяния цинка.
Похожие диссертации на Геоэкологические основы природно-техногенных экосистем горнорудных районов Башкортостана
