Техногенез. Геохимическая деятельность человечества. Типы геохимических процессов техногенеза

Хозяйственная и промышленная деятельность человека по своему масштабу и значению сделалась сравнимою с процессами самой природы.

А. Е. Ферсман

В 1912 г. в журнале «Природа» А. Е. Ферсман опубликовал «Очерки по геохимии». Охарактеризовав поведение атома в различных природных процессах, автор остановился на своих впечатлениях от недавней поездки по промышленным районам Бельгии и Германии. Он увидел горы пустой породы вблизи шахт, долины, засыпанные шлаками, тысячи фабричных труб, выдыхающих в атмосферу угольную кислоту. Таковы плоды геохимической деятельности человечества, которую А. Е. Ферсман в 1922 г. назвал техногенезом. Ученый обращался к этой теме неоднократно. И в наши дни его работы по техногенезу представляют наиболее глубокое и обстоятельное изложение данной проблемы.

Геохимическая деятельность человечества привлекала внимание и В. И. Вернадского. Этим вопросам он посвятил ряд блестящих страниц. Ученый подчеркивал планетарное значение деятельности человека, формирование особой земной оболочки — «ноосферы» (сферы разума). Понятия «ноосфера» и «техногенез» относятся к одному кругу проблем.

А. Е. Ферсман анализировал техногенез с общих методологических позиций геохимии, выясняя, как зависит использование химических элементов человеком от их положения в периодической системе, размеров атомов и ионов, величии эков, кларков.

В «Геохимии» А. Е. Ферсман подробно остановился на проблеме извлечения вещества из недр, его переработки, концентрации и рассеяния, сельскохозяйственной и инжейернои деятельности. Он отметил, что из недр извлекается колоссальное количество вещества. Например, за тысячелетнюю историю Англии из копей извлечено свыше 15 км3 вещества, а из каменоломен — 12 км3. Заметим, что ежегодно реки земного шара выносят в океан около 15 км3 взвешенных и растворенных соединений.

Грандиозные массы веществ распыляются и перемещаются в процессе инженерной и сельскохозяйственной деятельности. Кубические километры пыли возникают при эксплуатации дорог, при распашке почв.

Орошение пустынь приводит к растворению и выносу из почвы солей, осушение болот резко изменяет в почве миграцию железа и фосфора и т. д. Страны — экспортеры сельскохозяйственной продукции (например, Аргентина; ежегодно теряют большое количество калия, фосфора и других элементов, содержащихся в пшенице, мясе и других продуктах.

Металлургия, химическая и другие виды промышленности создают невиданные ранее на Земле формы соединений, осуществляют чуждые природе реакции. В целом техногенез по масштабу и значению сравним с процессами самой природы.

Характерной особенностью техногенеза А. Е. Ферсман считал резкое увеличение темпов добычи элементов из недр: за XIX в. среднегодовое потребление на Земле большинства металлов возросло в 100 раз. В связи с израсходованием богатых руд человек вынужден извлекать необходимые элементы из более бедных руд. Когда человечество исчерпает богатые месторождения, оно перейдет к комплексному использованию горных пород, т. е. к добыче элементов, содержащихся в кларковых количествах. При этом А. Е. Ферсман особо подчеркивал значение кремния и алюминия с их исключительно высокими кларками (29,5 и 8,05%). По его мнению, титан, ванадий и хром идут на смену более редким тяжелым металлам прошлого — олову и цинку.

А. Е. Ферсман выделил три основных типа геохимических процессов техногенеза. Процессы первого типа направлены к уменьшению свободной энергии, образованию устойчивых соединений. При этом выделяется много тепловой, световой и химической энергии. Примерами служат сжигание топлива (окисление углерода и водорода), окисление пирита и т. д. Особое внимание ученый уделил образованию при сгорании топлива углекислого газа, в результате чего в атмосфере резко повышается его содержание. Трудно, указывал ученый, предсказать серьезность тех изменений, которые будут внесены в хозяйство природы; потепление климата, усилепие фотосинтеза, увеличение геохимической деятельности рек — эти картины могли бы казаться фантазиями Жюля Верна.

Второй тип противоположен первому, процессы идут с поглощением энергии и направлены в сторону образования неустойчивых систем, богатых свободной энергией. В результате возникают вещества, чуждые земной коре, неустойчивые в биосфере. Примером служит получение алюминия, магния, никеля, кобальта и многих других металлов, не встречающихся в биосфере в самородном состоянии. Их получают, затрачивая огромное количество энергии. А. Е. Ферсман писал, что ни в одной системе космоса мы не встречаемся с такими реакциями, которые бы шли столь очевидно вразрез с законом энтропии.

К третьему типу процессов А. Е. Ферсман отнес получение четных элементов с ядрами, построенными по типу 4g, лежащих в пиках кривых кларков (Ca, Mg, Fe, О, Si, отчасти S). Эти элементы образуют соединения, наиболее стойкие в химическом, термическом и механическом отношениях.

Ученый остановился и на проблеме техногенеза редких элементов, использование которых противоречит тенденциям природы (низким кларкам).

Подробно анализировал А. Е. Ферсман дальнейшую миграцию добываемых элементов. Он отметил, что во многих случаях природные процессы и техногенез действуют в одном направлении. Например, такие элементы, как платина, концентрируются и природой и человеком, другие (В, G, О, F, Na, Mg), наоборот, рассеиваются и в природе и в техногенезе. Большая группа элементов рассеивается в природе и концентрируется человеком с последующим рассеянием (Li, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni и др.). Однако подобное «согласие» между человеком и природой наблюдается не всегда. Нередко природные и техногенные процессы направлены в разные стороны. Так, Не, Al, Ag, Au, Ra, рассеивающиеся в природе, концентрируются человеком. Иногда природа концентрирует то, что рассеивает человек (водород, частично цинк). В целом для техногенеза наиболее характерно рассеяние химических элементов. А. Е. Ферсман отмечал относительность своих выводов в свете перспектив технического прогресса.

К содержанию книги: Биография и книги Ферсмана