Природные геохимические аномалии в различных климатических зонах России

Россия по площади является самым крупным государством в мире, ее территория составляет 17075400 км2 и включает несколько географических широт по нескольким часовым поясам. На территории России выделяют четыре географические или биогеохимические зоны:

  • - таежно-лесную нечерноземную;
  • - сухостепную, полупустынную и пустынную;
  • - лесостепную и степную черноземную;
  • - горную.

Каждая зона характеризуется определенными геохимическими особенностями, т.е. наличием в почве, воде и растительности определенных макро- и микроэлементов, что отражается на видовом составе растительности и физическом состоянии животных. Химический состав почвы, растительный и животный мир в разных зонах на территории Российской Федерации разнообразен. Все зависит не только от климатических и природно-ландшафтных условий, но и от человеческой деятельности в отдельных регионах. За время существования Земли (4,5 млрд, лет) на ее поверхности скопился слой веществ, выпавших из космоса, толщиной в несколько метров, поэтому земная кора представляет сложный комплекс веществ земного и внеземного происхождения. Поэтому геохимическая обстановка в разных регионах планеты имеет существенные различия.

Геохимия биосферы мозаична, что во многом обусловлено, как считают, разнообразием химического состава земли (литосферы). Почвообразующие породы отличаются друг от друга по содержанию меди в 34-68 раз, цинка — в 25-170 раз, бора — в 500 раз, кобальта — в 2000 раз. Химический состав Земли во многом определяет биогеохимию почвенного покрова, так как почвообразовательные процессы сопровождаются переходом макро- и микроэлементов из материнской породы в почву, однако в разных биогеоценозах (БГЦ) химический состав почвенного покрова неодинаков. Так, например, различные типы почвенного покрова отличаются друг от друга в отдельных зонах страны по содержанию меди в 1500 раз, а с учетом медных рудных провинций — в несколько тысяч раз. В разных типах почв отмечены значительные колебания в содержании фосфора, цинка, бора, марганца, стронция, молибдена и других химических элементов. При этом следует иметь в виду, что четко выраженная прямая зависимость между макро- и микроэлементным составом материнской породы и биогеохимией почвы прослеживается далеко не всегда. При почвообразовательном процессе не все химические элементы, содержащиеся в породе, аккумулируются почвой. Часть их с почвенными растворами может мигрировать в другие места грунтовой толщи, там рассеиваться или, наоборот, концентрироваться. В силу этого в биогеоценозах (БГЦ) может формироваться самая разнообразная геохимическая обстановка.

На биогеохимическую обстановку в БГЦ определенное влияние оказывает рельеф местности. Под влиянием рельефа происходит изменение свойств почв, ее химизма. На вершинах водоразделов свойства почвы одни, на склонах — другие. Так, вершина водораздела может стать местом выноса кальция, йода, других макро- и микроэлементов, а подошва склона — областью их накопления, осаждения, аккумуляции, в том числе в растениях и в организме животных.

Химический состав материнских пород и почв во многом определяет также концентрацию макро- и микроэлементов в водах. Вода разных водоисточников, используемая для поения животных, тоже отличается по содержанию меди, железа, фтора и других химических элементов. По концентрации бора вода в разных зонах отличается в 30 раз, по содержанию меди — в 40, стронция — в 100, цинка — в 200, кобальта — в 300 раз и более. В водах одних БГЦ фтора очень мало, в других — очень много. При недостатке в питьевой воде фтора у животных возникает кариес зубов, при избытке — флюороз. В некоторых источниках в воде отсутствует йод, что способствует заболеванию животных энзоотическим зобом.

Различия в геохимической обстановке в разных регионах страны во многом определяются природно-климатической зональностью, обусловленной взаимоотношениями Земли и Солнца. На разных широтах нашей планеты сформировались географические зоны с более или менее характерными природно-климатическими условиями и специфической геохимической ситуацией. Исторически, то есть в течение длительного времени, сложились геохимические ландшафты Арктики, тундры, тайги, лесостепей, степей, полупустынь, пустынь, субтропических и тропических поясов Земли. Ландшафты отличаются друг от друга по структуре почвы, видовому составу живых организмов и их геохимической роли. Корни растений, как своеобразный насос, “перекачивают” калий, кальций, медь, натрий, фосфор, кобальт и другие макро- и микроэлементы из нижних частей грунта на поверхность почвы. Обогащение почв химическими элементами происходит после отмирания растений и разложения их остатков. Подвижные химические элементы с атмосферными осадками обычно мигрируют в нижние слои почвы.

В ландшафтах тундр климат холодный и суровый. В таких условиях синтез и распад органических веществ замедлен, почвы бедны подвижными формами макро- и микроэлементов. Синтез и распад органических веществ в тайге происходит быстрее, чем в тундре, однако и здесь скорость биотического круговорота невелика, так как макро- и микроэлементы в стволах деревьев задерживаются надолго. Геохимия таежных ландшафтов характеризуется высоким содержанием водородных ионов. В кислых почвах отмечается низкая концентрация подвижных форм кальция, азота, фосфора, калия, кобальта, меди, йода. И лишь в местах залегания известняков, обогащенных кальцием, почва приобрела нейтральную или слабощелочную реакцию. Имеются в тайге зоны с высоким содержанием стронция и других радиоактивных химических элементов.

Степной геохимический ландшафт характеризуется ускоренным биотическим круговоротом макро- и микроэлементов. Он сформировался в зоне сухого теплого климата. Растительность степного ландшафта представлена главным образом травами. Скорость синтеза органического вещества в степях довольно высокая (степные травы растут быстро), поэтому и процессы минерализации растительного вещества протекают активно. Ежегодно часть растительного покрова отмирает, что способствует формированию мощных черноземов — почв, богатых гумусом. Хотя в степях, как и в тайге, при разложении органических веществ образуются гумусовые и иные кислоты, в степных геохимических ландшафтах почвы некислые. Кислоты нейтрализуются катионами, образующимися при минерализации органических веществ растительного и животного происхождения. Вода здесь минерализована (жесткая), имеет нейтральную или даже щелочную реакцию. В подавляющем большинстве степных ландшафтов геохимическая обстановка более или менее благоприятна для развития растений и животных. Поэтому степные ландшафты считаются своеобразными “геохимическими эталонами”, которые соответствуют экологическому оптимуму. Однако геохимические степные ландшафты могут быть приняты за экологические эталоны-оптимумы лишь с определенными оговорками, так как и в них имеются регионы, как с низким, так и с высоким содержанием макро- и микроэлементов в почвах.

Полупустынные и пустынные ландшафты характеризуются жарким и сухим климатом. В полупустынях осадков выпадает мало, а в пустынях — еще меньше, или в ничтожном количестве. В полупустынях растительность бедная, в пустынях — нередко отсутствует совсем. Влияние живого вещества на водную миграцию химических элементов в геохимических полупустынных и пустынных ландшафтах чрезвычайно слабое. Испарение воды в пустынях усилено и грунтовые воды засоляют почвы. В результате засоления формируются “натриевые” геохимические ландшафты. В области месторождений руд в грунте находят повышенное содержание свинца, никеля и других химических элементов. В полупустынных и пустынных геохимических ландшафтах есть участки с низким содержанием макро- и микроэлементов в почве и воде, в растительном и животном мире.

Геохимические ландшафты влажных субтропических и тропических лесов характеризуются очень быстрым и интенсивным биотическим круговоротом химических элементов. Видовой состав растений и животных во влажных тропиках весьма богат и разнообразен, концентрация живого вещества на единице площади велика. Процессы синтеза и распада органических веществ проходят активно, быстро. При интенсивном разложении огромного количества веществ растительного и животного происхождения почвенные воды обогащаются органическими кислотами. Кислая вода обладает большой растворяющей способностью, она разрушает грунт и выносит в мировой океан огромное количество подвижных макро- и микроэлементов. И все же полного выноса химических элементов из почв не происходит, так как значительная часть их перехватывается живыми организмами и вовлекается в биотический круговорот. Однако геохимические ландшафты влажных субтропических и тропических лесов обеднены некоторыми минеральными веществами, в них, как правило, низка концентрация натрия, меди, йода, других макро- и микроэлементов.

Геохимическая мозаичность почвы и воды наложила определенный отпечаток на распределение видов растений и животных по поверхности нашей планеты, на их приуроченность к тем или иным БГЦ. Своеобразие геохимической обстановки и различие ландшафта определяют видовой состав растений и животных в полярных, тундровых, таежных, степных и других биогеоценозах. В разных БГЦ эволюционно сложились флора и фауна, наилучшим образом приспособленные друг к другу и условиям своего существования. Поэтому в природных БГЦ эндемические болезни растений (эпифи-тотии) и животных (энзоотии) бывают редко.

Иная картина наблюдается в аграрных или обработанных человеком ландшафтах. Сельскохозяйственная деятельность человека не устранила полностью действие естественного отбора. Но в агроэкосистемах появился новый экологический фактор — искусственный отбор, который вместе с селекцией сыграл важную роль в развитии животноводства и повышении его продуктивности. Однако, проводя искусственный отбор, животноводы не всегда обращали внимание на признаки, определяющие устойчивость животных к местным факторам воздействия. Поэтому сельскохозяйственные животные по сравнению с дикими предками и сородичами обычно более продуктивны, но, как правило, менее резистентны в окружающей среде. Они более чувствительны к эндемическим болезням, то есть как к дефициту, так и к избытку отдельных макро- и микроэлементов.

Условия жизнедеятельности сельскохозяйственных животных резко отличаются от тех, в каких обитали их дикие предки. Человек разработал технологию кормления и содержания животных на пастбищах, в животноводческих фермах и промышленных комплексах. Эффективность этих технологий определяется их экологичностью. Однако в некоторых случаях геохимическая обстановка в антропогенных БГЦ не отвечает экологическим требованиям, что приводит к нарушению обмена веществ в организме животных и возникновению эндемических болезней и даже геохимических энзоотий. Чувствительность животных к эндемическим болезням зависит от вида, возраста и породы. Интродуцированные животные более чувствительны к заболеваниям, чем аборигены. Эндемические болезни у них протекают тяжелее. Следовательно, одной из причин эндемических болезней животных являются природные естественного или антропогенного происхождения геохимические аномалии, характеризующиеся слишком низким или слишком высоким содержанием макро- и микроэлементов в окружающей среде и, прежде всего, в почве.

Установлено, что эндемические болезни животных и человека чаще бывают от природных аномалий и от антропогенных изменений геохимической обстановки в экологических системах. Под влиянием хозяйственной деятельности человека изменяется биотический круговорот макро- и микроэлементов, формируются дополнительные геохимические аномалии или антропоаномалии. Формирование антропогенных геохимических аномалий и возникновение связанных с ними эндемических болезней и токсикозов животных отмечают при нарушении круговорота азота, фосфора, калия, йода, меди и многих других макро- и микроэлементов. Загрязнение почвы химическими веществами происходит постоянно через воздух и дождевые воды. Вредные газообразные массы, водяные пары и аэрозоли, тонкодисперсные материалы вулканических извержений, мельчайшие частицы, поступающие из космоса, пыль, поднятая с поверхности суши, бактерии, споры, пыльца растений, летучие продукты жизнедеятельности и разложения организмов, перемещаясь с воздушными потоками, оседают на поверхности суши и водоемов и включаются в биотический круговорот. Они поглощаются растениями и животными, поступают в пищевые цепи и таким образом существенно влияют на всю живую природу.

Современное земледелие, промышленность, транспорт образуют дополнительные массы газов, пыли, сажи, золы, других летучих веществ, загрязняющих атмосферу. При сжигании угля, нефти и других источников энергии выделяются двуокись серы и окись азота. Попадая в атмосферу, они вступают в реакцию с водой и кислородом, образуя азотную и серную кислоты. Кислотные осадки выпадают в виде дождя, снега, тумана или сухих частиц. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу, могут переноситься воздушными потоками на большие расстояния, на сотни и тысячи километров. Часто они мигрируют за пределы той страны, в которой образовались, но их вредное влияние на живые организмы сохраняется на большом расстоянии.

Источником наиболее интенсивного химического загрязнения окружающей среды являются в комплексе интенсивно развивающиеся промышленность и современное сельское хозяйство. Бесконтрольное применение пестицидов и минеральных удобрений может стать причиной резких изменений геохимической обстановки в агробиогеоценозах. Пыле- и газообразные химические соединения сначала загрязняют атмосферу, а затем рано или поздно оседают на поверхность Земли, загрязняют при этом почву, растительные и животные организмы. Образуются геохимические неоаномалии, появляются эндемические болезни у большинства видов травоядных животных.

Во многих странах мира вокруг цементных заводов отмечено загрязнение окружающей среды цементной пылью, которая, попадая в атмосферу, с потоками воздуха, распространяется на расстояние 4-5 км от источника загрязнения. Цементную пыль считают нетоксичной, тем не менее, она содержит серу, фтор, железо, цинк, марганец, свинец, медь, хром, кобальт и другие элементы. В случае загрязнения среды цементной пылью образуются геохимические аномалии и возникают эндемические болезни животных.

В формировании геохимических неоаномалий немаловажную роль играет «промышленная» пыль, образующаяся при сжигании горючих ископаемых и при заводской обработке металлов. «Металлическая» пыль по своему химическому составу разнообразна. Она нередко содержит тяжелые металлы, загрязняющие среду и, прежде всего, почву и воду (медь, цинк, свинец и др.).

Вокруг промышленных предприятий по изготовлению стекла и керамики, алюминиевых заводов, комбинатов по производству минеральных фосфорных удобрений в атмосферу выбрасывается пыль, содержащая большое количество фтора. Газообразные соединения фтора, выпадая на поверхность Земли, загрязняют почвенный покров и воду, а через них — флору и фауну. Отрицательное влияние фтора на растительность наблюдают в радиусе до 3,5 км от источника загрязнения. В геохимических неоаномалиях, характеризующихся увеличением содержания фтора в среде, выявляются случаи массового заболевания животных флюорозом.

В возникновении геохимических неоаномалий немалую роль играет загрязнение среды выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания автомашин и турбин реактивных самолетов. Основным загрязнителем среды при этом является свинец как продукт сгорания бензина и керосина. Геохимические неоаномалии, обусловленные загрязнением почв выхлопными газами автомобилей и самолетов, формируются вдоль шоссейных дорог и вблизи аэропортов. Ширина лентообразных геохимических неоаномалий и загрязненность почвы свинцом во многом зависят от плотности движения автомашин по шоссе и частоты полета самолетов. Чем выше плотность движения, тем шире полоса неоаномалий и тем выше концентрация свинца в почве. В растениях свинец концентрируется в большей массе, чем в почвах. Скармливание растительных кормов, загрязненных свинцом, часто становится причиной свинцового токсикоза у животных. Химические особенности пресных вод также влияют на состояние почвы, растительного и животного мира. При длительном использовании животными воды со слишком высоким или слишком низким содержанием фтора, йода, кальция и других химических элементов у животных могут возникать эндемические болезни или геохимические энзоотии. Так, например, при дефиците фтора в воде зарегистрированы случаи энзоотии кариеса зубов у животных. Описаны энзоотии флюороза, обусловленные высоким содержанием фтора в воде артезианских колодцев. Поение животных водой, содержащей избыток фтора, приводит также к снижению их продуктивности. При недостатке кальция у животных наблюдают признаки остеомаляции, остеопороза, остеолиза. У больных животных нарушается обмен веществ, деятельность сердца и других органов. Потребление колодезной воды, дефицитной по содержанию йода, служит причиной возникновения энзоотического зоба.

Геохимические свойства питьевой воды изменяются тоже под влиянием природных и антропогенных факторов. Как поверхностные, так и глубинные (колодезные) воды, загрязненные химическими веществами, могут стать причиной геохимических энзоотий и токсикозов животных.

К изменению геохимической обстановки в БГЦ и заболеваниям животных может привести использование загрязненных речных, озерных и колодезных вод для полива и орошения. В таких случаях изменяется химический состав почв и произрастающих на них растений, изменяются геохимические пищевые цепи, у животных развиваются эндемические болезни.

Химические элементы, как компоненты окружающей среды, относятся к экологическим факторам, так или иначе, влияющим на жизнедеятельность животных, их продуктивность, устойчивость или, наоборот, восприимчивость к различным заболеваниям.

Анализируя эти данные, можно заключить, что геохимический состав почвы и воды на разных широтах Земли имеет существенные различия. Многие минеральные вещества в растворенном виде поступают в ткани растений, откуда поступают в организм травоядных и всеядных животных. При дефиците или избытке макро- и микроэлементов в почве и воде недостаток или избыток их отмечается и в растениях. Травоядные животные, используя некоторые растения для корма, недополучают ряд жизненно важных элементов, или, наоборот, в их организм поступает избыточное их количество. При дефиците, а также при избыточном поступлении химических элементов в организм у животных могут развиваться эндемические болезни. Уже изучено большое количество эндемических болезней животных, связанных с определенными аномалиями окружающей среды. Наиболее широкое распространение из них имеют беломышечная болезнь, энзоотическая атаксия, паракератоз, энзоотический зоб, эндемическая алиментарная анемия, мочекаменная болезнь и различные токсикозы. Знание этих болезней для ветеринарных специалистов имеет большое значение как для разработки мероприятий по их лечению и профилактике, так и для наиболее рационального использования мяса и субпродуктов при их остром или хроническом течении.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >