Особенности геофизических и геохимических аномалий

Геофизические и геохимические аномалии, оказывающие влияние на живые организмы, разделяются на две большие группы: естественные аномалии, обусловленные геологическими факторами, и техногенные, созданные в результате деятельности человека.

Естественные и техногенные аномалии

Имеющиеся в земных оболочках геофизические и геохимические аномалии обусловлены наличием вертикальных и горизонтальных неоднородностей в литосфере и проницаемых зон, которые в сумме вносят заметные искажения в распределение энергетических полей и вещественно-геохимических комплексов. Аномалии являются отражением разнообразных эндогенных и экзогенных геодинамических и физико-химических процессов, которые протекают в геологической среде. Одни из них обусловлены рудными залежами и скоплениями неметаллических полезных ископаемых, другие — геологическими структурами, а третьи — распространением гравитации, электрических, магнитных и тепловых потоков.

Источниками таких аномалий могут быть геологические объекты, длительное время генерирующие потоки вещества, а также геологические процессы, протекающие в глубоких недрах, Солнце и космические тела. К числу геологических объектов относится целый ряд месторождений рудных полезных ископаемых. Например, в зоне окисления сульфидных месторождений практически всегда возникает сложная система электрических и температурных полей, над рудными залежами локализуются аномально высокие значения Cu, Zn, Pb, Sc, Cd, In, SO2, СO2. На земную поверхность благодаря глубинным разломам поступают эманации гелия, углеводородов, радиоактивных газов и особенно радона. Все они создают локальные геохимические аномалии.

Их воздействие на живые организмы может быть различным в зависимости от уровня токсичности химических элементов и их соединений, а также от количества поступающего вещества. Высокоопасными являются оксидные месторождения урана, сернистые руды Вi, Те, Sе, Аs, Sb, Нg, Сu, менее опасными — разнообразные по генезису месторождения Рb, Zn и галоидных соединений, опасными — месторождения слюды, талька, берилла и некоторых драгоценных камней.

Аномалии создают физические и геохимические поля, которые возникают перед надвигающимися грозными геологическими стихиями, в первую очередь — землетрясениями.

Активные явления на Солнце вызывают магнитные бури, перераспределение теллурических токов в геологической среде и т. д. Кроме того, на Землю непрерывно поступают космические лучи и падают разной величины космические тела. Падение мелких каменных, железных и железокаменных метеоритов часто проходит незамеченным и не оказывает заметного влияния на биосферу. Крупные метеориты оказывают локальное воздействие на место падения. Более крупные катаклизмы возникают в результате падения на Землю астероидов и комет. Их периодичность достаточно велика, падения сопровождались массовыми вымираниями биоты в геологическом прошлом. Наиболее известным является падение астероида диаметром около 10 км на границе мелового и палеогенового периодов, т. е. 65 млн. лет тому назад. Результатом встречи Земли с таким космическим телом стало массовое вымирание организмов, когда наземная и морская биоты лишились почти 75% своих представителей.

Техногенные аномалии чрезвычайно разнообразны по форме и строению и нередко обладают комплексной природой. Все они являются результатом излучения радиоактивных веществ, используемых в промышленных и исследовательских целях, и рассеивания различных видов энергии и вещества.

Главные источники искусственных аномалий — городские агломерации, сельскохозяйственные комплексы, промышленные и горнодобывающие предприятия, электростанции, работающие на твердом, жидком, газообразном и ядерном топливе, транспортные магистрали, линии электропередач, кабели телеграфной и телефонной связи, радиорелейные линии, телекоммуникационные системы, аэродромы и обслуживающие их радарные комплексы, площадки для запуска ракет, нефтебазы и нефтепередающие и нефте- и газоперекачивающие станции, хранилища и пункты захоронения химических и радиоактивных отходов, отвалы горных предприятий, особенно золотоотвалы и хвостохранилища, полигоны для испытания различных видов вооружения, в том числе и ядерного.

Необходимо особо подчеркнуть, что масштабы техногенных аномалий порой многократно превышают естественные аномалии и поэтому оказываются особо опасными для жизнедеятельности человека.

Наиболее ярким примером искусственно созданной аномалии является авария на Чернобыльской АЭС, в результате которой суммарная площадь интенсивного спектра выбросов радионуклидов и интенсивность радиоактивного излучения многократно превысила любые природные геологические объекты.

Максимальные концентрации и суммарные запасы некоторых тяжелых и редких металлов и особенно цианидов в отвалах и хвостохранилищах, накапливающихся после переработки и обогащения золоторудного концентрата, настолько велики, что становятся опасными для окружающей среды.

Высокую напряженность, иногда опасную для жизни, создают электромагнитные поля мощных радиопередающих устройств, линии высоковольтных передач. Напряженность электрических полей многократно превышает мощность, создаваемую при проведении электроразведочных работ на рудных полях.

В целом геофизические и геохимические аномалии обладают некоторыми специфическими особенностями: 1) их источники обычно располагаются на дневной поверхности или в верхней части литосферы; 2) они имеют крайне ограниченную вертикальную мощность при большой площади распространения; 3) в отличие от природных аномалий, связанных с рудными залежами и геологическими структурами, создающими физические поля и первичные ореолы рассеивания, грубоконцентричные по отношению к аномалиеобразующим структурам, техногенные аномалии распределяются вдоль путей перемещения воздушных масс, подземного и поверхностного стока, вдоль автомобильных дорог и железнодорожных магистралей и т. д.; 4) для аномалий характерно не только пространственное совпадение и наложение нескольких физических полей, но и совмещение совершенно разнородных параметров.

Вышеизложенное проиллюстрируем следующими примерами. Как правило, вдоль автодорог, включая кюветы и полосу отчуждения, в результате осаждения выхлопных газов возникают комплексные ореолы Pb, Нg, Zn, бензпирена, азотистых, сернистых и ряда других токсичных соединений. Вдоль линии электропередач, подземных и воздушных линий радио- и телеграфной связи возникают первичные и вторичные электромагнитные поля. Электрические потенциалы концентрируются за счет фильтрации атмосферных вод через основание полотна дороги. Сама транспортная магистраль (автомобильная и железная дороги) и прилегающие к ней территории испытывают сейсмические и акустические колебания при движении транспортных средств.

По масштабам выбросов и охваченной площади выделяют точечные, локальные и региональные аномалии. К первым относятся аномалии, возникающие за счет скопления радиоактивных минералов в определенных частях жилых и промышленных зданий. Локальные аномалии формируются в результате скоплений токсичных веществ на полигонах бытовых и промышленных отходов, в отвалах карьеров и на терриконах, а также в хвостохранилищах. Региональные аномалии образуются в результате выбросов в атмосферу крупных ТЭЦ или АЭС или работы горно-обогатительных комбинатов.

Особенности воздействия аномалий на живые организмы

Радиационные аномалии способствуют дополнительному облучению живых организмов. Высокие дозы облучения повреждают ткани, разрушают клетки, вызывают лучевую болезнь и приводят к смерти организма. Малые дозы облучения повышают риск онкологических заболеваний и серьезных генетических отклонений.

Степень радиационного воздействия на живой организм зависит от получаемой им дозы облучения. Она учитывает способность различных форм радиоактивного облучения (альфа-, бета- и гамма-излучения) повреждать живые ткани организмов и оценивается либо в греях, т. е. поглощенной дозой, либо в зивертах, т. е. эффективной эквивалентной дозой, учитывающей способность излучения определенного типа повреждать ткани организмов, а также различную чувствительность к облучению разных частей тела.

Большие дозы облучения разрушают клетки, повреждают ткани органов и могут быть причиной быстро прогрессирующей лучевой болезни. Так, при дозе облучения 100 Гр летальный исход наступает через несколько часов или дней, при дозе 10-50 Гр облученный умирает через 2-3 недели вследствие поражения клеток костного мозга. Малые дозы радиоактивного облучения приводят к развитию раковых заболеваний, проявляющихся чаще всего через одно-два десятилетия, и серьезным генетическим отклонениям, сказывающимся на потомках облученного индивидуума (Г. С. Вахромеев, 1995).

Естественными источниками радиации являются космические лучи и радиоизотопы минералов, находящихся в горных породах (40К, 85Rb, 232Th, 238U), а также ряд радиоактивных нестабильных изотопов, которые возникают в результате радиоактивного распада. С увеличением высоты эффективная эквивалентная доза радиации, поступающая с космическими лучами, многократно возрастает. В частности, в горах на высоте 5 тыс. м. над уровнем моря она увеличивается в десятки раз по сравнению с уровнем Мирового океана, а на высоте 10 тыс. м, т. е. на уровне полета трансконтинентальных авиалайнеров, уровень облучения вырастает почти в 170 раз.

Определенную долю в повышение уровня радиации привносят такие полезные ископаемые, как каменный уголь и фосфориты. При сжигании угля и использовании минеральных фосфорных удобрений радиоактивные соединения и элементы остаются в золе, шлаке, выносятся с дымом, проникают в почвенные горизонты и нередко с продуктами питания и в процессе дыхания попадают в органы пищеварения и дыхания человека.

Наибольший вред из всех естественных источников радиации приносит радон. И несмотря на то что радоновые воды обладают целебными свойствами (курорт Цхалтубо в Грузии пользовался мировой славой), на радон падает около 75% годовой радиоактивной дозы, которую население получает от естественных источников. Радон накапливается внутри зданий в процессе горения природного газа, выделяется из воды во время пользования душем и ванной, диффундирует из строительных блоков в промышленных и жилых зданиях.

Несмотря на то что на долю искусственных источников радиации приходится всего около 20% всего среднегодового количества радиации, выделяемой на земной поверхности, они представляют большую опасность, так как сосредоточены главным образом в пределах крупных промышленных центров, а сами источники радиации непосредственно воздействуют на людей. Но техногенные источники разнообразны. Это не только ядерное оружие и ядерное топливо атомных электростанций, но и средства медицинской диагностики и лечения, разнообразная аппаратура, используемая для контроля за состоянием среды и технологических процессов, а также при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Магнитные и электрические поля Земли имеют различное происхождение и обладают разной степенью воздействия на живую природу. Магнитные поля относятся к сильным и специфическим раздражителям, действующим непосредственно на нервные клетки мозга.

Сильные электрические поля особенно неблагоприятно влияют на центральную нервную систему. По мнению Г. С. Вахромеева (1995), акселерация молодежи обусловлена повышенным электромагнитным фоном планеты.

В последние десятилетия резко возросла отрицательная роль электромагнитных полей, возникающих в результате антропогенного фактора. Это связано с появлением многочисленных радио- и телевизионных станций (вещательных и передающих комплексов), проведением линий высоковольтных электропередач и трансформаторных станций, интенсивным движением транспорта, работающего на электрических двигателях, работой промышленных предприятий и т. д.

Степень влияния электрических полей на человеческий организм до настоящего времени полностью не выяснена. Вместе с тем появилось довольно много веских доказательств, свидетельствующих о том, что любой живой организм реагирует на электромагнитные поля даже в условиях работы в нормальном режиме генераторов электромагнитных излучений. Люди, работающие с источниками электромагнитных полей и электрическими излучателями, часто жалуются на снижение аппетита, ослабление памяти, головные боли, быструю утомляемость.

Вибрационные поля создаются как природными, так и техногенными факторами. К первым относятся упругие сейсмические колебания, действие прибоя, ветра и т.д. Наибольшую роль в появлении техногенной вибрации играют транспортные магистрали и транспортные средства (автомобили, поезда, самолеты, морские суда).

Вибрационные поля отрицательно отражаются на физиологическом состоянии человека. Они приводят к повышенной утомляемости, тормозят двигательные реакции, нарушают координацию движений. Длительное воздействие вибрации вызывает нарушение работы сердечнососудистой системы, опорно-двигательного аппарата, нервные расстройства, поражение мышечных тканей и суставов (Г. С. Вахромеев, 1995).

Во время землетрясений в процессе передачи сейсмических напряжений образуются ультра- и инфразвуковые волны (акустические поля), на которые человек реагирует. Ультразвуковые волны вызывают галлюцинации, а инфразвуковые — страх и панику. Такие явления возникают и при постоянном или частом воздействии серии слабых землетрясений силой всего 2—5 баллов.

Наиболее неблагоприятное воздействие на человека оказывает вибрация с частотами 1—30 Гц.

Помимо медицинского и биологического воздействия на живые организмы вибрация влияет на прочность грунтов, меняет их структуру, активизирует оползневые, обвальные, солифлюкционные и другие экзогенные геологические процессы.

Воздействие гравитационного поля Земли на человека в настоящее время не изучено. Предполагается, что переменная составляющая гравитационного поля Земли, связанная с солнечной активностью, возможно оказывает влияние на организм человека, действует на его психику, особенно во время внутриутробного развития и роста организма (Г. С. Вахромеев, 1995).

Геохимические аномалии вызваны концентрацией в определенных местах токсичных веществ, химических элементов и соединений природного или техногенного происхождения. Особенно опасными являются повышенные концентрации тяжелых металлов и некоторых микроэлементов. Как известно, концентрация элемента измеряется содержанием элемента на единицу массы (мкг/г, мг/г, г/т) или на единицу объема (мкг/дм3, мг/дм3, г/м3) вещества в массовых или объемных процентах. Преобладающая часть техногенных геохимических аномалий связана с промышленными центрами, где сконцентрирована основная масса предприятий, некоторые из них являются вредными и особо вредными производствами.

Наиболее негативные воздействия на человека оказывают аномально высокие концентрации бериллия, хрома, мышьяка, кадмия, ртути, таллия, свинца. Повышенные содержания в почвах, водах и воздухе ртути влияют на иммунитет, вызывают расстройство половых функций, приводят к мутациям. Избыток свинца вызывает общую интоксикацию организма, поражает центральную нервную систему, печень, почки, половые органы, разрушает красные кровяные тельца. Аномально высокие концентрации кадмия приводят к атеросклерозу, гипертонии, раку предстательной железы, распаду костных тканей.

Появление незначительных количеств таллия в тканях и органах человека вызывает болезни сердца, суставов, выпадение волос. Более высокие концентрации приводят к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта, галлюцинациям, конвульсиям и параличу легких. Бериллий усиливает перерождение клеток и вызывает рак легких и остеосаркому.

Природные геохимические аномалии нередко вызывают эндемичные (местные) заболевания, возникающие как от избытка определенных химических элементов и соединений, так и от их недостатка. Геохимические аномалии оказывают воздействие на растения и животных. По данным К. И. Лукашева (1987), причиной заболевания хлорезом растений является дефицит железа в почве или отложение железа в клетках растений, а некроз растений вызывается обилием или недостатком серы, марганца, железа, бора, меди, кальция, магния, молибдена, цинка, никеля и др. При недостатке в почве меди происходит полегание овса, а избыток никеля приводит к отсутствию в цветках лепестков, недостаток бора вызывает засыхание соцветий, хрома — карликовость, марганца — задержку роста растений.

Избыток ряда микроэлементов приводит к нарушению жизнедеятельности животных. При получении больших доз селена нарушается координация движения, мутнеют глаза, происходит облысение, а у птиц выпадают перья. Высокие дозы этих элементов приводят к летальному исходу.

Эндемические заболевания вызывают не только металлы и их соединения, но и органические соединения. Например, установлено, что бензол вызывает рак крови, винилхлорид — рак печени, битум — рак кожи. Заболевания щитовидной железы связаны с недостатком в организме йода.

В работе В. Т. Трофимова с соавторами (1997) своевременно ставится вопрос о необходимости тесного контакта между геологами и медиками при исследовании всей цепочки: от причин и мест проявления геохимических аномалий природных сред до животных и человека через продукты питания, питьевую воду и атмосферу. Геологи изучают определенную геохимическую аномалию, выявляют ее происхождение, показывают ареалы и изучают степень подвижности. Одновременно медики исследуют степень влияния конкретных аномалий на человеческий организм и определяют не только причины, но и намечают пути лечения возникающих заболеваний.

Исходя из многообразия патогенных геохимических аномалий в зависимости от их генезиса желательно разделить их на две большие группы. Одни геохимические аномалии связаны с природными процессами, поэтому могут быть названы геопатогенными. Техногенные геохимические аномалии связаны с техногенезом и в связи с этим могут быть названы технопатогенными.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.