Водные растворы - важнейшая для живых организмов форма нахождения химических элементов. Без них практически невозможна жизнедеятельность людей, а состав этих растворов во многом контролирует ее безопасность. Как уже указывалось, основная масса природных водных растворов часто обособляется в отдельную оболочку Земли - гидросферу. Ее большая часть приходится на долю Мирового океана, меньшая - на подземные и поверхностные воды континентов. В сумме на долю морей и океанов приходится около 71% земной поверхности.
По данным В.М. Гольдшмидта, на 1 см2 поверхности Земли приходится 273 л природных водных растворов, распределяющихся следующим образом:
| Объем, л | Масса, кг | |
| Морская вода | 268,45 | 278,11 |
| Пресная вода | 0,10 | 0,10 |
| Континентальный лед | 4,50 | 4,50 |
| Водяные пары | 0,003 | 0,003 |
В большинстве случаев именно наличие воды контролирует развитие живых организмов. Вода является и основным природным растворителем минералов, газов и техногенных соединений, не имеющих аналогов в природе. Считается, что в воде взаимодействие между ионами в 80 раз слабее, чем в кристаллах. Поэтому для растений и животных облегчено выборочное поступление необходимых им ионов из водных растворов.
Без воды невозможна жизнь организмов, существующих сейчас на Земле. При этом для большинства из них, в том числе и для людей, нужна не просто вода, а пресная, т. е. такая, в 1 л которой содержание сухого остатка меньше 1 г. А такой воды содержится на Земле всего около 2% ее общих запасов. Большая часть вод отличается довольно высокой степенью минерализации. Так, средняя соленость морей и океанов (а это более 70% всей гидросферы) составляет 3,5 г/л, а соленость минерализованных подземных вод континентов часто доходит до 200 г/л.
Пресную воду люди используют не только для питья, но и в самых разнообразных техногенных процессах. Считается, что общее годовое потребление составляет около 3500 км3, т.е. на одного человека приходится порядка 800 м3 воды. Наличием пресных вод в еще большей мере, чем крупными скоплениями определенных минералов, обусловлены возникновения и развитие населенных пунктов. Практически все крупные города расположены на реках. Однако довольно часто русла рек приурочены к ослабленным зонам литосферы. В случае землетрясений по этим зонам происходят наибольшие смещения земной коры, вызывающие разрушения построек и гибель жителей. Это необходимо учитывать при организации безопасности жизнедеятельности жителей таких населенных пунктов.
Газовые смеси. Химические элементы, составляющие эту форму нахождения, образуют верхнюю оболочку Земли - атмосферу. Кроме того, значительное количество газов заполняет пустоты и полости в почвах и в горных породах, находится в сорбированном состоянии. Для всех живых организмов, в том числе и для людей, наиболее важны атмосферные и почвенные газы. Поскольку раньше условия жизнедеятельности людей определялись приземной атмосферой, то техногенные процессы влияли на атмосферу в основном на первых километрах от земной поверхности; теперь же этот показатель изменился и составляет уже десятки километров.
В первую очередь следует отметить, что процессы жизнедеятельности воздействуют на так называемый озоновый слой, вызывая его разрушение. Сам озоновый слой представляет собой особую оболочку в составе атмосферы с максимальной концентрацией озона на высоте около 20 км. Этот слой резко снижает интенсивность ультрафиолетовой радиации Солнца. В результате она минимальна у поверхности Земли. Таким образом, озоновый слой обеспечивает сохранность живых организмов и жизни на поверхности Земли в целом.
Коллоидная и сорбированная формы нахождения получили максимальное развитие в почвах, хотя они довольно широко распространены в гидросфере и атмосфере. В этих формах переносятся и отлагаются очень многие загрязняющие вещества. Следовательно, без учета коллоидов невозможно полно и комплексно охарактеризовать условия безопасной жизнедеятельности.
Коллоидные системы обычно неоднородные, гетерогенные, состоят не менее чем из двух фаз. При этом одна из них состоит из частиц размером 0,1...1,0 ммк и называется дисперсной фазой. Частицы этой фазы распределены в другой - дисперсионной среде. Вещества, составляющие разные фазы, отличаются рядом свойств и имеют реальную физическую поверхность раздела. Сорбция представляет собой концентрирование на поверхности частиц лишь определенных веществ из дисперсионной среды. Концентрация этих веществ может быть весьма существенной, а связь их с сорбентом - сильной и сохраняющейся продолжительное время.
В результате антропогенной деятельности масса коллоидов возрастает, особенно в атмосфере. По данным В.В. Добровольского, в 1 м3 воздуха содержание тяжелых металлов над континентами составляет n•10-5 г. Будучи тонкодисперсными, они, попав в легкие человека, могут быстро и в значительных количествах переходить в кровь, что особо вредно, В очень больших количествах аэрозоли содержатся в атмосфере крупных городов. В работах В.А. Алексеенко (1993, 1994, 2000) показано, что основная их часть довольно быстро осаждается в пределах населенных пунктов. Это существенно ухудшает условия жизнедеятельности людей в местах их наибольшей плотности проживания.
Техногенные соединения, не имеющие природных аналогов, впервые были выделены автором в 1989 г. как самостоятельная форма нахождения химических элементов в земной коре. Количество соединений, созданных человеком и не имеющих природных аналогов, в последние десятилетия непрерывно и очень быстро растет как по их общей массе, так и по видовому разнообразию. Усиливается и их воздействие на организмы. Не учитывать геохимической (биологической) роли техногенных соединений становится невозможным.
Кратко рассмотрим основные группы таких соединений. К ним в первую очередь следует относить различные пластмассы, синтетические моющие средства; многие галогеносодержащие органические соединения, пестициды, полициклические ароматические углеводороды. Их бесконтрольное производство уже сейчас начинает угрожать безопасности жизнедеятельности. Можно уверенно предполагать, что в будущем эта проблема может войти в число основных, стоящих перед человечеством. Причин, позволяющих высказать такое предположение, довольно много. Кратко рассмотрим три из них, которые мы относим к основным:
1. Очень большое число техногенных соединений, не имеющих природных аналогов, относится к токсичным или становится таковым, вступая в реакции с другими веществами. При этом многие из этих соединений создаются не специально, а являются побочными продуктами различных производственных процессов.
2. Особое значение имеет проблема утилизации веществ, очень медленно разлагающихся в условиях биосферы. Это относится к различным пластмассам, диоксинам, синтетическим волокнам, фреонам и т. д. Учитывая опыт других стран, стоит задуматься, следует ли создавать многие пестициды, красивые и трудно разлагающиеся упаковки для различных товаров и многие другие соединения во вред развития живых организмов, включая, в конечном счете, человека.
3. Непосредственное воздействие (а особенно его поздно сказывающиеся последствия) рассматриваемых соединений на человека и другие живые организмы изучено явно недостаточно. Вероятно пройдут еще многие годы, прежде чем будет решена эта проблема.
К биогенной форме относятся химические элементы и их сочетания в земной коре, образующие все многообразие животных и растительных организмов. Впервые эта форма была рассмотрена В. И. Вернадским. Несмотря на сравнительно небольшое содержание живых организмов, обитающих в земной коре, без учета их деятельности невозможно правильно представить геохимические процессы, протекающие на поверхности Земли. Особо отмечая это, В.И. Вернадский писал: "...живое вещество в биосфере играет активную основную роль и по своей мощности ни с чем, ни с какой геологической силой не может даже быть сравнимо по своей интенсивности и направленности во времени". К живому веществу биосферы, по определению В.И. Вернадского, относится совокупность всех ее живых организмов. Не останавливаясь на многообразии процессов, протекающих под воздействием живого вещества, отметим только, что в результате жизнедеятельности и автотрофных бактерий (синтезируют из неорганических соединений органические, используя энергию Солнца), и гетеротрофных (используют органические вещества, созданные другими организмами) образуется вода. В результате процессов фотосинтеза выделяется свободный кислород.
Таким образом, ряд живых организмов создает условия, обеспечивающие жизнь и безопасность жизнедеятельности людей.
Живое вещество
Пока только на одной планете Солнечной системы - на Земле - известна жизнь. Формы существования живых организмов многочисленны, В настоящее время мы выделяем бесклеточное живое вещество (вирусы), бактерии (имеющие и не имеющие ядра), растения, грибы, животные. Изучение их элементного состава показало, что они состоят из тех же химических элементов, что и неживые (косные) естественные тела. Однако еще В.И. Вернадским было подчеркнуто, что "между живыми и косными естественными телами биосферы нет переходов - граница между ними на всем протяжении геологической истории резкая и ясная".