Значение веществ в ландшафте определяется не только их свойствами, но и положением в пространстве относительно центра ландшафта. При геохимической классификации биокосной системы (почвы, коры выветривания, ила, ландшафта в целом) за основу следует брать геохимические особенности еѐ центра (А.И. Перельман).

Если в системе один из реагентов присутствует в количестве, недостаточном для реализации всех возможных реакций, то будут осуществляться лишь те реакции, для которых характерно максимальное химическое сродство. Эти реакции, «расходуя на себя» дефицитные реагенты, препятствуют реализации других возможных реакций – с меньшим сродством, часто и с меньшим тепловым эффектом (А.И. Перельман).

1) Изменения в равновесных системах происходят в направлении, противодействующем внешнему воздействию. Принцип Ле Шателье позволяет определить направление процесса при изменении внешних условий – давления, температуры и концентрации. Он применим только к равновесным системам, его использование при анализе неравновесных систем ведѐт к ошибкам.
2) Обобщѐнный принцип Ле Шателье: всякая стационарная система стремится измениться таким образом, чтобы свести к минимуму эффект внешнего воздействия (формулировка А.Л. Тахтаджяна).

Уровень, при котором начинает изменяться оптимальное количество и качество создаваемого живого вещества, т.е. биологическая продукция. Для экологической и санитарно-гигиенической оценки загрязнения почв используются предельно допустимые концентрации (ПДК) элементов, установленные экспериментально. Содержание элементов в почвах (например, городов) нормируется обычно через значения почвенно- геохимического фона, кларки литосферы и предельно допустимые концентрации для почв одной геохимической ассоциации. Подвижные формы элементов, тяжѐлых металлов доступнее для организмов и экологически более опасны. Однако из-за варьирования содержания и разнообразия методов экстракции металлов из различных почв надѐжные предельно допустимые концентрации подвижных форм тяжѐлых металлов не установлены (М.А. Глазовская).

Максимальная массовая доля загрязняющего почву химического вещества, не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдельные последствия, на окружающую среду и здоровье человека. Н.Г. Зыриным и А.И. Обуховым показано, что основными факторами, влияющими на ПДК тяжѐлых металлов в почвах, являются их щелочно- кислотные свойства и содержание гумуса, определяющие устойчивость почв к загрязнению этими элементами. Для кадмия и свинца зависимость между pH почв и ПДК почти линейная, т. е. в кислых и щелочных почвах их ПДК могут отличаться почти на порядок. Поэтому ПДК необходимо устанавливать для крупных почвенно-геохимических регионов, для геохимических ассоциаций почв со сходными щелочно-кислотными и окислительно-восстановительными условиями и обладающими близким уровнем устойчивости к загрязняющим веществам.

В составе микрофлоры почвы принято выделять физиологические группы микроорганизмов, которые участвуют в различных процессах и на разных этапах постепенного разложения органических веществ: 1) бактерии-аммонификаторы; 2) нитрифицирующие бактерии; 3) азотфиксирующие бактерии; 4) бактерии, расщепляющие клетчатку, вызывающие различные виды брожений; 5) бактерии, участвующие в круговороте серы, железа, фосфора и других элементов: серобактерии, железобактерии и т. д., разнообразные виды которых осуществляют окисление и восстановление этих соединений. Микробиота ответственна за множество различных процессов в почве – от мобилизации до аккумуляции химических элементов. Устойчивость почв обусловлена главным образом способностью микроорганизмов осуществлять трансформацию и геохимическую миграцию подавляющего большинства химических элементов (не менее 65 элементов подвергаются микробному воздействию). Хотя микроорганизмы чувствительны как к дефициту, так и к избытку тяжѐлых металлов, они могут адаптироваться к высоким их концентрациям в окружающей среде. Доминирование микроорганизмов при различных концентрациях тяжѐлых металлов позволяет разделить диапазон толерантности микробного сообщества на несколько участков – адаптивных зон: 1) зона гомеостаза, в которой изменяется интенсивность микробиологических процессов (возрастание суммарной биомассы);
2) зона стресса, в которой происходят существенные изменения сообщества; 3) зона резистентности – резко сокращается состав сообщества, а доминантами становятся резистентные виды микроорганизмов (явление концентрации доминирования); 4) зона репрессии – прекращается развитие микроорганизмов на поверхности почвы (Левин, Гузев и др., 1989). Величина зоны определяется как диапазон концентраций химических веществ, в пределах которых сохраняются выделенные выше уровни толерантности.

Сочетание почв приблизительно одного геологического возраста, образовавшихся на сходных материнских породах и в сходных климатических условиях, но имеющих разные характеристики в связи с различиями в рельефе и условиях естественного дренажа (Донахью Р.Л. и др. Почвы: введение в почвоведение и растениеводство. М., 1971).

Верхний горизонт литосферы, вовлечѐнный в биогенную миграцию при участии растений, животных и микроорганизмов. Почвы – это особенно неравновесные, чрезвычайно динамичные биокосные системы. Богатство почв свободной энергией определило чрезвычайно резкую дифференциацию химических элементов по профилю, огромный рост разнообразия (информации). В результате почвообразования верхний горизонт литосферы мощностью 1 – 2 м расчленяется на горизонты (А0, А1, А2, В1, В2 и т.д.), причѐм каждый из них представляет собой особую физико-химическую систему. Принципиальное отличие почвы от коры выветривания состоит в биогенной аккумуляции элементов под влиянием растительности, которая отсутствует в коре. К числу важнейших физико-химических процессов, обусловливающих распределение различных элементов в почвах, относят: 1) выщелачивание из почвы; 2) осаждение; 3) включение в минералы; 4) адсорбция минеральными компонентами почвы; 5) адсорбция органическим веществом. Почва – это специфический компонент биосферы, поскольку она не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество. Тяжѐлые металлы и другие поллютанты, поступающие из различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, и их дальнейшее поведение зависит от еѐ геохимических и физических свойств. Знание доминирующих реакций и форм соединений позволяет прогнозировать миграцию как природных, так и техногенных элементов.

Относительно неподвижные почвенные, иловые и горные (породные) растворы. Они связаны с твѐрдой фазой поверхностными силами капиллярного или коллоидного характера (плѐночная вода, капиллярная вода и т. д.). Эти воды длительное время соприкасаются с породами, часто находятся в равновесии с ними. Есть свидетельства о биогенном характере формирования состава поровых растворов (П.А. Удодов).

Соотношение между компонентами после достижения термодинамического равновесия, выраженное в форме Eh-pH-диаграмм, на которых по оси абсцисс откладывают pH, а по оси ординат Eh. В таких координатах чѐтко ограничиваются поля существования различных минералов и ионов. Для процессов растворения-осаждения макрокомпонентов составление Eh-pH-диаграмм вполне приемлемо, но для тяжѐлых металлов они не всегда отвечают действительности, так как параметры Eh и pH характеризуют равновесные условия и указывают лишь, в каком направлении пойдут реакции с участием тяжѐлых металлов (если они начнутся), а следовательно, и миграция ТМ. Однако известно, что состав вод, почв, минералов во многом определяется не равновесием, а главным образом кинетикой процессов. Тем не менее Eh и pH являются важнейшими геохимическими параметрами природных вод ландшафта и биосферы.

Высокомолекулярные органические соединения бензольного ряда, различающиеся по числу бензольных колец (от 2 до 7). Они имеют как природное, так и техногенное происхождение. Техногенные ПАУ образуются при сжигании углеводородного топлива в промышленности и энергетике, производстве кокса, работе двигателей внутреннего сгорания. Из-за своей токсичности и канцерогенности ПАУ отнесены к приоритетным загрязняющим веществам. К ПАУ относятся сотни соединений, среди которых наиболее токсичны 3,4-бензпирен и 1,12- бензперилен, особенно часто определяемые в объектах окружающей среды, а также нафталин, антрацен, пирен, хризен, фенантрен, флуорантен, бензантрацен, коронен и др. 3,4-бензпирен в 70 – 80 % случаев занимает первое место среди веществ, определяющих высокий уровень загрязнения техногенных ландшафтов. Техногенные аномалии ПАУ в снежном покрове вокруг металлургических комбинатов и ТЭЦ часто имеют более компактную конфигурацию и высокую контрастность по сравнению с аномалиями тяжѐлых металлов. ПДК для ПАУ, в частности для 3,4- бензпирена, установлены только для водоѐмов – 5 нг/л. Попадающие в почву и природные воды ПАУ могут мигрировать, связываться твѐрдыми фазами и взвесями, трансформироваться в другие соединения. Закономерности адсорбции ПАУ как неполярных гидрофобных соединений различными минеральными и органическими частицами полностью не изучены. В числе механизмов разрушения ПАУ особенно важны два: трансформация конкретными видами микроорганизмов и фотохимическая деструкция. Однако среди большого спектра соединений ароматической природы ПАУ наиболее устойчивы в почвах.

Характеризуются по содержанию веществ в почвенном растворе или в составе солевых вытяжек из почв. Так, запас подвижных соединений тяжѐлых металлов в составе твѐрдых фаз почвы находят по анализам солевых вытяжек, вытяжек разбавленными кислотами или щелочами, экстрагирующее действие которых усилено присутствием комплексообразователей, такова, например, вытяжка ацетатно- аммонийным буферным раствором с pH = 4,8. Подвижные формы тяжѐлых металлов доступнее для организмов и экологически более опасны. Однако из-за варьирования содержания и разнообразия методов экстракции металлов из различных почв надѐжные предельно допустимые концентрации подвижных форм тяжѐлых металлов не установлены.