Ландшафты, возникшие в результате коренного изменения литогенной основы и связанных с ним изменений направления и скорости протекания всех химических процессов, что нередко приводит к извлечению на поверхность и образованию токсичных соединений. Масштабы этих явлений настолько велики, что в науке сформировалось представление о техногенном неорельефе. Его формы определяются применением той или иной формы вскрышных работ и способами перемещения извлечѐнной на поверхность земли породы. Выделяют два основных типа неорельефа: положительный (аккумулятивный), к которому относятся отвалы, терриконы, насыпные и намывные поверхности, и отрицательный (выработанный) – шахты, карьеры, разрезы, выработки и т. д. Линейные размеры этих новых форм рельефа бывают довольно значительными: их высота нередко достигает 50 – 80 м, протяжѐнность – 1,5 – 2 км. В зоне формирования неорельефа возникают эрозионные денудационные и стоковые процессы, за счѐт которых протекает загрязнение и заиливание водоѐмов. При современной технике глубина карьеров достигает 50 м, ширина карьерного поля – до 5 км, для размещения горных пород, отсыпаемых в отвалы, требуются тысячи гектаров. При такой глубине выработок неизбежны серьѐзные нарушения гидрологического режима, пиводящие к истощению подземных и поверхностных вод. Подобные ландшафты характеризуются высокой степенью загрязнения почвенного покрова, природных вод и атмосферы продуктами выветривания горных пород, промышленными выбросами, газами горящих отвалов и терриконов.

Система с практически полностью трансформированным биологическим круговоротом элементов, техногенные свойства полностью или явно преобладают над природными (отвалы, хвостохранилища, асфальтированные поверхности городов и дорог и т. д.). Своеобразие техногенных культурных ландшафтов определяется техногенной миграцией, социальными процессами, хотя в них развиваются и все остальные виды миграции. Потеря природной информации с избытком компенсируется ростом техногенной. В целом в геохимическом отношении техногенные ландшафты разнообразнее природных. Изучение геохимии техногенных и природно-техногенных ландшафтов имело важное значение для развития ряда теоретических принципов. Так, стало ясно, что концепция катенарной автономности-подчинѐнности Б.Б. Полынова полностью не применима для техногенных ландшафтов из- за существенной поставки элементов-загрязнителей в бывшие
«автономные» природные ландшафты. Для изучения техногенных миграционных потоков важнейшей становится система «отходы (атмосферные выпадения) – почвы – растения (животные) – воды».

Участок, где происходит резкое уменьшение интенсивности техногенной миграции и как следствие концентрирование элементов. Среди техногенных барьеров (как и в природных барьерах) выделяются механические, физико-химические и биогеохимические классы, так как в образовании техногенных барьеров могут участвовать механические, физико-химические и биогенные процессы, но сущность данных барьеров не может быть понята без учѐта особенностей техногенной миграции. Подобные барьеры могут возникать стихийно в ходе техногенной миграции, но могут создаваться и специально с целью локализации загрязнения. Техногенные барьеры можно создавать, усиливая некоторые природные барьеры или формируя новые барьеры на пути техногенных потоков. Барьеры обладают различной проницаемостью для техногенных потоков и определѐнной емкостью по отношению к отдельным техногенным компонентам и ко всей их совокупности. Понятие
«техногенные геохимические барьеры» ввел А.И. Перельман в 1976 г.

Процесс преобразования ландшафтов при добыче нефти. Высокоминерализованные воды поступают на поверхность и на фоне дерново-подзолистых почв формируются техногенные битуминозные солончаки, угнетается или уничтожается наземная растительность и почвенная мезофауна. Засоление почв сопровождается изменением ѐмкости поглощения, состава поглощающего комплекса (появление натрия), подщелачиванием почвенных растворов, увеличением содержания органического углерода, изменением группового состава гумуса, оглеением, концентрацией отдельных химических элементов. Для таѐжных ландшафтов, загрязнѐнных нефтепродуктами, техногенный галогенез является ведущим процессом преобразования ландшафтов. В автоморфных почвах нефть активно мигрирует, аккумулируясь на сорбционных барьерах в гумусовом и иллювиальном горизонтах. За счѐт микробиологического метаболизма в течение года разрушается 10 – 15 % первоначально внесѐнной нефти. В гидроморфных почвах нефть хорошо сохраняется и аккумулируется в глеевых горизонтах. По Н.П. Солнцевой, таѐжные ландшафты, загрязнѐнные нефтью и минерализованными водами, проходят стадии развития: фоновая дерново-подзолистая почва → битуминозный солончак → битуминозный солончаковый солонец → битуминозный солонец → битуминозный осолодевающий солонец → дерновая повышенно-гумусная осолоделая остаточно-солонцеватая почва. В тундровых ландшафтах установлено негативное влияние нефтяного загрязнения на морфоанатомические и химические свойства растений. В степях и пустынях трансформация загрязнѐнных почв протекает значительно быстрее за счѐт испарения нефти и минерализации, повышенной микробиологической и ферментативной активности почв (Н.П. Солнцева, Ю.Г. Пиковский).

Водоносные горизонты подземных и грунтовых вод в районах промышленного и интенсивного сельскохозяйственного освоения, находящиеся под мощным техногенным прессом. Загрязнение почв, донных отложений, сброс сточных вод в водоѐмы приводят к изменению химического состава подземных и грунтовых вод, их загрязнению. Нередко эти процессы имеют региональное распространение, что создаѐт угрозу питьевому водоснабжению, особенно промышленных регионов. Характерен также техногенный эпигенез.

Илы, формирующиеся в городах, в прудах и отстойниках на территории металлургических предприятий, шахт и рудников, куда поступают промышленные стоки. Твѐрдая часть полностью техногенных илов в сотни и тысячи раз обогащена относительно фона тяжѐлыми металлами, органическими соединениями: повышено содержание битумов, проявляются синтетические продукты, неизвестные в биосфере (Ю.Е. Сает, Е.П. Янин). В районах интенсивного земледелия донные отложения обогащены пестицидами, соединениями азота, элементами фосфатных удобрений, редкими землями (А.И. Ачкасов). Парагенные ассоциации элементов в техногенных илах часто отличаются от природных ассоциаций накоплением элементов-антагонистов. В суглинистых и глинистых илах за счѐт осаждения на сорбционном барьере содержание тяжѐлых металлов, как правило, в несколько раз выше, чем в песчаных, супесчаных и алевритовых илах.

1) Извлечение полезного ископаемого из недр; 2) эмиссия в технологических процессах при обогащении и переработке руд; 3) эмиссия с выбросами, отходами, стоками и готовой продукцией (схема техногенных процессов при добыче и переработке полезных ископаемых). Техногенные процессы могут систематизироваться по режимам (постоянные, периодические, катастрофические), модулям нагрузки на среду, объѐмам выбросов, источникам загрязнения, химическому составу выбросов, стоков и т.д. (Н.П. Солнцева).

Вид техногенеза, проявляется при значительном и длительном поступлении карбонатной пыли (и других щелочных соединений) на фоне кислых почв, когда pH возрастает до 7 – 8. Высокое содержание Ca в золах некоторых углей и выбросах цементных производств приводит к подщелачиванию почв. Тем самым меняется среда миграции многих химических элементов, возрастает роль щелочного геохимического барьера для тяжѐлых металлов, активизируется миграция анионогенных элементов. Формируются особые природно-техногенные почвы, сочетающие в морфологии и физико-химических свойствах реликтовые признаки естественных почв (элювиально-иллювиальная дифференциация профиля, кислая реакция средних и нижних горизонтов) и техногенные эпигенетические изменения: нейтральную, слабощелочную, и даже щелочную, реакции дерновых и гумусовых горизонтов, насыщенность поглощающего комплекса и др. Щелочная техногенная трансформация почв ведѐт к изменению их буферности, увеличению поглотительной способности. В степях и пустынях эффекты карбонатизации менее заметны. При достижении определѐнного предела подщелачивание сказывается на почвенной флоре и фауне. Подщелачивание осадков приводит к повышению pH коры и листьев. При значениях pH больше 8 оно токсично и может вести к растворению содержащихся в аэрозолях анионогенных элементов – Mo, Cr, V.

Вид техногенеза – подкисление атмосферных осадков, вод и почв в результате эмиссии в атмосферу оксидов серы и азота от техногенных источников при сжигании угля, нефти, газа. Техногенное подкисление почв ведѐт к понижению содержания в них поглощѐнных катионов, уменьшению сорбционной способности, высоким содержаниям обменного Al и подвижных форм тяжѐлых металлов, мобилизующихся в кислой среде. Тяжѐлые металлы мигрируют из подкисленных почв и могут накапливаться в местных водоѐмах. Усиление подвижности тяжѐлых металлов при подкислении почв даже в слабозагрязнѐнных ландшафтах вредит рыбам, что на примере Hg доказано для озѐр Южной Швеции. Особенно сильное подкисление ландшафтов происходит на локальных участках размещения сульфидсодержащих отходов и отвалов, стоков сильно кислых вод, где формируются техногенные сернокислые ландшафты. Вопросы воздействия кислых осадков на биологические свойства почвы только начинают разрабатываться. Во многих работах показано, что вследствие буферных свойств почв изменения их биологических свойств могут быть вначале и незначительны. В наибольшей степени негативные изменения прослеживаются в верхних почвенных горизонтах. Влияние кислых осадков на биохимическую активность сильно зависит от типа почв и длительности воздействия. Краткосрочное (три месяца) воздействие кислыми осадками с pH = 3,0 даже несколько увеличивало азотфиксирующую активность и дыхание особенно в некоторых лесных почвах. Долговременное воздействие было более токсичным. Наиболее сильно отрицательные последствия проявляются на песчаных почвах. В результате воздействия кислых осадков возможно понижение скорости и уровня минерализации органического вещества. Отмечено и подавление процесса нитрификации в почвах.

Вид техногенеза, проявляется при значительном и длительном поступлении железа, которое практически не влияет на щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия миграции элементов. Однако благодаря значительной массе, широкому распространению и метаколлоидному микростроению оксиды и гидроксиды железа стали важным фактором перераспределения и аккумуляции тяжѐлых металлов и близких им поливалентных элементов (образование техногенных сорбционных барьеров). Прочная связь тяжѐлых металлов с соединениями железа хорошо выражается во всех генетических горизонтах почвенного профиля. Фиксация железом большей части тяжѐлых металлов, содержащихся в почве, была отмечена ещѐ Митчелом (Mitchell, 1963) и в последующем изучалась многими зарубежными и отечественными специалистами (Hildebrant, Blum, 1974; Forbes a. o., 1976; Norwell, 1980 и др.). Оксиды и гидроксиды железа связывают избыточные массы рассеянных металлов, поступающие в почву, и регулируют их поступление в биологический круговорот и водную миграцию. Концентрация некоторых тяжѐлых металлов в техногенных и почвенно- гипергенных железооксидных аккумуляциях возрастает до 10 раз и более по сравнению со средним уровнем их содержания в земной коре. В отдельных случаях концентрация никеля, кобальта, ванадия, хрома и некоторых других металлов возрастает настолько, что образуются легированные руды (В.В. Добровольский, 1974). Fe не накапливается биогенным путѐм в растениях и гумусовых горизонтах почв. Однако при высоких содержаниях подвижного Fe (свыше 500 мг/кг) появляются симтомы токсичности.

Ряд химических превращений, осуществляемых при миграции тяжѐлых металлов в системе «отходы (атмосферные выпадения) – почва». Несмотря на значительное разнообразие форм соединений тяжѐлых металлов, поступающих в почву из окружающей среды, фазовый состав элементов в составе выбросов, отходов предприятий достаточно однотипен и представлен преимущественно твѐрдыми оксидами и гидроксидами, а также некоторыми малорастворимыми солями. Количество сульфидов и водорастворимых фракций тяжѐлых металлов сравнительно невелико. Процесс трансформации поступивших в почву в процессе техногенеза тяжѐлых металлов включает следующие стадии: 1) выщелачивание ТМ;
2) трансформация, связанная с депонированием и обменом ионов ТМ почвенным веществом; 3) превращения при переносе ТМ в фильтрационном потоке; 4) микробиологическая трансформация и трансформация при поглощении ТМ растениями.
Выщелачивание ТМ сопровождается преобразованием оксидов тяжѐлых металлов в гидроксиды, карбонаты, гидроксокарбонаты с последующим растворением соединений тяжѐлых металлов. Перемещение тяжѐлых металлов по почвенному профилю контролируется органическим и минеральным веществом. Различия в сорбирующей способности связаны с присутствием в почвах специфически адсорбирующих тяжѐлые металлы компонентов (гумусовые вещества, соединения железа, карбонаты), а прочность связи с этими компонентами обусловлена величиной pH почвенного раствора. Трансформация при переносе ионов ТМ в фильтрационном потоке сопровождается двумя специфическими явлениями. Во-первых, это эффект анионного выноса катионов, когда значительная часть поступивших извне анионов сохраняет в почве свою мобильность и мигрирует с нисходящим током влаги, при этом вызывает эквивалентное выщелачивание из почвы ТМ.

Вид техногенеза – миграция тяжѐлых металлов, осуществляемая в природно-антропогенной системе «отходы (атмосферные выпадения) – почва». Существуют различные оценки опасности отходов, загрязняющих землю. Наиболее опасны те токсичные терраполлютанты, которые и геохимически и биохимически подвижны и могут попасть в питьевую воду или в растения. Это в первую очередь соединения тяжѐлых металлов. Наряду с выбросами предприятий имеются многочисленные участки, где складируются открытым способом бытовые и промышленные отходы (шлако- и золоотвалы, хвостохранилища, свалки). По концентрации и комплексу тяжѐлых металлов аномалии здесь не уступают выбросам, являясь источником повторной эмиссии в окружающую среду. В результате воздушной и водной миграции техногенные ореолы вокруг свалок в несколько раз больше территории, отведѐнной под отходы. Отходы, таким образом, способны вызывать трансформацию природных систем в природно-техногенные и даже техногенные. Одним из главных механизмов наблюдаемой трансформации и является техногенная миграция тяжѐлых металлов и других элементов в системе «отходы – почва». Для ландшафтов, загрязнѐнных промышленными отходами, техногенная миграция ТМ является ведущим процессом преобразования. В почвенном профиле формируется техногенный поток рассеяния тяжѐлых металлов, имеющий чѐткую пространственную связь с его источником – твѐрдыми промышленными отходами, а наблюдаемая техногенная аномалия ТМ характеризуется динамичностью и непостоянством параметров полиметалльного загрязнения. Перераспределение ТМ имеет выраженный импульсный характер: на начальных этапах привноса ТМ в гумусовом горизонте формируется «импульс» – максимум концентраций ТМ, который в дальнейшем под действием кислых фильтрационных вод смещается в нижележащие горизонты. Техногенная миграция тяжѐлых металлов в системе «отходы – почва» – процесс инвариантный, т.е. характер итогового распределения металлов по почвенному профилю качественно не зависит от вида химических соединений ТМ, внесѐнных с промышленными отходами, так как действует универсальный механизм мобилизации и перераспределения металлов из отходов и почв, определяемый динамическим равновесием «аккумуляция – кислое (кислотное) выщелачивание» (Л.А. Ширкин, Т.А. Трифонова, Н.В. Селиванова).