Геохимия окружающей среды.

Общая экогеохимия.

Геохимия изучает всю историю атомов (ионов) химических элементов Земли. Основатель Вернадский. Экогеохимия как часть общей геохимии занимается изучением данной проблемы в верхней оболочке земли, населенной животными и растительными организмами, - биосфере. Одной из отличительных особенностей этой оболочки является неразрывная связь и взаимопроникновение живых организмов и неживой материи. Все химические реакции в биосфере происходят или с участием живых организмов, или в среде, созданным под влиянием. Экогеохимия теснейшим образом связана с гидрохимией и гидрогеохимией, изучающими поверхностные и подземные воды, также биогеохимией, геохимией горных пород и кор выветривания. Условия существования организмов можно рассматривать со многих и чрезвычайно различных позиций. Одним из важнейших показателей не только комфортности существования, на даже выживания является характеристика среды проживания животных или произрастания растений. В экогеохимии взаимосвязь между организмами рассматривается как миграция хим-х элементов, находящихся в сложной биогенной форме. Часто разделяют внутривидовую и межвидовую связи. Прослеживать их можно, начиная от возникновения организма и кончая его смертью и разложением. Чрезвычайно большое внимание в экогеохимии уделяется рассмотрению взаимосвязи между организмами и средой их обитания, включая отдельные циклы биол-го круговорота элементов. Эти процессы также разбираются с позиции миграции хим-х элементов, но сами элементы в данном случае могут находиться в различных формах, что придает особую сложность их перемещению и концентрации. Еще одним важным разделом экогеохимии яв-ся биогеохимия. В нем рассматривается хим-й состав различных организмов и его изменения, связанные с меняющимися условиями существования этих организмов.

Техногенез – термин предложенный Ферсманом для обозначения процессов перемещения (перераспределения) и концентрации химических элементов (их соединений), происходящих в результате технической (технологической) деятельности людей. К техногенным системам относятся промышленные предприятия, города, транспортные артерии, колхозы с закрепленной за ними землей.

В экогеохимии аномалией является отклонение от эколого-геохимических норм, свойственных или определенному району, или геохимическому ландшафту, или типу почв, растений, вод, животных организмов и т.д. Геохимической аномалией считаются участки со значительно повышенным (или пониженным) по сравнению с фоном содержанием химических элементов (их соединений).

Геохимическая аномалия представляет собой область содержаний хим-го элемента или численных значений других геохимических показателей на заданном уровне.

Природные аномалии – землетрясения, наводнения и т.д.

Рудогенные – при добычи руды (рудные – связанные с оруднением)

Геохимия среды обитания растений, жив-х и человека. В эпоху НТР человеческое общество стало большой геохимической силой, которую по мощности и суммарному эффекту вполне можно сопоставить с самыми грандиозными силами природы. Добыча полезных ископаемых, сжигание нефти, газа, угля, выплавка металлов из руд, экспорт, импорт, развитие земледелия и животноводства, урбанизация оказывают настолько сильное влияние на миграцию химических элементов, что возникает необходимость в выделении особой категории геохимических процессов – техногенной миграции (техногенез).

Геохимия геосфер.

Литосфера. В верхней твердой оболочке Земли – литосфере самостоятельные минеральные виды являются наиболее распространенной косной (неживой) природной формой нахождения хим-х элементов. В настоящее время насчитывается около 2000 видов минералов различных комбинаций и нахождений в самородном состоянии. Минералы яв-ся основным источником хим-х элементов для создания различных техногенных соединений. Большие скопления определенных минералов (обычно это месторождения) создают аномальную экологическую обстановку. Такая обстановка при отработке месторождений становится все более отличной от природной и площади ее распространения увеличиваются. Основные особенности распространения элементов в земной коре заложились еще в звездную стадию существования земной материи и в первые этапы развития земли как планеты, когда сформировалась земная кора, состоящая из легких элементов. Однако из этого не следует, что кларки элементов геологически постоянны. Конечно, главные особенности состава земной коры и 3,5 млрд. лет назад были те же, что в наши времена, в ней преобладали кислород и кремний, а золото и ртути были мало. Но кларки некоторых элементов все же изменились. Так, в результате радиоактивного распада стало меньше урана и тория и больше свинца – конечного продукта распада. Основные особенности элементарного состава земной коры не менялись за время геологической истории: состоят из кислорода, кремния, алюминия, железа и других распространенных элементов. Однако процессы радиоактивного распада, космические лучи, метеориты, диссипация легких газов в мировое пространство изменили кларки ряда элементов. Содержание идикаторных элементов в литохимических ореолах может лишь незначительно отличаться от их содержания во вмещающих породах, причем искомые элементы в подавляющем большинстве случаев находятся в неминеральной форме (адсорбированы глинами и т.д.).

Атмосфера. В процессе образования газовой оболочки Земли несомненно главенствующая роль принадлежит физико-химическим процессам. Они не только господствуют в глубоких частях земной коры, но и широко распространены в биосферы. К ним относятся и радиоактивный распад и радиолиз воды (Н, О), и ядерные реакции в атмосфере, и разрушение минералов при выветривании (газы включений), и различные окислительно-восстановительные реакции (СО2,Н2S), и т.д.Основные техногенные источники загрязнения атмосферы могут быть объеденены в 3группы: 1) относятся те, которые образуют загрязняющие в-ва в результате сжигания топлива, - авиация, автомобильный, речной транспорт. Оснвными загрязняющими в-вами, поступающими в атмосферу при сжигании топлива, в целом можно считать следующие: углекислый газ(СО2), оксид углерода(СО), несгоревшие углеводороды или окисленные в-ва (альдегиды и кислоты), сернистый (SO2) и серный(SO3) ангидрид и т.д. Ко 2) группе относятся промышленные предприятия. Все промышленные выбросы в атмосферу можно разделить на след.виды: разнообразную пыль (химические элементы в минеральной форме), дымы (дисперсная форма), запахи, газообразные соединения и отдельные химические элементы, компоненты с фотохимическим эффектом. 3) связана с процессами утилизации бытовых и промышленных отходов. В эту группу входят зоны захоронения отходов и различные мусоросжигающие установки.

Гидросфера. Жидкие структурированные воды можно разделить на две большие группы: минерализованные воды Мирового океана и пресные воды континентов. В обеих группах установлено среднее содержание (кларки) большинства химических элементов. Геохимическая обстановка развития жизни в Океане была отличной от обстановки на континентах. Главным отличием можно считать наличие водной среды, содержащей большинство химических элементов в наиболее доступной для организмов форме – в ионных растворах. Кроме ионов в океанической воде растворены газы, минеральные и органические коллоиды и отдельные молекулы различных в-в. Первичная минерализация вод океанов неизвестна, но вполне можно считать, что они были менее солеными. Косвенным свидетельством этому может быть миграция многих видов морских рыб на нерест в пресные воды рек и озер. Океаническая вода представляет собой раствор, не насыщенный хим-ми элементами. Выпадение в осадок из пересыщенных растворов может быть основным механизмом, поддерживающим определенную концентрацию в водах большинства хим-х элементов. Считается, что преобладает осаждение в результате механического опускания частиц, сорбции, биогенной аккумуляции. Эти 3 основных вида извлечения хим-х элементов (их соединений) из вод тесно переплетены между собой и неодинаково проявляются в разных частях океана. Возрастает также количество взвесей, выносимых реками в океан при освоении людьми территорий, их значительную часть составляют коллоидные частицы. В результате антропогенной деятельности возможно изменение концентраций хим-х элементов в водах океана, т.е. кларковых содержаний, определяющих состав воды в настоящее время. Наибольшие техногенные изменения элементного состава характерны для пресных вод континентов. Но природные колебания содержания отдельных элементов в поверхностных и подземных водах континентов очень велики.

Педосфера. Почвы представляют собой относительно самостоятельно биокосную систему. Хим-е элементы в почвах содержатся в живых организмах (биогенная форма нахождения), минералах, водных(почвенных) растворах (в сорбированной форме), газовых смесях. При определении кларковых содержаний хим-х элементов в почвах обычно учитываются все формы нахождения элементов в сумме, за исключением газовых смесей. Большая часть почв в равнинных условиях разных стран относится к с/х угодьям. Содержание в них многих хим-х элементов и соотношение различных форм нахождения стало зависеть от методов хозяйствования. Техногенное загрязнение почв захватывает все новые территории. Ответственное значение почвы связано с ее ролью регулятора многих биогеохимических циклов. В почве систематически консервируется значительная масса синтезированного высшими растениями органического в-ва, что обеспечивает поступление в атмосферу свободного кислорода. В почве продуцируется углекислый газ, необходимый для непрерывного фотосинтеза и воспроизводства живого в-ва. В почве осуществляется преобразование инертного молекулярного азота в формы, доступные для включения в биологический круговорот. В почве происходят сложные процессы трансформации соединений элементов-биогенов, в первую очередь, серы и фосфора. В настоящее время в связи с интенсивной техногенной эмиссией металлов, отчетливо выявляется роль педосферы как регулятора миграционных потоков масс тяжелых металлов и других элементов с переменной валентностью.

Биосфера. – своеобразная оболочка земли, образованная совокупностью живых организмов и той частью в-ва планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. В биосферу включается не только живое в-во, но и литосфера, гидросфера, атмосфера, подвергшиеся преобразовательному воздействию организмов. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Верхняя граница биосферы проводится по озоновому экрану, который защищает живые организмы от губительного коротковолнового излучения солнца. Главный механизм, определяющий единство и целостность биосферы, - биол-й круговорот атомов. Второй важный механизм – круговорот воды. Источником энергии в обоих случаях – энергия солнца, только круговорот воды – главный агент механической работы, а биол-й круговорот – хим-й. Вода тоже выполняет хим-ю работу (растворение, выветривание и т.д.), но она осущ-ся при участии живого в-ва:или за счет организмов, находящихся в водах, или за счет продуктов их жизнидеятельности: СО2, гумуса и др. хим-ки активных в-в.

Ландшафт – это генетически обособленная часть ланд.области, зоны и вообще всякой крупной единицы, характеризующаяся однородно, как в зональном так и азональном отношении и обладающий индивидуальной структурой.

Экосистемы – совокупности живых организмов и среды обитания, которые, тесно взаимодействуя собой, образуют единое целое. Экосистемы биоцентричны, поэтому в них выделяют связи, направленные от факторов среды к биоте, особое внимание уделяя трофическим связям.

Геохимическое своеобразие биокосных систем определяется сочетанием биогенной, физико-хим-й и механической миграции. Системы также различаются по уровням организации: к более низкому уровню относятся почвы, илы, коры выветривания, водоносные горизонты, к более высокому – ландшафты, к еще более высокому – артезианские бассейны, моря и океаны и к самому высокому – биосфера в целом.