- •Конспект лекций по курсу «Геохимия окружающей среды»
- •1. Геохимическое поле биосферы Земли
- •1.1. Химический состав объектов биосферы
- •1.1.1.Литосфера
- •1.1.2.Гидросфера
- •1.1.3.Атмосфера
- •1.1.4.Живое вещество
- •1.2. Геохимическая классификация химических элементов
- •1.3. Формы нахождения химических элементов в биосфере
- •1.4.Геохимические аномалии
- •1.5. Факторы миграции химических элементов в биосфере
- •1.6.Геохимические барьеры
- •1.6.1. Концентрирование химических элементов на физико-химических геохимических барьерах
- •1.6.2. Концентрирование химических элементов на механических геохимических барьерах
- •1.6.3. Концентрирование элементов на биогеохимических барьерах
- •1.6.4. Концентрирование элементов на техногенных барьерах
- •2.Геохимия природных ландшафтов
- •2.1. Процессы трансформации солнечной энергии в ландшафте
- •2.2.Круговорот воды в природно-территориальных комплексах
- •2.3. Биогеохимический круговорот атомов в ландшафте
- •2.3.1.Круговорот углерода
- •2.3.2.Круговорот азота
- •2.3.3.Круговорот фосфора
- •2.3.4.Круговорот серы
- •2.4.Процессы выветривания в природных ландшафтах
- •2.5.Геохимические процессы в природных (фоновых) ландшафтах
- •2.5.1. Геохимия гумидных ландшафтов
- •2.5.1.1. Влажные тропические леса.
- •2.5.1.2. Зона лесов умеренного пояса.
- •2.5.1.3. Тундровые ландшафты
- •2.5.2.Геохимия аридных ландшафтов
- •2.5.2.1. Степные ландшафты.
- •2.5.2.2. Пустынные ландшафты.
- •2.6.Закономерности воздушной (атмосферной) миграции химических элементов в ландшафтах
- •Высокая нагрузка, формируемая в результате выпадения больших количеств пыли с фоновым или близким к нему содержанием химических элементов.
- •Высокая нагрузка, связанная с выпадением пыли с высоким содержанием химических элементов.
- •Форма и размеры области сильных геохимических аномалий слабо зависят от "розы ветров", характерной для данного региона.
- •Форма и размеры области слабых геохимических аномалий, окружающих зону наибольших выпадений, хорошо коррелируются с метеорологическими параметрами региона.
- •2.7.Закономерности процессов водной миграции химических элементов в биосфере
- •2.7.1. Геохимическая классификация природных вод
- •2.7.2. Миграция химических элементов в природных водах
- •2.7.3.Особенности геохимических процессов распределения и миграции химических элементов в природных и техногенных водных потоках рассеивания
- •3.Геохимия техногенных ландшафтов
- •3.1.Количественные показатели техногенного геохимического воздействия
- •3.2. Устойчивость природных ландшафтов к техногенным геохимическим нагрузкам
- •3.3. Техногенные геохимические аномалии
- •3.4. Геохимия городских ландшафтов
- •3.4.1. Атмосферные выпадения
- •3.4.2. Техногенные потоки в водах и донных отложениях
- •3.4.3. Биогеохимия городской среды
- •3.4.4. Направления эколого-геохимической оценки городских ландшафтов
- •3.5.Геохимия горно-промышленных ландшафтов
- •3.5.1. Характерные особенности горно-промышленных ландшафтов
- •3.5.2.Атмосферные потоки рассеивания при разработке месторождений
- •3.5.3.Водные потоки рассеивания в горно-промышленных ландшафтах
- •3.5.4. Геохимические процессы в отдельных горно-промышленных ландшафтах
- •3.5.5. Эколого-геохимическая оценка воздействия горного предприятия на окружающую среду
2.3. Биогеохимический круговорот атомов в ландшафте
При рассмотрении химических процессов в ландшафтах и биосфере в целом с позиций миграции атомов химических элементов можно установить их цикличность и значительную роль живого вещества в них.
Такие циклические химические процессы в биосфере и в природно- территориальных комплексах получили название биогеохимических круговоротов.
Основными химическими элементами, участвующими в биогеохимических круговоротах, являются водород, кислород, углерод, азот, кальций, калий, кремний, фосфор, сера, стронций, барий, железо, марганец, цинк, молибден, медь и никель.
Биогеохимические круговороты элементов в биосфере не являются замкнутыми. Степень воспроизводства отдельных циклов достигает 90 - 98% . В масштабе геологического времени неполная замкнутость биогеохимических циклов приводит к дифференциации элементов и накоплении их в атмосфере, гидросфере и метабиосфере (кора выветривания, осадочные породы) Земли [ 21- 23 ].
Непрерывному круговороту в биосфере подвергаются только вещества, в то время как для энергии можно говорить лишь о направленном потоке. Поступающая в биосферу солнечная энергия частично расходуется на синтез органического вещества растений: фотоавтотрофные организмы (растения), поглощая солнечную энергию, путем фотосинтеза превращают низкомолекулярные, бедные энергией неорганические вещества в высокомолекулярные, богатые энергией органические соединения и снабжают ими все живое. Передаваясь затем с одного трофического ( пищевого ) уровня на другой, энергия постепенно рассеивается [20 ].
Часто биогеохимический круговорот сравнивают с колесом водяной мельницы - колесо ее вертится и вертится, оставаясь на месте, и символизирует запас вещества в биосфере. Однако для того, чтобы колесо вертелось, нужен постоянный приток воды. Поток солнечной энергии, поступающий из Космоса в биосферу, вращает "колесо жизни" на Земле.
Биогеохимический круговорот включает два одновременно протекающих, взаимообусловленных круговорота:
биологический, протекающий в среде живого вещества фотоавтотрофов (зеленые растения) и гетеротрофов (животные, насекомые, микроорганизмы);
геохимический (геологический), проходящий через другие структурные единицы ландшафтов и биосферы (литомассы, педомассы, гидромассы, аэромассы).
Геохимический круговорот связан с образованием устойчивых в условиях конкретных природно-территориальных комплексов химических соединений . При этом часть химических элементов изымается из круговорота и " захоранивается" в биосфере на длительное время (от сотен до миллионов лет).
Биологические круговороты протекают с большими скоростями. Так, вся масса живого вещества биосферы обновляется полностью за 8 лет. Для Мирового океана скорость обмена живого вещества составляет всего 33 дня. Процесс полной смены вод в гидросфере составляет 2800 лет, в атмосфере смена кислорода происходит за несколько тысяч лет, углекислого газа - за 6.3 года. Эти цифры показывают, что геохимическая деятельность живого вещества в биологических круговоротах проявляется не только в течение геологического времени (миллионы и миллиарды лет), но ясно выражена и в пределах исторического времени ( тысячи лет и менее) [ 23 ].
В пределах ландшафтов биогеохимические круговороты обычно характеризуются значительной незамкнутостью за счет постоянного выноса или привноса вещества воздушными, водными и биологическими миграционными потоками.