- •М. Ю. Андрианова Физико-химические основы природных и антропогенных процессов в техносфере Сокращенная версия
- •1. Оболочки Земли
- •1.1. Земная кора
- •1.2. Мантия Земли
- •1.3. Ядро Земли
- •1.4. Магнитное поле и магнитосфера Земли
- •1.5. Атмосфера
- •1.6. Гидросфера
- •1.7. Биосфера и педосфера
- •3. Миграция элементов
- •4. Атмосфера. Солнечная радиация и вертикальная структура
- •4.1. Изменение давления с высотой
- •4.2. Изменение температуры с высотой
- •4.3. Радиационный баланс Земли
- •4.4. Особенности циркуляции атмосферы
- •5. Биогеохимические циклы элементов
- •5.1. Цикл кислорода
- •5.1.1. Геохимический субцикл цикла кислорода
- •5.1.2. Биотический и физико-химический субциклы цикла кислорода
- •5.1.3. Озон в стратосфере
- •5.1.4. Озон в тропосфере
- •5.1.5. Фотохимический смог
- •5.2. Гидрологический цикл и цикл водорода
- •5.2.1. Гидрологический цикл
- •5.2.2. Цикл водорода
- •5.2.3. Увеличение кислотности океанской воды
- •5.3. Цикл азота
- •5.3.1. Природная фиксация азота
- •5.3.2. Промышленная фиксация азота
- •5.3.3. Аммонификация
- •5.3.4. Нитрификация и другие процессы
- •5.3.5. Денитрификация и другие процессы
- •5.3.6. Оксиды азота
- •5.3.7. Физический перенос азота
- •5.4. Цикл серы
- •5.4.1. Поступление серы в атмосферу
- •5.4.2. Серная кислота и сульфатные аэрозоли
- •5.4.3. Атмосферный аэрозоль
- •5.4.4. Смог лондонского типа
- •5.4.5. Кислотные дожди
- •5.4.6. Ассимиляция сульфата
- •5.4.7. Восстановление сульфата и другие процессы
- •5.4.8. Окисление сероводорода и другие процессы
- •5.4.9. Окислительный бактериальный фильтр
- •5.5. Циклы фосфора и кремния
- •5.5.1. Цикл кремния
- •5.5.2. Цикл фосфора
- •5.6. Циклы тяжелых металлов
- •5.6.1. Природные источники тяжелых металлов
- •5.6.2. Техногенные источники тяжелых металлов
- •5.6.3. Трансформация антропогенных выбросов тяжелых металлов в почве
- •5.6.4. Токсичность металлов в гидросфере
- •5.7. Цикл углерода
- •5.7.1. Основные процессы цикла углерода
- •5.7.2. Глобальное потепление климата и парниковые газы
- •5.7.4. Токсичные соединения углерода
- •5.8. Циклы натрия и хлора
- •5.8.1. Цикл натрия
- •5.8.2. Засоление почв
- •5.8.3. Цикл хлора
- •5.8.4. Галогенорганические соединения
- •5.8.5. Стойкие органические загрязнители и другие приоритетные поллютанты
5.3.7. Физический перенос азота
Существует обмен азотом между сушей и океаном. В составе растворимых солей с континентов в океан поступает 30…60∙106 тN/год. С другой стороны, при средней концентрации в морской воде азота 0,5 мг/л с брызгами в атмосферу переходит в виде аэрозолей некоторое их количество, из которых 90% возвращается в океан, а 10% переносится на сушу и выпадает с атмосферными осадками. Органическое вещество суши также смывается в океан (700∙106 т/год), в его составе поступает около 7∙106 т N/год. Это вещество входит в состав дисперсного органического вещества океана, которое содержит 120∙106 т N. Частицы органического вещества постепенно опускаются на дно и входят в осадки Мирового океана в количестве 20∙106 т/год. Однако основная масса азота подвергается денитрификации и возвращается в круговорот, а в осадок входит небольшая часть N органического. Полагают, что его убыль компенсируется поступлением из вулканических газов (1…9)∙106 тN/год.
Задание для самоконтроля 5.3
1. Изобразите схематически глобальный цикл элемента азота, обозначьте в нем процессы превращения азотсодержащих соединений, резервуары (пулы) и потоки азота.
2. Проанализируйте, какие процессы приводят к накоплению элемента азота в различных резервуарах (пулах). Приведите примеры таких природных и антропогенных процессов и их последствий.
3. Приведите примеры процессов превращения одних соединений азота в другие, применяющиеся в хозяйственной деятельности человека.
4. Приведите примеры негативного воздействия соединений азота на человека и окружающую среду.
5.4. Цикл серы
В земной коре содержится 18,8∙106 Гт серы, в том числе в осадочных породах 5∙106 ГтS (главным образом в виде сульфатов и сульфидов), в почве – около 25 Гт S в органическом веществе, примерно на порядок больше входит в состав минеральных компонентов. Концентрация серы в организмах составляет 0,34…1,2 % сухого вещества; в состав живых организмов входит около 9 Гт серы, из них 8,5 Гт приходится на биомассу суши и 0,15 Гт – на биомассу океана. В атмосфере содержится 0,0043 Гт S (из них 0,7 Мт H2SO4, 0,5 Mт SO2, 2,3 Мт COS и 0,8 Мт остальных соединений серы). В океанах находится 1,3∙106 Гт S благодаря высокой растворимости сульфатов (концентрация сульфатов в морской воде составляет около 2,7 г/л) и, как следствие, большого вклада их водной миграции в глобальную циркуляцию серы. Основное количество серы в настоящее время поступает из верхней мантии с вулканическими газами.
Мировое производство серы оценивается в 53 Мт/год (1984); около 50% ее используется в производстве серной кислоты, около 25% для производства сульфитов, 10…15% для борьбы с вредителями сельхоз культур, около 10% – как вулканизирующий агент в производстве резины.
Процессы превращения серы будут описаны ниже. Глобальный цикл серы не полностью замкнут. Происходит накопление около 1,54∙1012 моль в год этого элемента на суше благодаря выпадению кислотных дождей, а также в составе пылевой фракции. В море происходит накопление серы в количестве 1∙1012 моль в год в виде растворимых сульфатов, а также донных осадков (при их захоронении сера выводится из цикла).