- •Федеральное агентство по образованию
- •2 История развития гос
- •2.1 Предпосылки возникновения геохимии окружающей среды
- •2.2 Развитие геохимии окружающей среды
- •3 Связь с другими науками
- •Лекция № 2 Тема: ландшафтно-геохимические системы
- •1 Элементарные ландшафтно-геохимические системы (элементарные ландшафты)
- •2 Каскадные ландшафтно-геохимические системы
- •Лекция № 3 Тема: распределение химических элементов в земной коре
- •1 Понятие о кларке вещества
- •2 Закон Кларка-Вернадского
- •3 Распределения химических элементов в земной коре
- •Лекция № 4 Тема: миграция вещества
- •1 Закон Гольдшмидта. Внутренние и внешние факторы миграции
- •2 Виды миграции химических элементов.
- •3Типоморфные (ведущие) элементы, принцип подвижных компонентов
- •Лекция № 5 Тема: миграция вещества
- •1 Параметры миграции
- •2 Геохимические барьеры
- •3 Ореолы рассеяния
- •Лекция № 6 Тема: Распределение химических элементов в биосфере
- •1 Кларки живого вещества
- •2 Биогеохимические коэффициенты
- •3 Химический элементный состав организмов
- •Лекция № 7 Тема: Биогенная миграция
- •1 Геохимическая роль живого вещества
- •2 Биологический круговорот атомов
- •3 Количество живого вещества
- •Лекция № 8 Тема: Классификация биогенных ландшафтов
- •1 Классификация биогенных ландшафтов
- •Лекция № 9 Тема: Геохимия почв
- •1 Отличие элювиальных почв от коры выветривания
- •2 Геохимическая структура почв
- •Лекция № 10 Тема: геохимия атмосферы
- •1 Газовый состав атмосферы
- •2 Загрязнение атмосферы
- •Лекция № 11 Тема: геохимия гидросферы
- •1 Химический состав воды зоны гипергенеза. Интенсивность водной миграции химических элементов
- •2 Формирование химического состава поверхностных и грунтовых вод
- •3 Окислительно-восстановительные условия вод
- •4 Щелочно-кислотные условия вод
- •Лекция № 12 Тема: техногенная миграция (техногенез)
- •1 Эволюция техногенеза
- •2 Ноосфера
- •3 Энергетика техногенеза
- •4 Два геохимических типа техногенной миграции
- •Лекция № 13 Тема: техногенные источники загрязнения
- •1 Загрязнение окружающей среды
- •2 Промышленные отходы
- •3 Химизация почв
- •4 Коммунально-бытовые отходы
- •Лекция № 14 Тема: показатели техногенеза. Геохимические аномалии
- •1 Показатели техногенеза
- •2 Законы распределения химических элементов в подсистемах ландшафта
- •3 Техногенные геохимические аномалии
- •4 Количественные показатели загрязнения
- •Лекция № 15 Тема: геохимическая классификация городов и городских ландшафтов
- •1 Основания геохимической классификации городов
- •2 Геохимическая классификация городов
- •Лекция № 15 Тема: основные черты геохимии горнопромышленных ландшафтов
- •1 Классификация горнопромышленных ландшафтов
- •2 Эколого-геохимическая характеристика горнопромышленных ландшафтов
- •Лекция № 17 Тема: агротехногенез
- •1 Типы агротехногенеза
- •2 Источники загрязнения агроландшафтов
- •Лекция № 17 Тема: эколого-геохимический мониторинг
- •Лекция № 18 Тема: здоровье экосистем и человека
- •2 Влияние химических элементов на здоровье человека
- •3 Санитарно-гигиенические нормативы качества природной среды
- •Федеральное агентство по образованию
- •1.1 Геохимические спектры
- •1.2 Анализ радиальной и латеральной структуры ландшафтов
- •2 Гидросфера
- •3 Биосфера
- •4 Эколого-геохимическая оценка антропогенных ландшафтов
- •4.1 Геохимические нормативы качества природной среды
- •4.2 Санитарно-гигиенические нормативы качества природной среды
- •Федеральное агентство по образованию
- •«Распределение химических элементов в земной коре»
- •«Миграция вещества»
- •«Биогенная миграция химических элементов в биосфере»
- •«Геохимия гидросферы»
- •«ТехногЕнНая миграция»
- •II. Ответы на контрольные вопросы,
- •Федеральное агентство по образованию
2 Формирование химического состава поверхностных и грунтовых вод
Во влажном климате значительная часть растворенных веществ поступает в воды за счет деятельности организмов, как находящихся непосредственно в водной массе, так и населяющих область формирования вод, питающих данный водоем или водоносный горизонт. Основное значение имеет разложение растительных остатков в почвах. В ходе разложения из воды извлекается О2, а в воду поступают СО2, НСО3-, Са, Mg, P, S, Na, гумусовые вещества. Состав таких вод довольно однообразен и слабо зависит от геологического строения района. Например, во многих гумидных ландшафтах речные, почвенные и грунтовые воды имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав (Са2+– НСО3-). Преобладание в водах Са2+ объясняется тем, что это главный металл живого вещества, который при разложении растительных остатков в наибольшем количестве поступает в воды. Меньшее содержание в живом веществе Mg и Na определяет их меньшее содержание в водах. Накопление гидрокарбонат-иона (НСО3-) обязано растворению СО2– продукта минерализации растительных остатков. Б. Б. Полынов писал: “Я полагаю, что состав природных речных вод обуславливается не простыми абиотическими реакциями действия воды на минералы магматических пород, то есть гидролизом и растворением, как это придумано в учебниках, а более сложным, хотя и более быстро текущим процессом извлечения элементов из минералов организмами и растворением в воде зольной части организмов при их минерализации”. Таким образом, главной “фабрикой” формирования химического состава поверхностных и грунтовых вод в гумидных ландшафтах является почва – та среда, где наиболее энергично идет разложение растительных остатков. Этот вывод впервые в 1926 г. сделал В.И. Вернадский и позднее развил Б. Б. Полынов.
В сухом климате в формировании химического состава вод важная роль принадлежит растворению солей почв и горных пород, испарительной концентрации и метаморфизации вод. В результате образуются различные типы вод (а не только гидрокарбонатно-кальциевые), в том числе хлоридные, сульфатные. Среди катионов часто преобладает не Са2+, а Na+или Mg2+, среди анионов – SO42-и Cl-, а не НСО3-. Следовательно, в сухом климате формирование химического состава вод имеет преимущественно физико-химический характер, т.е. протекает без ведущей роли живого вещества. Эти же процессы преобладают в районах влажного климата, сложенных карбонатными, соленосными и гипсоносными толщами, породами, богатыми сульфидами. В целом влияние живого вещества на формирование химического состава вод соответствует количеству живого вещества и интенсивности разложения его остатков.
Если в водах содержится О2, то микробы разлагают органические вещества особенно полно, в результате окисления образуются Н2О, СО2, соли азотной, серной, фосфорной и других кислот. При отсутствии О2(в болотах, озерных илах, солончаках, частично в грунтовых водах) разложение органических веществ протекает медленнее, но и в анаэробных условиях происходит минерализация органических веществ. Кислород, необходимый для их окисления, микроорганизмы отнимают у различных минеральных и других соединений – NaNO3, Fe2O3, Na2SO4. В результате Fe, S, N и прочие элементы восстанавливаются. Так, большое значение имеет микробиологическое восстановление сульфатов: если сульфатные бескислородные воды соприкасаются с органическими веществами почв или пород, то в них развиваются сульфатредуцирующие бактерии, окисляющие органические вещества за счет отнятого у сульфатов кислорода. У бактерий этот процесс играет роль дыхательного акта, т.е. таким путем они получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.
Микроорганизмы окисляют углевод (С6Н12О6) за счет кислорода Na2SO4. В результате С и Н окислились до СО2и Н2О, а S восстановилась до Н2S. Подобные процессы протекают всюду, где разложение органических веществ происходит при наличии сульфатов и отсутствии свободного кислорода: в илах морей и соленых озер, в засоленных почвах, в глубоких горизонтах подземных вод и т.д. В результате воды обогащаются Н2S, СО2, местами Na2CO3, в них понижается содержание SO42-(иногда он исчезает полностью).
При анаэробном окислении органических веществ часто возникают различные промежуточные продукты типа низко- и высокомолекулярных кислот и других органических соединений, а также СН4и Н2(водородное брожение клетчатки и прочие процессы).
Газовый и ионный состав вод ландшафта во многом обязан деятельности организмов, как тех, которые находятся непосредственно в водоеме или почве, так и тех, которые населяют область формирования вод, питающих данный водоем или почву.
Это не исключает роли таких процессов, как растворение солей, ионный обмен, и др. Но, несомненно, многие особенности элементарного химического состава вод определяются именно процессами разложения органических веществ.
Химический состав вод зависит и от растворимости соединений, возникающих при минерализации растительных остатков. Например, кремнезем сравнительно малорастворим, поэтому его поступление в воды невелико, хотя в золе содержится много. Большое значение имеет также дефицитность элемента. Так, растворимых форм К и Р для организмов, как правило, не хватает, в связи с чем эти элементы жадно ими поглощаются и в малых количествах поступают в воды. К, кроме того, поглощается коллоидными системами (интенсивнее, чем Na). Именно поэтому, несмотря на близкие величины кларков, содержание К в природных водах значительно уступает Na, Ca и Mg.
Таким образом, существуют две группы биогеохимических и физико-химических процессов формирования химического состава вод. В первой группе химический элемент, прежде чем перейти в раствор, проходит через тело организма, для второй группы характерно растворение минералов, ионный обмен и другие реакции, в которых организмы выступают лишь как косвенный фактор, влияющий на растворяющую способность вод.Обе группы развиты во всех ландшафтах, но в одних ведущее значение имеют первые процессы, в других – вторые.