Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Химия окружающей среды. В 3 частях. Ч. 1. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

А.Г. Студенок, Г.А. Студенок

ХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Часть 1

Учебное пособие

Ай Пи Ар Медиа

Москва

2021

УДК 550.4 ББК 26.302

С88

Авторы:

Студенок А.Г. — канд. техн. наук, доц.

кафедры инженерной геологии УГГУ;

Студенок Г.А. — канд. техн. наук, доц.

кафедры инженерной геологии УГГУ

Студенок, Андрей Геннадьевич.

С88 Химия окружающей среды. В 3 частях. Ч. 1 : учебное пособие / А.Г. Студе-

нок, Г.А. Студенок ; Уральский государственный горный университет. — Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2021. — 99 с. — Текст : электронный.

ISBN 978-5-4497-1366-7 (ч. 1) ISBN 978-5-4497-1365-0

В первой части учебного пособия «Химия окружающей среды» рассмотрены

вопросы, посвященные особенностям химического состава объектов биосферы Земли (литосферы, гидросферы, атмосферы, живого вещества), а также физико-

химические процессы в атмосфере и гидросфере, формирующие современный их

состав под влиянием природных и техногенных (антропогенных) факторов.

Подготовлено с учетом требований Федерального государственного образо-

вательного стандарта высшего образования.

Учебное пособие предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению 20.04.01 «Техносферная безопасность» (профиль «Экологический менеджмент предприятий и территорий»), а также для бакалавров, обучающихся по направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность» (профиль «Инженерная

защита окружающей среды»), изучающих дисциплину «Химия окружающей

среды». Издание также может быть использовано студентами других направлений подготовки, учебными планами которых предусмотрено изучение дисци-

плин «Химия окружающей среды», «Геохимия».

Учебное электронное издание

ISBN 978-5-4497-1366-7 (ч. 1) © Студенок А.Г., Студенок Г.А., 2021 ISBN 978-5-4497-1365-0 © ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2021

Редактор А.В. Неверова

Технический редактор, компьютерная верстка А.Д. Талмаева

Корректор И.О. Игнатьева

Обложка С.С. Сизиумовой

Подписано к использованию 18.08.2021. Объем данных 7 Мб.

Издание представлено в электронно-библиотечных системах

IPR BOOKS (www.iprbookshop.ru),

Библиокомплектатор (www.bibliocomplectator.ru)

Бесплатный звонок по России: 8-800-555-22-35

Тел.: 8 (8452) 24-77-97, 8 (8452) 24-77-96

Отдел продаж и внедрения ЭБС:

доб. 206, 213, 144, 145

E-mail: sales@iprmedia.ru

Отдел комплектования ЭБС:

доб. 224, 227, 208

E-mail: mail@iprbookshop.ru

По вопросам приобретения издания обращаться:

доб. 208, 201, 222, 224

E-mail: izdat@iprmedia.ru, author@iprmedia.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение .............................................................................................................. 6

1. Химический состав геосфер Земли. ............................................................. 9

1.1. Геосферы Земли ........................................................................................ 9

1.2. Литосфера. ............................................................................................... 11

1.3. Гидросфера. ............................................................................................. 17

1.4. Атмосфера................................................................................................ 20

1.5. Живое вещество....................................................................................... 22

Контрольные вопросы ................................................................................... 24

2. Природные циклические процессы в биосфере Земли ........................... 25

2.1. Экзогенный и эндогенный цикл. Гидрологический цикл. .................... 25

2.2. Циклы биогенных химических элементов. ........................................... 27

2.3. Циклы кислорода и углерода ................................................................. 28

2.4. Цикл азота ................................................................................................ 32

2.5. Цикл фосфора .......................................................................................... 35

2.6. Цикл серы ................................................................................................ 38

2.7. Цикл натрия, калия и кальция ................................................................ 40

Контрольные вопросы ................................................................................... 43

3. Природные и техногенные процессы формирования

химического состава атмосферы. .................................................................. 44

3.1. Химические процессы в стратосфере Земли. ........................................ 44

3.2. Химические процессы в тропосфере Земли........................................... 46

3.3. Источники техногенного загрязнения атмосферы ................................ 54

3.4. Глобальные изменения в атмосфере в результате

химического загрязнения ............................................................................... 56

3.4.1. Накопление парниковых газов....................................................... 56

3.4.2. Накопление озоноразрушающих веществ ..................................... 58

3.4.3. Загрязнение атмосферы кислотообразующими веществами ....... 60

Контрольные вопросы ................................................................................... 61

4. Природные и техногенные процессы формирования

химического состава гидросферы. ................................................................. 62

4.1. Характеристика физико-химических свойств воды. ............................ 62

4.2. Процессы растворения веществ в воде .................................................. 65

4.3. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия

природных вод................................................................................................ 66

4.3.1. Кислотно-основные условия природных вод ............................... 66

4.3.2. Окислительно-восстановительные условия природных вод ....... 69

4.4. Химический состав природных вод ....................................................... 73

4.4.1. Главные ионы, или макрокомпоненты .......................................... 74

4.4.2. Растворенные газы.......................................................................... 77

4.4.3. Биогенные вещества ....................................................................... 78

4.4.4. Органические вещества

(растворенные органические вещества РОВ) ......................................... 82

4.4.5. Микроэлементы .............................................................................. 83

4.4.6. Загрязняющие вещества техногенного происхождения. .............. 89

4.5. Причины и последствия химического загрязнения гидросферы .......... 90

4.5.1. Характеристика загрязняющих веществ, поступающих

в гидросферу ................................ ............................................................. 90

4.5.2. Химическое загрязнение гидросферы

бытовыми сточными водами ................................................................... 91

4.5.3. Химическое загрязнение гидросферы

соединениями металлов ................................ ........................................... 93

4.5.4. Химическое загрязнение синтетическими

органическими веществами ..................................................................... 96

Контрольные вопросы ................................................................................... 98

Перечень использованной литературы ........................................................ 99

ВВЕДЕНИЕ

Химия — наука о веществах, их составе и строении, их свойствах, зави-

сящих от состава и строения, их превращениях, ведущих к изменению соста-

ва (химических реакциях), а также о законах и закономерностях, которым эти превращения подчиняются.

Химия окружающей среды находится на стыке таких наук, как геохимия,

экология, учений об атмосфере и гидросфере, и изучает:

 основные физико-химические процессы, протекающие в литосфере,

атмосфере, гидросфере с участием абиотических компонентов биосферы в

естественных условиях;

 изменения в этих процессах, связанные с влиянием антропогенных

факторов.

Химия окружающей среды базируется на основных законах и понятиях

классической химии, однако объекты исследования находятся в окружающей

среде — среде обитания современного человека.

В начале ХХ в. появился новый аспект в изучении природы Земли — ана-

лиз процессов поведения атомов химических элементов в природных системах, т.е. изучение окружающей человека природной среды (биосферы Земли) на

атомарном уровне.

Проводником этих идей и основоположником новой науки — геохимии

(«химии Земли») — был гениальный русский ученый Владимир Иванович Вер-

надский (1863–1945). Своими трудами В.И. Вернадский заложил новые науки,

получившие бурное развитие в настоящее время, — геохимию, биогеохимию, учение о биосфере, радиогеологию, науковедение.

Основной идеей, развиваемой в трудах В.И. Вернадского о химических

(геохимических) процессах в биосфере Земли, является признание огромной

роли живого вещества в истории поведения атомов химических элементов.

Изучение и познание химических (геохимических) процессов в биосфере,

в той части земной коры, где развита жизнь, где сосредоточены почти все при-

родные ресурсы человечества, важно в научном, и практическом отношении.

Особенно возрастает роль химии окружающей среды при современном

кризисном состоянии окружающей среды, являющемся следствием неразумно-

го и нерационального использования человечеством природных ресурсов.

Одним из факторов химического преобразования окружающей среды че-

ловеческой деятельностью, усиливающегося в ходе научно-технической рево-

люции, является загрязнение объектов биосферы неутилизируемыми отхода-

ми — загрязненные стоки, твердые отходы, выбросы в атмосферу.

Как правило, современные технологии сбалансированы в целом только по конечному, целевому продукту. Вещества, не являющиеся в настоящее время целевым продуктом, попадают в процессе производства в биосферу в виде отходов, изменяя химический состав природных потоков вещества. Включаясь во все типы биогеохимических круговоротов, они неизбежно приводят к загрязнению важнейших жизнеобеспечивающих природных сред: воды, воздуха, почв,

биологических ресурсов (пищи).

Исследование поведения химических элементов в биосфере Земли позволяет использовать их как индикаторы потоков загрязняющих веществ, дающие возможность выявить источники загрязнения и зоны их влияния, проследить взаимодействия между природными средами и оценить воздействие загрязне-

ний на живые организмы.

Химические (геохимические) методы исследований играют также важную роль при оценке устойчивости природных ландшафтов к техногенным хи-

мическим воздействиям. Техногенное воздействие, нарушая или даже разрушая эту структуру, вызывает необратимые изменения в объектах ландшафта, заключающиеся в нарушении закономерностей протекания процессов переноса вещества и трансформации энергии в ландшафте, приводя к его техногенным

преобразованиям.

В первой части учебного пособия «Химия окружающей среды» рассмот-

рены вопросы, посвященные особенностям химического состава объектов биосферы Земли (литосферы, гидросферы, атмосферы, живого вещества), а также

физико-химические процессы в атмосфере и гидросфере, формирующие совре-

менный их состав под влиянием природных и техногенных (антропогенных)

факторов.

В процессе освоения первой части учебного пособия в соответствии с образовательным стандартом и программой подготовки магистров по направлению 20.04.01 «Техносферная безопасность» по профилю «Экологический менеджмент предприятий и территорий» обучающиеся должны:

1) знать:

 формы нахождения химических элементов в различных геосферах, ми-

грационную способность химических элементов в зависимости от внешних и

внутренних факторов;

 типы элементарных и геохимических ландшафтов;

2) уметь:

 проводить изучение и моделирование протекания различных химиче- ских процессов в объектах окружающей среды;

 обрабатывать и систематизировать данные по химическим процессам в различных компонентах природной среды в том числе с применением ЭВМ;

 делать выводы о подвижности, направленности и формах миграции элементов и веществ в различных геосферах;

 проводить обработку результатов химических исследований для оцен- ки воздействия промышленных предприятий на окружающую среду;

3) владеть:

 представлением о закономерностях формирования химических и гео- химических аномалий в природных и техногенных ландшафтах.

1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГЕОСФЕР ЗЕМЛИ

1.1. ГЕОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

Жизнь и деятельность людей, а также человеческого общества происхо-

дит на поверхности земной коры. Земная кора состоит из трех базовых гео-

сфер, различающихся по физическому состоянию и химическому составу:

1. Литосфера — каменная оболочка земной коры, состоящая из извер-

женных, метаморфических и осадочных горных пород.

2. Гидросфера — водная оболочка, включающая в себя воды Мирового

океана, континентальные воды, а также подземные воды, насыщающие горные

породы.

3. Атмосфера — газовая оболочка, состоящая в основном из азота, кис-

лорода, аргона с примесями водяных паров, углекислого газа, благородных газов.

Геосферы земной коры являются продуктом и результатом длительной

совместной эволюции, начавшейся по современным представлениям более

4 млрд лет назад. Эта эволюция продолжается в наше время и обусловлена по-

стоянным взаимодействием перечисленных геосфер.

Взаимодействие геосфер происходит главным образом на поверхности литосферы. Также интенсивно взаимодействуют между собой на границе раз-

дела атмосфера и гидросфера.

Область возникновения жизни, её последующая эволюция и расцвет так-

же связаны с процессами взаимодействия геосфер на поверхности земной коры.

Возникновение жизни на Земле, материальным воплощением которой являются многочисленные виды живых организмов, привело к появлению на поверхно-

сти земной коры новой системы, получившей название биосферы.

Биосфера — область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.

В.И. Вернадский в своих трудах обосновал ведущую роль живых орга-

низмов в преобразовании земной поверхности.

Значение живых организмов для функционирования биосферы обусловлено их большим разнообразием, повсеместным распространением, длительно-

стью существования в истории Земли, избирательным характером биохимиче-

ской активности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Таким образом, понятие об окружающей среде (среде обитания челове-

ка) включает комплекс факторов, которые определяются конкретными особен-

ностями взаимодействия четырех геосфер — биосферы, литосферы, гидросферы и атмосферы.

По современным данным количественные оценки объектов биосферы

следующие:

 литосфера (земная кора) — 28,461018 т;

 гидросфера — 1,411018 т;

 атмосфера — 5,21015 т;

 живое вещество — 2,441012 т.

Каждый из объектов биосферы Земли — литосфера, гидросфера, атмосфера и живое вещество — имеет свой, характерный только для этого объекта химический состав.

При характеристике химического состава отдельных составляющих биосферы вводится понятие геохимического поля (химического поля Земли).

Геохимическое поле — земное пространство, характеризуемое содержанием химических элементов или их соединений (Сх) в виде функции пространственных координат (x, y, z) и времени (t):

Cx = f( x, y, z, t) > 0. (1.1)

Для изучения геохимического поля производятся измерения содержаний химических элементов путем опробования в отдельных точках наблюдений или

непрерывно путем отбора проб с последующим их химическим анализом или

без пробоотбора с применением специальной аппаратуры (геофизическое опро-

бование).

В преобладающей части пространства геохимического поля опробуемых объектов биосферы концентрации химических элементов примерно постоянны

(для каждого элемента значение концентрации свое).

Средние значения концентраций химических элементов в объектах био-

сферы носят название кларков (в честь американского ученого-геохимика Ф.У. Кларка, исследования которого положили начало изучению химического состава земной коры).

Кларк элемента — это среднее содержание элемента в том или ином объекте биосферы.

Для геохимического поля характерно, что встречаемость (вероятность обнаружения) для любого химического элемента в любой точке поля равна

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]