1.1.1.7 Ионный обмен

Ионный обмен – процесс эквивалентного обмена находящихся в почвенном погло­щающем комплексе катионов и анионов на катионы и анионы взаимодействующего с твер­дыми фазами почвы раствора.

Из загрязняющих компонентов в ионном обмене в почвах участвуют кати­оны тяжелых металлов (Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺, Co²⁺, Cu²⁺ и др.) и анионы (NO₃^–, AsO₄^–, НмоО₄^–, МоO₄^2–, SeO₃^2–).

1.1.1.8 Обменные катионы

Катионы обменные (синоним – катионы поглощенные) – это находящиеся в почвен­ном поглощающем комплексе катионы, способные к эквивалентному обмену на катионы взаимодействующего с почвой раствора. Обменные катионы находятся на обменных по­зициях глинистых минералов и органического вещества, и их состав сильно разли­чается в почвах разных природно-климатических зон. В гумидных областях в тундро­вых, подзолистых, бурых лесных почвах, красноземах и желтоземах среди этих катионов преобладают ионы Al³⁺,А1(ОН)²⁺ ,А1(ОН)₂⁺ и Н⁺. В аридных почвах – черноземах, каштановых, сероземах – обменные катионы представлены преимущественно Са²⁺ и Мg²⁺, а в засоленных почвах – также Na⁺.Во всех почвах среди обменных катионов всегда есть небольшое количество К⁺, Некоторые тяжелые металлы (Zn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺ и др.) могут присутствовать в почвах в качестве обменных катионов. Обменные Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ и Na⁺ иногда называют обменными основаниями.

1.1.1.9 Обменные анионы

Анионы обменные – это в почвенном поглощающем комплексе анионы, способные эквивалентно обмениваться на анионы взаимодействующего с почвой раствора.

Основная часть обменных анионов находится в почвах на поверхности гидроксидов железа и алюминия, которые в условиях кислой реакции имеют положительный заряд. Интенсивно поглощаются анионы органогенными поч­вами и горизонтами. В обменной форме в почве могут присутствовать анионы Сl^–, NO₃^–, SeO₄^2–, MoO₄^2–, HmoO₄^–. Обменные фосфат-, арсенат- и сульфат-анионы могут содержаться в почвах в небольших количествах, так как эти анионы прочно погло­щаются некоторыми компонентами твердых фаз почвы и не вытесняются в раствор при воздействии других анионов. Поглощение анионов почвами в неблагоприятных усло­виях может приводить к накоплению ряда токсичных веществ.

1.1.2 Сорбция химических веществ в океане

Толща океанской воды содержит достаточно большое количество крохотных пу­зырьков газа, медленно поднимающихся к поверхности. Они возникают в результате разложения органического вещества, выделяются растениями и животными. Пока пузырьки газа всплывают, на их поверхности адсорбируются органические вещества. В оболочке из органики, как в корпусе батискафа, пузырек продолжает подъем, по пути захватывая все новые молекулы и частички органического вещества. Благополучно добравшись до поверхности, пузырек в конце концов лопается, а принесенные им вещест­ва переходят в «пенку» [3].

АДСОРБЦИЯ – поглощение вещества из раствора или газа поверхностным слоем жидкости или твердого тела; играет важную роль в биологических системах, широко применяется в химии и технике для разделения и очистки веществ [1].

АДСОРБЕНТ – тело, на поверхности которого происходит адсорбция [1]; конденсированная фаза, на поверхности которой происходит адсорбция. [4].

АДСОРБТИВ – химическое соединение или смесь веществ, находящиеся в объеме жидкой фазы и поглощаемые адсорбентом в процессе адсорбции. [4].

АДСОРБАТ – химическое соединение или смесь веществ, находящихся в адсорбиро­ванном состоянии на поверхности или объеме пор адсорбента.

Пузырьки газа с адсорбированным веществом поднимаются к поверхности, а круп­ные органические остатки падают на дно, адсорбируя «по дороге» фосфор, серу, медь, железо, ванадий, уран и другие биофильные элементы. В условиях высоких рН и отрица­тельных окислительно-восстановительных потенциалов многие установочные образова­ния, например кремнистые скорлупки диатомей, распадаются, а некоторые элементы становятся подвижными. Уходя из зон распространения углеродистых черных илов, они концентрируются на границах их ареалов.

Фосфор выпадает главным образом в виде карбонат-анионита, замещая костные остатки вокруг зерен терригенных минералов «рубашки» полевых шпатов и др.

Промысловые тралы, использовавшиеся в экспедиции на «Профессоре Месяцев» для изучения данных рыб и других бентосных животных, нередко поднимали со дна целые фосфоритовые плиты вместе с другими коренными породами.

На огромных глубинах, превышающих 4000 – 5000 м, в царстве мрака, низких тем­ператур (4 – 8 °С) и огромных давлений (400^.10⁵ – 500^.10⁵ Па) геологи обнаружили железомарганцевые конкреции.

КОНКРЕЦИИ – это новообразования, которые вырастают на границе раздела вода–осадок путем адсорбции растворенных или взвешенных в морских и грунтовых во­дах оксидных соединений металлов. Рост конкреций – чрезвычайно медленный процесс, длящийся миллионы лет. На поверхности красных глубоководных глин растут конкреции, содержащие нередко до 1 – 3 % таких металлов–примесей, как медь, никель, цинк и кобальт.

КОНКРЕЦИИ – [от латинского concretio стяжение, сгущение] – минеральные образования в осадочных горных породах разнообразной, чаще округлой формы, представляющие собой скопления однородных или различных минералов, отличающиеся от вмещающей породы; образуются благодаря стягиванию рассеянных в породе веществ и накоплению их вокруг некоторых центров [1].

Для того, чтобы уточнить, какие кроме названных элементов могут адсорбировать­ся на поверхности органических остатков, уточним, что вода способна растворять чуть ли не все известные вещества. Видимо, в океане можно обнаружить все элементы, встречающиеся на Земле в естественных условиях. В настоящее время их обнаружено чуть более 70. Больше всего здесь хлора, за ним идут натрий, магний, сера, кальций, ка­лий, бром, углерод, стронций, бор. Некоторые элементы находятся в ничтожно малых концентрациях. Все атмосферные газы тоже растворены в морской воде. Как и в возду­хе, здесь больше всего азота. Второе и третье места занимают кислород и углекислый газ. Инертные газы присутствуют в ничтожных количествах. Есть районы, где кислород полностью отсутствует. Лишены кислорода глубины Черного моря, некоторые районы в Ат­лантике, у берегов Северной Каролины и Венесуэлы, b Тихом океане в прибрежных районах Калифорнии, а также в некоторых фиордах Скандинавии [3], [6].

ФИОРД, ФЬОРД – [от норвежского fiord] – узкий и сильно вытянутый (на десятки километров) в длину, глубокий, часто разветвленный морской залив с крутыми и вы­сокими берегами; фиорды представляют собой обработанные ледником, а затем затоп­ленные морем речные долины. [1].

При отсутствии универсального окислителя в воде образуется сероводород. В Чер­ном море глубже 200 метровой отметки вода насыщена сероводородом. Кроме того, существуют морские растения и животные, которые выделяют угарный газ, так что и его можно обнаружить в воде океанов.

При измерении температуры растворимость газов изменяется.[3].

Попадающая в море нефть перемещается течениями, ветром и волнами на огром­ные расстояния. В результате волнового перемешивания происходит эмульгирование нефти и проникновение ее в глубинные слои моря и донные отложения. В некоторых мес­тах, особенно в портах, количество нефти и нефтепродуктов в данных осадках превышает 20 % от сырого веса донных отложений. При волновом перемешивании накопившаяся в донных осадках нефть снова попадает в поверхностные слои и служит источником вто­ричного загрязнения морской воды. Вредоносное действие нефти и нефтепродуктов на морские организмы известно давно. В загрязненном море гибнут не только мелкие мор­ские организмы и рыбы уходят из таких районов или погибают крупные морские жи­вотные и птицы. Сравнительно недавно было установлено, что поверхностный слой моря на рубеже 2-х океанов – воздушного и водяного густо населен различными морски­ми организмами – нейстоном. В том слое и обнаружена икра некоторых видов рыб, например черноморской, азовской и каспийской кефали. Плавательный пузырь у них открыт только несколько суток после выхода мальков из икры. Позднее он закрывает­ся – зарастает. В течение этого короткого срока мальки обязательно должны подняться к поверхности воды и заглотнутъ пузырек атмосферного воздуха, чтобы заполнить им плавательный пузырь. В опыте, когда поверхность воды была загрязнена тонкой нефтя­ной пленкой, мальки, не сумев глотнуть воздуха и заполнить пузырь, погибали.

Микроскопические планктонные водоросли (составляющие основу первичной про­дукции моря) гибнут при концентрации нефтепродуктов 1–10 мг/л. Каза­лось бы, в результате перемещения нефтяных пятен по поверхности моря контакт планк­тонных водорослей с нефтью кратковременен, однако опыты показывают, что уже после нескольких минут пребывания планктонных организмов в воде, содержащей примеси нефти, они теряют способность к разложению и гибнут даже при немедленном перемещении их в чистую воду.

Повышенной чувствительностью к загрязнению морской воды обладают устрицы, моллюски. Опыты, проведенные в лаборатории, показали: относительно стойки к нефтя­ному загрязнению только некоторые виды ракообразных, но и их личинки гибнут уже при содержании 0,1 мл нефти в 1 л воды.12

К настоящему времени известны многие пути решения проблемы нефтяного загряз­нения и остается только энергично претворять их на практике. Наиболее распространен­ными являются методы механического удалений нефти с поверхности моря. Более про­изводительны способы очистки поверхности с помощью абсорбционных материа­лов.

АБСОРБЦИЯ – [от латинского absopptio поглощение] – поглощение вещества из раствора или смеси газов твердым телом или жидкостью; в отличие от адсорбции проис­ходит во всем объеме поглотителя (абсорбента). [1].

Компания «Бэкстер олеогон» (Англия) изготовила олеофилъный полиуретановый материал (баббинол).

Пористая систематическая губка способна сорбировать нефть в количестве свыше 90 % объема или в 100 раз больше собственного веса, при этом она не теряет своей плаву­чести и удерживает нефть. Насыщенную губку сорбируют сетями и отжимают между волнами для извлечения нефти, после чего она снова становится пригодной к употребле­нию.

Нередко возникает острая необходимость быстрого удаления разлившейся нефти с поверхности моря, например при ее приближении к птичьим колониям. В таких случаях используют способы абсорбции нефти на суспензированных частицах, например мелкого песка, порошкообразного мела, измельченной пористой золы и т.п. Добавление к пла­вающей нефти порошкообразных материалов (в количестве 10 %) увеличивает плотность нефтяной массы, и она тонет. Масса распыляемых абсорбентов должна быть достаточ­но большой, иначе воздух, оставшийся между частицами порошка, создает благопри­ятные условия для всплывания части погруженной нефти, которая переходит во взве­шенное состояние. Нефть, осаждаемая на дно моря, впоследствии деградирует за счет разлагающего действия бактерий.