3. Основные понятия и представления по геохимии окружающей среде

Окружающая среда – система взаимосвязанных природных или антропогенных объектов и явлений, в пределах которой протекает жизнедеятельность человека и животных. ОС включает природные, социальные и искусственно создаваемые, различные по назначению и масштабам природные объекты, прямо или косвенно воздействующие на жизнь и благосостояние людей. Факторы ОС – естественные (природные) и искусственные (антропогенные или техногенные).

Биотоп – сообщество организмов или любая совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Этот участок характеризуется однородностью геологического строения, микроклимата, водного режима, рельефа, почвенного покрова и занят определенным биотическим сообществом.

Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных компонентов, объединенных общим веществом и энергией в единый природный комплекс. Совокупность биогеоценозов составляет биосферу.

Биоценоз – составная часть биогеоценоза – совокупность животных и растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих определенный участок суши и водоема. Фитоценоз – совокупность растений. Зооценоз – совокупность животных.

Экологическая ниша – место вида в природе, включающее не только положение вида в пространстве, но и функциональную роль его в сообществе и его положение относительно абиотических условий существования (температура, влажность и т.п.).

Геосферы Земли – более или менее концентрические слои, охватывающие всю Землю и обладающие присущими только им характерными физическими структурными, физико-химическими, химическими и биологическими свойствами.

Биосфера – живая оболочка Земли, глобальная экосистема (Зюсс,1875).

Живое вещество. Индивидуальный организм смертен, но жизнь в форме продолжающихся поколений бесконечна. Воздействие организмов на ОС, не прерываясь ни на мгновение, развивалось около 4 млрд лет. Поэтому постоянно существующая планетарная совокупность организмов с позиции геохимии рассматривается как особая форма материи – живое вещество. Его главное свойство – постоянный и непрерывный массообмен химических элементов с ОС.

Экосфера – сфера деятельности живых организмов и окружающая их среда (Ю.Одум, 1971).Экосфера и биосфера являются синонимами, поэтому предпочитают не пользоваться термином «Экосфера».

Экосистема – любое сообщество живых организмов и его среда обитания, объединенное в единое функциональное целое (А.Тенсли, 1935).

Экосистема м биогеоценоз – синонимы.

Техносфера – созданная деятельностью человека среда обитания, являющаяся частью биосферы. К техносфере относятся все хозяйственные объекты – природно-технические, геотехнические, инженерно-геологические, технические системы и функционирующие в них технологические процессы.

Ноосфера (Э.Леруа, П. Тейяр де Шарден, 1927) – среда разума, высшая стадия развития биосферы.

Социосфера – (составная часть ноосферы, так же техносферы) – или антропосфера – это сфера Земли и Ближнего Космоса, которая в наибольшей степени прямо или косвенно видоизмененные деятельностью человека.

Географическая оболочка – пространство, в котором взаимопроникают и взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера. Ей присущи закономерности: целостность, ритмичность явлений, зональность, азональность (секторность), круговорот вещества и энергии.

Геологическая среда (Е.М.Сергеев, 1979) – это верхняя часть литосферы, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека, которая, в свою очередь, и определяет эту деятельность. Она соответствует самой верхней части земной коры и выступает как минеральная основа биосферы (почвы и верхние горизонты горных пород).

Природно-ресурсный потенциал (Реймерс, 1994) – способность природных систем (ландшафтов и экосистем) без ущерба для себя (а следовательно, для людей) отдавать необходимую человеку продукцию, т.е. эта часть природных ресурсов Земли, которая может реально вовлечена в хозяйственную деятельность при данных технических.

Экологический потенциал ландшафта - способность природных комплексов удовлетворять потребности человека во всех первичных содействах существования: воздухе, свете, тепле, питьевой воде, источниках пищевых продуктов, а также в природных условиях трудовой деятельности, отдыха, духовного развития.

Экологический кризис - это направленное состояние взаимоотношений между обществом и природой, характеризующиеся несоответствием развития производственных сил и производственных отношений в обществе реально-экологическим возможностям биосферы.

Экологический кризис современной цивилизации - это результат нарушения гомеостазиса равновесия системы под воздействием деятельности человека.

Седиментация – образование всех видов осадков (осадкообразование) в результате совокупного воздействия физических, химических и биологических процессов, происходящих в биосфере.

Диагенез – процесс превращения осадков в горные породы.

Коры выветривания – (по Перельману А.И.) это рыхлые продукты изменения горных пород, образующиеся под почвой за счет поступающих из нее растворов. Для коры выветривания характерны широкое развитие процессов окисления и гидратации.

Окисление – это процесс передачи электронов атомами, входящими в минерал, кислороду. Реакция идет преимущественно в водной среде.

Гидратация – процесс присоединения воды к минералам.

Полезное ископаемое – природное вещество, пригодное для использования в хозяйственной деятельности. Среди полезных ископаемых выделяются рудные, неметаллические, горючие (каустобиолиты), гидроминеральные.

Месторождения полезных ископаемых – участки земной коры, минеральное вещество которых по количеству, качеству и условиям залегания при данной экономической конъюнктуре пригодно для промышленного использования.

Геохимические индикаторы – это химические элементы (их соединения), по изменениям особенностей которых в различных геохимических объектах (в том числе и в разных составных частях геохимического ландшафта) ведутся поиски месторождений полезных ископаемых геохимическими методами. Геохимические индикаторы, которые соответствую основным химическим элементам, слагающим тела полезных ископаемых, называют прямыми. Индикаторы, не составляющие основу тел полезных ископаемых, но часто являющиеся «спутниками» полезных компонентов или связанными с ними определенными закономерностями, называют косвенными.

Элементарный ландшафт – участок, представляющий один определенный тип рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определенным растительным сообществом. Все эти условия создают определенную разность почвы и свидетельствуют об одинаковом развитии взаимодействия между горными породами и организмами (Полынов Б.Б.). К этим факторам нужно добавить особенности атмосферной циркуляции элементов, состав подземных вод, вероятное наличие многолетней мерзлоты, режим кислорода и серы. А важнейшим постоянным источником химических элементов в ландшафте являются подстилающие горные породы. Элементарные ландшафты должны характеризоваться одинаковым химическим составом, аналогичными особенностями миграции (концентрации) химических элементов и отсутствие внутренних причин, способных ограничивать площадь распространения этих элементарных ландшафтов.

Геохимические ландшафты – (по определению Перельмана) – это парагенетическая ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов. Все геохимические ландшафты делятся на ландшафты суши и Аквальные (водные). Последние подразделяются на ландшафты Океана (океанов и морей) и аквальные ландшафты континентов (рек, озер и т.д.). Геохимические ландшафты суши делятся, например, на абиогенные (ледники), биогенные (степи, пустыни и т.д.), техногенные (сельскохозяйственные, промышленные, населенные пункты, дорожные и др.).

Биокосные системы – системы, в которых живые организмы и неорганическая материя (косное вещество) неразрывно связаны между собой. Для них (косного и живого вещества) характерны взаимопроникновение и взаимообусловленность, вместе они составляют единое целое. К биокосным системам относятся почвы, илы, природные воды, ландшафты в целом и т.д.

Геохимические провинции представляют собой геохимические однородные области с определенными ассоциациями элементов, находящихся в повышенных концентрациях. Происхождение некоторых провинций может быть связано с планетарной дифференциацией Земли, другие могли образоваться при дифференциации химических элементов в результате процессов осадконакопления, часто с последующим переплавлением осадочных пород. На формирование определенных ассоциаций элементов в таких регионах влияют магматические и тектонические процессы.

Металлогенические провинции - это области со значительным числом рудных месторождений, обладающих генетическим родством.

Геохимическая аномалия – это отклонение от геохимических норм, свойственных или определенному району, или геохимическому ландшафту, или определенному типу пород, растений, вод и т.д. Геохимической аномалией считается, например, значительно повышенное (или пониженное) по сравнению с фоном содержание элементов. Сами элементы при этом могут находиться в минеральной, биогенной или изоморфной формах, а также в виде растворов и газовых смесей. К геохимической аномалии относится и резкое отклонение от нормы соотношения двух элементов или изотопов одного и того же элемента. Различают глобальные, региональные и локальные геохимические аномалии.

Ореол рассеяния. Залежи руд связаны с окружающими горными породами постепенными переходами. Рудные тела находятся как бы в чехле постепенно убывающей концентрации металлов. Такие образования получили название ореолов рассеяния. Первичные рудные ореолы возникают одновременно с рудными телами и в результате одних и тех же процессов.

В рудах наряду с одним или несколькими главными рудообразующими элементами присутствуют сопутствующие элементы, часто образующие изоморфное замещение главных. Например, в цинковых рудах постоянно содержится кадмий, меньше – индий, галлий и германий. Все сопутствующие элементы также рассеиваются вокруг рудных тел. Обладая неодинаковой геохимической подвижностью, они образуют переходные зоны разной протяженности. В итоге состав и строение ореолов рассеяния очень сложны.

Геохимический фон – среднее содержание химического элемента для данного типа пород в определенном районе. На геохимическом фоне выделяются геохимические аномалии. Если они связаны с залежами руд, то мы имеем дело с ореолами рассеяния. В пределах геохимических провинций горные породы одного типа обладают выдержанными статистическими параметрами, в первую очередь значениями среднего содержания одного или нескольких рассеянных элементов. Среднее содержание некоторых элементов в однотипных породах разных провинций может отличаться в 2-3 раза. При этом химический состав этих пород, определяемый содержанием главных элементов, остается одинаковым или имеет очень слабые отличия.

Гумус – сложный комплекс органических веществ почвы. Образуется в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов. Имеет темную окраску. Состоит преимущественно из гуминовых и фульвокислот и гумина.

Гуминовые кислоты – органические кислоты, нерастворимые в воде и щелочах. Цвет черный. Структура окончательно не установлена.

Гумин – часть гумусовых веществ, которая практически не растворяется ни в одном растворителе.

Фульвокислоты – высокомолекулярные соединения, хорошо растворимые в воде. В высушенном состоянии имеют буровато-желтый цвет (от лат «фульвос» - желтый) Разрушают многие минералы и образуют комплексные соединения с катионами, в первую очередь с Fe (III). Образующие фульваты, как правило, хорошо растворимы в воде и слабых растворах кислот.

Нитрификация - превращение азотсодержащих веществ в соединения, хорошо усваиваемые высшими растениями. Так, аэробные нитрозные бактерии, содержащиеся в почве, окисляют аммиак (NH4)до азотистой кислоты (HNO2), затем нитратные бактерии переводят азотистую кислоту в азотную (HNO3), соли которой (нитраты) хорошо растворяются и усваиваются растениями.

Денитрификация – разрушение группами почвенных и водных бактерий нитратов до нитритов (солей азотистой кислоты), молекулярного азота и аммиака. Процесс приводит к обеднению почв.

Лекция 2

Природно-техногенные комплексы