🗊Презентация Геохимия ландшафтной оболочки

Геохимия ландшафтной оболочки Ландшафт – это природные комплексы – горные породы, воды, почвы, растительность, животный мир – особенно тесно взаимосвязанные между собой. С позиции геохимии ландшафт представляет часть земной поверхности, в которой за счёт солнечной энергии осуществляется миграция химических элементов атмосферы, гидросферы и литосферы. Каждый ландшафт по Б.Б. Полынову состоит из элементарных ландшафтов. Элементарный ландшафт – это определённый элемент рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определённым растительным сообществом. Верхняя граница ландшафта находится в тропосфере и определяется зоной распространения пыли земного происхождения, обитания птиц и насекомых.

Нижней границей ландшафта в ряде случаев является первый от поверхности водоносный горизонт (включительно). В результате миграции химических элементов элементарный ландшафт приобретает неоднородность в вертикальном нап-равлении , расчленяясь на ряд природных тел: 1) надземная часть ландшафта (растительный покров и животный мир), 2) почва, 3) кора выветривания, 4) водоносный горизонт. Не все эти природных тела имеются в каждом элементарном ландшафте – местами водоносный горизонт отсутствует (т. е. находится за пределами ландшафта, например, в некоторых пустынях), в других совмещён с почвой (поймы, некоторые болота), в третьих, кора выветривания совмещена с почвой. Каждое природное тело отличается от другого химическим составом. Нередко в верхних горизонтах преобладает кислая реакция, а в нижних – щелочная, в верхних горизонтах – окислительная среда, а в нижних –восстановительная.

По условиям миграции химических элементов формируются следующие типы геохимически сопряжённых элементарных ландшафтов: 1. Элювиальный тип – это поверхности плоских водоразделов с глубоким залеганием грунтовых вод. Вещество и энергия поступают в ландшафт из атмосферы и через атмосферу. Происходит вмывание на некоторую глубину растворимых веществ и образование иллювиальных горизонтов почв. Если процессы выноса протекают длительно, то формируется мощная кора выветривания под почвой. С поверхности водораздела происходит некоторый смыв почв. 2. Супераквальный тип – поверхности, отличающиеся близким залеганием грунтовых вод. С грунтовыми водами в ландшафт поступают различные вещества, вымытые из коры выветрива-ния и почв водоразделов. Возможны значительные аккумуляции элементов, вынесенных из коры выветривания.

3. Субаквальный тип – поверхности, находящиеся под водой. Характерен принос материала с жидким и твёрдым боковым стоком. Речной, озёрный осадок, ил растёт снизу вверх. В водоёмы поступают химические элементы и соединения, слагающие окружающие водораздельные пространства. Геохимическое сопряжение проявляется в обмене веществ и энергии между типами ландшафта через миграцию элементов. В ландшафте преобладают те же элементы, что и в земной коре. Они имеют высокие кларки, и составляют основную массу горных пород, почв, вод и организмов, определяют геохимические особенности ландшафта и условия миграции других элементов.

Геохимическая классификация ландшафтов А.И. Перельмана 1. Ряд ландшафтов выделяется в зависимости от ведущего вида миграции, биологического круговорота вещества. 1.1. Абиогенный – ландшафты с физико-химической и механи-ческой миграцией, не содержащие живого вещества. Вечные снега и ледники Арктики, Антарктиды, высокогорий. 1.2. Биогенный – ландшафты с ведущим значением биогенной миграции. Относится большая часть ландшафтов Земли. Биогенные ландшафты - это сложные биокосные системы, компонентами которых являются почва, коры выветривания, континентальные отложения, грунтовые и поверхностные воды, растительный и животный мир, приземной слой атмосферы. Ведущее значение в биогенных ландшафтах имеет фотосинтез. 1.3. Техногенный – ландшафты с ведущим значением техно-генной миграции (солеотвалы, водохранилища, карьеры и др.).

2. Группа выделяется по характеру фотосинтеза, т. е. особен-ностям растительного покрова, биомассе и годичной про-дукции. Группы характерны для ландшафтов биогенного ряда. Например, группы лесных, степных, луговых, тунд-ровых, пустынных ландшафтов, отличающиеся интенсив-ностью биологического круговорота атомов. 3. Тип выделяется по количеству органического вещества накопленного в ландшафте. Это масса всех растительных и животных организмов. Например, в группе лесных ландшафтов выделяются типы: влажных тропиков, тайги, широколиственный. 4. Семейство – признаком является отношение биомассы к годичной продукции. Например, в таёжном типе выделяются семейства северной тайги, средней тайги и южной тайги. 5. Класс выделяется по особенностям водной миграции. Призна-ком является химический состав поверхностных и грунтовых вод. Например, сернокислый, кислый глеевый и т.д.

Геохимия биосферы Биосфера – сфера жизни, вещественная геологическая оболочка самого высокого уровня организации. В её состав входят тропосфера, мировой океан, литосфера до слоев с температурой, ограничивающей деятельность бактерий. В качестве самостоятельной оболочки выделена австрийским геологом Э.Зюссом (1875 г.). Главный механизм, определяющий единство и целостность биосферы – это биологический круговорот атомов, являющийся главным агентом химической работы. Функции живого вещества: 1. Концентрационная – концентрация биофильных элементов (C, H, P, Ca, Si и др.). 2. Энергетическая – аккумуляция солнечной и тепловой энергии. 3. Трансформационная – трансформация солнечной и тепловой энергии в геохимическую энергию соединений (белки, жиры, углеводы) и продуктов их минерализации (CO2, H2O, NH3, CH4).

4. Газообразующая – генерация растениями и животным миром газов (CO2, O2, NH3, CH4). 5. Средообразующая – поступление в среду миграции газов, генерируемых растениями, и продуктов минерализации органического вещества определяет щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия. Биосфера крайне неравновесная, динамичная система. Это определяется действием противоположно направлен-ных процессов, протекающих в биосфере: окисление – восста-новление, растворение – кристаллизация, образование живо-го вещества – минерализация (разложение) органического вещества, рассеяние – концентрация. Биогенная миграция обусловлена наличием живого вещест-ва. Атомы включаются в пищевые цепочки и постоянно мигрируют, рассеиваясь в одном месте и концентрируясь в другом. Следствием последнего является образование простых и чистых соединений, состоящих из 2-3-х главных элементов. Например, толщи известняка (Ca,C,O).

Механическая миграция обусловлена круговоротом воды, являющегося главным агентом механической работы, так как в биосфере не прекращается течение рек, перемещение водных масс в океанах, воздушных масс в атмосфере. Физико-химическая миграция обусловлена изменением параметров среды миграции (pH,Eh) при участии живых организмов. Основной средой миграции является вода. Атомы разделяются на воздушные и водные мигранты. Первые миг-рируют как в газообразном состоянии, так и в составе вод-ных растворов (О,Н), вторые преимущественно в водных растворах в виде ионов, молекул, коллоидных частиц. Биосфера представляет единое целое по процессам разложения органического вещества и делится на верхнюю часть, где возможен фотосинтез и нижнюю часть, где невоз-можен. Соответственно, часть биосферы, которая играет ведущую роль, определяет своеобразие биосферы в целом, управляет этой сложной системой называется центром биосферы. Таким центром служат лесные ландшафты (верхние горизонты океана).

Геохимия техносферы Геохимическую деятельность человечества А.Е. Ферсман назвал техногенезом. Часть планеты, которая охвачена техногенезом пред-ставляет особую систему – ноосферу (техносферу). Ноосфере свойственны механическая, физико-химическая и биогенная миграции, но её своеобразие и главную роль играет техногенная миграция. Техногенная миграция атомов обусловлена социальной деятельностью общества, вызывающей грандиозное переме-щение атомов и , как следствие, рассеяние, концентрацию и образование новых форм и ассоциаций атомов, несвой-ственных природе. Первое существенное отличие техносферы от биосферы – огромное ускорение миграции. Многие процессы техноге-неза по масштабам намного превышают природные. Напри-мер, ежегодно добывается около 100 млрд. т. минерального сырья.

Две группы процессов техногенеза 1. Процессы техногенеза при изучении которых можно использовать понятия и методы, разработанные для анализа природных процессов. Эти процессы унаследованы от биосферы, к ним относятся биологический круговорот, круговорот воды, рассеяние элементов при отработке месторождений, распыление вещества и др. 2. Процессы техногенеза, находящиеся в резком противо-речии с природными условиями. Для характеристики этих процессов недостаточен существующий понятийный аппа-рат геохимии. Необходимы новые подходы к исследованию и объяснению процессов миграции элементов. Например, природе не свойственны химические соединения: искусствен-ные полимеры, лекарства, краски, сплавы. Новым для земной коры является производство атомной энергии, радиоактив-ных изотопов, сверхчистых веществ.

Технофильность элемента Т – это отношение ежегодной добычи элемента D к его кларку в земной коре. Например, химически родственные элементы Fe, Mn и Cu, Ag добываются в разных количествах, их кларки различны. ТFe= 3,1 . 108 / 4,65 = 6,6.107 ТMn= 6 . 106 / 0,1 = 6.107 ТCu= 5,4 . 106 / 4,7 . 10-3 = 1,1.109 ТAg= 8. 103 / 7 . 10-6 = 1,1.109 Технофильность их одинакова. Следовательно , в единицах кларков человечество извлекает из недр Fe и Mn, Cu и Ag с равной интенсивностью, пропорционально их распростра-нённости в земной коре. В будущем зависимость добычи от кларков, вероятно, станет ещё более тесной, так как богатые месторождения быстро отрабатываются и человечество будет использовать горные породы, в которых содержания элементов близки к кларкам.

Техногенные геохимические аномалии Глобальные аномалии охватывают весь земной шар (повышенное содержание СО2 в атмосфере, накопление 90Sr после ядерных взрывов). Региональные аномалии распространяются на материки, страны, зоны, области (применение минеральных удобрений). Локальные аномалии связаны с конкретным рудником, заводом, городом (повышенное содержание металлов в почвах, водах). Техногенные аномалии, как и природные, делятся на литохи-мические (в почвах, породах, строениях), гидрогеохимические (в водах), атмогеохимические (в атмосфере), биогеохими-ческие (в организмах – фито-, зоо-, антропогеохимические). Совокупность техногенных аномалий от локального источника (завода, рудника, города), именуются техногенным ореолом и потоком рассеяния, которые, как правило, включают в себя все виды аномалий.

По влиянию на окружающую среду техногенные аномалии делятся на три типа. Полезные аномалии, улучшающие окружающую среду. Например, повышенное содержание Ca в районах известко-вания кислых почв, добавка NaI и KI к поваренной соли в районах развития эндемического зоба, фторирование питьевой воды в городах с распространением кариеса и др. Вредные аномалии, ухудшающие (загрязняющие) окружаю-щую среду. Например, увеличение содержания Hg, Cd, Pb в почвах городов. Нейтральные аномалии, не оказывающие влияния на качество окружающей среды. Техногенный геохимический барьер – это участок, где происходит резкое уменьшение интенсивности техногенной миграции и как, следствие концентрация элементов. Как и в биосфере, на них образуются аномалии.

По влиянию на окружающую среду техногенные барьеры могут быть: 1. Полезные техногенные барьеры. Например, закачивание промышленных стоков в водоносные горизонты, при инъек-ционном закреплении (цементации) грунтов, в результате рыхлая масса превращается в твёрдый монолит, размещение карбонатного материала (известняк, доломит) на пути миграции сернокислых шахтных вод, в результате на щелоч-ном барьере задерживаются вредные соединения кислой природы TR, Ra, Cd, Pb и др. 2. Вредные техногенные барьеры. Например, вторичное засоление почв в орошаемых районах, строительство плотин для ГЭС. 3. Нейтральные техногенные барьеры.

Полезный техногенный барьер – очистка дражных стоков от взвешенных частиц. Для снижения концентрации взвешенных веществ в речной воде создаются грунтовые фильтры из дражных отвалов в русле реки. В зависимости от длины пути фильтрации и материала фильтра, концентрация взвешенных веществ снижается в десятки и сотни раз.

В результате деятельности процессов техногенеза формируются техногенные системы от техногенных почв, илов, кор выветрива-ния, водоносных горизонтов до техногенных ландшафтов, стран, океанов и всей ноосферы. Теория оптимизации ноосферы, т.е. установление опти-мальных техногенных систем для различных природных районов. Техногенные системы по своей сущности более управляемы, чем биокосные системы. Задача общества заключается в наблюдении (мониторинге) над развитием геологических процессов, подвергающихся влиянию техногегеза, управления техногенезом, при котором не будет негативных воздействий на окружающую среду. Одна из проблем геохимического мониторинга – определение того содержания элементов в окружающей среде, которое было до техногенного загрязнения, т.е установление «фона».