🗊Презентация Понятие об эколого-геохимических изменениях

Тема № 7: Понятие об эколого-геохимических изменениях Вопросы: 1. Общие положения 2. Масштаб проявления изменений в биосфере 3. Законы поведения химических элементов в ландшафтах и развития эколого-геохимических изменений 4. Связь между эколого-геохимическими изменениями в пределах одного геохимического ландшафта 5. Влияние на эколого-геохимическую обстановку замены одних ландшафтов другими 6. Ландшафтно-геохимические условия и соотношение концентраций химических элементов в организмах

Сфера жизни претерпевает все изменения, связанные с эволюцией планеты, но в тоже время развивается как бы параллельно и самостоятельно. Её постоянное развитие определяет основную часть природных эволю­ционных эколого-геохимических изменений, происходящих в пределах биосферы. Часть изменений происходит под воздействием космических причин, например из-за космичес­ких катастроф, примером которых может быть падение гигантских метеоритов. Следует учесть, что в биосфере происходит множе­ство изменений, но эколого-геохимическим относится лишь их кране незначи­тельная (по сравнению с общим количеством) часть.

Масштаб проявления изменений в биосфере Глобальные Региональные Локальные (большая часть) охватывают всю биосферу  S отдельные участки (S = 100 км2) формирования оса­дочных пород за счет магматических с участием живого веще­ства планеты 1)Техногенные 2)Техногенные 3)Природные 1)интенсивное накопление металлов в почвах промышленных регионов  повышение местного фонового содержания какого-либо химического элемента (нескольких элементов или их соединений) на довольно больших площадях 2) утечка загрязняющих веществ из отстойников приводит к гибели живого окружения 3) сход снежных лавин и селевых потоков, наводнения на небольших речках, часть землетрясений и смерчей, цунами революционные

Глобальные техногенные изменения эколого-геохимической обстанов­ки 1)Металлизация (общую металлизацию биосферы следует отличать от регионального накопления металлов в промышленных регионах) и, в частности, так называемое свин­цовое загрязнение. Локальные повышенные концентрации Рb (влияние автомобильного транспорта, химической и металлургичес­кой промышленностей) → приобрело влияние на всю биосферу. В Антарктиде, в слоях льда, соответ­ствующих концу 30-х годов 20 века, отмечается повышенная кон­центрация Pb. 2) Всеобщее загрязнение биосферы ДДТ (инсектицид, использовался во всех странах мира). Однако вредители привыкли к его отравляющему воз­действию гораздо быстрее, чем человек. Прошли десятилетия после запрета на использование, но ДДТ обнаруживается практически повсеместно - в различных расти­тельных и животных организмах, даже в печени пингвинов, яйцах кур, молоке женщин.

Иногда изменения могут охватывать очень малые участки биосферы – точечные эколого-геохимические изменения. Например, выбросы в атмосферу фреонов, фторпроизводных предельных углеводородов, в молекуле которых одновременно содержатся фтор и хлор, в местах техногенного поступления в атмосферу фрео­нов состав атмосферных газов изменяется довольно незначительно - это связано с небольшими поступлениями газа в каждой точке выброса и бытовой пассивностью этих веществ. Однако попадая в верхние слои атмосферы, молекулы фреонов под воздействием жесткого УФЛ начи­нают разлагаться с образованием хлора. В свою очередь, хлор способству­ет фотохимическому разложению озона: Иногда изменения могут охватывать очень малые участки биосферы – точечные эколого-геохимические изменения. Например, выбросы в атмосферу фреонов, фторпроизводных предельных углеводородов, в молекуле которых одновременно содержатся фтор и хлор, в местах техногенного поступления в атмосферу фрео­нов состав атмосферных газов изменяется довольно незначительно - это связано с небольшими поступлениями газа в каждой точке выброса и бытовой пассивностью этих веществ. Однако попадая в верхние слои атмосферы, молекулы фреонов под воздействием жесткого УФЛ начи­нают разлагаться с образованием хлора. В свою очередь, хлор способству­ет фотохимическому разложению озона: О3 + С1 → СlO + O2; СlO + О → Сl + O2 - атом хлора в таких условиях может вновь и вновь разрушать озон. Считается, что один атом хлора способен разрушить десятки тысяч молекул озона гибель жизни на Земле

Для оценки состояния окружающей среды и происходящих в ней природных и антропогенных изменений все важнейшие эколого-геохимические изменения объединены в четыре основных вида  можно оценить качественно и количественно: Для оценки состояния окружающей среды и происходящих в ней природных и антропогенных изменений все важнейшие эколого-геохимические изменения объединены в четыре основных вида  можно оценить качественно и количественно: 1) изменения концентрации химических элементов (их соеди­нений) в пределах отдельных частей биосферы; 2) изменения формы нахождения химических элементов (и даже видов соединений элементов при одной и той же форме их нахож­дения) в пределах отдельных частей биосферы; 3) появление на отдельных участках в больших количествах тех­ногенных соединений, практически не имеющих природных анало­гов или нехарактерных для данных природных условий; 4) механическое перемещение значительных масс химических элементов (они могут находиться в различных формах и образовы­вать различные виды соединений) без существенного изменения формы нахождения составляющих их химических элементов

Выводы: 1. В биосфере постоянно происходят различные эколого-геохимические изменения. Скорость их проявления может быть до­вольно медленной, эволюционной, а может быть и катастрофичес­ки быстрой, революционной (может приводить к мутациям и гибели отдельных видов) 2. По масштабу проявления все изменения условно делят на точеч­ные, локальные, региональные и биосферные (планетарные). 3. Техногенные эколого-геохимические изменения последних десятилетий по своему воздействию на живые организмы и по мас­штабу проявления стали сопоставимы с природными изменениями. 4. Техногенез часто способствует возрастанию скорости эколо­го-геохимических изменений, приближая ее к катастрофической. 5. Суммарный эффект отдельных эколого-геохимических изме­нений, охватывающих небольшие части биосферы (и даже точечных изменений), может повлиять на эколого-геохимическую обстанов­ку в крупных регионах и даже в биосфере в целом. Это необходимо учитывать при планировании развития техногенеза.

Законы поведения химических элементов в ландшафтах и развития эколого-геохимических изменений Между отдельными частями геохимического ланд­шафта и между самими ландшафтами существуют законо­мерные связи, следовательно, эколого-геохимические изменения, происходящие в ландшафтах и их сообществах закономерны.

Ряд требований необходимый для установления закономерностей эколого-геохимических изменений: 1. Исследования, дающие необходимую информацию об эколого-геохимических изменениях, должны быть комплексными; 2. Такие исследования должны проводиться не только в отдель­ных геохимических ландшафтах, но и в их совокупностях, пред­ставляющих собой крупные планетарные (биосферные) струк­туры. Лишь в данном случае выявленные закономерности раз­вития эколого-геохимических изменений будут представлять собой законы, а не иметь характер частных положений; 3. Исследуемая биосферная структура должна состоять из различ­ных природных и техногенных ландшафтов, испытывающих разнообразную (по величине и форме воздействия) антропо­генную нагрузку; 4. Установленные законы должны найти полное подтвержде­ние на других участках биосферы, в других структурах, удален­ных от основного района исследования и находящихся в отли­чающихся климатических условиях.

Установлено, что поведение элементов зависит от ландшафтно-геохимических факто­ров миграции и концентрации как в пределах ландшафтов, так и груп­п ландшафтов, объединяемых по какому-то определенному при­знаку. Это позволило В.А. Алексеенко сформулировать закон: Установлено, что поведение элементов зависит от ландшафтно-геохимических факто­ров миграции и концентрации как в пределах ландшафтов, так и груп­п ландшафтов, объединяемых по какому-то определенному при­знаку. Это позволило В.А. Алексеенко сформулировать закон: геохимическое поведение химических элементов (их соедине­ний) в биосфере (содержание, распределение, а часто и фор­ма нахождения в отдельных частях ландшафта) определяет­ся в основном ландшафтно-геохимическими особен-ностями данного участка биосферы.

два следствия из этого закона: 1. Фоновое содержание химических эле­ментов в одном ландшафте может превосходить аномальное содержа­ние этих же элементов в других, даже соседних ландшафтах. Следствие это необходимо помнить при установлении границ загрязненных территорий. 2. Поведение веществ, поступающих в результате антропогенной деятельности в биосферу, определяется в основном ландшафтно-геохими­ческими особенностями участка биосферы, в который они попадают. Следствие это необходимо учитывать при проектировании развития и про­мышленности, и сельского хозяйства.

Связь между эколого-геохимическими изменениями в пределах одного геохимического ландшафта Различные части одного и того же геохимического ландшафта тесно связаны между собой  изменения, первоначально охватывающие только одну часть ландшафта (один ярус), постепенно ска­зываются во всех его частях (ярусах). Анализ этого явле­ния при различной антропогенной нагрузке и при ее практическом отсутствии в различных климатических зонах, в аквальных ланд­шафтах и в ландшафтах суши позволил Алексеенко В.А. сформулировать сле­дующий закон: изменения, происшедшие в определенной части (ярусе) гео­химического ландшафта, скажутся практически во всех час­тях этого ландшафта за счет связей между ними.

Рисунок 19. Формирование испарительного геохимического барьера в результате подъема уровня грунтовых вод: 1 - почвы; 2 - первоначальный уровень грунтовых вод; 3 - уровень грунтовых вод, при котором началось засоление; 4 - высота капиллярного подъема вод; 5 - атмосферное испарение воды с поверхности; 6 - зона испарительного геохимического барьера

ПОСЛЕДСТВИЯ: ПОСЛЕДСТВИЯ: Смена подвижных и наиболее распространенных в этом горизонте ионов (типоморфных ионов), в большинстве случаев Са2+ и HCO3- на Na+, Сl- и SO42-. Накопление ряда металлов, чаще всего Pb, Zn, Сг, V, Сu, Ni, находящихся в водах в очень малой концентрации и сосредоточенных в верхнем почвен­ном горизонте при испарении. Изменение биомасса растений и содержание в них цело­го ряда элементов. Смена расти­тельных сообществ. При смене растительных сообществ изменяются количество и состав паров воды и элементов, попадающих в приземную атмосферу за счет транспирации. При высокой степени засоления частицы солей могут попадать в воздух и непосредственно из почв.

Вывод : Изменение количества воды в общей массе грунтовых вод геохимического ландшафта привело к эколого-геохимическим изменениям в этом же ландшафте в ярусах почв, растительности и приземной атмосфере. И данный процесс не зависит от того, за счет каких процессов (природных или антропогенных) произош­ло первое изменение — исходное поднятие грунтовых вод.

Три основных след­ствия  учитывать при планировании в конкрет­ных регионах разумного развития хозяйства, безопасного развития жизнедеятельности и устойчивого развития: 1. Нельзя техногенным путем произвести изменение только в од­ной части (ярусе) геохимического ландшафта → надо иметь в виду при планировании, даже незначительных изменений в ОС, например, при замене растительных сообществ. Кроме того, ежегодная смена растительности (как и полное перепахивание па­шен) при севооборотах вносит нестабильность в ландшафт. 2. Последствия многих антропогенных изменений, недавно проис­шедших только в одной части геохимического ландшафта, еще могли не сказаться в его остальных частях  необходимо постоянно прогнозировать в уже освоенных районах при проведении мероприятий по защите ОС. Последствия не всегда дол­жны быть отрицательными → необходим ландшафтно-геохимический мониторинг  обеспечение условий для безопасной жизнедея­тельности.

3 следствие: 3. Изменения ландшафтно-геохимической обстановки, вызванные выветриванием месторождений полезных ископаемых, как правило, на­чались достаточно давно и уже сказались во всех частях ландшафтов  при поисках выветривающихся уже длительное время месторож­дений (а их подавляющее большинство) можно использовать и гео­ботанический, и любой из геохимических методов поисков.

Влияние на эколого-геохимическую обстановку замены одних ландшафтов другими Анализ эколого-геохимических изменений, проявляющихся в ландшафтах после того, как соседние ландшафты под воздействи­ем различных факторов исчезли и на их месте возникли новые, при­вел к открытию следующего закона (для ландшафтов и суши, и воды, аквальные - супераквальные): коренные изменения ландшафтно-геохимической обстановки (смена одного ландшафта другим) сказываются в соседних ландшафтах при отсутствии непосредственного воздействия на них, за счет связей между ландшафтами

Степень изменений в со­седних ландшафтах может быть довольно различной: Степень изменений в со­седних ландшафтах может быть довольно различной: - вторичная смена соседнего гео­химического ландшафта другим, без непосредственного воздействия на него первичных факторов. Однако, если коренные первичные изменения происходят революционно - смена одних ландшафтов другими, то изменения в соседних ландшафтах происходят эволюционно. Хотя с точки зрения, учитывающей время развития земной коры или биосферы, и эти из­менения следует относить к революционным, чрезвычайно быстрым. Причиной первичных изменений могут быть природные катаклизмы (пожар, селевой поток и т. д.) и интенсивные антропогенные процес­сы (строительство водохранилищ, распахивание степей и т. д.). Рассмотрим изменения в паре ландшафтов супераквальный – аквальный: смена лесных ландшафтов степными или сельскохозяй­ственными  усиленный снос почв и удобрений в эти водоемы  их обмеление, усиленный про­грев вод и очень быстрый рост водорослей (эвтрофикация)  появление новых водных ландшафтов (могут отличаться продуктивностью, окислительно-восстановительной обстанов­кой, изменением геоморфологической обстановки) - изменение хода миграции химических элементов и особенности их биологического круговорота

Основные следствия рассматриваемого закона: 1. Нельзя заменить один геохимический ландшафт или их группу другими, не вызвав изменений в ландшафтно-геохимической обстановке соседних ландшафтов, даже без непосредственного воздействия на них. 2. Революционные (катастрофические) воздействия на отдельные участки биосферы постепенно вызывают эволюционные изменения в соседних участках. Закон и вытекающие из него след­ствий должны учитываться при осуществлении существенной перестройки ландшафтно-геохимической обста­новки, т.к. последствия (и в первую очередь отрицательные) могут сказываться и через несколько десятилетий.

Ландшафтно-геохимические условия и соотношение концентраций химических элементов в организмах Развитие жизни происходило на Земле в условиях разбросов химических элементов. Развитие определенных видов животных и растительных организмов в отдель­ных районах биосферы, ограничено разбросом содержаний хими­ческих элементов уже гораздо меньшим, соответствующим этому участку биосферы; на развитие оказывают влияние и формы нахождения этих химических элементов, определяющие их доступность для организмов в среде обитания. В сумме геохимические факторы среды обитания (пита­ния) организмов привели, 1) к определенной концентрации эле­ментов в каждом конкретном виде 2) к определенному соотношению элементов в каждом из этих видов

В 30-е годы ХХ в. англ. исслед. Х. Каррером было установлено, что очень высокие концентрации в почвах Se передаются сначала растениям, произрастающим в этих районах, а затем съедающим их животным, вызывая у них специфи­ческие болезни, вплоть до смертельных исходов. Для лечения можно использовать серу. Ее повышенная концентрация как бы нейтрализовала селеновое от­равление при неизменной концентрации самого селена  важность для организмов в определенных ландшафтно-геохимических условиях соотношения концентраций химических элементов: Se/S, Ca/Sr, Ba/Sr и другими. В 30-е годы ХХ в. англ. исслед. Х. Каррером было установлено, что очень высокие концентрации в почвах Se передаются сначала растениям, произрастающим в этих районах, а затем съедающим их животным, вызывая у них специфи­ческие болезни, вплоть до смертельных исходов. Для лечения можно использовать серу. Ее повышенная концентрация как бы нейтрализовала селеновое от­равление при неизменной концентрации самого селена  важность для организмов в определенных ландшафтно-геохимических условиях соотношения концентраций химических элементов: Se/S, Ca/Sr, Ba/Sr и другими. Исследование подтверждало важность изменения со­отношения между элементами в организмах с изменением ландшаф­тно-геохимических условий

В.А. Алексеенко сделал следующий вывод: резкое изменение ландшафтно-геохимических условий суще­ствования живых организмов обычно приводит к изменению соотношения концентраций ряда химических элементов в этих организмах, часто сопровождается болезнями. При поисках био­геохимическими методами полиметаллических месторождений и участков загрязнения Pb их можно обнаружить по резко уменьшающемуся отношению содержания Мо/Рb в растениях. По измене­ниям в ряде растений соотношения Мо/Рb выявить зоны с повы­шенным содержанием Рb легче, чем по изменениям содержания в этих же растениях самого Рb.

Спасибо за внимание! Вопросы?