- •Раздел 3 Химия окружающей среды
- •Оглавление
- •Атмосфера
- •Состав атмосферы
- •Химические процессы в атмосфере
- •Реакции, способствующие разрушению озона в атмосфере Земли
- •Действие озона на живые организмы и материалы
- •Химия аэрозолей и пыли
- •Экологические проблемы, связанные с химией атмосферного аэрозоля
- •Органические и неорганические загрязнители
- •Летучие органические соединения
- •Соединения серы и азота
- •Парниковый эффект
- •Парниковые газы
- •Городская атмосфера
- •Последствия первичного и вторичного загрязнения воздуха
- •Гидросфера Состав гидросферы
- •Качество природной воды
- •Химические процессы в гидросфере
- •Речные воды
- •Океанические воды Основные особенности океанической воды
- •Химия морской воды. Соленость и ионная сила воды
- •Соленость воды.
- •Ионная сила.
- •Активность.
- •Состав ионов в морской воде и закон Дитмара
- •Химический состав неосновных ионов.
- •Вынос ионов.
- •Эвапориты.
- •Подземные воды
- •Формирование кислотности поверхностных вод
- •Особенности окислительно-восстановительных процессов в подземных водах
- •Глобальное загрязнение Мирового океана
- •Загрязнения речных и морских вод
- •Органическое загрязнение
- •Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг).
- •Неорганические токсины
- •Соединения тяжелых металлов.
- •Поведение тяжелых металлов в водной среде.
- •Литосфера Химический состав литосферы
- •Химический состав почв
- •Химические процессы в литосфере
- •Химические реакции и процессы в почве
- •Глобальные экологические функции почв
- •Химическое загрязнение почв
- •Изменения почвы в зависимости от способов ее обработки
- •Методы и способы утилизации и ликвидации отходов
- •Биосфера – особая оболочка планеты
- •Некоторые особенности биосферы
- •Процессы в биосфере
- •Основные функции живого вещества в биосфере
- •Химические процессы в биосфере
- •Химические основы экологического анализа
- •Меры токсичности веществ
- •Экологическое нормирование
- •Аналитическая химия в экологических исследованиях
- •Особо опасные экотоксиканты Токсичные металлы
- •Вредные вещества в пищевых продуктах. Нитраты
- •Пестициды
- •Диоксины
- •Биотрансформация экотоксикантов
Глобальные экологические функции почв
Гидросферные |
Атмосферные |
Литосферные |
Общебиосферные и этносферные |
Трансформация поверхностных вод в грунтовые |
Поглощение и отражение солнечной радиации |
Биохимическое преобразование верхних слоев литосферы |
Среда обитания, источник вещества для организмов суши, фактор биологической эволюции и энтогенеза |
Участие в формировании речного стока |
Регулирование влагооборота в атмосфере |
Источник вещества для образования минералов, пород, полезных ископаемых |
Условие нормального функционирования биосферы и этносферы, планетарный узел связи |
Изменение биопродуктивности водоемов |
Источник твердого вещества и микроорганизмов, поступающих в атмосферу |
Передача аккумулированной солнечной энергии более глубоким слоям |
Воспроизводство сельскохозяйственного и лесо-хозяйственного сырья, фактор формирования полезных ископаемых и энергетических ресурсов |
Сорбционный барьер акваторий |
Поглощение и удержание некоторых газов, регулирование газового режима атмосферы |
Защита литосферы от эрозии и условие ее нормального развития |
Место для поселений, промышленных и дорожных объектов; рекреационная функция |
Набор и количественное соотношение химических элементов в почве называют ее элементным составом. Любые почвы содержат все 92 элемента Периодической системы Д.И. Менделеева, а в случае химического загрязнения в почвах обнаруживаются и трансурановые элементы. Диапазон концентраций очень велик: от десятков и единиц массовых долей (%) до 1010—1012. Часть элементов участвует в формировании почвенной массы, т. е. они играют конституционную роль, хотя они же необходимы и живым организмам; другая часть существенно не влияет на свойства почвенной массы, но зато играет важную физиологическую роль: некоторые элементы могут быть как стимуляторами физиологических и биохимических процессов, так и токсичными факторами. Первая группа — это макроэлементы, вторая включает микро-, ультрамикро- и наноэлементы.
Химические элементы представлены в почвах большим набором их химических соединений. Разнообразие соединений любого из элементов обеспечивает сравнительную устойчивость химического состояния почв. Так, соединения фосфора представлены преимущественно ортофосфатами, но они могут находиться одновременно в виде различных соединений с кальцием, алюминием, железом, цинком, свинцом, марганцем.
Железо в почвах одновременно входит в кристаллические решетки алюмосиликатов, в гётит FеООН, гематит Fе2О3 и различные гидроксиды. По мере расхода наиболее растворимых соединений Fе3+ его концентрация поддерживается в почвенном растворе другими соединениями железа. Соединения кремния в почвенном растворе представлены ортокремниевой кислотой Н4SiО4 или ее полимерными формами, а в твердых фазах одновременно сосуществуют аморфный и кристаллический диоксид кремния SiО2 (кварц), минералы группы алюмосиликатов.
В крупных песчаных фракциях почв преобладают каркасные алюмосиликаты, во фракции менее 1 мкм — слоистые алюмосиликаты, из них наиболее распространены монтмориллонит, каолинит и гидрослюды.
Особенно многочисленны в почвах соединения углерода. Практически всегда в почвенном воздухе есть диоксид углерода СО2, в почвенном растворе — угольная кислота, в степных и сухостепных почвах — СаСО3 и Nа2СО3 . Все они — минеральные соединения.
Набор соединений в органическом веществе до сих пор не подсчитан, но в их число входят как низкомолекулярные соединения, начиная от метана СН4, аминокислот, простейших кислот жирного ряда, моносахаридов, так и высокомолекулярные соединения, представленные целлюлозой, лигнином, полипептидами.
Сложность состава почв, большой набор химических соединений обусловливают возможность одновременного протекания различных химических реакций и способность твердых фаз почв поддерживать сравнительно постоянный состав почвенного раствора, откуда растения непосредственно черпают химические элементы (рис. 3.1).
Поддержание постоянства состава почвенного раствора называют буферностью почв. В природной обстановке буферность почв выражается в том, что при потреблении какого-либо элемента из почвенного раствора происходит частичное растворение твердых фаз и концентрация раствора восстанавливается. Если в почвенный раствор попадают извне излишние количества каких-либо соединений, то твердые фазы почв связывают такие вещества, вновь поддерживая постоянство состава почвенного раствора. Это подтверждают возможные переходы ионов К+ и трансформация калийсодержащих веществ в почве. Буферность почв обусловлена большим набором одновременно протекающих химических реакций между почвенным раствором и твердыми частями почвы. Химическое разнообразие делает почву устойчивой как в изменяющихся условиях природной среды, так и при антропогенном воздействии.