- •Федеральное агентство по образованию
- •Экологическая химия
- •Введение: предмет экологической химии, задачи экологической химии
- •1Основные понятия и определения
- •1.1 Загрязнение окружающей среды. Химическое загрязнение. Вредные вещества.
- •1.2 Предельно допустимые концентрации вредных веществ
- •2.1.1. Пдк вредных веществ в атмосфере
- •1.2.2 Пдк вредных веществ в водной среде
- •1.2.3Пдк вредных веществ в почве
- •1.3.2 Распространение в ос
- •1.3.3 Время жизни (устойчивость) загрязнителя
- •1.3.4 Склонность загрязнителя к деградации (биоразложению)
- •1.4 Термодинамический и кинетический подходы к изучению поведения загрязнителей в ос
- •1) Определять возможность самопроизвольного протекания химических реакций в том или ином направлении;
- •2) Определять условия, при которых устанавливается химическое равновесие.
- •При низких давлениях газы можно считать идеальными, и Ka ≈ Kp.
- •1) Рассчитать время достижения заданной степени превращения веществ (или опре- делить степень превращения вещества в заданный момент времени),
- •2) Найти условия, при которых время достижения заданной степени превращения ве- щества будет минимальным.
- •2. Физико-химические процессы в атмосфере
- •2.1 Состав и строение атмосферы
- •Qисточник и Qсток – скорости поступления и стока веществ соответственно для произвольного резервуара, атмосферы в целом или ее части;
- •2.1.1 Основные зоны атмосферы
- •2.1.2 Атмосферное давление
- •2.1.3 Солнечная радиация и вертикальная структура атмосферы
- •2.1.4 Тепловой баланс атмосферы и подстилающей ее поверхности
- •Процессы окисления примесей в тропосфере могут протекать:
- •1.3.4. Фотохимический смог в городской атмосфере
- •1.3.6Метан
- •В присутствии no общий результат окисления метана:
- •1.3.7.1 Номенклатура и особенности тропосферного аэрозоля
- •1.3.7.2 Время жизни (устойчивость) аэрозоля
- •Водородный цикл
- •Азотный цикл
- •Хлорный цикл
- •Физико-химические процессы в гидросфере
- •3. Биогенные вещества – главным образом соединения азота и фосфора. К биогенным элементам относят также соединения кремния и железа.
- •2.2. Классификация природных вод
- •1) Физико-географические (рельеф, климат…);
- •2.3.2 Процессы растворения твердых веществ в природныхводах
- •2.4 Кислотно-основное равновесие в природных водоемах
- •2.4.2 Растворимость карбонатов и рН подземных и поверхностных природных вод
- •2.5.1 Окислительно_восстановительное равновесие
- •2.5.2 Взаимосвязь между окислительно-восстановительны-ми и кислотно-основными характеристиками природных вод
- •2.6 Процессы самоочищения водных экосистем
- •2.6.1 Виды загрязнений и каналы самоочищения водной среды
- •2.6.3 Физико-химические процессы на границе разделафаз
- •1) В качестве окислителя участвуют ионы металлов в окисленной форме;
- •2) В окислении зв участвуют свободные радикалы и другие реакционноспособные частицы.
- •1) Рекомбинация и диспропорционирование
- •3) Присоединение по кратной связи
- •3 Физико-химические процессы в почвах
- •3.1 Гипергенез и почвообразование
- •3.3 Элементный и фазовый состав почв
- •3.4 Оганические вещества почвы
- •3.4.1 Классификация органических веществ почвы
- •3.5.2 Обменные катионы почв
- •3.7 Соединения азота в почве
- •3.6 Проблемы загрязнения почвенных экосистем
- •3.6.1 Проблема применения минеральных удобрений
- •3.6.2 Проблемы применения химическх средств защиты растений
- •3.6.3 Поведение пестицидов в ос
3.1 Гипергенез и почвообразование
Процесс разрушения минералов и горных пород на поверхности Земли обычно называют выветриванием, хотя ветер к этому почти никакого отношения не имеет. А. Е. Ферсман в 1922 г. предложил другое название этого процесса – гипергенез.
В настоящее время под выветриванием, или гипергенезом, понимают сумму процессов преобразования твердого вещества земной коры на поверхности суши под влиянием воды, воздуха, колебаний температуры и жизнедеятельности организмов. Сущность этих процессов заключается в перегруппировке атомов и образовании новых, устойчивых к условиям земной поверхности соединений.
Различают два типа выветривания: физическое и механическое.
Физическое выветриваниеприводит к чисто механическому разрушению пород. Частые изменения температуры, морозное выветривание с образованием трещин и солевое растрескивание пород (возникновение трещин под давлением кристаллов образующихся солей) обусловливают разрыхление структуры и распад пород на минеральные зерна.
Химическое выветривание– разрыхление коренных пород под действием кислорода воздуха, СО2, Н2О, органических кислот, сопровождающееся изменением их состава.
Часто выделяют еще третий тип выветривания – биологическое (органогенное).Но этот процесс связан либо с физическим воздействием (например, давлением корней растений), либо с химическим воздействием (например, воздействием органических кислот, выделяемых корнями растений).
В зависимости от климатической зоны, времени года и местных условий процессы выветривания различных типов протекают с различной интенсивностью.
Процессы выветривания горных пород происходили на Земле и до появления живых организмов. В то же время дальнейшее преобразование горных пород, связанное с возникновением почв, всегда протекает только при непосредственном участии живых организмов.
Почвообразованием называется сложный процесс перехода горной породы в качественно новое состояние. Этот процесс протекает при взаимодействии минерального вещества земной коры с живыми организмами и продуктами их жизнедеятельности. Причем такое взаимодействие в земных условиях происходит при прямом и косвенном влиянии других факторов внешней среды.
Растительные сообщества извлекают из горных (материнских) пород питательные элементы, синтезируют сложные органические соединения – биомассу – и возвращают эти соединения в почву в виде отмирающих и опавшей на землю растительной массы корней и листьев. Одним из главных факторов, играющих важную роль в преобразовании этих органических остатков, являются дождевые черви, личинки многочисленных насекомых и микроорганизмы. В процессе питания они измельчают растительную массу, перемещают ее, перемешивая органические и минеральные вещества. Находясь в тесном взаимодействии между собой и с минеральной частью горных пород и почв, живые организмы активно участвуют в малом биологическом круговороте веществ. В результате этого процесса в верхних горизонтах, почвообразующих породах и почвах накапливаются биогенные элементы (N,C,P,Sи др.), происходит образование и дальнейшее развитие почв.
МЕХАНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ
Одним из главных признаков определяющих многие свойства почв является их механический состав. В связи с особой важностью этого свойства почв для производственных и сельскохозяйственных целей полное наименование почвы всегда содержит в себе и название по механическому составу.
Твердая фаза почв неоднородна и состоит из агрегатов или структурных частей, которые представляют собой совокупность механических элементов.
Все механические элементы почвы образовались в процессе выветривания горных пород и в результате почвообразования. Различают первичные механические элементарные частицы почвы, которые образуются в процессе физического выветривания горных пород и минералов, и вторичные, образующиесяпутем синтеза конечных продуктов выветривания, процессов коагуляции и биохимическим путем.Обычно механические элементы почв разделяют по их размерам в соответствии с классификацией, разработанной Н. А. Качинским (табл. 15). Все частицы диаметром более 1 мм часто называют скелетной частью почвы, менее 1 мм – мелкоземом.
Таблица 15 – Классификация механических элементов почвы (по Н. А. Качинскому)
-
Механические
элементы
Размер частиц,
мм
Механические
элементы
Размер частиц,
мм
Каменистая часть
>3
Пыль мелкая
0,005-0,001
Гравий
3-1
Ил
<0,001
Песок крупный
1-0,5
Ил глинистый
0,001-0,0005
Песок средний
0,5-0,25
Ил коллоидный
0,0005-0,0001
Песок мелкий
0,25-0,05
Коллоиды
<0,0001
Пыль крупная
0,05-0,01
Физический песок
>0,01
Пыль средняя
0,01-0,005
Физическая глина
<0,01
Деление частиц на физический песок (частицы крупнее 0,01 мм) и физическую глину (частицы менее 0,01 мм), введенное в 1899 г., широко используется и в настоящее время. Механический состав почвы оказывает значительное влияние на влагоемкостьивлагопроницаемость почв.
Под влагоемкостью почвы понимают способность почвы удерживать влагу, поступающую извне.Различают капиллярную, полевую и полную влагоемкость. Капиллярная влагоемкость – это запас влаги, удерживаемый над уровнем грунтовых вод капиллярными силами. Полевая влагоемкость – это количество влаги, которое почва в естественных условиях способна длительно удерживать. Полной влагоемкостью называется количество влаги, удерживаемое почвой, когда все ее поры полностью насыщены водой и отток отсутствует.
Под влагопроницаемостью почв понимают их способность впитывать и пропускать через себя воду, поступающую с поверхности.При хорошей водопроницаемости (100-70 мм в первый час наблюдения при напоре воды 5 см и температуре 100С) влага полностью проникает в почву, накапливаясь в ней. При меньшей водопроницаемости вода стекает с поверхности, вызывая эрозию.
Каменистая часть почвы и гравий представлены преимущественно обломками минералов и горных пород. Эти механические элементы обладают наибольшей водопроницаемостью, но ничтожно малой водоудерживающей способностью. Пески состоят, главным образом, из первичных минералов с преобладанием обломков кварца. Покровные пески характеризуются большой водопроницаемостью. По сравнению со скелетной частью почвы песчаная фракция механических элементов обладает в 2-5 раз большей влагоемкостью. Пыль также состоит из большого количества обломков кварца и других первичных минералов. В связи с этим почвы, в которых преобладает средняя и мелкая пыль, малоструктурны, обладают малой водопроницаемостью.
Ил состоит из вторичных (глинистых) минералов, количество которых преобладает над первичными минералами. Илистая фракция обладает минимальной водопроницаемостью, но максимальной влагоемкостью.