32. Основные геохимические (физико-химические)барьеры.

Геохимические барьеры - участки миграционных потоков, в которых коротком расстоянии происходят резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие их концентрация (АИ. Перельман). Применительно к ландшафтам говорят о ландшафтно-геохимических барьерах Аналогично макро-, мезо- и микрорельефу выделяют макро- мезо- и микробарьеры. Так, в дельтах рек зона смешения пресных речных и соленых морских вод представляет собой макробарьер шириной в сотни и тысячи метров (при длине рек и морских акваторий и несколько тысяч километров). К мезобарьерам относятся краевые зоны болот, где накапливаются элементы, выщелоченные из почв водоразделов и склонов. Между горизонтами почв существуют барьеры мощностью в несколько сантиметров или миллиметр-Главная особенность барьера - резкое изменение условий миграции элементов, т.е. это зона, где одна геохимическая обстановка сменяется другой. Между понятиями "геохимический барьер" и "геохимическая обстановка', следовательно, имеется глубокая Уменьшение пространства, занимаемого обстановкой, приводит к переходу количества в качество,превращению обстановки в барьер и наоборот. На геохимических барьерах образуются руды большинства месторождений, различные геохимические аномалии, приводящие к загрязнению окружающей среды. При совмещении в одном месте различных геохимических процессов формируются комплексные барьеры, появляющиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанныхгеохимических процессов. Выделяют также латеральные барьеры, образующиеся при движении вод и радиальные формирующиеся при субвертикальной миграции растворов впочве. В зависимости от массопереноса различаются диффузионные и инфильтрационные барьеры. В основу классификации геохим барьеров положены виды миграции. Выд два основных типа- природные и техногенные. Природные делятся на механические(участки резкого уменьшения мех миграции, к ним приурочены различные продукты механической дифференциации осадков ),физико-химические барьеры(при резком уменьш физ-хим миграции.они возникают в местах изменения температуры,давления,ок-вост,кисл-щелочных и др условий среды),биогеохимич барьеры обязаны уменьшению биогенной миграции-угольные залежи,торф,концентрации элементов в организмах и т.д. Среди техногенных барьеров выделяют механич,физ-хим,биогеохимические классы. Более сложные процессы формирование геохимических барьеров обычно включают в себя менее сложные. Напр,в образовании техногенных барьеров могут участвовать мех,физ-хим и биогенные процессы, но сущность данных барьеров не может быть понята без учёта особенностей техногенной миграции.

34. Сорбционный барьер и ионный обмен. Сорбционные барьеры возникают на контакте вод с сорбентами.Из вод могут сорбироваться и концентрироваться в глинах и др сорбентах Са,К,Р,Cu,S,Zn,U,Hg и др элементы.Сорбционные барьеры оч характерны для морских и озёрных илов,краевых зон болот(торф),почв и кор выветривания,для контакта глин и песков в водоносных горизонтах.За счёт сорбции происходит обогощение глин, гидроокислов марганца,гумусовых веществ медью, никелем,барием,цинком, свинцом и др металлами.Истолкование ионного обмена было дано Гедройцем.С помощью экспериментов он доказал,что каждая почва,глина содержит катионы,которые не раствор в дистиллированной воде,но переходят в раствор нейтральной соли.Часть катионов нейтрал соли поглащ-ся твёрдой фазой.Обмен протекает в эквивалентных кол-вах.Кол-во аниона нейтральной соли чаще не меняется.Катионы тв фазы способные обмениваться на катионы раствора получили название обменных катионов.Наиболее энергично поглащ-ся многовалентные катионы.Среди ионов с одинак валентностью энергия поглащ растёт с ростом атомной массы и радиуса иона.Возможность обмена ионов связана со структкрными особенностями минералов,в ряде случаев-с различным энергетическим состоянием ионов на пов-ти частицы и в глубине кристалич решетки.  35. Кислотно-щелочные барьеры.

На границе вод с разными кислотно-щелочными свойствами возникают кислотно-щелочные барьеры. Элементы, образующие сильные катионы (K, Na, Ca, Mg, Fe²⁺ и др.), имеют значительно более высокие кларки в литосфере, чем элементы, образующие сильные анионы (Cl, F, C, V, P и др.).

Поэтому в кислых водах, при взаимодействии с горными породами, кислая реакция сменяется нейтральной и щелочной.

Многие химические элементы в одних условиях находятся в растворённом состоянии, а в других - в твёрдом. Так, катиогенные элементы в растворённом виде находятся в кислых водах, в то время, как в нейтральных или щелочных они либо менее растворимы, либо вовсе не растворимы. При температуре 25^оC гидроокислы Fe (III) выпадают из раствора при pH=2,48. При осаждении металлов на щёлочно-кислотных барьерах образуются коллоиды, которые повышают миграционную способность многих химических элементов.  

37 Краткая характеристика «приоритетных загрязняющих веществ» Загр вещества классифицируют по источникам поступления,областям применения и характеру воздействия.Другим типом классиф хим продуктов явл деление их на природные и несв окр среде(ксенобиотики) Среди множества хим веществ выд те,которые произв в крупных масштабах(больше 1000 кг/год) и те кот представляют особую опасностьдля экосистем- приоритетные загр вещества. рядом стран согласован общий перечень наиболее приоритетных веществ,загрязн биосферу. К их числу относят соединения тяж металлов,пестициды,пау,фенолы,нитраты,хлорорганические соединения. Из этого списка наиб опасными являются ТМ,ПАУ,ХОС. ТМ особое место,среди веществ загр водные объекты.Обусловлено:1)скорость извлечения металлов из земной коры человеком,выше чем геологическая скорость извлечения.2)не способны к разложению3)аккумулир органами и тканями человека и теплокровных4)высокотоксичны для биологич объектов ПАУ основные источники:промышленные выбросы,транспорт,авиация. Бензапирен имеет индикаторное значение для всех ПАУ,обусловлено тем,что:БП всегда находят там,где присутствуют другие ПАУ,БП обладает наиб стабильностью в окруж среде,БП отличается наиболее выраженной концерагенной активностью,методы индикации БП в различных средах наиболее чувствительны среди методов определения ПАУ ХОС пестициды-общепринятое собирательное название хим средств защиты растений.они используются для борьбы с сорняками,вредителями,грибковыми заболеваниями и др болезнями растений.

38. Геохимический круговорот вещества на Земле. Геохимический круговорот вещества на Земле в целом включает повторяющиеся процессы превращения и перемещения.Они имеют в той или иной мере цикличный и в то же время поступательный и не обратиммый характер.В процессе круговорота,который носит относительно циклический характер,более легкие молекулы,радикалы,атомы и ионы проходят меньший путь и затрачивают меньше времени на свое передвижение,чем более тяжелые вещества.Максимально подвижные легкие вещ-ва- газовые компоненты атмосфера,вода;минимально подвижные - вещество горных пород и минералов наиболее распространенные элементы определяют химизм земной коры в целом и учавствуют в большом круговороте:магматическая порода->осадочная порода->метаморфическая порода->ультраметаморфизм и образование магматических очагов. В земной коре геохимические процессы протекают св широком интервале температур и давлений.В связи с этим они подразделяются на ЭНДОГЕННЫЕ (глубинные) или ГИПОГЕННЫЕ, происходящие в условиях повыш.темпер-р и давлений, и экзогенные(гипергенные),протекающие в условиях поверхности Земли. Экзогенные процессы наиболее характерны для уровня ландшафтной сферы,эндогенные-для уровней ниже ее,но они нередко вторгаются и в биосферу(Извержение вулканов,гидротермы и тд)

39. Термодинамическая направленность геохимических пароцессов Выход каждой природной системы из состояния относительного равновесия диктуется законами термодинамики. Первый закон термодинамики является частным случаем общего закона сохранения энергии в данной системе.Второй закон термодинамики ,важный для понимания геохим.процессов,гласит,что коэффициент полезного действия тепловой системы всегда бывает меньше 1 т.е. в изолированных системах могут совершаться только такие процессы,при которых возрастает энтропия системы,что означает стремление системы к состоянию равновесия. Изменение внешних факторов нарушает равновесие и приводит к новым превращениям в системе,которые совершаются согласно принципу Ле-Шателье: если на систему,находящуюся в состоянии равновесия,оказывать какое либо воздействие,то оно вызовет процесс, стремящийся ослабить это воздействие. Возрастание температуры вызывает снижение теплового эффекта экзотермических реакций.Термодинамический анализ показывает, что повышение температуры всегда смещает равновесие в сторону эндотермического процесса.С увеличение температуры возрастает растворимость солей,которая обычно сопровождается поглощение тепла. Возрастание давления вызывает вызывает реакции,приводящие к образованию веществ с уменьшенными объемами Понижение давления действует в обратном направлении. При повышении концентрации в системе какого-либо компонента он стремится перейти в другую фазу.Химические реакции протекают в направлении уменьшения содержания избыточного компонента.

41 Принципы оценки техногенного загрязнения ландшафтов. Для характеристики техногенного геохимического воздействия на ландшафты целесообразно использовать величину ТД ТД = М+-дельта, Которая показывает, какие добавочные количества элемента выводятся в данном районе из техногенных потоков в природные. Здесь М – количество вещества, мобилизованного в техногенные геохимические потоки из иммобильного состояния; дельта – результирующая ввоза-вывоза этого вещества для данного района. Величину ТД можно назвать техногенным геохимическим давлением, а ее отношение к площади изучаемого района (S) – модулем техногенного геохимического давления Д = ТД/S/ Техногенное давление можно определить не только для химического элемента, взятого в чистом виде, но и для его соединений.

42 Типоморфный комплекс геохимических процессов в ландшафтах гумидных областей. Накопление в ландшафтах мертвого органического вещества в форме подстилок, торфов, сапропелей объединяется общим понятием – детритогенез. Формирование и накопление специфических органоминеральных комплексов и соединений называются гуматогенез и хелатогенез. В отличие от этого процессы образования и накопления минеральных веществ объединяются общим названием минералогенез. В него входят процессы оксидогенеза, опалогенеза, алюмосиликатогенеза, кальцитогенеза, глеегенеза, сульфидогенеза. Образующееся вещество дает название процессу. В тундрах, лесотундрах и таежных равнинных или горных областях комплекс типоморфных процессов представлен пятью главными процессами, проявляющимися как в субаэральных, так и в супераквальных и аквальных ландшафтах: это хелатогенез, оксидогенез, детритогенез, глеегенез, опалогенез. В лесотундре, северной и средней тайге максимально развиты процессы детритогенеза и хелатогенеза. В подзоне южной тайги и областях распространения широколиственных лесов вследствие более теплого климата и большей скорости разложения растительного опада детритогенез проявляется главным образом в супераквальных ландшафтах в виде скоплений незинного торфа. Окситогенез во всех ландшафтах выражен наиболее интенсивно в северотаежной подзоне, где активно идущие процессы хелато- и глеегенеза способствуют местной миграции и аккумуляции гидроксидов железа и марганца в геохимически подчиненных ландшафтах. В гумидных ландшафтах субарктического и умеренно холодного поясов развивается, кроме названных выше процессов, опалогенез. В гумидных ландшафтах влажных субтропиков соотношение типоморфных процессов, свойственных гумидным областям, изменяется. В связи с быстрой гумификацией и минерализацией органических веществ в условиях влажного и теплого климата существенно ослабевают процессы хелатогенеза

43. Типоморфный комплекс геохимических процессов в ландшафтах аридных областей. В полупустынях и пустынях повсеместно проявляются два главных геохимических процесса: кальцитогенез и галогенез. Все ландшафты охвачены процессами обызвесткования и засоления. В отличие от предыдущей ассоциации гумидных ландшафтов, где одним из основных информативных элементов является углерод органических остатков и органоминеральных комплексов, в аридных ландшафтах углерод входит преимущественно в состав минеральных соединений – карбонатов щелочных земель и щелочей. Аридность климата определяет более слабый сток, чем в лесных ландшафтах, меньшее значение центра и водных связей, бОльшую роль обратных отрицательных биокосных связей в почвах, развитие испарительной концентрации элементов. В результате энергичной минерализации органических остатков содержание восстановителей в почвах и водах степей низкое. В автономных ландшафтах среда окислительная, в целом господствует окисление, и только в болотах и солончаках местами развивается щелочная и нейтральная восстановительная обстановка. Органические кислоты здесь полностью нейтрализуются Ca, Na и другими катионами. Отсюда незначительная роль Н⁺, преобладание нейтральной и щелочной среды. В щелочной среде степей и пустынь создаются благоприятные условия для миграции анионогенных элементов, которые малоподвижны в кислых лесных ландшафтах (Mo, Se, Cr, отчасти U). Наоборот, многие катионогенные элементы, которые легко мигрируют в кислых ландшафтах, здесь малоподвижны (Cu, Pb, Ba, Fe, Ca, Sr и др.). Степи и пустыни – это царство низковалентных, преимущественно крупных ионов, обладающих низкими энергетическими характеристиками. В пустынях преобладает азотный тип химизма БИКа (N>Ca) при значительном участии Cl и S; в солончаковых пустынях – хлоридный тип химизма (Cl>Na). Пустыня – это ландшафт с малой биологической информацией, ослабленными биотическими и водными связями, но с интенсивными прямыми воздушными связями. Все это уменьшает централизацию и устойчивость ландшафта. В супераквальных ландшафтах: в дельтах рек, на низких морских и озерных террасах, на дне соленых озер, соров, в такырах – галогенезу сопутствует сульфидогенез. Аридные области представляют собой в значительной мере палеогеохимический «музей», в котором сохранилась информация о древних ландшафтах. Реликты влажного и жаркого климата мезозоя и палеогена – это широко распространенные древние каолинитовые коры выветривания с горизонтами ожелезнения, омарганцевания, оглеения, а также связанные с их размывом и переотложением толщи красноцветных континентальных отложений, часто выступающие как почвообразующие породы современных пустынно-степных и пустынных почв, наследующих от породы кирпично-красный цвет, обусловленный присутствием маловодных гидрооксидов железа.

44. Типоморфный комплекс геохимических процессов в ландшафтах субгумидных и суб-аридных областей. Для лесо - луговостепных и степных ландшафтов (где индекс сухости от 1 до 3) характерны многообразные и сложные сочетания типоморфных ландшафтно-геохимических процессов. Их объединяет в одну геохимическую ассоциацию развитие в субаэральных условиях двух процессов – гумато- и кальцитогенеза. Углерод играет роль элемента-индикатора, который представлен и в органоминеральной, и в минеральной формах. Интенсивность гуматогенеза уменьшается от подзоны луговых степей к северу и югу, интенсивность кальцитогенеза нарастает в направление с севера на юг. Чем суше климат, тем ярче проявляются в современных ландшафтах древние солевые аккумуляции. В черноземах и каштановых почвах древний, реликтовый, галогенез проявляется в виде солонцеватых горизонтов, скоплений гипса в нижней части профиля; на террасах рек распространены солонцы, а в поймах – луговые солончаки. В супераквальных и аквальных ландшафтах низменных равнин и речных долин протекают геохимические процессы, свойственные как гумидным, так и аридным ландшафтам. С гумидными ландшафтами их сближает глеегенез, местами аккумуляция торфа, в озерах – наличие диатомитовых илов – индикаторов процесса опалогенеза. Как и в аридных ландшафтах, здесь широко развиты процессы засоления, осолонцевания, связанные с воздействие соленых грунтовых вод и развитием галогенеза в современных супераквальных ландшафтах. Таким образом, в супераквальных ландшафтах сглаживается контрастность типоморфных «гумидных» и «аридных» геохимических процессов.

45. Сравнение групп ландшафтов по геохимическим параметрам - биомассе и ежегодной продукции. К числу важнейших геохимических параметров ландшафта относятся общая масса вещества – биомасса (Б) и ежегодная продукция (П), измеряемые в центнерах сухого вещества на гектар. В биомассе и ежегодной продукции преобладают растения, зоомасса обычно составляет менее 1-2%. Каждая из основных параметров – биомасса и ежегодная продукция – складывается из многих показателей. Общая биомасса, зеленая, надземная и т.д. Общее количество биомассы на Земле равно 2,4*1012 т сухого вещества. Ежегодная продукция для Земли в целом составляет 2,3*1011 т. В океане живого вещества меньше, но оно образуется и разлагается быстрее. Важным параметром является соотношение Б и П. По этому показателю ландшафты разделяются на группы: А – лесные ландшафты; В – степи, луга, саванны, травяные болота; С – тундры, лесотундры и верховые болота; D – пустыни; Е – примитивные пустыни. --- Группа А – ландшафты с максимальной аккумуляцией солнечной энергии. Это леса, в которых биомасса в десятки и сотни раз превышает ежегодную продукцию (Б – тысячи, П – десятки и сотни центнеров на га). Преобладающая часть живого вещества, как правило, расположена над поверхностью почвы. В ландшафтах наиболее резко проявляется способность организмов создавать среду своего обитания, интенсивнее преобразуя окружающую среду. Под пологом деревьев создается микроклимат, состав атмосферы меняется. Для ландшафтов группы А характерна высокая когерентность – интенсивные прямые водные связи между почвой, корой выветривания, грунтовыми водами, континентальными отложениями и поверхностными водами, ярко выражен водораздельный центр. Ландшафт отличается сложностью и устойчивостью. --- Группа В – ландшафты со средним накоплением солнечной энергии, биомассой в сотни и десятки центнеров на 1 га, значительная часть которой ежегодно превращается в энергию геохимических процессов. Это ландшафты степей, лугов и, частично, саванн. Ежегодная продукция значительна и местами аналогична таковой в группе А. поэтому Б/П на порядок меньше, чем в лесах. Запасы гумуса в 10 – 20 раз превышают биомассу. Основная масса живого вещества часто сосредоточена под поверхностью почвы, т.е. масса корней больше массы надземных органов растений. Прямые водные связи менее совершенны, чем в группе А, в частности ослаблены связи почва - грунтовые воды. Ярко выражена отрицательная обратная биокосная связь: почва – растительность. Роль водораздельного центра ослаблена, в речных долинах создается второй центр ландшафта, часто более важный («биоцентрическая система»). Самоорганизация и устойчивость ландшафтов ниже, чем в группе А. --- Группа С – ландшафты тундр и особенно верховых болот со средним накоплением солнечной энергии и медленным превращением ее в энергию геохимических процессов. Биомасса в них составляет десятки и сотни центнеров на гектар, ежегодная продукция низкая. Способность растений улучшать среду обитания выражена слабо. По интенсивности прямых водных связей и величине Б/П тундры ближе к лесной группе, а по размерам биомассы, развитию обратных биокосных связей – к степям и лугам. Большое значение имеют прямые воздушные связи. Разнообразие, самоорганизация и устойчивость низкие и напоминают пустыни. --- Группы D – ландшафты среднего и малого накопления солнечной энергии и слабого ее влияния на энергию геохимических процессов. Таковы многие ландшафты пустынь, для которых связи ослаблены, отдельные природные тела почти независимы друг от друга (почва – грунтовые воды и т.д.). резко выражены прямые воздушные связи. Это ландшафты с наименее совершенной, наиболее расшатанной связью. Центр ландшафта выражен слабо. Пустыни характеризуются наименьшими разнообразием, самоорганизацией, устойчивостью. --- Группа Е – ландшафты с крайне малым накоплением солнечной энергии – ничтожной биомассой. К этой группе относятся такыры, шоровые солончаки, скалы, покрытые лишайниками, и другие примитивные пустыни. Биомасса здесь местами меньше 1 ц/га, отношение Б/П различно. Организмы неглубоко проник

--- Группа Е – ландшафты с крайне малым накоплением солнечной энергии – ничтожной биомассой. К этой группе относятся такыры, шоровые солончаки, скалы, покрытые лишайниками, и другие примитивные пустыни. Биомасса здесь местами меньше 1 ц/га, отношение Б/П различно. Организмы неглубоко проникают в толщу литосферы (мощность ландшафта минимальная среди всех групп). Разнообразие, самоорганизация и устойчивость низкие.