авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«Министерство образования и науки Украины Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина Программа авторского курса "ГЕОХИМИЯ (БИОГЕОХИМИЯ) ...»

-- [ Страница 2 ] --

Имеются данные (исходя из потребления топлива разными странами), что ежегодно поступление техногенного CO превышает 200 млн. т. Уже сейчас в воздухе городов Нью-Йорка крупнейших Токио, Лос-Анджелеса, содержание CO представляет угрозу для здоровья людей (видели по телевидению полицейских в противогазах?).

Сероводород – H2S. Источники поступления его в атмосферу – бактериальное (осуществляемое сульфатредуцирующими бактериями) разложение органического вещества в условиях резкого недостатка кислорода. Некоторое количество поступает при вулканических извержениях, а также из горячих термальных источников.

К счастью, этот высоко токсичный газ в атмосфере неустойчив, легко окисляется до SO2, особенно в присутствии воды (пары в атмосфере).

Высокая опасность для всего живого со стороны сероводорода заставляет строго контролировать те производства, которые выделяют его в составе отходов. Это ряд химических предприятий по переработке каменных углей без доступа кислорода.

Сернистый газ попадает в атмосферу при вулканических извержениях и при окислении H2S, а также сульфидных руд, в зоне гипергенеза (о чем вы уже знаете). Но эти естественные источники не создают его значительных концентраций в атмосфере.

Большую опасность составляет антропогенный сернистый газ (об этом уже тоже говорили). Это одна из наиболее серьезных проблем загрязнения окружающей среды.

Проблема состоит сегодня даже не в суммарном количестве SO2, а в том, что концентрация его на отдельных участках (городах, регионах промышленных комплексов) достигает опасных величин для проживающего в этих регионах населения.

Сернистый газ не только непосредственно действует угнетающе на живые организмы (Белая и Черная Силезия), но с водой он образует серную кислоту, разрушительное действие которой общеизвестно. Правда, серная кислота легко «вымывается» из атмосферы дождями, но это порождает проблему кислотных дождей.

Атмосфера, так сказать, «делится» с другими геосферами «чем сама богата». А нам от этого не легче! Специальными исследованиями показано, что сульфаты атмосферы более вредны для человека, чем неокисленный сернистый газ. Часть серы извлекается из круговорота в биосфере при образовании гипса.

По имеющимся оценкам, прибавка техногенной серы (в виде SO4 ) в течение продолжительного времени не окажет заметного влияния на среду океана. Там «своей»



сульфатной серы много, да и скоро все топливо и сульфидные руды будут использованы.

Галоиды (Cl, F). Основной поставщик Cl в атмосферу – выдувание с поверхности океана и морей хлоридов, второстепенный – вулканические извержения. Некоторую проблему, но чисто локального характера, составляет наличие F в виде HF, F4 в атмосфере (в радиусе нескольких километров от алюминиевых заводов и предприятий по производству суперфосфата). Естественные повышения концентрации связаны с месторождениями минералов фтора.

Фтор – чрезвычайно токсичен. ПДК – 0,02 мг/м3 (одноразовая) и 0,005 мг/м (суточная).

Озон. Солнце генерирует смертоносные для всего живого дозы ультрафиолетового излучения. Поэтому наличие в атмосфере и стратосфере озонового экрана (на высотах от15–25 км до 35–48 км) «жизненно» важно для биосферы. В тропосфере озон возникает, как и оксиды азота, в небольших количествах при грозовых разрядах. И это благо, ибо озон токсичен для живой материи. Техногенный озон – результат фотохимических реакций превращения оксидов азота и органического вещества. Это нежелательное загрязнение атмосферы.

Ртуть – опасный загрязнитель атмосферы. Хотя считается, что поступление ртути на поверхность при естественных процессах (вулканы, фумаролы) составляет 1000 т в год и существенно превышает количество техногенной ртути, тем не менее это не уменьшает опасности загрязнения окружающей среды ртутью, поскольку она концентрируется в локальных очагах, где проживает масса населения. Техногенная ртуть поступает в атмосферу таким образом:

1. При сжигании твердого и жидкого топлива;

2. При металлургической переработке руд цветных металлов.

Правда, ртуть быстро «вымывается» из атмосферы дождями и просто гравитационным осаждением, обогащая иные геосистемы окружающей среды (почвы, воды). Частично такая ртуть снова испаряется в атмосферу.

По новым данным, однако, считается, что техногенный «вклад» в загрязнение окружающей среды не меньше, а больше, чем природный, и составляет 1100 т в год.

Проблема загрязнения атмосферы По масштабам загрязнение может быть локальным, региональным или глобальным, а по характеру долго- или кратковременным.

Кратковременные загрязнители – SO2, Hg и др. в атмосфере неустойчивы, легко вымываются дождями, обогащая почвы и гидросферу. Они обычно образуют локальные или региональные атмогеохимические аномалии, которые, будучи динамически связаны с гидросферой и литосферой (почвами), и определяют загрязнение последних. Более того, год за годом именно в литосфере могут сформироваться более масштабные и интенсивные аномалии, чем в атмосфере.

Долговременные загрязнители (CO2 и др.) прогрессивно накапливаются в атмосфере. И это опасно, ибо даже небольшие по масштабам поступления их в атмосферу могут, в конечном счете, повлиять на химический состав ее в нежелательном направлении.

Не следует забывать, что окружающая среда достаточно легко нейтрализует последствия естественного загрязнения (вулканы, лесные пожары, грозовые разряды).

К тому же вулканы, например, обычно располагаются вдали от крупных скоплений населения.





8. Гидросфера Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологи ческих процессов. Вода определяет и создает всю биосферу – она создает основные черты механизма земной коры, вплоть до магматической оболочки, по крайней мере.

(В.И. Вернадский) Вода, у тебя нет ни запаха, ни вкуса, ни цвета, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни. Ты – сама жизнь!

(Антуан де Сент-Экзюпери) Общеизвестна роль воды в жизни человека, биосферы в целом. Население планеты расходует ежесуточно около 7 млрд. т воды. Проблема не в недостатке воды на Земле, а в неравномерном ее распределении (районы с избыточным увлажнением и пустыни).

Н.Н. Горский в книге «Вода – чудо природы» (1962) писал: «В наших силах осушить непроходимые болота, обводнить самые засушливые пустыни, изменить направление рек и опреснить морскую воду. Человечеству не угрожает недостаток воды. Ему грозит нечто худшее – недостаток чистой воды».

Природные воды – это не химически чистые воды, а сложные растворы различных веществ. Без растворенных в водоемах солей и газов не была бы возможна жизнь.

Химический состав вод необходимо учитывать и при деятельности человека.

Формирование химического состава вод происходит под влиянием двух независимых факторов:

1. Геологических условий;

2. Антропогенного воздействия.

Изменение состава природных вод при хозяйственной деятельности человека обусловлено внедрением в гидросферу огромного количества отходов сельскохозяйственного и промышленного производства, разного вида сточных вод, которые загрязняют реки, озера, грунтовые воды и, в конечном счете, моря, океаны.

Проблема эта настолько остра, что чистая вода стала дефицитным полезным ископаемым. Уже сегодня уровень загрязнения природных вод создает ситуацию, угрожающую нормальному развитию биосферы. Если загрязнение и его темпы не будут приостановлены, дефицит чистой воды неизбежно превратится в трагедию для ближайших поколений.

Недаром у древних народов, наряду с культом Солнца, существовал и культ воды.

Аристотель в IV в. до н.э. провозгласил воду началом всех начал, всех вещей. С развитием цивилизации значение воды не умалялось.

Водную оболочку Земли Э. Зюсс (1875) назвал гидросферой. Она составляет около 7 % от массы земной коры. Включает гидросфера не только океан, но и наземные водоемы, подземные воды и горную влажность.

По современным данным (Ионин, 1977), гидросферу составляет 1,46 106 триллиона т воды (порядка1460 106 км3). Это в 375 раз больше массы атмосферы, а от массы Земли 1:4000 часть. 94 % этого количества воды соленые воды Мирового океана.

Остальные 6 % делятся следующим образом:

1) % – подземные воды;

2) % ледники Антарктиды, Гренландии и др. (если бы ледники растаяли, уровень океана поднялся бы примерно на 80 м).

Гидросфера занимает 70,8 % поверхности Земли, средняя глубина океана – около 3,8 км (максимальная – 11034 м в Марианской впадине обнаружена советским судном «Витязь»).

Соленость Мирового океана – 3,472. Из них: Na – 1,076 %, Mo – 0,13 %, Ca – 0,04 %, К – 0,039 %, Sn – 0,001 %, Cl – 1,935 %, SO4 – 0,27 %, HCO3 – 0,014 %, Br – 0,007 %, CO32 –0,007 %. В океане растворено CO2 в 60 раз больше, чем в атмосфере (140 триллионов т против 2,6 триллиона т), O2 – в 130 меньше, чем в атмосфере.

Если сравнить состав гидросферы с составом литосферы, то мы увидим серьезные отличия. Главные элементы литосферы Si, Al, Fe и др., в гидросфере находятся в ничтожных количествах (кроме O, который преобладает и там, и там). Зато в гидросфере явно концентрируются Na, Cl, Br, S, I, B.

Особый интерес вызывает вопрос об источнике солей Мирового океана. Я не буду останавливаться на старой норвежской легенде о «соляной мельнице, которую выбросил за борт незадачливый капитан», на утверждении, что «море соленое от слез моряков и тех, кто не дождался их берегу». Еще В.М. Гольдшмидт справедливо полагал, что соли снесены в океан с континентов текучими водами. Однако оказалось, что источником таких элементов, как B, Br, Ca, K, Mg, Sr, действительно были разрушающиеся горные породы в зоне выветривания. Источником же самой воды и анионов является непрерывная вулканическая и интрузивная деятельность, т.е. вынос H2O, CO2, HP, HCl, S, B, I с лавами, в гидротермальном процессе, с горячими источниками, газовыми струями. Следует отметить поразительное сходство этих эманаций с составом атмосферы и океана. Атмосфера и гидросфера – продукт дегазации мантии 3емли, а литосфера – выплавления легкоплавкой фракции из мантии.

Сведения по другим типам природных вод приведем по М. Брелшоу (1980):

0,066 10 6 км 3.

Почва и аэрируемая зона 4,16 10 6 км Грунтовые воды до 0,8 км 4,16 10 6 км Грунтовые воды 0,8 км 8,4 10 6 км Общие грунтовые воды 0,2 10 6 км Озера и реки 29 10 6 км Ледники Воды суши. Поверхностные текущие воды резко отличаются по составу от океанических. Если состав последних не зависит от широты, то состав речных вод зависит от климата, геологического строения и состава пород области стока.

В умеренных и влажных зонах – это гидрокарбонатные воды, а в районах сухого и жаркого климата возрастает роль Cl и O4. Реки переносят в конечные водоемы стока не только истинно растворенные вещества, но и коллоиды, механические взвеси.

В год это составляет порядка 20 млн. т, из которых на растворенные вещества приходится около 10 %.

Состав вод и озер зависит от климата и от характера вод (речных и подземных), питающих озера, а также от характера окружающих горных пород. Озера бывают пресными (до 1 г на литр сухого остатка) и солеными (больше 1 г/л.).

Подземные воды – это воды, циркулирующие внутри верхней части литосферы ниже земной поверхности. Подземные воды можно классифицировать с разных точек зрения: геологической, физической, генетической, химического состава и т.п.

Геологическая классификация включает:

1. Почвенные воды;

2. Грунтовые воды – до первого водоупорного пласта;

3. Межпластовые, или непарные, – между водоупорными горизонтами.

По физическим признакам выделяются:

1. Гравитационные воды, заполняющие полости, крупные трещины, поры;

2. Гигроскопическая влага – капиллярная;

3. Пленочная вода – одномолекулярный слой вокруг частиц породы.

К подземным относятся и воды, связанные физически или химически, т.е.

кристаллогидратная, конституционная, цеолитная вода, и вода, механически включенная в минералы.

По происхождению (генезису):

1. Ювенильные, по своему происхождению связанные с магмой. Результат охлаждения магматических эксгаляций. Они сильно и разнообразно минерализованы, содержат много растворенных газов. Это собственно гидротермальные воды, хотя в ряде случаев они не связаны генетически с магмой.

2. Вадозовые, связанные с атмосферными осадками. Они составляют основную часть циркулирующих в литосфере вод.

3. Фреатические (метаморфогенные), образующиеся вследствие выделения в зоне метаморфизма воды, связанной с минералами,.

4. Остаточные. Это воды, захороненные в породах воды древних морских и иных бассейнов.

И, наконец, химическая классификация.

Следует отметить, что в природе нет химически чистых вод. Даже свежесобранные атмосферные осадки содержат в себе различные химические элементы, пылинки, растворенные газы. Причем соотношение растворенных газов отличается от такового в атмосфере. А именно: N2 – 60 %, O2 – 30 %, CO2 – 10 %. Здесь налицо увеличение содержания кислорода и, особенно, углекислоты.

Тем более это касается почвенных и иных подземных вод. Состав их и степень минерализации колеблются в широких пределах. Среди них выделяются (О.А. Алекив, 1970):

1. Пресные воды – до 1 г на литр;

2. Солоноватые – 1–25 г/л;

3. Соленые – 25–50 г/л;

4. Рассолы – больше 50 г/л.

В основу классификации по химическому составу кладут преобладающий анион:

1. Хлоридные воды Cl.

Главные катионы Na, реже Са, Mg.

2. Сульфатные воды SO4.

Те же главные катионы.

3. Карбонатные и гидрокарбонатные воды – CO32, HCO3.

Главные катионы Na (содовые воды) и Ca (известняковые).

4. Воды смешанного характера: двойные, тройные по анионам.

Меньшим распространением пользуются воды с другими ведущими анионами борнокислые, нитратные, фосфатные, кремнекислые и др.

В особую группу выделяются воды минеральные, обладающие лечебными свойствами (с H2S, радоном, железом, кремнеземом, органическим веществом, CO2 и т.п.).

Происхождение воды на Земле В настоящее время популярны две точки зрения. Первая из них возникла давно, а исходила она из космогонической гипотезы образования Земли и Солнечной системы Канта-Лапласа, т.е. из так называемого «горячего варианта». Согласно этой гипотезе, вода на Земле образовалась конденсационным путем из атмосферы сразу же или вскоре после образования планеты (т.е. после того, как температура на поверхности снизилась до 100°С и ниже). Следовательно, океан древний (порядка 4 млрд. лет).

Сторонник этой точки зрения, наш современник В.И. Ферронский с соавторами (1975), на основании данных по изучению изотопного состава природных вод, сделал заключение: «Гидросфера, будучи конденсационного происхождения, образовалась в период остывания верхней оболочки Земли за сравнительно короткий срок в объеме, близком к современному».

Вторая точка зрения (А.П. Виноградов, 1957): вода равномерно накапливалась на поверхности планеты в процессе дегазации и вулканизма мантии Земли. Обе точки зрения признают древность Мирового океана. Так считали Э. Зюсс и В.И. Вернадский.

Наш современник О.С. Сорохтин пишет: «Если под океаном понимать воду, заполняющую океанские впадины, то Мировой океан является древним образованием, а по своему возрасту он лишь ненамного моложе самой Земли».

Однако в последние годы высказано сомнение относительно древности океана.

Аргумент «против» основывается на том, что изначальное образование гидросферы не согласуется с представлениями об эволюции Земли, земной коры и органического мира. В.В. Орленок (1990), развивая идею о «молодости» океана, исходит из двух установленных при глубоководном бурении фактов:

1. На дне океанов не обнаружено осадков древнее 165 млн. лет, что свидетельствует об их геологической молодости.

2. На дне глубоководных котловин всех трех океанов обнаружены осадки и породы со следами мелководности и даже субаэрального выветривания. Теперь эти области опущены на глубину 1–6 км.

Важно еще одно обстоятельство, внимание на которое обратил автор гипотезы: за последние 100 лет поднятие уровня Мирового океана оценивается в 1,5 мм в год. Если допустить, что такой же темп был и последние 500 млн. лет, то получим абсурдную цифру глубины океана – 75 км. Значит, считает автор, этот темп установился только 60–70 млн. лет тому назад, т.е. только в кайнозое. Завершится такое поступление воды на поверхность Земли тоже примерно через 60–70 млн. лет вследствие исчерпания ресурсов воды в недрах планеты. Дальше же начнется «усыхание» океана через механизм фотолиза. Через 300–350 млн. лет океаны исчезнут с лица Земли.

Поверхность Земли станет подобной венерианской или марсианской, ибо с водой исчезнет и жизнь.

Итак, ежегодное прибавление массы океана в ближайшие 60–70 млн. лет приведет к подъему уровня воды, к затоплению пониженных участков суши, к потеплению климата, что, в свою очередь, обусловит таяние ледников и поднятие уровня океана на десятки метров. В конце концов, уровень воды поднимется на 500–650 м. Теперь уже только горные области в виде разобщенных островов будут возвышаться над водой.

Планета Земля превратится в планету Океан. Гипотеза В.В. Орленка – гипотеза об океанизации Земли.

Таков, по ее автору, неизбежный закон эволюции планеты от бесплодной, безводной, огнедышащей Земли к цветущему зелено-голубому оазису, затем к планете Океану и, наконец, к безжизненной и безводной пустыне с зияющими впадинами высохших океанов.

Весь этот этап займет около 500 млн. лет. У человеческой цивилизации будет достаточно времени, чтобы повлиять на процессы в глубоких зонах Земли или создать условия жизни на Луне, Марсе, Венере, других мирах.

Не в порядке критики или комментария хочу заметить, что, возможно, это именно тот случай, о котором говорил Н. Бор: «Перед нами безумная теория. Вопрос только в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть верной». Или другая сентенция, о которой я вам уже говорил: «Не всякая красивая гипотеза верна, а не всякая верная гипотеза красива».

А теперь критика по существу. В том же 1990 г. появилась критическая статья А.О. Селиванова. Он указал, что В.В. Орленок поступает некорректно, когда величину прироста уровня океана, наблюдаемую сейчас, экстраполирует столь вольно на прошлое и будущее Земли, не принимая во внимание установленное обстоятельство, что имеет место периодическое (примерно раз в 2 тыс. лет) перераспределение воды между сушей и океаном. В ваши дни оно в «пользу» океана, но потом сменится в «пользу суши».

Поэтому сегодня следует считать более обоснованной точку зрения о древности Мирового океана.

В заключение заметим, что вода не только поступает из недр на поверхность Земли, но частично безвозвратно теряется нашей планетой. B верхней стратосфере ультрафиолетовая радиация Солнца расщепляет молекулы H2O на H и O. Этот процесс называется фотодиссипацией. Кислород остается в атмосфере и участвует в известных вам процессах, а водород диссипирует.

Геохимическая роль воды Вода, образующая одну из земных геосфер гидросферу определяет всю химию земной коры в доступной нашему непосредственному изучению ее области.

Вода на нашей планете – один из минералов, который по своему распространению не имеет себе равного.

Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое бы ее не заключало.

(В.И. Вернадский) Геохимическая деятельность природных вод развивается в двух направлениях:

1. Растворяющее действие их на минералы и горные породы;

2. Выделение вещества из растворов.

Учитывая высокую растворимость некоторых горных пород (каменная соль, гипс, известняки), растворение их приводит к серьезным последствиям – карстовым явлениям.

Вода как растворитель (а в природе нет нерастворимых веществ) играет исключительную роль в перемещении, миграции химических элементов в земной коре, которая не прекращается ни на мгновение, протекая в грандиозных масштабах. Вода не только химический реагент, она – среда для химических реакций.

Процесс выделения веществ из растворов приводит к залечиванию трещин и пустот, к цементации рыхлых отложений. В процессе образования аутогенных минералов проявляются обе стороны деятельности воды: многие вещества переходят в раствор, а затем выпадают из него, образуя минералы. Без участия воды не проходят магматические и гидротермальные процессы, метаморфизм. С участием воды идут процессы гидратации и формирования коллоидов. Наконец, без воды невозможна жизнь, а биосфера, в свою очередь, играет выдающуюся геохимическую роль на Земле.

Деятельность поверхностных вод развивается также в двух направлениях – разрушения и созидания. Совершенно очевидна роль воды как среды накопления осадков: обломочных, хемогенных и биохемогенных осадков. Многие миллиарды тонн вещества в виде истинных и коллоидных растворов, в виде взвеси перемещаются по лику Земли текучими водами, приливами и отливами. Последствия известны: абразия и эрозия, денудация горных систем, пенепленизация континентов.

Ввиду исключительной роли воды в процессах миграции элементов правомерно поставить вопрос о том, все ли элементы проходят в своей истории в ходе миграции через водные растворы. Ответ на этот вопрос дал В.И. Вернадский, который все химические элементы по их отношению к воде подразделял на две группы:

1. Элементы гидрогенические, которые в основной своей массе проходят через водные растворы.

2. Элементы пирогенические, которые в водных растворах присутствуют в малых количествах, а собственные минералы дают из расплавов (Zr, Ta, Nb, Pt, Th, Be и некоторые другие). Их меньше всего.

Круговороты воды в природе Вам должны быть известны понятия о малом и большом круговороте воды на поверхности Земли. Поэтому я остановлюсь на двух других типах круговоротов, в которых участвуют огромные массы воды.

Третий круговорот воды может быть назван геохимическим циклом воды в земной коре. Цикл этот начинается в зоне гипергенеза с момента попадания атмосферных осадков в горные породы и заканчивается выходом на дневную поверхность глубинных вод, возрожденных в зоне регионального метаморфизма.

Академик А.В. Сидоренко показал, что вместе с водой в зоне экзогенеза переносятся и многие газы и металлы, т.е. речь идет о «газовом, водном, рудном дыхании зоны метаморфизма».

В зоне гипергенеза вода в виде ионов H +, OH, H 3O входит в состав образующихся здесь минералов, а в зоне метаморфизма идет обратный процесс – синтез молекул воды, а не только простая дегидратация пород. Еще В.И. Вернадский указывал: «По-видимому, и синтез, и разложение молекул воды идет в земной коре в большом масштабе, проходит вокруг нас, на каждом шагу». Но это была гениальная догадка. Теперь мы видим, что оформляется новое научное понятие о геохимическом круговороте воды в земной коре.

И, наконец, самый грандиозный – четвертый – круговорот воды. Он захватывает не только земную кору, но и верхнюю мантию Земли. Речь идет о зонах субдукции, где океаническая вода вместе с гидратированными базальтами, обводненными осадками, погружается в мантию, а затем через вулканические аппараты в зоне островных дуг возвращается на поверхность Земли, заканчивая цикл. Подсчитано, что за время геологического развития Земли (4 млрд. лет) через эти зоны профильтровалось млрд. км3 воды, что в 2 раза больше, чем ее содержание в современной гидросфере.

Значит, Мировой океан уже 2-й раз «побывал» в мантии. При этом в земную кору из мантии было вынесено гигантское количество и породообразующих, и рудообразующих химических элементов, т.е. вода и в этом круговороте выполняет титаническую геохимическую работу, способствуя формированию земной коры, обогащая ее из кладовой-мантии ценными для человечества химическими элементами.

По длительности времени этот круговорот сопоставим с третьим, геохимическим, а по масштабам и последствиям, видимо, даже превосходит его.

Уравнение водного баланса на Земле Классическое уравнение водного баланса М.И. Львовича, где Е – испарение, R – речной, подземный и другие виды стока, Р – атмосферные осадки, верно лишь для Мирового океана как закрытой системы. Однако гидросфера Земли – система открытая. Она открыта и на космос, и на мантию. Следовательно, в приведенном выше уравнении не учтены внешние статьи прихода и расхода воды. Имеются в виду эндогенные внутрипланетные поступления воды (Т) и потери на фотодиссоциацию (фотолиз) воды в верхней стратосфере (F). При условии учета этих статей, уравнение приобретет более полное выражение:

Р+R+Т–Е–F0 (В.В. Орленок, 1990).

В годовом исчислении малые величины Т и С имеют решающее значение в балансе воды геологического масштаба времени, а значит, и в эволюции лика Земли.

В современную геологическую эпоху величина F, по некоторым данным, составляет всего около 1 % от величины Т. Поэтому водный баланс остается в течение продолжительного времени положительным (0). По мере исчерпания ресурсов воды в недрах Земли, величины Т и F могут сравниться, а затем и эндогенный приход воды может оказаться меньшим, чем ее расход путем фотолиза. Тогда равновесие сместится в сторону отрицательного баланса, и количество воды на Земле начнет убывать. Это уменьшение воды неизбежно, хотя, может быть, и не с тем темпом, как это предполагает В.В. Орленок.

Химический состав природных вод и факторы его формирования Прежде чем перейти к вопросу о влиянии антропогенного фактора на изменение состава природных вод, остановимся на их составе в естественных условиях.

Вот основные слагаемые химического состава природных вод:

1. Главные ионы: Cl, O4, HCO32, Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+ ;

2. Растворенные газы: O2, CO2, H2S и др.;

3. Биогенные компоненты: соединения N, P, Si;

4. Микроэлементы (все другие элементы, присутствующие в меньших количествах, чем главные ионы);

5. Органические вещества.

Качество воды определяется также и такими характеристиками, как жесткость, щелочность-кислотность, окисляемость и т.п. Прямое влияние на химический состав вод оказывает: химический состав и свойства горных пород и почв, жизнедеятельность организмов и деятельность человека. Косвенное климат, рельеф, растительность.

Хотя многие микроэлементы содержатся в водах в ничтожных количествах, их влияние на новые организмы весьма велико. Позже мы еще об этом поговорим. Сейчас отметим, что, как правило, концентрация микроэлементов в воде мала. Это обусловлено следующими причинами:

1. Низкое содержание микроэлементов в породах литосферы;

2. Низкая растворимость минералов, содержащих эти элементы;

3. Влияние величин рН и Еh на содержание этих элементов в природных растворах;

4. Адсорбция их различными сорбентами;

5. Извлечение элементов из вод живыми организмами.

Химический состав природных вод является критерием, определяющим возможность использования их в хозяйственных целях.

Имеются подробные сведения о химическом составе речных, озерных и подземных вод, вод морей и океанов. За недостатком времени мы не будем останавливаться на этом вопросе, но вы должны знать, что при необходимости эти данные можно получить из специальной литературы.

К сожалению, имеющиеся в литературе цифры по содержанию многих макроэлементов, особенно в речных водах, отражают не «истинный гидрогеохимический фон», а состав уже загрязненных рек Европы, Азии, Америки (вечная тяга расположения населенных пунктов и промышленных комплексов вблизи источников пресной воды). Вспомните, я говорил о срочной необходимости изучать состав мировых рек, Антарктиды и т.п., чтобы иметь представление о естественном фоне (пока не поздно, если уже не поздно). Вы также знаете, что некоторое повышение содержания микрокомпонентов в природных водах наблюдается в районе месторождений (помните аномалии вокруг сульфидных месторождений цветных металлов). Абсолютные значения содержания микроэлементов, в общем, невелики, но уже они резко выделяются на «нормальном геохимическом фоне» района (за пределами влияния месторождения).

Иное дело, как вы помните, антропогенные аномалии, возникающие при добыче руд, их переработке, сбросе промстоков и т.п. Тогда их концентрации становятся опасными для всего живого. Перейдем к рассмотрению этого вопроса.

Антропогенные изменения химического состава природных вод Как вы могли убедиться, в естественных условиях содержание тех или иных компонентов химического состава вод регулируется природными процессами. За тысячелетия выработались оптимальные условия для установления равновесия между поступлением химических элементов в воду и выведением их из нее. И только в отдельных случаях, на весьма ограниченных участках, наблюдаются аномальные содержания некоторых микроэлементов.

Однако существует в наши дни важный фактор, который «вмешивается» в природные процессы, часто радикально изменяя химический состав природных вод, иногда на значительных площадях. Это хозяйственная деятельность человека. Нет ни одной отрасли хозяйства, где бы ни использовалась вода.

В результате хозяйственной деятельности человека в природных водах уменьшается количество кислорода, ухудшаются условия разложения агонических веществ, происходит их накопление, увеличивается количество азота, фосфора, различных металлов, хлорорганических соединений, ядохимикатов и т.п. Большинство рек в развитых странах превратились в сточные канавы, непригодные не только для водоснабжения, но даже для купания.

И это касается не только рек и других пресных водоемов, но и морей, океанов.

Особенно загрязнены прибрежные зоны морей (порты, устья рек). Во всех морях земного шара в последнее время значительно усилилось загрязнение нефтью и нефтепродуктами, а это сказывается на содержании кислорода в воде, на фитопланктоне. Свой «вклад» вносят и горнодобывающие предприятия, и сельскохозяйственная деятельность (удобрения, пестициды, ядохимикаты), и химические предприятия, и целлюлозно-бумажная промышленность (Байкал) и др. Для некоторых микроэлементов (Hg, Be и др.) или их соединений даже не устанавливаются ПДК для питьевых вод, ибо любые концентрации их в питьевой воде недопустимы. Но они имеются в водоемах, вода которых предназначается для других целей.

9. Баланс энергии в атмосфере и гидросфере и антропогенное воздействие на климат Источники энергии геохимических процессов земной коры подразделяются на категории: земные (планетарные) и внеземные (космические). Главным источником для атмосферы и гидросферы является космическая энергия, в основном, энергия солнечной радиации, которая и определяет тепловой режим атмосферы, гидросферы, биосферы. Роль других космических источников (энергия звезд) в целом ничтожна, во всяком случае, пока мало выяснена не только в количественном, но и в качественном отношении.

Напряженность солнечной радиации, т.е. количество энергии, падающей на 1 см поверхности в минуту, измеряется актинометрами и выражается в малых калориях.

Эмпирически установлено, что напряженность солнечной радиации на верхней границе атмосферы близка к 2 м.кал./мин/см2. Это солнечная постоянная. Разумеется, что она несколько колеблется по месяцам, годам, с изменением солнечной активности.

У земной поверхности она значительно меньше, ибо часть радиации солнца отражается от газовых молекул атмосферы и отбрасывается обратно в мировое пространство, другая часть поглощается атмосферой, часть рассеивается в атмосфере. Какие части?

Около 40 % отбрасывается в космос (это альбедо Земли) остальные около 60 % поглощаются атмосферой, рассеиваются в ней, идут на ее нагревание, а также достигают земной поверхности. Часть солнечных лучей отражается от поверхности земли, часть расходуется на фотосинтез растений (около 1–2 %, по другим данным 0,1–1 %), часть идет на испарение воды, часть поглощается породами литосферы и гидросферой, идет на их нагревание.

Следует подчеркнуть, что, хотя Земля получает лишь ничтожную часть энергии Солнца (5·10-10 или одну двухмиллиардную часть ее), в абсолютном выражении это огромная энергия. Этого «немногого» достаточно, чтобы приводить в движение большие массы вещества на поверхности Земли (воздуха, вод, твердых веществ), вызывать в больших масштабах миграцию элементов, обеспечивать жизнь на Земле.

Если бы процесс поступления космической энергии на Землю был односторонним, то атмосфера и гидросфера неуклонно нагревались бы. Но этого нет. Многие ученые не без основания считают, что термический режим на Земле за последние 2 млрд. лет существенно не изменился. Как же это обеспечивается? Дело в том, что Земля не только получает из космоса энергию, но и теряет тепло в космическом пространстве.

Потеря энергии идет в виде тепловых лучей через атмосферу.

Считается, что для поддержания постоянного термического режима Земля теряет столько тепла, сколько получает. Но это не совсем так. Ведь поверхностные части Земли получают тепло не только из космоса. Есть и земные источники тепла:

радиоактивный распад и др. Поэтому для постоянства теплового режима Земля должна терять несколько больше энергии, чем получает ее только из космоса. Правда, из глубин Земли к ее поверхности поступает незначительная, по сравнению с солнечной, энергия. Приводят такие цифры:

Солнце – 4,5 1016 кал/сек, а глубинный поток – 9·1012 кал/сек., что в 5000 раз меньше.

Интенсивность излучения энергии Землей зависит от ряда причин:

1. Прозрачности атмосферы;

2. Разности температур земной поверхности и нижних слоев атмосферы, верхних ее слоев и космоса.

И, напротив, количество энергии, которое достигает дневной поверхности, тоже определяется этими причинами, плюс широта места, т.е. длина пути, которую проходят солнечные лучи в атмосфере. Прозрачность атмосферы определяется количеством пыли, паров воды. Количество энергии также зависит от времени года и суток. Потеря тепла Землей зависит еще и от так называемого парникового эффекта, который определяется количеством СО2 и других компонентов (H20 и 03) в атмосфере (теория Аррениуса).

Напомню также, что до поверхности Земли доходят далеко не все виды солнечного излучения. Атмосфера планеты пропускает лишь видимый участок спектра (свет), небольшую часть ультрафиолетового, инфракрасного излучений, а также радиоволны с длиной от 3 мм до 3 м. Не долетают до поверхности Земля и корпускулы. Исключение представляют лишь очень маленькие незаряженные «нейтрино» (от итальянского «нейтрончики»). Интенсивность солнечной радиации зависит и от солнечной активности, которая не остается постоянной во времени. Установлена определенная цикличность с периодами, различными по продолжительности. В свете этих данных нельзя не остановиться на вопросе о техногенных загрязнениях атмосферы, которые могут повлиять на баланс энергии внешних геосфер планеты.

По некоторым данным (Джеймс Лодж – сотрудник научного Центра атмосферных исследований США), температура атмосферы снизилась за последние 17 лет на 0,З°С.

Причина – промышленное загрязнение, которое мешает солнечной радиации проникать в глубину атмосферы. Имеются и прямо противоположные данные.

Английский исследователь Питер Лори в лондонской «Санди Таймс» писал в году: «Уголь и нефть, сожженные в течение прошедшего столетия, увеличили содержание СО2 в атмосфере на одну седьмую. Если содержание СО2 и дальше будет возрастать такими темпами, то через 400 лет (по некоторым расчетам, через 4000 лет) в атмосфере количество СО2 будет таким, что оно, вследствие «парникового эффекта», сократит объем отбрасываемого тепла в космос. Это повысит температуру на Земле, приведет к таянию ледников и затоплению пониженных участков суши вследствие поднятия уровня Мирового океана. Будут затоплены города, плодородные земли...».

Другого рода загрязнение может привести к противоположному результату. Если бы, в результате ядерного конфликта, в атмосферу была выброшена пыль от взрыва ядерных бомб, общей мощностью 2000 мегатонн, то на Земле начался бы новый ледниковый период. В природе очень хрупкое равновесие. Такое временное похолодание было бы спусковым крючком для нового оледенения.

Человечество действительно может вызвать климатическую катастрофу, способную уничтожить его как биологический вид. Такой катастрофой была бы ядерная война.

Оценку ее последствий ученые сводят к следующему:

1. Тепловой нагрев атмосферы взрывами и пожарами эквивалентен нагреву всей атмосферы на 1°С, он вызовет разрушительные локальные эффекты, в том числе ураганные ветры.

2. Атмосфера будет заражена радиоактивными загрязнителями в виде облака на тысячи км, включая всю территорию США и Европы.

3. Дополнительное выделение при пожарах и из вскрытых газовых скважин СО2, СО, метана, пропана и др. газов, увеличение образования озона в тропосфере за счет ультрафиолета, появившегося из разрушенного окислами азота озона стратосферы, приведут, даже без учета «пепельного экрана», к повышению глобальной температуры на Земле на 4–5 С, что повлечет за собой опустынивание, иссушение, потерю урожаев.

4. Образование при взрывах окислов азота из воздуха и их вынос в стратосферу с облаками приведут к разрушению 40–60% озона в Северном полушарии. Окислы азота вступят в фотохимические реакции с озоном, связывая его в кислород, что приведет к резкому увеличению ультрафиолетового облучения на поверхности Земли.

5. Главным последствием взрывов и пожаров явится поступление пыли и пепла в атмосферу. Количество пыли может достигнуть 50 млрд. т. Большая часть ее осядет, но часть испарится и превратится в аэрозольную фракцию со средним размером в микрон, которая попадет в стратосферу. Пожары дадут пепел, который заполнит тропосферу и, частично, стратосферу. Пепел и пыль быстро обволокут все Северное полушарие. Солнце нагреет пыль, усилятся ветры, что будет способствовать распространению пыли и новому ее подъему. В итоге прозрачность атмосферы уменьшится в 70–200 раз. Это приведет к нагреву верхней тропосферы в первый месяц на 25°С, а приземной слой ее остынет на 15–30°С, что перекроет эффект парникового нагрева. Смена неустойчивой стратификации атмосферы на устойчивую, даже сверхустойчивую, приведет к прекращению выпадения осадков, что продлит нахождение пыли в воздухе. Локальные эффекты будут более разительными. Местами похолодание достигнет 40–50°С. После осаждения пыли, через несколько месяцев, наступит резкое потепление на 20–30°С, по сравнению с нормой, что приведет к катастрофическому таянию снега, льдов. Высокие горы будут нагреты в первые месяцы, что вызовет гигантские паводки оттуда.

Неравномерность температурного нагрева в Северном и Южном полушариях обусловит единую ячейку трансэкваториальной циркуляции, разрушит пассатные ячейки.

Серьезные последствия вызовут также изменение альбедо Земли.

Модель подобного развития событий дала сама природа. В 1815 г. произошло извержение вулкана Тамбора на о. Субава (к востоку от о. Ява), которое было самым сильным на Земле за последние 500 лет. В атмосферу было выброшено материала во много раз больше, чем при взрыве Кракатау на о. Ява в 1883 г. Газ и пепел в верхних горизонтах атмосферы создали завесу, ставшую экраном для солнечного излучения.

Началось охлаждение атмосферы. В Северном полушарии повсюду сезонный снег лежал до середины июня, а в августе в Западной Европе уже отмечались заморозки, в Англии в этом году совсем не было лета. В 1816 г. об этом феномене написал стихи Байрон. Явления эти наблюдались в течение 2-х лет.

Ученые считают, что после ядерной войны и ядерной зимы климат никогда уже не будет прежним, а взрыв – это спусковой крючок к оледенению.

Тот же результат может быть получен и менее драматическим образом, благодаря реактивной авиации, которая при сжигании топлива выбрасывает в атмосферу на высотах более 10 тыс. м массу паров воды, которые при замерзании дают мельчайшие кристаллы льда, белесую дымку. Некоторые метеорологи серьезно обеспокоены, что «и лето не такое, как прежде»: небо затянуто пленкой таких облаков. Со временем над землей может образоваться постоянная дымка, которая либо понизит, отражая солнечные лучи, температуру на Земле, либо повысит ее, задерживая земное тепло.

Каков будет конечный результат, пока неизвестно. Важно сейчас подчеркнуть, что возможности человека влиять на крупнейшие природные процессы возросли неизмеримо и имеют тенденцию к дальнейшему росту. Не считаться с последствиями технической деятельности человека нельзя.

Давайте теперь посмотрим, как складывается баланс энергии в гидросфере. Мы уже видели, что до поверхности воды доходит только часть солнечной радиации, и она тем меньше, чем менее прозрачна атмосфера (влажность, пыль и т.д.). Приведу, на первый взгляд, парадоксальные данные. Для полярных районов планеты сумма тепла на 1 см2 в сутки достигает 800 м.кал., а вблизи экватора только 600 м.кал. Это объясняется большой влажностью воздуха в низких широтах и, соответственно, большим поглощением солнечного тепла, а также большей продолжительностью дня на севере.

Часть солнечных лучей отражается от поверхности гидросферы. Тем большая часть, чем больше угол падения–отражения. В среднем, эту величину оценивают в 17 %. Часть лучей проникает в воду и поглощается верхним слоем. При этом первый метр воды поглощает около 80 % энергии), большую роль играет и прозрачность воды – взвешенные частицы, организмы), 5 % достигает 5 м, 1 % – 10 м глубины.

Нижние горизонты океанической воды получают тепло не непосредственно за счет радиации Солнца, а вследствие перемешивания воды (течения, бури, конвекция). Моря полярных районов получают тепло за счет притока более теплой воды из низких широт (Гольфстрим и др.).

Следовательно, вся толщина воды гидросферы получает энергию от Солнца.

Температура воды у дна океана близка к 0°С, тем самым тепловой кондуктивный поток земного происхождения здесь не сказывается. Геотермический градиент начинает «работать» только с некоторой глубины в осадках океана (иначе была бы «уха»).

Правда, эндогенное тепло активно воздействует на воду в рифтовых зонах океанов.

Гидросфера также теряет тепло вследствие излучения в атмосферу и испарения воды. На испарение огромной массы воды (кстати сказать, равной массе атмосферных осадков + сток с суши), гидросфера расходует около 10 % всей энергии, получаемой Землей от Солнца, или на 1 см2 – 70000 м.кал./год (некоторые авторы). Надо, впрочем, подчеркнуть, что это тепло не теряется в космическом пространстве бесследно.

Значительная его часть удерживается атмосферой, идет на ее нагревание, и это предохраняет гидросферу и литосферу от быстрого остывания («одеяло» Земли).

Путем излучения теряется, в зависимости от состояния атмосферы, от 10 % до 50 % энергии. Часть тепла гидросферы расходуется на нагревание нижних горизонтов атмосферы, но, ввиду высокой теплоемкости воды, эта величина в целом незначительна, хотя она вызывает ураганы и штормы!

Мировой океан поглощает почти 70 % солнечной энергии, падающей на Землю.

Преобразование тепловой энергии океана дает возможность эксплуатировать этот огромный резерв энергии, используя перепад температур между нагреваемыми Солнцем поверхностными водами и водами морских глубин.

Вопросы для подготовки к семинару по теме «Баланс энергии в атмо- и гидросфере».

1. Земные и космические источники энергии, их количественная оценка для окружающей среды.

2. Распределение солнечной энергии в атмосфере. Альбедо Земли. Солнечная постоянная. Факторы, определяющие прозрачность атмосферы, и их роль в балансе энергии.

3. Распределение солнечной энергии в гидросфере, роль ее как аккумулятора солнечной энергии.

4. Антропогенное загрязнение атмосферы и возможные геологические последствия этого («парниковый эффект», «ядерная зима» и другие возможные нежелательные явления) 5. Механизмы поддержания баланса энергии в атмо- и гидросфере. Соотношение космических и земных источников энергии в окружающей среде.

10. Биосфера и ее геохимическая роль Под биосферой понимают оболочку Земли, в которой распространены организмы.

Это понятие впервые ввел в геологическую науку Э. Зюсс в 1875 г. Однако значение биосферы в химии Земли было выяснено только в ХХ веке, главным образом в работах В.И. Вернадского, которого по праву считают создателем новой отрасли геохимии – биогеохимии.

В.М. Гольдшмидт писал: «К этому нужно добавить влияние биохимических процессов на геохимический распад веществ, причем местом особенно интенсивного обмена веществ между живой и мертвой природой является область, заключенная между литосферой и атмосферой;

значение этой области как биосферы было выдвинуто, главным образом, В.И. Вернадским».

Вернадский показал, прежде всего, что биосфера является не геосферой (как это считал Э. Зюсс и его единомышленники), а оболочкой, ибо она включает в себя три геосферы. В современную геологическую эпоху биосфера непрерывна. На дневной поверхности фактически нет «безжизненных» мест. Кратеры вулканов, потоки лав – это только временно безжизненные места. Очередь дойдет и до них. Биосфера включает тропосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В прошлом биосфера занимала только гидросферу, в которой зародилась жизнь, затем, в ходе времени, биосфера завоевала и сушу.

В 1926 г. В.И. Вернадский поставил вопрос о границах биосферы, но ответа на него в то время не было. Какие физико-химические условия могут определить границы биосферы? Их, по меньшей мере, три.

1. Достаточное количество CO2 и O2 (на Гималаях зона растительности до высоты 6200 м).

2. Достаточное количество воды (на поверхности Земли нет участков, где бы жизнь была ограничена этим фактором, даже в пустынях).

3. Благоприятный термический режим (высокая температура вызывает свертывание белка, а очень низкая – прекращение работы ферментов). Чемпионами в отношении термического режима являются некоторые бактерии и сине-зеленые водоросли (от +100°С до температуры Антарктиды). В последние годы получены новые американские данные о наличии спор грибов и бактерий на высотах 48–85 км в атмосфере, т.е. в стратосфере. Выявление бактерий на таких высотах побудило некоторых исследователей возвратиться к вопросу о возможности «экспорта» и «импорта» жизни. Раньше считали, что перенос микробов в межпланетном пространстве, возможно, происходит в результате давления света. Однако обнаруженные в стратосфере микробы и споры грибов слишком крупны, чтобы свет мог перемещать их в космосе. Однако возможность «путешествия» их от одного небесного тела к другому реальна. Так, на Луне обнаружены живые земные микробы, занесенные туда американским космическим кораблем. Сейчас доказано также, что очень тонкая белковая пленка способна защитить клетки микроорганизмов от ультрафиолетовых лучей. Еще более надежной защитой может быть микрометеорит.

Обнаружение микроорганизмов и спор в стратосфере – экспериментальное доказательство того, что верхняя граница жизни находится выше, чем это предполагалось раньше. Однако речь идет не о нахождении бактерий и спор грибов в состоянии анабиоза. Мы имеем в виду «поле устойчивой жизни» Вернадского, зону, которая примыкает к биосфере сверху. Эту зону американские исследователи назвали «парабиосферой» («пара» – возле). Под «полем существования жизни» Вернадский понимал условия, при которых организмы могут давать потомство. Он полагал, что «пределы биосферы обусловлены полем существования жизни». Правда, Вернадский считал, что бактерии заселяют всю осадочную оболочку Земли. Это его предположение не подтвердилось: бактерии проникают в толщу литосферы только на 2–3 км.

Сейчас за нижнюю границу проникновения организмов принимают 100°С или концентрацию растворов 270 г/литр (что в 10 раз больше солености океана).

Верхнюю границу биосферы давно уже связывали с наличием воды, критическим для организмов уровнем ультрафиолетового излучения. Уже Вернадский считал верхней границей озоновый экран.

Исходя из таких представлений, Н.Б. Вассоевич (1976) предложил выделить в границах озонового экрана метабиосферу, которая включает:

а) апобиосферу – зону выше распространения форм жизни в состоянии анабиоза;

б) парабиосферу – «поле устойчивости жизни»;

в) биосферу (собственно биосферу);

г) метабиосферу, соответствующую «былым биосферам» Вернадского или «оболочке Земли, когда-либо подвергавшейся воздействию биосферы».

Таким образом, благодаря постоянному притоку солнечной энергии, интенсивной работе приемника энергии – живого вещества, и неполной замкнутости биохимического круговорота, биосфера непрерывно создает вокруг себя концентрические планетарные оболочки: пара- и апобиосферу, а внутри – метабиосферу.

По массе, биосфера составляет всего 0,001 % массы земной коры. В наши дни изменилось представление о распределении биосферы на Земле. Если недавно считали, что основная масса ее сосредоточена в океане, то сейчас думают иначе. Монин (1977):

биомасса Земли – 2–3 трлн. т, из них 98–99 % находится на суше. В основном, это растения лесов. На океан приходится всего 34 млрд. т (две трети – зоопланктон, 5 % – водоросли, 3 % – рыбы, кальмары). Но годовая продукция лесов всего около 50 млрд.

т, а водорослей (хотя их количество меньше 0,001 массы биосферы) – 550 млрд. т в год (ибо они делятся через 1–2 суток).

Хотя масса живой материи, по сравнению с массой земной коры, ничтожна, роль организмов определяется не их массой, а их активной энергией. Каждый организм при жизни постоянно захватывает из окружающей среды известное количество элементов и снова возвращает их в окружающую среду, т.е. организм непрерывно обменивается веществом со средой обитания.

Ф. Энгельс, подчеркивая эту сторону жизни, дает следующее определение:

«Жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществом с окружающей природой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

В геохимии жизнь проявляется совместным действием мириад организмов, их совокупностью. Поэтому количество вещества, которое пропускают через себя организмы, огромно. Растительные организмы способны поглощать солнечную энергию непосредственно, а из них она уже попадает в животные организмы.

Кислород атмосферы, огромные скопления каустобиолитов, известняков, кремнистых пород – все это результат жизнедеятельности организмов;

почва – продукт взаимодействия живой и неживой материи.

В процессе жизни организмы выполняют гигантскую работу по созданию органических веществ, приводят в движение атомы химических элементов. Некоторые бактерии, по Вернадскому, за 36 часов могут покрыть всю поверхность Земли однослойным покровом, причем скорость переноса вещества достигнет скорости звука.

Одна диатомея, разделившись на части, если не встретит препятствия, за 8 дней дает массу вещества, равную массе Земли, а в течение следующего часа удвоит эту массу.

Конечно, крупные организмы такой скорости не могут достигнуть.

В составе организмов обнаружено практически все химические элементы. Их можно разделить на три группы.

( ) 1. Макрохимические n 101% n 10 2 % : O, H, C, N, Ca, S, Mg, Fe, Na, Cl, Al, P, K, Si;

2. Микрохимические (n 10 3 % n 10 5 % ) : Zn, Br, Mn, Cu, As, B, V, Ti и др.;

3. Ультрахимические (n 10 6 % n 10 12 % ): Au, Rb, Hg.

Некоторые виды организмов способны концентрировать в себе определенные элементы. Такие организмы-консерваторы особенно интересны с точки зрения геохимии. Растениями создаются огромные концентрации углерода (уголь, торф), кальция (известняк), а также кремния (диатомиты) и т.п. Факт концентрации элементов в организмах станет особенно наглядным, если сравнить содержание элементов в них с содержанием их в окружающей среде. Так, по данным Вернадского, в морских организмах концентрируются: F, B, K, S – в десятки раз, Si, P – в тысячи раз, Cu, I – в десятки тысяч раз больше, чем в окружающей среде Концентрация Si в кремнистых губках – в 600 тыс. раз больше. Состав биосферы отличается от состава литосферы. Биосфера обогащена C, N, K, Ca. В.И. Вернадский даже считал, что биосфера отбирает чистые элементы без смеси изотопов, но это не подтвердилось, хотя биосфера активно разделяет изотопы.

Интересно также то обстоятельство, что биосфера концентрирует в себе одновременно несколько химических элементов из разных полей геохимических классификаций, т.е. биохимический процесс выступает как качественно особый фактор ассоциации химических элементов в земной коре, о чем вы уже знаете.

Поэтому в последнее время зола углей как «руда», например, привлекает внимание на такие элементы, как Ye, Ya и др. Такая концентрация элементов имеет место не только при жизни растений, но и после их отмирания, вследствие сорбции органическим веществом. Это касается концентрации Ye в угольных пластах, которая приурочена в основном к периферии пластов, к участкам выклинивания. Интересно, что отдельные углистые включения имеют концентрацию малых элементов на 2– порядка выше, если сравнить с пластами угля.

До сих пор мы говорили об организмах как о концентраторах химических элементов, как о факторах образования ассоциации элементов, миграции их. Можно также показать, что организмы не только концентрируют вещество, но и рассеивают элементы, извлекая их из окружающей среды, снижают их концентрацию в среде, рассеивают элементы в пространстве, занятом живой материей.

Нельзя не отметить и такую важную сторону геохимической деятельности организмов, как биохимическое выветривания. Исходя из всего сказанного, можно перечислить основные функции живого вещества в биосфере:

• энергетическая (поглощение солнечной энергии и химическая энергия);

• концентрирующая (избирательное накопление, построение тел, скелетов, экскременты);

• деструктивная (вовлечение веществ в биохимический круговорот, биохимическое выветривание неорганических веществ);

• средообразующая (преобразование физико-химических условий среды);

• транспортная (перенос веществ в горизонтальном направлении, против действия силы тяжести).

Несколько слов следуют сказать о специфике биохимического круговорота веществ. Жизнь, будучи организованной в планетарном масштабе, функционирует в пределах «квантов» биосферы – экосистем. Размеры экосистем (комплексов взаимосвязанных организмов различных видов, изменяемой ими абиотической среды, обладающей способностью к саморегуляции и полному самовозобновлению биоты) могут быть любыми «от кочки до оболочки». Экосистемы взаимодействуют друг с другом, и все вместе образуют гигантский круговорот веществ в пределах биосферы.

Основные элементы: O, H, C, N, Ca, K, Si, P, S, Ba, Sr, Zn, Cu, Mo, Ni, Na.

Биохимический круговорот в биосфере не является замкнутым. Степень воспроизводства циклов достигает 90–98 %. В масштабе геологического времени неполная замкнутость биохимических циклов приводит к дифференциации элементов и накоплению их в атмо-, гидро- и литосфере. Эти несколько процентов, ускользающие из биогеохимического круговорота, и составляют «вход в геологию». Но геология стоит и на «входе» биогеохимического круговорота.

Признание значительной «открытости» биогеохимического круговорота нашло отражение и в сформулированном А.Б. Романовым «Геохимическом принципе сохранения жизни»: «Жизнь на Земле и других планетах, при прочих равных условиях, возможна лишь до тех пор, пока эти планеты активны и происходит обмен энергией и веществом между их недрами и поверхностью». В частности, необходимым условием поддержания жизни является постоянное поступление CO2 из недр планеты.

И еще одно обстоятельство. Непрерывному круговороту в биосфере подвергаются только вещества, а в отношении энергии надо говорить о направленном потоке. Поток солнечной энергии «крутит» колесо жизни на планете. Обновление всего живого вещества биосферы Земли осуществляется в среднем за 8 лет, наземные растения – за 14 лет, животные вещества океана – за 33 дня, а растения океана – каждый день!

А.И. Перельман, воздавая должное вкладу В.И. Вернадского в изучение биосферы, в обоснование планетарной геохимической роли живого вещества, предположил назвать законом Вернадского следующее обобщение: «Миграция химических элементов на земной поверхности и в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».

Отсюда легко понять и такое определение биосферы: «Биосфера – пронизанная жизнью и ею сформированная наружная оболочка Земли, развитие которой определяется постоянным притоком космической, главным образом, солнечной, энергии».

В заключение хочется сказать еще несколько слов о развитии понятия «биосфера».

Впервые это понятие, в значении «область жизни», введено было в биологию Ламарком, а в геологию – Э. Зюссом. Однако Э. Зюсс ничего не написал о сущности биосферы. И долго еще после Э. Зюсса биосфера рассматривалась как «пленка жизни»

и ускользала от глобального взгляда геологов и географов, ввиду своей ничтожности, очевидной малости, по сравнению с привычными и величественными атмо- и гидросферой, литосферой и земной корой, глубинными недрами Земли в целом.

Более того, раньше даже была оценена роль человека как геологического фактора, чем биосферы (еще в конце XVIII в. о геологической деятельности человека говорил Бюффон, в середине XIX в. этой теме посвящена была книга Г. Марша, об этом упоминал Ч. Лайель). А вот геологическое значение биосферы оставалось неоцененным.

Идеи Вернадского о живом веществе и биосфере быстро нашли отклик, но лишь в узком кругу специалистов. Общественный резонанс опоздал почти на полстолетия – случай, не характерный для нашего мобильного научно-технического века.

В.И. Вернадский первым из ученых понял, что биосфера определяет прекрасный и изменчивый облик Земли. Свой труд «Биосфера» Вернадский считал главным трудом жизни. Общеизвестно, как скромен был В.И. Вернадский. Но он в 1919 г., пораженный перспективами научных исследований, написал в дневнике: «Сейчас я как-то ясно чувствую, что-то, что я делаю своей геохимией и живым веществом, есть ценное и большое. И готов это утверждать прямо, уверен, что если не оценят современники, то оценит потомство». Первыми начала учения о биосфере услышали студенты Сорбонны, и двое из них стали продолжателями его дела.

Сейчас много пишут о биосфере экологи и географы, но нельзя не согласиться с американцем Дж. Хатчинсоном: «Концепция биосферы, которую мы принимаем сейчас, в основном опирается на идеи Вернадского». Именно Вернадский показал, что земная кора – это не инертная каменная масса, а сложный механизм, где постоянно движутся атомы и молекулы, осуществляются различные круговороты, в значительной степени определяемые деятельностью живого существа. Земная кора – это область былых биосфер и аккумуляции солнечной энергии. В земной коре сохраняются свидетельства вспышек, волн жизни в виде скоплений биогенных карбонатов, горючих сланцев, угля, нефти, писчего мела и др. Человечество тоже, кроме нарушения экологических равновесий, производит огромную геологическую работу, перерабатывая вещества земной коры. К рассмотрению этого вопроса мы и переходим.

Вопросы для подготовки к семинару по теме «Биосфера и ее геохимическая роль».


1. Развитие представлений о биосфере. Границы биосферы и причины, обуславливающие их.

2. Понятие о «мегабиосфере» Н.Б. Воссаевича, о «поле устойчивости» и «поле существования жизни» по В.И. Вернадскому.

3. Распределение биомассы биосферы на Земле.

4. Химический состав биосферы: макро-, микро- и ультрахимические элементы.

Организмы – концентраторы химических элементов.

5. Функции биосферы.

6. Специфика биохимического круговорота в биосфере.

7. В чем смысл «геохимического принципа сохранения жизни на Земле»

А.Б. Ронова.

8. В чем смысл «закона Вернадского» А.И. Перельмана.

9. Как Вы оцениваете геохимическую роль биосферы и человека в земной коре?

11. Техническая деятельность человечества как геохимический фактор Человек стал ведущей геологической силой, преобразующей планету, но, в отличие от стихийных геологических сил, человек – существо разумное, и он должен соизмерять силу своего воздействия на земную кору со способностью природы к восстановлению нарушаемых равновесий. Человек в состоянии сохранить окружающую среду на протяжении многих тысячелетий, но он должен многое понять в своих взаимоотношениях с природой и принять необходимые меры, чтобы предупредить возникновение ситуаций, которые могут оказаться нежелательными и непоправимыми. Преобразованную человеком биосферу В.И. Вернадский назвал ноосферой – сферой разума.

Основоположник биогеохимии, создатель современных представлений о биосфере, В.И. Вернадский показал, что за геологическое время жизнь на Земле развилась как взаимосвязанная совокупность организмов, обеспечившая и обеспечивающая непрерывный поток элементов в биогенном обмене вещества на поверхности нашей планеты. Атмосфера и стратосфера, вся гидросфера и многокилометровый слой литосферы обязаны своими свойствами тому влиянию, которое оказали на поверхность Земли организмы за миллиарды лет своей эволюции и существования. Этот поверхностный слой Земли, измененный деятельностью организмов, Вернадский и назвал биосферой.

Жизнь, совокупную деятельность всех организмов на Земле, Вернадский, основываясь на многочисленных данных, считал наиболее мощным геохимическим агентом, преобразующим поверхность Земли, энергетическим фактором планетарного масштаба и значения.

Оценивая воздействие разных групп организмов на всю земную кору, Вернадский прозорливо заключил, что биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биохимическом смысле, организмов.

Воздействие человека на поверхность Земли принципиально отличается от воздействия остальных организмов: оно связано не с биологической, а с производственной деятельностью, направляется его разумом. Вернадский с гордостью за человека писал, что биосфера влияние жизни на Земле, и в наши дни уступает место ноосфере – сфере влияния человеческого разума, его законов. Действительно, человек стал геологической силой, преобразующей планету. Но геологические силы слепы и стихийны, а человек – существо разумное. Геологическую деятельность человека Вернадский начал изучать с первых лет нашего века, но только за год до смерти, в 1944 г., он написал статью «Несколько слов о ноосфере», которая прошла почти незамеченной современниками. Правда, была война.

Человек достаточно вооружен технически, чтобы обеспечить сохранение высокоразвитой промышленной цивилизации, ликвидировать голод и нищету и сохранить свою среду на протяжении многих тысячелетий. Человек, если это потребуется, сможет извлекать нужные ему металлы из обычных скал. Тонна гранита содержит легко добываемые уран и торий, эквивалентные примерно 15 т угля, а также все другие элементы, необходимые для продолжения существования высокоразвитой в техническом отношении цивилизации. Конечно, это породило бы новые проблемы, так как в подобных условиях человек превратился бы в геологический фактор, мощность которого была на несколько порядков выше, чем в настоящее время.

Потребление энергии на душу населения достигло бы, вероятно, величины, эквивалентной 100 т угля в год, а количество стали – около 100 т в год. Такой мир в корне отличался бы от современного, и нет никаких оснований считать такой мир неприемлемым.

С чисто технической точки зрения человек мог бы вполне комфортабельно существовать, используя лишь создаваемые им самим мусор и самые убогие руды.

Сейчас в год добывается около 100 млрд. т полезных ископаемых, а к 2000 году эта цифра возрастет до 600 млрд. т. Такие масштабы не могут не сказаться на качестве окружающей среды, на тех равновесных состояниях, которые существуют между живой и неживой природой. Все это ведет к нарушению экологических связей, биологических потоков, пищевых цепей. Эти нарушения распространяются и на человека.

Американский исследователь Е. Одум писал, что человечество погибнет не от войн, а от незнания экологии.

В настоящее время, в результате деятельности человека в культурных ландшафтах одни процессы усилились, другие ослабли, наконец, получили развитие такие, которые вообще раньше на Земле не протекали. Резко усилилась миграция элементов, пришли в движение элементы, находящиеся в покое миллиарды лет. Запасы угля накапливались сотни миллионов лет, а за последние 100 лет значительная часть их сожжена, и массы углерода начали новое странствие по Земле. Он соединяется с кислородом, дает CO2, содержание которого в атмосфере повышается, улучшается воздушное питание растений, изменяется климат, интенсифицируется разложение силикатов, возникают и другие последствия, которые мы еще даже и не учитываем. При сжигании угля выделяется и SO2, а это ведет к коррозии памятников древности, современности и горных пород, угнетает растения.

При металлургическом процессе человек получает наперекор природе Fe, Al, Pb, Zn, Cu, Mn, т.е. вещества, чуждые земной коре. В течение немногих лет рассеиваются крупные месторождения, которые природа копила многие миллионы лет. Напротив, в банках хранятся тонны золота. Осушаются болота, орошаются пустыни, проводятся дороги, распахиваются земли – человек коренным образом нарушает природные процессы, меняет миграцию элементов.

В результате деятельности человека изменяется и сама биосфера, преобразуясь в ноосферу. С точки зрения философии, для ноосферы, по сравнению с биосферой, характерна новая высшая форма движения материи – общественная деятельность человека. В ноосфере развиты и все низшие формы, но не они определяют сущность ноосферы, ее своеобразие.

Действительно, никакие законы механики, физики или химии, биологии не могут пояснить, почему огромные массы угля, руд, строительных материалов перевозятся на большие расстояния, перерабатываются. Здесь действуют законы социальные.

Нельзя не сказать и о другой стороне деятельности человека. В ноосфере возникают явления, опасные для жизни человека. Изменяется состав атмосферы, усиливаются процессы эрозии почвы, ощущается недостаток питьевой и технической воды, растут заболевания человека, проводятся ядерные взрывы. Все это свидетельствует, что неконтролируемая деятельность человека может быть источником бедствий. Отсюда вытекает важность геологического и геохимического анализа деятельности человека, необходимость улучшения ноосферы.

Анализ показывает, что человек уже сейчас может преодолеть указанные последствия, что они не являются фатальной неизбежностью развития цивилизации.

Вопрос о глубоких преобразованиях окружающей среды в результате деятельности человека, а также возможных неблагоприятных последствиях этих изменений для природы не является новым. «Даже целое общество, нация и даже все одновременно существующие общества, взятые вместе, – писал К. Маркс, – не есть собственники земли. Они лишь ее владельцы, пользующиеся ею, и, как добрые отцы семейств, они должны оставить ее улучшенной последующим поколениям» (Маркс К., Энгельс Ф., Соч., т.25, ч.II, с.237).

К последней четверти нашего столетия воздействие человека на отдельные экосистемы достигло невиданных масштабов и продолжает расти. Мир в целом оказался на пороге ситуации, когда количественные изменения, вносимые человеком в окружающую среду, перерастают в изменения качественные.

К идеям В.И. Вернадского обратились только четверть века спустя после его статьи о ноосфере. И теперь это весьма актуальный и популярный вопрос, ибо оказалось воочию, что «победа над природой опаснее поражения».

Приведем один пример, который показывает высочайшую степень организованности и уязвимости живого вещества. Информация об огромном числе признаков взрослого кита с весом в 5·107 г заложена в молекуле ДНК, которая весит всего 5·10-15 г, т.е. при благоприятных условиях масса индивида возрастает на порядка. Много ли звеньев в ДНК надо заменить чуждыми ей атомами, чтобы генетический код был нарушен? А ведь человек, не задумываясь, вводит в окружающую среду сотни тысяч новых веществ, неизвестных в природе, не опробованных жизнью в процессе эволюции.

Жизнь на нашей планете увенчалась созданием сферы разума, она заселена мыслящими существами – людьми. Однако последствия их взаимоотношений с природой во многом печальны:

1) площадь лесов сократилась на 2/3;

2) уничтожены сотни видов животных (это «черная книга» человечества);

3) сотни видов занесены в «Красную книгу»;

4) антропогенное перераспределение вещества (добыча ископаемых, рассеивание на полях удобрений с загрязнением среды) приводит к негативным последствиям, ибо многие вещества токсичны (Hg, Pb, Zn, As, Be, Cu) и даже канцерогенны (Zn, Cd).

Особенно опасен уровень такого загрязнения вокруг заводов, промышленных центров.

За столом современного человека, в его одежде, жилище встречаются атомы с разных мест, континентов, преодолевшие океаны, горы.

В настоящее время человек вырабатывает в 10 раз больше энергии, чем ее поглощает живое вещество.

Появление разумного человека в геологической истории есть следствие непрерывного приспособления жизни к разнообразной обстановке: чем точнее реагируют животные на изменение внешней среды, тем выше их шанс в борьбе за существование. Разум, с точки зрения эколога, – это высшая способность целесообразно реагировать на изменения внешней среды. В свою очередь, появление у человека разума привело к формированию ноосферы, которая и является преобразованной человеком биосферой.

Писатель Борис Агапов писал: «Голенький, без шерсти, тонкокожий, с маленькой пастью, с нестойкими зубишками, с мускулатурой куда слабее, чем у его врагов, бегающий и прыгающий хуже, чем они, человек создал вокруг себя, от рубашки на теле до спутников в космосе, вторую природу, и в ней, и благодаря ей, он стал самым могущественном существом на свете». Напомню и высказывание экономиста Брентано, которое иллюстрирует планетарную значимость человека. Он подсчитал, что если бы каждому человеку выделить по 1 м2 и поставить всех живущих на земном шаре людей рядом, то они не заняли бы и площади маленького Боденского озера в Швейцарии. Остальная поверхность планеты осталась бы пустой. Таким образом, все человечество, вместе взятое, представляет собой ничтожную массу вещества планеты.

Мощь его связана не с его материей, а с его разумом и направляемым этим разумом трудом.

Еще в 1934 г. А.Е. Ферсман предложил геологические явления, возникающие в результате деятельности человека, называть «техногенез».

По мнению А.В. Сидоренко (1967 г.), из современных научных направлений, занимающихся изучением влияния человека на земную кору, должна родиться новая важная отрасль науки – техническая геология, изучающая геологические последствия хозяйственной деятельности человека, дающая прогнозы того, как пойдет дальше развитие геологических процессов в земной коре, в зоне, доступной человеку. В свое время В.А. Обручев предлагал термин «техническая геология», но он не получил распространения, а был признан термин Ф.П. Саваренского «инженерная геология», который, конечно, значительно уже. Поэтому, на наш взгляд, следует возродить термин «техническая геология», включающий геологическую деятельность человека.

Хорошо известно, что первоначально воздействие человека на природу было незначительным, со временем оно возрастало и усложнялось. В настоящее время оно сравнялось с другими геологическими факторами, а в ряде случаев и превзошло их.

Причем темп воздействия неуклонно нарастал во времени [3]. Если до XVIII в.

человечество использовало 19 химических элементов, то в XVIII в. – 28, в XIX в. – 50, а в XXв. – более 80 только в промышленных количествах. За последние 40–50 лет добыто полезных ископаемых больше, чем за всю предыдущую историю человечества.

Растут объемы и номенклатура, все меньше остается «неполезных ископаемых».

В результате горнодобывающей деятельности человека нарушаются природные ассоциации химических элементов, создававшиеся в течение миллионов лет, нарушается распределение элементов в земной коре.

Можно ли, используя исторические данные, представить себе перспективы дальнейшего изменения среды вследствие деятельности человека?

Если учесть возможный рост населения и темпы роста потребности в основных видах сырья, то следует признать, что уже в скором будущем придется удовлетворять потребности человечества не за счет бедных руд и горных пород, ибо запасы эти не возобновляются и они конечны.

Отсюда требование комплексного использования минерального сырья. Стоит задача и рационального использования химических элементов, уже имеющихся в распоряжении человека (борьба с коррозией металлов, использование металлозаменителей). Огромные количества элементов в будущем дадут океан и атмосфера. Необходима замена дефицитных металлов менее дефицитными (Cu на Al в электротехнике). А вот P, N, K для удобрения полей ничем заменить нельзя!

Нефть, газ, уголь заменят ураном, солнечной энергией, энергией ветра, воды, геотермическим теплом.

Тенденции на будущее можно подметить уже сейчас, но реальность часто бывает выше всякой фантазии и прогнозов.

Сейчас в год в морскую воду сбрасывается около 5 тыс. т ртути, т.е. столько же, сколько и в природном процессе, ДДТ за 26 лет – 1,5 млн. т, причем 2/3 этого количества находится в окружающей среде (медленно разрушается). Впервые за многие тысячи лет человек вошел в крупный конфликт с биосферой. Если на суше отходы пока оказывают локальное воздействие, то в атмосфере они вызывают глобальный эффект. В США и некоторых других развитых странах потребление кислорода превышает генерацию его на их территориях (живут за счет российской тайги, джунглей Южной Америки и Африки).

Разрушается озоновый экран в нижней стратосфере при полетах высотных самолетов (выброс двигателями низших окислов азота, которые окисляются озоном).

Если разрушить озоновый экран на 50 %, то это увеличит в 10 раз дозу ультрафиолетовой радиации, что может привести к ослеплению людей и животных.

Фреон (из холодильников) инертен вблизи поверхности Земли, но в стратосфере показывает иной характер. Под действием ультрафиолетовых лучей он разлагается и выделяет Cl in statu nascendi, который также разрушает озоновый экран.

Дополнительная тепловая нагрузка биосферы в связи с технической деятельностью человека тоже начинает сказываться. Локальный сброс тепла в водоемы вызывает бурное цветение сине-зеленых водорослей. Количество техногенного тепла в небольших развитых государствах приближается к теплу, приходящему от солнца. В целом доля техногенного тепла пока незначительна, но эта доля растет.

В Англии 10 % территории занято городами, поселками, дорогами. В США только автодороги занимают 1 % территории.

В год на строительных работах перемещается 1 км3 пород, что соизмеримо с деятельностью текущих вод рек.

Таким образом, эти примеры показывают все возрастающую роль человечества как геохимического фактора планетарного масштаба и значения.

Среди ученых в последние годы часто раздавались призывы спешить изучить природные системы как эталонные(реки, океан, Антарктиду), пока человек не повлиял на них радикальным необратимым образом.

Для исследования ноосферы необходима «единая наука». Необходимо преодолеть противопоставление природы и человека, укрепить связи между дисциплинами, исследовать взаимосвязи человека (общества) и природы. Единая наука не просто должна фиксировать с естественнонаучной точностью разрыв между тем, как должен протекать естественный процесс без возмущающей деятельности человека, и тем, как он протекает под влиянием производственной деятельности человека, а строить проект – норму естественного процесса, учитывая совокупную человеческую деятельность, давать научный прогноз функционирования естественно-искусственных систем.

Вопросы для самостоятельной работы и подготовки к практическим занятиям и экзаменам.

1. Учение В.И. Вернадского о ноосфере.

2. Влияние технической и хозяйственной деятельности человека на геохимические процессы земной коры.

3. Превращение биосферы в ноосферу.

4.Отрицательные последствия преобразования биосферы вследствие деятельности человека. Почему мы так говорим: «Победа над природой опаснее поражения?».

5. Проблема охраны окружающей среды – проблема века.

6.Техническая геология (техногенез) – новая отрасль науки, изучающая геологические последствия деятельности человека.

7. Научно-техническая революция и будущее природы. Перспективы и прогнозы.

12. Почвы и их геохимическая роль В.В. Докучаев дал прекрасное определение: «Под почвой следует понимать те дневные или прилегающие к ним горизонты горных пород (все равно, каких), которые были более или менее естественно изменены под влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, живых или мертвых, что и сказывается заметным образом на составе, структуре и цвете этих образований. Где этого нет, там нет естественных почв, а есть или искусственная смесь, или горная порода». Вот принципиальное отличие почв от другой геосистемы – горных пород.

Факторами почвообразования являются: почвообразующие породы, растительные и животные организмы, климат, рельеф, почвенные и грунтовые воды, время и хозяйственная деятельность человека.

Охарактеризуем кратко эти факторы.

Почвообразующие материнские породы – это верхние слои, выходящие на поверхность горных пород, которые в процессе почвообразования превращаются в почву.

Размер частиц породы определяет водо- и воздухопроницаемость почвы, ее влагоемкость и водоудерживающую способность, скорость передвижения в ней веществ. Химико-минеральный состав породы влияет на ход химических процессов в почве и на формирование ее химического состава (на извести, гранитах, песках).

Материнская порода обогащает почву определенными химическими элементами.

Так, на лессовидных суглинках формируются почвы, обогащенные карбонатами Ca и Mg, тогда как на ледниковых глинах почвы не содержат этих соединений. На бескарбонатных породах почвы имеют кислую реакцию почвенного раствора, а почвы, развитые на корах выветривания основных пород, обогащены Ni, Cu, Co, Zn, на корах кислых пород – Li, Be и др. элементами.

Живые организмы (особенно наземные растения и микроорганизмы) играют ведущую роль в почвообразовании. Растения обеспечивают почву органическими веществами, создают потоки зольных веществ, почвенного азота и почвенной влаги из глубинных слоев почвы в ее верхние слои и на поверхность, кислорода из атмосферы в почву, углекислоты из почвы в атмосферу и т.п.

Микроорганизмы обеспечивают разложение органических остатков. Возникающие при этом органические кислоты + CO2 воздействуют на минералы и переводят в раствор различные химические элементы. Есть микроорганизмы, непосредственно вызывающие распад ряда минералов. Специфические нитрифицирующие бактерии связывают азот воздуха, вовлекают его в почвообразование.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.