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 | 2 || 4 | 5 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ...»

-- [ Страница 3 ] --

15. Мэннинг У. Дж. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помо щью растений / У.Дж. Мэннинг, У.А. Федер. – М. : Гидрометеоиздат, 1978. – 143 с.

16. Новиков Ю.В. Экололгия, окружающая среда и человек : учеб.

пособие для вузов / Ю.В. Новиков. – М. : б.и., 1998. – 320 с.

17. Перельман А.И. Геохимия ландшафтов / А.И. Перельман. – М. :

Недра, 1978. – 342 с.

18. Питьева К.Е. Гидрогеоэкологические исследования в районах нефтяных и газовых месторождений / К.Е. Питьева. – М. : Недра, 1999. – 225 с.

19. Теория и методология экологической геологии / под. ред. В.Т. Тро фимова. – М. : Изд-во МГУ, 1997. – 368 с.

20. Требования к эколого-геологическим исследованиям и картографи рованию: масштаба 1:50 000, 1: 25 000. – М. : Изд-во ВСЕГИНГЕО, 1990. – 127 с.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОХИМИЯ Лекция 1. Предмет экологической геохимии, основные задачи и проблемы, разделы Каждая наука изучает свой структурный уровень организации Бытия, естественные науки – природные системы. Геохимия изучает поведение атомов, ионов и молекул в различных природных объектах, в отличие от химии, которая изучает то же, но в лабораторных условиях. Химиков ин тересуют химические свойства веществ, геохимиков помимо этого еще и способность их мигрировать в различных природных средах, способность концентрироваться или рассеиваться в зависимости от количественного со отношения веществ, соотношения так называемых внутренних и внешних факторов миграции. Экологическую геохимию следует рассматривать как прикладную геохимию, изучающую миграцию химических элементов в био сфере или ландшафтной оболочке. Ее рассматривают так же, как часть экологической геологии. При этом соотношение их такое же, как геологии и геохимии с той лишь разницей, что приставка «экологическая» ограничива ет объекты этих наук биосферой.

В современном понятии экология – это наука, изучающая условия су ществования животных и растительных организмов, взаимосвязи между этими организмами, а также между ними и средой их обитания. Условия существования организмов можно рассматривать с многих и чрезвычайно различных позиций. Одним из важнейших показателей не только комфорт ности существования, но даже выживания является характеристика среды проживания животных или произрастания растений. Если мы начнем про изводить оценку среды с точки зрения химического состава, да еще и на атомно-ионном уровне и с учетом форм нахождения химических элемен тов, – это будет геохимическая оценка условий существования организмов.

Ее проведение – одна из основных задач, стоящих перед экологической гео химией. Такую оценку можно проводить, подходя с глобальных позиций.

При этом она должна быть сделана исходя из особенностей распределения, миграции, концентрации и форм нахождения химических элементов в био сфере в целом. Первая часть оценки необходима для установления самых общих геохимических критериев существования живых организмов. Таким образом, будут определены первые геохимические реперы для оценки воз можности развития жизни, подобной той, которая есть на Земле.

И вот здесь мы подходим ко второй части этой оценки – космической оценке геохимических параметров возможности появления (а в первом приближении к комфортности) жизни (аналогичной той, что развилась на Земле) на других космических объектах. Эта часть глобальной оценки гео химических параметров существования жизни на Земле только в настоящее время начинает иметь практическое значение. По мере обживания ко смического пространства она будет резко возрастать.

Оценка геохимических условий существования организмов проводит ся и при более крупномасштабных исследованиях. В этих случаях опреде ляются геохимические условия жизни организмов в отдельных частях био сферы. В качестве таких частей целесообразнее всего брать геохимические ландшафты или их определенные совокупности, составленные с учетом па раметров миграции элементов. Опыт работы показал, что объединение гео химических ландшафтов удобно проводить по определенным таксономиче ским уровням. В случае необходимости могут оцениваться геохимические параметры условий существования организмов в отдельных частях геохи мических ландшафтов, например в почвах, подземных водах и т. д. При крупномасштабных исследованиях появляются более благоприятные пред посылки для выяснения геохимических условий существования организмов определенных видов или их сообществ. Однако следует подчеркнуть, что в случае устоявшихся природных систем (а это большинство биогенных ланд шафтов) нельзя говорить об экологических условиях только для одних ви дов, не касаясь других. Слишком велика взаимосвязь между ними, и изме нения условий существования одних из них сказываются на существовании других. Таким образом, мы переходим к взаимосвязи между организмами.

Она, как и условия существования организмов, также может оцениваться с разных сторон, вплоть до психологической и социологической. В экологи ческой геохимии взаимосвязь между организмами рассматривается как миграция химических элементов, находящихся в довольно сложной биоген ной форме. Часто разделяют внутривидовую и межвидовую связи. Просле живать их можно, начиная от возникновения (рождения) организма и кон чая его смертью и разложением. Чрезвычайно большое внимание в эколо гической геохимии уделяется рассмотрению взаимосвязи между организ мами и средой их обитания, включая отдельные циклы биологического кру говорота элементов. Эти процессы также разбираются с позиции миграции химических элементов, но сами элементы в данном случае могут находить ся в различных формах, что придает особую сложность их перемещению и концентрации.

Важным разделом экологической геохимии является биогеохимия. В ней рассматривается химический состав различных организмов и его изме нения, связанные с меняющимися условиями существования этих организ мов. Изучению указанной проблемы большое внимание уделял В.И. Вер надский. Все изложенное показывает, что экологическая геохимия, являясь в первую очередь геохимией биосферы, формируется «на стыке, целого ря да наук. Их уровень развития во многом определяет развитие отдельных направлений этой новой и чрезвычайно важной для выживания человечест ва науки.

В курсе экологической геохимии, изучаемом студентами, обучающи мися по специальности «Экологическая геология», рассматриваются сле дующие основные разделы этой дисциплины:

• законы распространения химических элементов в биосфере и от дельных ее подсистемах;

• формирование ноосферы и особенности рассеивания и концентра ции химических элементов в связи с этим;

• методология эколого-геохимической оценки состояния окружаю щей среды.

Суть основных проблем экологической геохимии в тех вопросах, кото рые интересуют геохимиков-экологов и объектах, которые они исследуют:

• выявление геохимических аномалий, влияние их на биосферу, био геохимическое районирование территорий;

• геохимия техногенных процессов и влияние их на ОС, роль антро погенных воздействий на биогеохимические циклы элементов;

• геохимия загрязнений при добыче и переработке горнорудного сырья;

• виды загрязнения урбанизированных территорий;

• геохимия радионуклидов;

• геохимические проблемы захоронения радиоактивных отходов;

• основы методов эколого-геохимической съемки и картирования;

• балансовые эколого-геохимические модели и прогнозы состояния окружающей среды.

Вот такой достаточно обширный круг задач и проблем, которые стоят перед этой наукой. Однако, главная наиболее актуальная задача экологиче ской геохимии в настоящее время – это изучение видов и интенсивности химического загрязнения под воздействием антропогенного фактора.

Лекция 2. Экологическое значение химических элементов и оценка их воздействия на биосферу Для существования живых организмов необходима вещественная ос нова, которая соткана из многих элементов, играющих в ней различную роль. Например, кальций, магний, кремний входят в состав скелетной тка ни, эти же элементы используются для построения защитных панцирей, ра ковин. Мягкие же ткани в основном построены из множества видов поли мерных молекул углерода с добавочными радикалами из водорода, азота, кислорода, фосфора, серы, железа, калия. Все они дают так называемое ор ганическое вещество, состоящее из биофильных элементов. Ряд элементов играют функциональные роли, участвуя в обмене веществ и информацией с окружающей средой. Мы пока не все знаем о назначении многих химиче ских элементов, входящих в состав организмов. Но замечаем, что как избы ток одних, так и недостаток других вызывает болезни и даже гибель орга низмов. На современном уровне развития экологической науки первосте пенной задачей ее как раз и является изучение вопросов химического ба ланса живых организмов и ОС.

При всё возрастающей скорости перехода биосферы в ноосферу про блемы комплексной объективной оценки состояния окружающей среды и разработки научно обоснованного прогноза изменений, происходящих под воздействием антропогенной деятельности, становятся все более актуаль ными. Это в первую очередь обусловлено непрерывно возрастающим за грязнением биосферы сопровождающим различные техногенные процессы.

Без объективной комплексной оценки невозможно и принятие научно обос нованных решений, связанных с охраной окружающей среды и рациональ ным использованием природных ресурсов. Следовательно, первым шагом для разумного ведения хозяйства, согласующегося с конкретными природ ными условиями и эколого-геохимической обстановкой, сложившейся под воздействием предыдущей антропогенной деятельности, должна быть оценка существующего в настоящее время состояния окружающей среды в интере сующем нас районе.

В зависимости от размеров изучаемого района выбирается масштаб исследований для такой оценки. Сама эколого-геохимическая оценка со стояния окружающей среды может отражать тенденцию развития рассмат риваемых процессов, быть качественной и количественной. Весь опыт ра бот, проводимых в этом направлении, позволяет считать, что оценка со стояния окружающей среды (а точнее, биосферы) должна производиться поэтапно в определенной последовательности.

Исследования целесообразно начать с установления тенденции разви тия конкретных процессов и их качественной оценки, а затем перейти к ко личественной оценке. После количественной оценки общего состояния ок ружающей среды изучаемого региона можно приступать к эколого-геохими ческой оценке последствий конкретных природных и техногенных процес сов. Эта работа также может быть подразделена на качественную (ее следует проводить раньше) и количественную – завершающую. Оценить влияние деятельности конкретных загрязнителей, даже если это крупные территори ально-промьшшенные комплексы, на биосферу в целом практически невоз можно. Биосфера слишком велика, и происходящие в ней техногенные изме нения являются следствием деятельности всего человечества на разных уча стках нашей планеты. В связи с этим изучать последствия деятельности кон кретных загрязнителей следует в геохимических ландшафтах, составляющих биосферу и являющихся (как и она) биокосными системами.

Необходимо еще раз особо отметить, что вся биосфера, представляя собой громадную природную биокосную систему, не является чем-то неиз менно постоянным. Это убедительно доказывается данными палеонтоло гии, исторической геологии и геохимии. Во многом изменения, происходя щие в биосфере, связаны с эволюцией земной коры. За время развития на шей планеты увеличилась мощность гранитного слоя, уменьшился суммар ный объем вулканогенных образований, возросла роль континентального осадконакопления и т. д. Изменились даже концентрации определенных элементов на отдельных участках земной коры, т. е. можно говорить об из менениях направленности процесса «концентрация–рассеяние». Наиболь шая информация об этом получена при изучении глобальных процессов минералообразования и истории формирования многих месторождений по лезных ископаемых.

В целом можно говорить, что в истории развития Земли происходили весьма существенные изменения концентраций многих химических элемен тов, находящихся в форме водных растворов, газовых смесей, в минераль ной форме. Иногда этими изменениями были охвачены лишь отдельные, довольно большие участки планеты, в других случаях – вся ее поверхность.

Все это изменяло и общую экологическую обстановку.

Резкое увеличение эколого-геохимической значимости техногенных процессов позволяет сравнивать деятельность людей с глобальными геоло гическими явлениями. При этом многие организмы не успевают адаптиро ваться к новым условиям. Тогда начинаются процессы мутации и вымира ния отдельных видов.

Лекция 3. Общие закономерности поведения и распространения химических элементов в природе С точки зрения системного подхода любой природный объект пред ставляет собой иерархию соподчиненных структур, качественно различаю щихся между собой на разных уровнях организации материи. Например, атом и молекула, минерал и горная порода, планета и планетная система, галактика и метагалактика. Под химическим элементом в настоящее время понимают нейтральные по заряду атомы, имеющие ядро с определенным для того или иного элемента количеством протонов, общий положительный заряд которых компенсируется таким же количеством по числу электронов, имеющих отрицательный заряд, равный по силе заряду протонов. Любой та кой атом по своим химическим свойствам идентичен любому иному, имею щему такую же структуру. В атомах большинства элементов могут быть еще и нейтральные по заряду частицы, имеющие массу и размеры близкие к про тону. Существуют виды атомов одного и того же элемента (изотопы), разли чающиеся массой за счет разного количества в них нейтронов. При этом они мало будут отличаться между собой химическими свойствами, но в виду разной массы за счет разного количества нейтронов в некоторых природ ных условиях будут разделяться – фракционировать (например, изотопы кислорода, водорода, углерода и т. п.).

Под общими закономерностями распространения химических элемен тов понимается их количественное относительное соотношение в природ ных системах или объектах. Выяснилось, что наряду с различиями этих со отношений элементов в разных объектах Вселенной имеется и много обще го. Например, наиболее легкие и простые по строению элементы, занимаю щие первые клетки таблицы Менделеева, в целом в Космосе самые распро страненные. Это связано, во-первых, с их генезисом – с тем, что они пер выми рождаются в термоядерном горниле звезд, а другие элементы являют ся уже производными;

во-вторых, с тем, что относительная простота их структуры делает их более прочными. Тяжелые элементы конца таблицы переполнены нуклонами и электронами, следовательно, и антагонизмом связей, поэтому период их жизни невелик (ядерный распад). Это общий принцип, который соблюдается во всех системах, даже в социальных. Об ширные империи сколачивались огнем и мечом, но чаще всего оказывались менее долговечными, чем составляющие ее этнические социумы. Например, Российская империя как системная структура дважды рухнула только в XX веке, но ее этносы вновь и вновь складывались в общественно-экономи ческие образования.

Третьим фактором различной устойчивости элементов является их подчиненность так называемым магическим числам, и прежде всего прави лу четности. На логарифмическом графике распространенности элементов будут две кривые: нижняя с нечетными элементами и верхняя с четными.

Магические четные числа, как в отношении количества электронов, так и нуклонов есть не что иное, как отражение завершенности структуры, ее совершенства, отвечающее наиболее выгодному энергетическому со стоянию с минимумом внутренней свободной энергии. Завершенные элек тронные оболочки имеют два, восемь, восемнадцать, тридцать два электро на. Внешние оболочки инертных газов последней группы таблицы имеют два и восемь электронов на внешней орбите, а также завершенные элек тронные внутренние оболочки. Они химически безразличны к другим ве ществам. А вот щелочные элементы первой группы настолько неуравнове шенны, что легко вступают в химические связи с другими элементами и даже в такой не очень агрессивной среде, как вода, разрывают весьма проч ные связи между ее ионами. Элементы, которые легко расстаются со свои ми внешними электронами (потому что их меньше половины до насыще ния), известны нам как активные металлы, и они образуют положительно заряженные катионы в ионных соединениях. Они занимают левую полови ну таблицы.

Элементы, которым лишь чуть-чуть не хватает электронов до насы щения, более охотно принимают электроны. Они также химически активны и даже агрессивны по отношению к металлам, отбирая у них внешние элек троны (кислород, фтор, сера, хлор). Таким образом, металлические свойства до середины периода падают, а неметаллические, наоборот, растут от сере дины к концу периода и таким образом проявляется своего рода зеркальная симметрия химических свойств элементов в таблице Менделеева.

Разные изотопы одного и того же элемента очень резко отличаются между собой распространенностью, часто на порядок, а то и больше. Здесь также действуют магические числа, отвечающие заполненности ядерных оболочек нуклонами. Такие ядра отличаются наибольшим дефектом (дефи цитом массы), т. е прочностью ядерных связей, поэтому они и доминируют количественно. Всем им также отвечает четное число как протонов, так и нейтронов (правило Оддо-Гаркинса) Например, один из самых распро страненных элементов и изотоп кислорода имеет восемь протонов и восемь нейтронов. Наиболее значимые магические числа ядер 2, 8, 20, 50, 82, 126.

Тем не менее наиболее резкий пик распространенности по отношению к своим соседям на верхней кривой имеет изотоп железа с массовым числом 56 (26 протонов и 30 нейтронов, числа не магические, но четные). Железо, как и его сородичи – никель, хром – обладают очень большим дефицитом массы, т. е. большой прочностью связей нуклонов, потому все это семейст во очень распространено в природе. Например, в целом по земному шару, да и в большей части метеоритов железо находится на первом месте по ко личеству и лишь в каменных может уступать кислороду. Железа в них так много, что оно может давать избыточную фазу в виде самородного металла в чистом виде или в смеси с никелем и хромом.

Такие же элементы, как литий, бериллий, бор, в целом в природе де фицитны, хотя и занимают начальные места в таблице Менделеева.

Есть еще одна эмпирическая зависимость распространенности изото пов относительно кратности числа 4 при делении на него массового числа.

Изотопы типа 4п будут на первом месте, а также типа четно-четные относи тельно Z и N.

Если же рассматривать конкретные объекты в природе, то здесь могут свои особенности и свои соотношения элементов, которые обусловлены так называемой геохимической зональностью, т. е. закономерным распределени ем элементов в пространстве и времени по причинам, связанных как с внут ренними, так и внешними факторами миграции. Чаще всего это различная плотность или растворимость, летучесть соединений, в силу чего внутри природного объекта такие элементы будут разделены. Примером такой зо нальности является в целом наша планета, разделенная на ряд оболочек именно по плотности вещества или в целом вся наша солнечная система.

Разная масса объектов может быть также причиной различий их хи мического состава. Земля имеет в дефиците водород и гелий, потому что масса Земли недостаточна для удержания этих сверхлегких и подвижных газов.

Лекция 4. Физико-химическое отличие химических биогенных структур от абиогенных Многие органические соединения представляют собой смесь двух так называемых оптических изомеров – веществ, имеющих совершенно одина ковые химические свойства, но различающихся так называемой оптической активностью. Они по-разному отклоняют луч поляризованного света, про ходящий через их кристаллы или растворы, и в соответствии с направлени ем этого отклонения называются право- или левовращающими;

свойством этим обладают лишь чистые изомеры, смеси же их оптически неактивны.

Явление это связывают с наличием в молекуле таких веществ так называе мого асимметричного атома углерода, к четырем валентностям которого могут в разном порядке присоединяться четыре соответствующих радикала.

Так вот, эти химически идентичные вещества, как выяснил еще в 1848 г.

Л. Пастер, вовсе не являются одинаковыми для живых существ: плесневый гриб пенициллиум, развиваясь в среде из виноградной кислоты, «поедает»

лишь ее правовращающий изомер, а в среде из молочной кислоты – лево вращающий. На этом, кстати, основан один из методов разделения оптиче ских изомеров. Человек легко определяет на вкус изомеры молочной кисло ты. Вот, наверное, почему всякого рода искусственные пищевые добавки чуждые, а потому, может быть, и в самом деле вредные для организма.

Сейчас известно, что все белки на нашей планете построены только из левовращающих аминокислот, а нуклеиновые кислоты – из правовра щающих сахаров;

это свойство, называемое хиральной чистотой, считается одной из фундаментальных характеристик живого. А поскольку при любом абиогенном синтезе (например, в аппарате Миллера) образующиеся амино кислоты будут состоять из приблизительно равных (по теории вероятно стей) долей право- и левовращающих изомеров, то в дальнейшем – при син тезе из этого «сырья» белков – перед нами встанет задача: как химическими методами разделить смесь веществ, которые по определению химически идентичны? (Не зря оптической активностью обладают лишь природные сахара – и ни один из синтетических, а упомянутые выше полипептиды из метеоритного вещества также состоят из равных долей право- и левовра щающих аминокислот.) Между тем даже успешный синтез «живых» макромолекул (до кото рого еще, что называется, «семь верст – и все лесом») сам по себе проблемы не решает. Для того, чтобы макромолекулы заработали, они должны быть организованы в клетку. Известна такая аналогия: вероятность случайного возникновения такой клетки (осмысленной аминокислотно-нуклеотидной последовательности) соответствует вероятности того, что несколько кило граммов типографского шрифта, будучи сброшены с крыши небоскреба, сложатся в 105-ю страницу романа «Война и мир». Абиогенез (в его клас сическом виде) как раз и предполагал такое «сбрасывание шрифта». раз – столько понадобится, пока тот не сложится в требуемую страницу.

Сейчас всем понятно, что это просто несерьезно: потребное для этого время (его вполне можно рассчитать) на много порядков превосходит время суще ствования всей нашей Вселенной (не более 20 млрд лет). Получается, что, по крайней мере, в рамках чисто химического подхода проблема зарожде ния жизни принципиально неразрешима. Но следует подчеркнуть также, что это справедливо лишь с позиции классической равновесной термодинамики.

Лекция 5. Значение жизни в геохимических циклах Земли На процесс возникновения жизни можно посмотреть и с несколько иной позиции, не биохимической, а геохимической, как это делает, напри мер, А.С. Раутиан (1995). С общепланетной точки зрения жизнь можно рас сматривать как способ упорядочения и стабилизации геохимических кругово ротов;

откуда же берется сам геохимический круговорот и зачем он нужен?

Реальный прорыв в проблеме возникновения жизни и понимании ее геохимической роли обозначился лишь в последние 20–25 лет, и связан он был с приложением к данной проблеме теории самоорганизующихся систем.

Самоорганизующейся называют такую систему, которая обладает способно стью корректировать свое поведение на основе предшествующего опыта (сам термин был введен в 1947 г. одним из создателей кибернетики физиологом У. Эшби). Следует сразу оговорить, что при этом было строго показано, что рассмотрение процессов развития (в том числе – биологических систем из добиологических) принципиально невозможно в рамках классической тер модинамики. Создатель альтернативной, неравновесной, термодинамики И. Пригожин произвел научную революцию тех же примерно масштабов, что в свое время Ньютон или Эйнштейн, и революция эта еще отнюдь не за вершена. Автор биогеохимической модели наш современник физикохимик Эйген выдвинул концепцию образования упорядоченных макромолекул из неупорядоченного вещества на основе матричной репродукции и естествен ного отбора. Он начинает с того, что дарвиновский принцип естественного отбора (ЕО) – единственный понятный нам способ создания новой информа ции (это физическая величина, отражающая меру упорядоченности системы).

Если имеется система самовоспроизводящихся единиц, которые строятся из материала, поступающего в ограниченном количестве из единого источника, то в ней с неизбежностью возникает конкуренция и, как ее следствие, ЕО.

Эволюционное поведение, управляемое ЕО, основано на «самовоспроизве дении с информационным шумом» (в случае эволюции биологических видов роль «шума» выполняют мутации). Наличия этих двух физических свойств достаточно, чтобы стало принципиально возможным возникновение системы с прогрессирующей степенью сложности.

Основоположник кибернетики Дж. фон Нейман (1960), решавший проблему самовоспроизведения автоматов, выяснил, что способность к са мовоспроизведению принципиально зависит от сложности организации. На низшем уровне сложность является вырождающейся, т. е. каждый автомат способен воспроизводить лишь менее сложные автоматы. Существует, од нако, вполне определенный критический уровень сложности, начиная с ко торого эта склонность к вырождению перерастает в другое: «Сложность, точно так же, как и структура организмов (любой системы), ниже некого минимального уровня является вырождающейся, а выше этого уровня ста новится самоподдерживающейся или даже может расти».

Открытый космос холоден (лишь на 4° теплее абсолютного нуля) по тому, что концентрация вещества в нем ничтожно мала (3·10–31 г/см3), и звездам просто нечего нагревать;

по этой же самой причине, кстати сказать, Вселенная прозрачна, и мы видим небесные светила. В то же время любая планета, будучи непрозрачной, аккумулирует часть энергии, излучаемой центральным светилом, и нагревается, и тогда между нагретой планетой и холодным космосом возникает температурный градиент ТГ. Если планета обладает при этом достаточно подвижной газообразной и/или жидкой обо лочкой (атмосферой и/или гидросферой), то ТГ с неизбежностью порождает в ней – просто за счет конвекции – физико-химический круговорот, направ ленный на выравнивание ТГ. В этот круговорот с неизбежностью вовлека ется и твердая оболочка планеты (в случае Земли – кора выветривания), в результате чего возникает глобальный геохимический цикл – предтеча био сферы.

Итак, движущей силой геохимических круговоротов является энергия центрального светила – звезды… Поэтому элементарные геохимические циклы на планетах (т. е. прообразы экосистем) существуют в условиях пе риодического падения поступающей в них энергии – в те моменты, когда они в результате вращения планеты оказываются на ее теневой стороне, где ТГ меньше. Эта ситуация неизбежно должна порождать отбор круговоротов на стабильность, т. е. на их способность поддерживать собственную струк туру. Наиболее же стабильными окажутся те круговороты, что «научатся»

запасать энергию во время световой фазы цикла с тем, чтобы расходовать ее во время теневой. Другим стремлением отбора круговоротов, очевидно, должен быть выбор тех, которые обеспечивают увеличение скорости оборо та вовлеченного в них вещества, при этом повышается скорость выравнива ния ТГ;

здесь выигрывать будут те из геохимических циклов, что обзаве дутся наиболее эффективными катализаторами. В конкретных условиях Земли такого рода преимущества возникают при участии высокомолеку лярных соединений углерода в форме живых организмов.

Итак, жизнь в форме химической активности означенных соединений оказывается стабилизатором и катализатором уже существующих на плане те геохимических циклов (включая глобальный). Циклы при этом «крутят ся» за счет внешнего источника энергии. Это уже знакомая нам автокатали тическая система, которая, соответственно, обладает потенциальной спо собностью к саморазвитию, и прежде всего – к совершенствованию самих катализаторов-интермедиатов. Отсюда становится понятным вроде как па радоксальный вывод, к которому независимо друг от друга приходили та кие исследователи, как Дж. Бернал (1969) и М.М. Камшилов (1972): «Жизнь как явление должна предшествовать появлению живых существ». Вот, на верное, почему никто не может сказать, что первично утка или яйцо? Одна ко становится понятна и причина прогрессирующей эволюции биосферы.

Остывание планеты с ее поверхности, коль на ней уже возникла жизнь, не избежно должно приводить к усложнению ее форм, способных не только сохранять геохимические циклы, но и ускорять их. И мы действительно ви дим, что человек как никто другой способен к максимальному ускорению этих циклов. Другое дело, что мы интуитивно опасаемся, что маятник мо жет качнуться в другую сторону, если перейти пик этого ускорения, не слу чайно и возникла такая наука, как экологическая геохимия.

Лекция 6. Эколого-геохимическая характеристика S-элементов Периодический закон в системе химических элементов Д.И. Менде леева проявляется в их физических и химических свойствах. А связано это с особенностями электронной структуры атомов. Элементы типа s, p, d силь но различаются между собой химическими свойствами, что обусловлено характером и последовательностью заполнения уровней и подуровней элек тронных оболочек. Все они занимают строго определенное положение в таблице Менделеева. Каждый последующий элемент в таблице Менделеева имеет на один протон больше, соответственно, и на один электрон больше.

Атом имеет структуру, подобную структуре небесных или планетарных систем, в которых есть центр притяжения и есть объекты притяжения. Ус тойчивость системы обусловлена равенством центростремительных и цен тробежных сил. В атоме имеется ядро, которое является центром притяже ния, и есть электроны – объекты притяжения.

Химические свойства элементов определяются количеством электро нов на внешней орбите. В принципе, есть три крайних типа элементов, от личающихся химическими свойствами: металлы, неметаллы и инертные элементы. Это стало понятно человеку из опыта еще задолго до создания системы элементов.

Это деление и закономерность изменений свойств элементов наибо лее легко воспринимается при сравнении наиболее простых второго и третьего рядов таблицы Менделеева. Слева направо в них от элемента к элементу уменьшаются металлические свойства и соответственно возрас тают неметаллические. И в этом же направлении во внешнем слое растет количество электронов от одного в первой группе и до 8 в восьмой. Метал лы отличаются способностью отдавать свои внешние электроны, которых у них мало – им их и не жалко, а вот неметаллы – они, уже имея больше, предпочитают прихватить чужие электроны. Химические свойства метал лов и неметаллов также зависят от способности или отдавать или прини мать электроны, т. е. или окисляться или восстанавливаться.

Физические свойства металлов связаны не только со строением их атомов, но и со строением кристаллов, в которых внешние электроны ато мов узлов кристаллической решетки образуют как бы внешний общий слой, в котором электроны не имеют жесткой привязки к конкретным ядрам, по этому в металлах возможен свободный ток электронов. Этот слой слабо по глощает фотоны, поэтому металлы отличаются сильным блеском, высокой отражательной способностью. Металлы по сравнению с неметаллами отли чаются большей вязкостью, а следовательно, большей пластичностью, ков костью.

Системность и периодичность таблицы Менделеева в том, что по ме ре увеличения заряда ядер и заполнения электронных оболочек периодиче ски повторяются свойства элементов, но как бы на новом более высоком энергетическом уровне, что отражают группы элементов. Чем ниже в груп пе элемент, тем больше в нем электронных слоев, тем слабее силы связи электронов внешнего слоя с ядром. Отсюда и металлические свойства ниже стоящих в группе элементов возрастают по сравнению с вышестоящими.

Сравните основную подгруппу четвертого ряда. Например, углерод, распо лагаясь во втором ряду, – типичный неметалл, но олово и свинец – типич ные металлы. В пятой группе примерно также обстоит дело, если сравнить фосфор как неметалл и сурьму с висмутом как металлы.

А вот в шестой и седьмой в основных подгруппах металлов нет, там до устойчивости внешнего слоя не хватает лишь самую малость – один-два электрона.

И, наконец, инертные элементы на всех оболочках имеют устойчивую конфигурацию электронов – парную: 2, 8, 18, 32. При этом внешние слои имеют заполненную оболочку из 8 электронов. Так что принцип парности в природе соблюдается на всех уровнях, это залог устойчивости системы.

Все элементы, в которых внешние электроны принадлежат s-орбитам при заполненности внутренних оболочек относятся к семейству s-элемен тов. S-элементы – это все металлы главных подгрупп первой и второй групп – щелочные и щелочноземельные. Они как металлы наиболее активны, при реакции с водой дают щелочи или основания.

Первый ряд таблицы начинается водородом с одним электроном и электронной формулой 1s1, заканчивается гелием с заполненным слоем 1s2.

Эти два элемента, имея весьма простую структуру с одной лишь электрон ной оболочкой, являются прочными образованиями. Гелий при этом харак теризуется заполненной оболочкой, а поэтому инертный, в отличие от во дорода. Эти два элементы являются наиболее распространенными во все ленной, и они выполняют роль основного строительного материала в ней.

При этом чтобы получить из них другие элементы, требуется огромная энергия, возможная лишь в недрах Солнца и звезд.

Лекция 7. Эколого-геохимическая характеристика D-элементов Кроме основных подгрупп в таблице Менделеева имеются и побоч ные, последние включают так называемые d-элементы, а это уже связано с более тонкими особенностями строения атомов, а точнее, их электронных оболочек.

Равенство центробежных и центростремительных сил в атоме можно описать математически с помощью формул квантовой механики, в основе которой лежит представление о двойственной природе физических объек тов – корпускулярной и волновой. Относительную энергию электронов в атоме и их пространственное положение относительно ядра можно описать с помощью четырех так называемых квантовых чисел n, l m, ms. Квантован ность означает дискретность. Все квантовые числа отличаются между собой количественно на целые числа, и между тем выводятся одно из другого.

Они отражают удаленность электронного слоя (орбиты) от ядра – главное квантовое число n. Форму или степень вытянутости этой орбиты отра жает квантовое число l. Магнитное квантовое число m показывает ориен тировку орбиты электрона. Чтобы не путаться, их также обозначают буква ми, например K, L, M, N, O, P, Q соответствуют значениям n от 1 до 7, от минимального до максимального количества электронных оболочек: s, p, d, f – это буквенные обозначения, которые соответствуют второму орбиталь ному квантовому числу. Параметр L численно принимает значение 0, 1, 2, 3, что соответствует 4 типам вытянутости орбиты. Каждое последующее в этом ряду обозначений показывает увеличение вытянутости орбиты и свя зано с п общей формулой от 0 до п – 1.

Орбитальное квантовое число l – называется побочным квантовым числом. Оно отображает электронные структуры вместе с главным кванто вым числом. В сумме они соответствуют количеству энергии, которой об ладает электрон. Чем дальше электрон от ядра, тем больше у него энергии.

При этом второе квантовое число соответствует энергетическому подуров ню, для первой орбиты п = 1 может быть лишь один подуровень s = 0 (0, 1 – 1=0). Поэтому эта орбита сфера, вытянутость ее нулевая. Второй орбита может иметь уже два подуровня 2s, 2p. Для третьей три: 3s, 3p, 3d, но мак симальное число подуровней 4. Наименьшая энергия у электрона первого от ядра К-слоя п = 1 и с s-подуровнем равна 0 (с круговой орбитой, точнее – сферой (1 + 0 = 1) и максимальна у электрона 7-го слоя с f-подуровнем (7 + 3 = 10).

Чем больше значение l, тем больше вытянута орбита электрона.

Магнитное квантовое число m отражает ориентировку орбиты элек трона, а численное значение его – возможное количество таких ориентиро вок в пределах данного энергетического подуровня изменяется в свою оче редь в зависимости от l и численно принимает значения: 0;

–l;

+l (возмож ное число ориентировок в общем случае равно m = 2l+1). Поэтому для s орбитали магнитное число равно нулю (в сфере нет других вариантов ори ентировок) а вот для р-подуровня (1) таких вариантов уже три (0, +1, –1).

Для d-подуровня (2) количество m равно пяти, а для f – семи (–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3). Траектория движения электрона в атоме – это его орбиталь, описываемая тремя квантовыми числами. Она имеет определенное расстоя ние от ядра (первое квантовое число), степень вытянутости (второе число) и ориентировку – магнитное число.

Четвертое квантовое число отражает направление вращения элек трона вокруг собственной оси и называется спином. Так как может быть лишь два варианта такого вращения по часовой или против часовой, то этот спиновый момент вращения измеряется числами –0,5 или +0,5. На каждой орбитали не может быть боле двух электронов (согласно запрету Паули), да и то они должны отличаться спинами.

При большем удалении в пределах орбиты начинает сказываться эф фект ослабления энергии связи внешних электронов с ядром за счет сил от талкивания электронов внутренних оболочек – эффект экранирования, ко торый зависит от значения побочного квантового числа. На одной и той же орбите меньше экранируются электроны более низкого подуровня, которые сильнее проникают во внутренние зоны атома и потому сильнее притяги ваются ядром, поэтому у них меньше свободной энергии.

Электроны при строительстве атома нового элемента последователь но заполняют энергетические уровни и подуровни от более низких к более высоким. Но в сложных многоэлектронных атомах из-за эффекта экрани рования не всегда сохраняется порядок заполнения электронами уровней и подуровней в той последовательности, в которой они обозначены. Энерге тически иногда оказывается выгоднее сначала наполнить электронами та кие подуровни на более высокой (внешней) орбите (максимум заполнения описывается простой формулой 2п2) а после их заполнения вновь возвра щаться к заполнению внутреннего слоя. При этом выгодным оказывается сначала заполнять s-подуровень внешнего слоя и лишь потом d-подуровни в новых элементах. Математически это просто и наглядно описывается с помощью тех же квантовых чисел. Например, суммарная энергия электрона 3d равняется 3+2=5 (d=2), а электрона 4s=4+0=4 (первое правило Клечков ского). Следовательно, состояние электрона 4s выгоднее, чем состояние 3d.

Если подсчитать сумму энергии уровня и подуровня в разных их ком бинациях, можно выстроить ряд последовательности заполнения электрон ных оболочек. В нем окажется, что состояние 4s более выгодно, чем 3d, 5s более выгодно, чем 4d, а 6s выгоднее даже, чем состояние 4f, а 7s, чем 5f.

При равных же значениях энергии предпочтительнее более низкая орбита, т. е. надо ориентироваться на главное квантовое число, и это второе пра вило Клечковского. (4f = 5, d = 7) Как видим, именно подуровень d на всех орбитах уступает s-подуровню даже, если последний принадлежит более высокой орбите. Поэтому элементы с таким типом заполнения элек тронных слоев с не полностью заполненными d-подуровнями называ ются переходными d-элементами. В результате последовательности тако го заполнения d-элементы получают внешнюю орбиту с одним или двумя s-электронами и приобретают металлические свойства. Но при этом пред шествующая оболочка на d-подуровне оказывается незавершенной и запол няется последовательно от элемента к элементу в ряду до полного насыще ния. А далее, снова в первую очередь, заполняется s-подуровень более вы сокого уровня до двух электронов, а потом уж появляются электроны на d подуровне предшествующей оболочки.

В таблице Менделеева эти металлы выделены в пределах побочных групп. Они близки между собой в пределах одной подгруппы, у них не только однотипно построен внешний слой, но и предыдущий. Вот почему золото, серебро, медь химически достаточно близки между собой, легко об разуют твердые растворы. Они хотя и располагаются в первой группе, но это вовсе не щелочи. То же самое относится и к элементам группы железа, группы платины. Атомы 10 элементов побочных групп четвертого периода, начиная со скандия и кончая цинком, относятся к переходным –d-эле ментам, хотя и имеют внешние s-электроны. Но при переходе к каждому последующему, начиная со скандия, новый электрон появляется не во внешнем 4-м слое, а в третьем, заполняя при этом d-подуровень. Все элементов имеют при этом по 2 электрона на подуровне s, поэтому свойства их меняются не сильно с увеличением номера. А элементы группы железа и вообще близки между собой. То же самое, 10 элементов 5-го периода – от иттрия до кадмия – принадлежат к тем же переходным d-элементам.

Лишь после заполнения 5s-подуровня у них начинает заполняться внутрен ний 4-й слой на d-подуровне.

Лекция 8. Эколого-геохимическая характеристика P-элементов Элементы р-семейства занимают среднюю часть таблицы Менде леева, начинаются с бора, т. е. с третьей группы, и это все элементы глав ных подгрупп с III по VII группу, у которых электроны внешнего слоя рас положены на р-подуровне. Р-элементы, начиная с III группы верхних рядов, имеют как бы переходные свойства между металлами и далее представляют типичные неметаллы (C, N, O, F, P, S, Cl и т. д.) В нижних рядах с увеличе нием заряда ядра и усложнением строения электронных оболочек в этих элементах усиливаются металлические свойства, но оксиды их проявляют при этом амфотерные свойства (дают соли как с кислотами, так и с основа ниями.) В минеральном царстве эти элементы могут также выполнять двой ственную функцию или анионов или катионов. Они характерны для ком плексных радикалов, где играют роль как центрального иона, так и лиган дов. Известны классы достаточно широко распространенных минералов, получивших название по центральным ионам в комплексах: бораты, арсе наты, фосфаты, селенаты. В этом и есть геохимическое значение охаракте ризованных семейств элементов.

Таким образом, подводя итоги по данному вопросу, можно сделать вывод, что строение электронных оболочек определяет все свойства хими ческих элементов: s-элементы – очень активные щелочные и щелочно земельные элементы, разлагающие воду с выделением водорода. Все пе реходные d-элементы, хотя и металлы, так как в отличие от первых, ме нее охотно отдают электроны и вытесняются водородом из первичных ми нералов, последние, таким образом, гидролизуясь, замещаются глинистыми минералами. P-элементы занимают среднюю часть таблицы, располагаясь между типичными металлами и инертными элементами. Металличность в них ослабевает в направлении слева направо и снизу вверх.

Лекция 9. Физико-химические барьеры, их экологическая сущность Геохимические барьеры – это участки геологической среды или ландшафта, где резко меняются условия миграции, что приводит к накопле нию определенных форм вещества, в зависимости от внутренних и внешних факторов миграции. Существуют два потока веществ, мигрирующих в фор ме растворов: истинных и коллоидных. При изучении таких барьеров раз личают внутренний и внешний факторы миграции. Первый связан со свой ствами мигрантов, а второй обусловлен свойствами среды миграции. Одна ко следует иметь в виду условность такого деления, так как их влияние обо юдное. Окружающая среда – это также мир химических элементов и их со единений. На поведение элементов в потоке водных растворов оказывает влияние множество факторов, но лучше всего химиками изучено влияние кислотно-щелочного и окислительно-восстановительного потенциалов рН и Еh. Они отражают свойства воды как основного природного растворителя и окислителя. Однако надо иметь, что природная вода – это не стерильные химические растворы лабораторий, это среда обитания множества живых организмов, и прежде всего микроорганизмов, число особей которых со ставляет миллионы в одном см3 воды. И именно они, часто в большей мере, определяют ее свойства, чем сами химические компоненты.

Перельманом выделено восемь основных видов физико-химических барьеров:

• окислительные, • восстановительные, • сульфатно-карбонатный, • щелочной, • кислый, • испарительный, • сорбционный, • термодинамический.

Окислительные и восстановительные виды подразделяются на подви ды по типоморфным элементам.

Окислительные барьеры. Окисление – главный геохимический про цесс в условиях дневной поверхности, где доминирует свободный кислород как основной природный окислитель, поэтому эти барьеры более правильно называть кислородными. Большинство элементов в соединении с кислоро дом устойчивы и образуют преимущественно механические формы (минера лы, породы и их обломки). В составе же комплексных ионных соединений они, наоборот, хорошо растворимые и потому подвижные, легко преодоле вающие кислородные барьеры. Поэтому лишь 5 элементов могут выпадать в осадок из растворов на окислительных барьерах – Fe, Mn, Со, S, Se. При этом первые три из кислых, нейтральных, слабощелочных растворов;

из сильно щелочных – только марганец, а сера и селен – только из сероводородных вод, независимо от значения рН, но при участии сульфатредуцирующих бакте рий. Эпигенетические серные месторождения такого типа возникают на тер ритории распространения нефтегазовых или гипсоносных формаций (запад ные области Украины, Ферганская долина, Шор-Су), Мексиканский залив.

Окислительные барьеры легко диагностируются по яркой красной окраске гидроксидов трехвалентного железа. Их осадки образуются на кислородном барьере при высачивании грунтовых вод в пределах кислых болотистых уча стков долин, наблюдаются по периферии болот. Трубчатой формы гидрокси ды железа образуются вокруг корневищ растений в разрезах луговых почв, где возникают железистые стяжения, бобовины. Они известны и в лесных почвах Западной Европы под названием «роренштейны». Красноцветные толщи песков встречаются в разрезах разного возраста, особенно характерны для неогена, перми, триаса, верхнего девона – геологических эпох, отличаю щихся засушливым и жарким климатом с недостатком влаги, необходимой для перевода железа в растворимые формы.

Восстановительные барьеры. Восстановительные процессы в срав нении с окислительными в верхней части земной коры хотя и подчиненные, но для образования руд металлов и каустобиолитов имеют большое значе ние. Возникают локально в почвах и водоносных горизонтах на участках гниения органики. Выделяют два подвида барьеров сероводородный и глее вый (без сероводорода и кислорода). Первый – сульфидный – образуется при слиянии сероводородных вод с глеевыми или кислородными. При этом в осадке образуются сульфиды порядка пятнадцати элементов. Особое зна чение имеют для образования урановых и медных руд (медистые песчаники в красноцветных толщах).

На глеевом барьере при смешении сероводородных и глеевых вод на капливаются лишь медь, уран, молибден, а при слиянии глеевых сильноще лочных (содовые) и кислородных вод накапливается более широкий спектр металлов: медь, уран, молибден, серебро, хром, мышьяк и ванадий. Визу ально восстановительные от окислительных барьеров отличаются серой, зе леной и голубоватой окраской за счет соединений двухвалентного железа.

Щелочной барьер образуется при слиянии щелочных вод с более кислыми. Имеет очень важное значение для формирования месторождений разных металлов, так как большинство из последних легко растворимы в кислых водах, а в щелочных выпадают в осадок. Исключением являются лишь редкометалльные и редкоземельные элементы, фтор, бор, алюминий, кремний, которые больше растворимы в щелочных условиях.

Кислый барьер означает смену щелочных условий кислыми. Значе ние для концентрации металлов невелико по той причине, что в таких усло виях большинство из них хорошо растворяются в природных водах. Но на этом барьере могут накапливаться редкометалльные и редкоземельные эле менты, фтор, бор, алюминий.

Сульфатно-карбонатный барьер формируется при встрече глубин ных хлоридных вод с карбонатными и сульфатными породами или водами.

В результате обменных реакций возникают эпигенетические жилы карбона тов, сульфатов кальция, бария, стронция.

Испарительный барьер образуется при увеличении концентрации рассола при испарении растворителя. Так образуются галогенные месторо ждения в солеродных водоемах, формируются бескорневые аномалии мно гих металлов при капиллярном подъеме грунтовых вод в засушливых рай онах степей и пустынь.

Термодинамические барьеры – это барьеры, связанные с резкими изменениями температуры и давления растворов. Имеют значение для об разования всех магматических и постмагматических, метаморфогенных и метаморфизованных горных пород и руд.

Лекция 10. Механические барьеры, их экологическая сущность Механические барьеры широко распространены как в природе, так и в искусственных условиях. На них образуются различные отложения терри генных осадков: грубообломочные, пески, глины. Осаждение происходит при уменьшении энергии среды транспортировки механического материала или возникновения механического препятствия – пороги, изгибы рек, ост рова, косы. Это также различного рода инженерные сооружения, предна значенные для накопления воды или препятствующие ее току: водохрани лища, дамбы, плотины, отвалы горных пород, насыпи.

Как правило, природные концентрации химических элементов на ме ханических барьерах не представляют опасности для живых организмов, так как находятся в форме труднорастворимых минералов, обломков пород.


Техногенные барьеры в основном связаны с гидротехническими сооруже ниями. На континентах это чаще всего плотины, перегораживающие реки.

Поскольку они преграждают путь как мелким, так и крупным обломкам, то дифференциация веществ на этих техногенных барьерах гораздо меньше, чем на природных. Промышленных скоплений каких-либо химических эле ментов на техногенных барьерах пока не выявлено. При большой скорости отложения обломочного материала происходит быстрое заполнение водо хранилищ терригенным материалом, поэтому теряет смысл построение плотин в горных районах.

Строительство плотин в нижних частях рек и возникновение на них механических барьеров препятствуют выносу терригенного материала в моря. Это в свою очередь может приводить к разрушению пляжей. Так как практически все крупные реки северо-западной части бассейна Черного мо ря перегорожены плотинами, для предотвращения размыва пляжей в при брежных ландшафтах этой части моря создаются (с учетом морских тече ний) специальные железобетонные сооружения, которые не только предот вращают размыв, но и способствуют восстановлению пляжей. Таким обра зом, создаются новые механические техногенные барьеры.

Осаждение коллоидов из водных потоков на природных механиче ских барьерах не получило широкого распространения, хотя, по мнению ряда исследователей, именно таким путем сформировались мощные толщи лёсса не только в поймах рек, но и в предгорьях. На техногенных барьерах, связанных с плотинами, происходит довольно интенсивное отложение гли нистых коллоидных частиц. Особенно широкое развитие этот процесс по лучил в водохранилищах, созданных в равнинных условиях.

Концентрация соединений, не имеющих природных аналогов, проис ходит как на техногенных, так и на природных механических барьерах. По скольку размеры и масса отдельных обломков различны (от обломков раз личных механизмов и автомобильных покрышек до пробок от бутылок и синтетических кульков), они осаждаются на различных по значимости барьерах практически по всей протяженности загрязненных постоянных и временных потоков, а также на пляжах. К сожалению, масса таких предме тов возрастает, и проблема их ликвидации вскоре может стать одной из ос новных при решении многих экологических задач.

Лекция 11. Биогеохимические барьеры, их экологическая сущность В живых организмах особое значение имеют биофильные элементы (макрокомпоненты), содержание которых составляет в среднем более 0,01 % (кислорода – 70 %, углерода – 18 %, водорода – 10,5 %, кальция – 0,5 %, калия – 0,1 %, азота более – 0,3 %, кремния – 0,2 %, магния – 0,04 %, фосфора – 0,07 %, серы – 0,05 %, натрия – 0,02 %, хлора – 0,02 %, железа – 0,01 %). Содержание других элементов меньше (микроэлементы), но роль некоторых из них функционально важная, и содержание некоторых из них будет выше средних значений для микроэлементов. Определенные виды растений имеют «пристрастие» к некоторым микроэлементам. Береза, ягель, кукуруза концентрируют золото. Такие виды их получают даже соб ственное название по таким элементам. Существует, например, цинковая (галмейная) флора. Из всех металлов кальция в живых организмах более всего (скелет, зубы).

Если сравнить элементный состав живых организмов с кларками зем ной коры или горных пород, легко увидеть, что соотношение элементов в организмах иное, что качественно отличает косную и живую материю. Ус тановлено, что организмы избирательно концентрируют в себе необходи мые им элементы, часто совершенно не сообразуясь с пропорциями их в окружающей среде.

Биогеохимические барьеры имеют разные масштабы. Глобальным яв ляется в целом вся биосфера, растительный покров. Отдельные индивиды растений могут создавать единичные барьеры. К локальным биогенным барьерам, например, относятся колонии сульфатредуцирующих бактерий.

Последние в породах и водах, богатых органикой, разлагают сульфаты и органическое вещество. Кислород из сульфатных радикалов идет для окис лительных процессов (дыхание, окисление органики), а сера восстанавлива ется до сероводорода или до самородного состояния, образуется также и углекислота. Продуктами такой жизнедеятельности являются так называе мые лебедениты, сульфидно-карбонатные породы, часто обнаруживаемые на контакте углеродистых сланцев и магнетитовых кварцитов толщ ранне протерозойского возраста. В них обнаруживаются микроскопические сфе роидные углеродистые образования, которые могли принадлежать этим организмам. Микробиологи выделили многочисленные группы современ ных сульфатредуцирующих бактерий и в засоленных почвах, и в илах соле вых озер и морей, в водоносных горизонтах нефтегазовых и угольных ме сторождений. Перельман подчеркивал огромное значение их деятельности при образовании сульфидных экзогенных месторождений Средней Азии.

При повышенной концентрации химических веществ в почвах, атмо сфере, природных водах растения обычно в своем зольном остатке обнару живают также аномальные концентрации этих элементов. Это используется при биогеохимических методах поисков месторождений или оценке загряз нения территорий. Однако растения, произрастая на геохимических анома лиях при значительных превышениях ПДК, могут испытывать определен ный прессинг от избытка элементов, что отражается на внешнем облике, фенологических фазах развития. Это явление получило название тератоло гических изменений и используется в качестве индикаторного признака экологического неблагополучия.

Лекция 12. Преобладающие особенности поведения химических элементов в зоне гипергенеза Зона гипергенеза отвечает приповерхностной части земной коры, а еще более точно – зоне сочленения литосферы, гидросферы и атмосферы, в пределах которой, собственно, и сформировалась биосфера в условиях от носительно низких температур, низкого давления, наличия свободной воды, кислорода, что необходимо для существования сложных белковых молекул, составляющих основу жизни. Эти условия и характеризуют геохимические особенности зоны гипергенеза, интенсивность и направленность химиче ских (биохимических) реакций, характера их продуктов. Окисление, гидро лиз и гидратация – вот главные типы химических реакций здесь. Исходным продуктом для них являются все типы горных пород, обнажающихся на по верхности равно как магматические, так метаморфические и осадочные. И чем больше отличаются минеральные ассоциации пород по условиям обра зования от условий гипергенных, тем существеннее их изменения, как след ствие приспособления к изменившимся условиям ОС в полном соответст вии с принципом противодействия Ле Шателье.

Вода, гравитация, организмы, сезонные и суточные колебания темпе ратур, кислород, углекислота, солнечная радиация – вот основные факторы химического преобразования исходных пород в зоне гипергенеза.

Совместное действие этих факторов приводит к механическому и хи мическому разрушению горных пород, составляющих их минералов, к раз делению (дифференциации) как реликтового (остаточного), так и новообра зованных продуктов. Это может происходить на месте залегания пород, и тогда образуется элювий или кора выветривания. При удалении продуктов выветривания и на пути миграции их к промежуточным и конечным бази сам эрозии возникает целый каскад генетических типов отложений: делю вий, пролювий, аллювий. Все минералы исходных пород имеют разную ги пергенную устойчивость, обратную кристаллизационному ряду Боуэна. По этому легче всего разрушаются темноцветные минералы, содержащие же лезо и основания, а из лейкократовых – основные кальциевые плагиоклазы.

Кварц, мусковит, микроклин и некоторые акцессорные минералы оказыва ются наиболее устойчивыми и образуют механическую компоненту оста точных продуктов выветривания, дальнейшая миграция которых и осажде ние на механических барьерах приводит к накоплению песков. При этом минеральный состав песков будет различным в зависимости от скорости денудации и захоронения осадков. В мобильных геоструктурах и горных областях формируются плохо сортированные полимиктовые пески, а в рав нинных платформенных – олигомиктовые и мономиктовые пески, в кото рых доля кремнезема может доходить до 90 %. В них, как и в элювии, могут накапливаться устойчивые акцессорные минералы, такие как циркон, мона цит, рутил, ильменит, касситерит, золото, алмаз, платиноиды, давая место рождения россыпей элювиальные, аллювиальные и морские.

Алюмосиликаты и темноцветные минералы при химическом вывет ривании гидролизуются. При этом в них происходит замещение металлов ионами воды. Водород, вытесняя металлы из решеток первичных минера лов, превращает их в глинистые минералы, например в каолинит, в котором из металлов сохраняется лишь алюминий. Так образуются элювиальные глинистые продукты выветривания, которые, по сути, являются кислотной частью продуктов гидролиза. Гидроксил ион мигрирует за пределы коры выветривания и, достигая конечного базиса эрозии, повышает щелочность морских и океанических вод. Щелочи и щелочноземельные элементы, обра зуя подвижные, легкорастворимые соединения, также мигрируют к конеч ному базису эрозии, поддерживая его солевой баланс. Новообразованные малоподвижные гидроокислы железа, алюминия, отчасти кремнезема могут входить в состав глин элювия. В условиях латеритного выветривания обра зуется латерит или боксит, породы, сложенные из устойчивых полуторных окислов железа, алюминия и кремния. Присутствие в составе новообразо ванных минералов ионов воды или ее молекул, окисных форм железа явля ется наиболее характерной особенностью гипергенных минералов.

Кроме того, если для большинства магматических пород характерно доминирование натрия над калием, то для гипергенных наблюдается обрат ное соотношение щелочей за счет того, что ион калия имея больший ради ус, легче сорбируется глинами.


Щелочноземельные элементы в значительной массе рассеиваются в рас творенном виде в природных водах или концентрируются в виде карбонатов в известняках, доломитах, используются организмами для построения скелета или раковин. То же самое относится и к растворимой части кремнезема.

Для зоны гипергенеза характерна так называемая минерализация ор ганики с рассеванием углерода в глинистых, карбонатных породах или об разование месторождений горючих ископаемых битумного и каустобиоли тового ряда.

Итак, главный результат гипергенеза в отношении химических эле ментов – это разделение, дифференциация, их во времени и пространстве по плотности и растворимости с образованием новых генетических типов по род: элювиальных, эоловых, гидрогенных. При достаточном геологическом времени формируются коры выветривания в пределах водоразделов на кон тинентах. При денудации последних происходят переотложения продуктов выветривания в пониженных частях суши и в прилегающих морях. Здесь накапливаются наиболее подвижные продукты разрушения первичных гор ных пород.

Гипергенные процессы и их продукты представляют собой первич ную основу для существования живых организмов. Последние, с одной сто роны, приспосабливаются к этим процессам, черпая в них энергию и веще ство, а с другой стороны – по законам обратной связи трансформируют эту среду, приспосабливая ее для себя. Так образуются биокосные системы, та кие как почва, болота, водоемы. Именно в гипергенных условиях формиру ются геохимические циклы элементов, поддерживающих стабильность и жизнь всей планеты в целом, а также и человека.

Лекция 13. Техногенное рассеивание и концентрирование элементов С точки зрения экологической геохимии, с двадцатого века изменя ются условия миграции (внешние факторы). Появляются новые, техноген ные источники интенсивного вовлечения химических элементов в геохими ческий цикл миграции;

во многом изменились и сами малые циклы мигра ции;

широкое распространение получила не просто техногенная миграция, а, как выделил из нее А.И. Перельман – миграция социальная, вообще не имеющая природных аналогов. Часть этих изменений носит глобальный (биосферный) характер, часть – региональный или местный.

К глобальным изменениям относят увеличение в биосфере концен трации углекислого газа;

уменьшение мощности озонового слоя, вплоть до образования «дыр»;

начинающееся повышение температуры в биосфере;

ее металлизацию и т. п. К региональным и местным изменениям – резкое уве личение в атмосфере определенных регионов содержания пыли, оксидов серы;

повышение концентрации ряда соединений в почвах сельскохозяйст венных ландшафтов и т. п. В целом же, как уже отмечалось, идет рост пло щадей, занимаемых техногенными ландшафтами, за счет биогенных и даже абиогенных ландшафтов. Все эти изменения в биосфере, связанные с пер выми периодами формирования ноосферы, внесли свои коррективы в ранее существовавший процесс природной миграции. Таким образом, миграция химических элементов в биосфере (и в ее биогенных, а также техногенных ландшафтах) идет под воздействием как природных, так и антропогенных факторов. При этом роль последних постоянно возрастает.

Относительно условно массу химических элементов, миграция кото рых в перечисленных формах нахождения связана с начавшимся формирова нием ноосферы, можно разделить на две группы. К первой относится масса элементов (их соединений), поступление и миграция которых обусловлены работой промышленных предприятий и транспорта, а ко второй – непосред ственно сельскохозяйственным производством. Это связано с тем, что веще ства, относимые к первой группе, поступают в биосферу преимущественно в местах большого скопления жителей (в населенных пунктах), а вещества второй группы оказывают большое влияние на качество продуктов питания.

Такое разделение удобно и для последующей выработки конкретных реко мендаций по улучшению состояния среды, окружающей человека.

Значительная часть поступающих в атмосферу твердых коллоидных частиц изначально содержит тяжелые металлы, способствуя отмечаемой многими исследователями металлизации биосферы. От металлургических предприятий таким путем поступают в значительных количествах Fe, Mn, Со, As, РЬ, Zn, W, Cu, Cd и др.

В результате осаждения промышленных аэрозолей состав об разующихся крупных техногенных аномалий идентичен. При этом во мно гих лито- и биогеохимических аномалиях коэффициент аномальности ряда элементов, находящихся в наибольших концентрациях и относимых к так называемым приоритетным загрязняющим веществам, может быть в раз выше, чем у других элементов, составляющих эти же аномалии. Круп ные лито- и биогeoхимические аномалии, образующиеся за счет осаждения техногенных аэрозолей, часто встречаются вблизи относительно не боль ших селитебных ландшафтов (регионального и местного значения), а также у рудников и обогатительных фабрик.

Чем больше разноименно заряженных частиц находится в определен ной части атмосферы (над отдельным предприятием, городом), тем чаще они сталкиваются, соединяются и оседают (Б.А. Алексеенко, 1994). Расчеты показывают, что скорость оседания коллоидных частиц в воздухе в 600 раз больше, чем в воде.

Итак, чем больше разнообразных предприятий – источников разноза ряженных аэрозолей находится рядом, тем меньше становится дальность переноса частиц аэрозолей. В данном случае, с одной стороны, уменьшают ся глобальные (с точки зрения пространственного распространения) по следствия атмосферного переноса коллоидов техногенной природы, а с дру гой стороны, на относительно небольшой территории (обычно с макси мальной плотностью населения, среди которого дети с еще только форми рующимся организмом) оседает максимум загрязняющих веществ в колло идной форме. В результате резко возрастает их токсичное воздействие.

Это при учете большого количества крупных промышленных центров в различных частях биосферы позволяет относить последствия рассматри ваемого переноса к глобальным явлениям в биосфере. Здесь уместно отме тить, что отрицательные последствия концентрации веществ из аэрозолей не всегда пропорциональны массе последних. Миллиграммы аэрозолей Рb, находящиеся в атмосфере городов и попавшие через легкие в организм че ловека, гораздо опаснее килограммов природных глинистых частиц, пере носимых в виде аэрозолей.

В результате осаждения большого количества аэрозолей в черте горо дов, в их почвах и растениях, повышены концентрации многих химических элементов, и в первую очередь металлов. Почвы значительных по размерам селитебных ландшафтов можно рассматривать как крупные техногенные литохимические аномалии, образовавшиеся преимущественно за счет осаж дения коллоидных частиц из атмосферного воздуха. Основными источни ками этих частиц являются различные промышленные предприятия и транспорт.

Изучение таких аномалий показало, что, несмотря на различные кли матические и ландшафтно-геохимические условия, а также на преобладание в городах различных предприятий, элементный состав всех изучаемых ано малий практически одинаков: Pb, Zn, Cu, Мо, Со, Cr, Ba, Ni, Mn, Y, Ga, Ti, Sr. Однако значения коэффициентов аномальности этих элементов могут существенно отличаться.

Лекция 14. Геохимия природных вод, их классификации и антропогенные изменения Природная вода – это не химическое вещество, а особое биокосное тело, обладающее свойствами самых разных растворов. Температура – важнейший параметр природных вод, который во многом определяет состав водных растворов, условия миграции и формы нахождения элементов, ско рость химических реакций. Четко выделяется группа холодных и слаботер мальных вод, в которых возможна энергичная бактериальная деятельность.

Несколько условно 40 °С считается ее верхней границей. Эта так назы ваемая «характерная температура Менделеева», при достижении которой происходит резкое изменение ряда физических свойств вод, и в частности ее электропроводности;

и это же значение также, сверху ограничивает зону гипергенеза. Выше 40° начинается область гидротермальных процессов, ко торая разделяется на несколько температурных интервалов. Важным рубе жом служит критическая температура, выше которой невозможна жидкая вода (несмотря на высокое давление). Для чистой воды это 374,1°, для сильноминерализованных вод до 450°. При более высоких температурах существуют надкритические растворы, т. е. газовые растворы, в которых мигрируют многие элементы. Особенно характерны летучие хлориды и фториды металлов. При высоких давлениях сильно сжатый водяной пар ве дет себя аналогично жидкой воде, молекулы Н2О в нем ассоциированы. Та кие газово-жидкие растворы именуют флюидами. Они играют важную роль в формировании многих магматических и постмагматических пород и руд.

Л.Н. Овчинников и В.А. Масалович выделили семь особых темпера турных точек воды, отвечающих ее структурным превращениям: 4, 40, 85, 165, 225, 340 и выше 400 град. Учитывая эти и другие построения, можно по температуре выделить четыре группы вод:

1) холодные и слаботермальные воды верхней части земной коры (до 40°), 2) горячие и умеренно перегретые (40–200°), 3) сильно перегретые (200–375°), 4) флюидные (выше 375 °С).

Состояние наших знаний позволяет разработать геохимическую клас сификацию природных вод только для первой группы.

Все воды в природе содержат растворенные газы, ионы, недиссоции рованные молекулы, многие – коллоидные частицы. При геохимической классификации необходимо четко определить таксономическое значение каждого компонента вод. Задача эта решалась по-разному. В.И. Вернадский считал воду особым минералом и выделил 485 ее видов, отмечал, что общее их число превышает 1500.

Все воды этот ученый разделил на три подгруп пы по фазовому состоянию: твердую воду (льды), газообразную (надземные и подземные пары) и жидкую. В жидкой воде были выделены классы пре сных, соленых и рассольных вод. Вернадский считал, что классификация должна учитывать не только геохимические особенности вод, но и физико геологические параметры, характер водовместилищ. На этом основании он выделял царства, подцарства и семейства вод. Так, подгруппа жидкой воды включает царства поверхностных, подземных и глубинных вод. Семейства выделяются по формам нахождения вод в земной коре: семейства озерных, болотных, речных, пластовых и других вод. Это все обыденные понятия, выработанные жизнью, подчеркивал ученый. Большое значение он прида вал газовому составу вод, выделял кислородные, углекислые, азотные, ме тановые сероводородные и водородные воды (таксономическое значение газов выше ионов). Для каждого вида вод Вернадский приводил химиче ский элементарный состав в порядке убывания содержания элементов. Дан ная классификация по сути ландшафтная, так как она учитывает не только геохимические особенности вод, но и физико-географические и геологиче ские условия их распространения и залегания. По широте охвата и глубине анализа классификация Вернадского намного опередила свое время и сыг рала выдающуюся роль в развитии геохимии. Она не потеряла научного значения и в настоящее время.

Возможна в принципе и чисто геохимическая классификация вод.

Развивая идеи Вернадского о роли растворенных газов, А.М. Овчинников разработал «гидрогеохимическую систему природных вод», в которой выде лены воды с газами окислительной обстановки (N2, O2, СO2), воды с газами восстановительной обстановки (СН4, H2S), воды с газами метаморфической обстановки (СO2 и др.). Дальнейшую систематику он проводит по соотно шению катионов (Na+, К+, Са+2).

В гидрогеохимии нашла широкое признание классификация Пе рельмана, которая включает 6 таксонов: группа, тип, класс, семейство, род и вид.

В первом таксоне две температурные группы: холодные и горячие до умеренно перегретых (40–200°), каждая из групп разделяются на три типа по окислительно-восстановительным условиям: окислительные, глеевые, сероводородные. В свою очередь типы делятся по рН на 4 класса: сильно кислые (менее 3), слабокислые (3,5–6), нейтральные и слабощелочные (6,5– 8.5), сильнощелочные.

Семейств по общей минерализации природных вод пять:

1. Ультрапресные воды ( 0,1 г/л) широко распространены в природе, к ним относятся многие атмосферные осадки, поверхностные и грунтовые воды материков в районах влажного климата. Эти воды не насыщены прак тически всеми минеральными соединениями, поэтому из них не осаждают ся соли. Наоборот, они обладают большой растворяющей способностью.

2. Пресные воды (0,1–1 г/л) характерны для большинства рек и озер влажного климата, многих грунтовых, пластовых и трещинных вод. Эти во ды составляют главную базу питьевого и технического водоснабжения.

3. Солоноватые воды (1–3 г/л) широко распространены в степях, пус тынях и сухих саваннах, в артезианских бассейнах. Они насыщены СаСО3, МgСО3, и частично CaSO4. Поэтому растворяющая способность вод ослаб лена, при небольшом повышении концентрации из них осаждаются трудно растворимые соли, которые обусловливают карбонатизацию и огипсование почв и пород.

4. Соленые воды (3–36 г/л). К ним относятся океанические, многие поверхностные и подземные воды материков. Это самые распространенные воды нашей планеты.

5. Рассолы ( 36 г/л). Они характерны для некоторых соленых озер, глубоких горизонтов пластовых вод, глубоких трещинных вод изверженных пород. Преобладают хлоридные рассолы. Е.В. Пиннекер делит рассолы на слабые (36–150 г/л), крепкие (150–320 г/л), весьма крепкие (320–500 г/л) и предельно насыщенные ( 500 г/л).

По содержанию органического растворенного вещества выделяется 4 рода вод:

1. Воды, богатые РОВ гумусового ряда, в соединении с которыми мигрируют и многие рудные элементы.

2. Воды, богатые РОВ нефтяного ряда, особенно характерные для глубоких подземных вод нефтегазовых месторождений. Среднее содержа ние Сорг здесь, по В. М. Швецу, колеблется от 35 до 800 мг/л (максимум 4500 мг/л). В составе РОВ преобладают низкомолекулярные жирные кисло ты, обнаружены также нафтеновые кислоты, бензол, толуол, фенолы, спир ты, сложные эфиры. Есть и вещества гумусового ряда.

3. Воды, бедные РОВ. К ним относятся воды некоторых горных рек, изверженных пород, аридных районов, высокогорных озер и т. д.

4. Воды, промежуточные по содержанию РОВ, к которым относятся океанические и многие другие воды.

Виды природных вод делятся уже по ионному составу:

Почти все химические элементы мигрируют в ионной форме, но сис тематическое значение имеют только ведущие ионы, т. е. ионы элементов с высокими кларками – О, Са, Mg, Na, К, Cl, S и др. Редкие элементы из-за низкого кларка содержатся в водах в ничтожных количествах – часто менее n·10–5 г/л (до n·10–14 г/л у Ra). Это исключает существенное влияние их ио нов на геохимические свойства вод, т. е. на способность вод определять ус ловия миграции элементов.

Ионный состав вод определяет их важные геохимические особенно сти, использование в народном хозяйстве и медицине – пригодность для во доснабжения, орошения, лечения болезней и т. д. Поэтому определение в водах шести главных ионов выполняется при любых исследованиях вод.

Объем информации по данному вопросу огромен. Это, естественно, вызва ло необходимость классифицировать воды по ионному составу, по преоб ладанию тех или иных ведущих ионов (при этом учитывают не массовые, а эквивалентные количества ионов).

В зоне гипергенеза в водах наиболее распространены шесть ионов – три катиона (Са2+, Mg2+, Na+) и три аниона (НСОЗ–, SO42–, Cl–). Реже веду щее значение приобретают карбонат-ион (СО3–), гидросульфид-ион (HS–), сульфид-ион (S2–). В гидротермах возрастает роль и других ионов, напри мер фтор-иона (F–). Исключительно велико значение Н+. и ОН–-ионов, по содержанию которых выделяются крупные таксоны – классы вод.

Большинство ионов металлов в водах представлены гидроксоком плексами, полимерными ионами и комплексными соединениями с анио нами. Например, U6+ в растворах образует сложный катион уранил UO22+, который нередко дает гидроксокомплексы или входит в состав комплекс ных анионов. Поэтому в водах в зависимости от их свойств могут присутст вовать UO22+, UO2(ОН)+, UO2(СОЗ)2+(Н2О)22–, UO2(CO3)34– и другие ионы, а также недиссоциированные молекулы UO2(ОН)2. Комплексные ионы очень характерны и для термальных вод.

Анализ газово-жидких включений, изучение состава гидротермаль ных минералов, термодинамические расчеты свидетельствуют о большом разнообразии ионов гидротерм, например для Сu свинца, молибдена. Рас пространены молибден-урановые комплексы. В.Л. Барсуков показал, что в переносе олова большое значение имеют фторгидроксильные комплексы типа Sn(F, OH)62–.

Среди ведущих ионов в гидротермах большое значение придается хлор-иону (Cl–), многие гидротермы имеют хлоридный состав. Этот ион об разует растворимые комплексы типа MeCl+ с большинством металлов.

В связи с широким распространением в водах комплексных ионов обычная форма выражения химических анализов вод в виде простых ионов, как правило, не отражает реального ионного состава вод.

Большинство авторов выделяют по анионному составу гuдрокарбо натные (карбонатные), сульфатные и хлоридные виды воды. Дальнейшее деление проводится по катионам и соотношениям ионов. Число видов вод как наиболее мелкой таксономической единицы велико. Возможно, что ра ционально выделять виды по анионам, подвиды – по катионам, разности – по их соотношению и т. д. Все классификации вод по ионному составу от носятся к холодным и слабонагретым водам. В горячих и перегретых водах состав ведущих ионов существенно меняется, в них большое значение при обретают анионы кремневой, фтористоводородной и других кислот.

Ионный состав вод при всем его большом научном и практическом значении все же часто не определяет геохимическое своеобразие вод. Во многих случаях его роль отступает на задний план, так как в водах химиче ские элементы находятся как в ионной, так и вне ионной форме. Именно поэтому свойства ионов не могут объяснить все особенности водной мигра ции. Для объяснения специфики некоторых вод, например богатых РОВ, они вообще неприменимы. Использование в подобных случаях данных о шестикомпонентном составе, понятия ион-радиусах и других характеристи ках ионов в качестве главных характеристик вод методологически несо стоятельно.

Также одной из наиболее принятых в гидрохимии классификаций природных вод по концентрации основных компонентов является класси фикация О.А. Алёкина, сочетающая принцип деления по преобладающим ионам с количественным соотношением между ними (рис. 5). Все природ ные воды делятся по преобладающему аниону на три класса: гидрокарбо натные, сульфатные и хлоридные. Каждый класс по преобладающему ка тиону, в свою очередь, разделен на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. В пределах каждой группы, исходя из соотношения между ио нами в эквивалентах, выделено четыре типа вод:

I. HCO3 Ca2+ + Mg2+.

II. HCO3 Ca2+ + Mg2+ HCO3– + S042–.

III. НСО3 + SO42– Ca2+ +Mg2+ + или Cl– Na+.

IV. НСО3=0.

Тип I – воды в основном слабоминерализованные, образующиеся в резуль тате выщелачивания изверженных пород или ионно-обменных процессов.

Тип II – воды смешанного происхождения, формирующиеся в результате взаимодействия вод как с осадочными породами, так и с продук тами выветривания изверженных пород. Это преимущественно воды рек, озер и подземные воды малой минерализации.

Тип III – воды, химический состав которых сформировался под влиянием процессов метаморфизации. Это сильноминерализованные подзем ные воды, а также воды океанов, морей и минеральных озер.

Тип IV – кислые воды, характеризующиеся отсутствием НСО3. Это болот ные, шахтные и вулканические воды.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 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.