МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Курганський ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Контрольна робота
з екології
студента заочного відділення 1 курсу
економічного факультету
Екимова Євгена Вікторовича
Курган 2002
1. З яких частин складається біогеохімічний кругообіг речовин?
Кругообіг речовин на Землі - повторювані процеси перетворення і переміщення речовини в природі, що мають більш-менш виражений циклічний характер. Ці процеси мають певний поступальний рух, тому що при так званих циклічних перетвореннях у природі не відбувається повного повторення циклів, завжди є ті чи інші зміни в кількості і складі виникають речовин.
Кругообіг речовин на Землі складається з безлічі різноманітних повторюваних в основних рисах процесів перетворення і переміщення речовини. Окремі циклічні процеси являють собою послідовний ряд змін речовини, що чергуються з тимчасовими станами рівноваги. Як тільки речовина вийшло з даної термодинамічної системи, з якою воно знаходилося в рівновазі, відбувається його подальша зміна, поки воно не вернеться частково до первісного стану. Повного повернення до початкового стану ніколи не відбувається. Яскравою ілюстрацією цього може служити кругообіг води в природі.
Схема кругообігу води
З поверхні океану випаровується щорічно величезну кількість води, але при цьому порушується її ізотопний склад: вона стає біднішою важким воднем в порівнянні з океанічною водою (у результаті фракціонування ізотопів водню при випаровуванні). Між поверхневим шаром води океану і масою води більш глибоких його зон існує свій регулярний, сталий обмін. Між парами води і водою атмосфери і водойм встановлюються локальні тимчасові рівноваги. Пари води в атмосфері конденсуються, захоплюючи гази атмосфери і вулканічні гази, а потім вода обрушується на сушу. Частина води при цьому входить у хімічні сполуки, інша у вигляді кристаллогидратной, сорбированной і багатьох ін форм зв'язується пухкими опадами земної кори, погребается разом з ними і надовго залишає основний цикл. Опади у процесі метаморфізації і занурення в глиб Землі під впливом тиску і високої температури (наприклад, інтрузії) втрачають воду, яка піднімається по порах порід і з'являється у вигляді гарячих джерел або пластових вод на поверхні Землі, або, нарешті, викидається з парами при вулканічної діяльності разом з деякою кількістю ювенільних вод і газів. Інша ж, основна маса води, витягуючи розчинні сполуки з порід літосфери, руйнуючи їх, стікає ріками назад в океан.
Інший приклад - круговорот кальцію. Вапняки (як і ін породи) на континенті руйнуються, і розчинні солі кальцію (двовуглекислі та ін) ріками зносяться в море. Щорічно в море скидається з континенту близько 5-10 8 т кальцію. У теплих морях вуглекислий кальцій інтенсивно споживається нижчими організмами - форамініферами, коралами та інших - на будівництво своїх скелетів. Після загибелі цих організмів їх скелети з вуглекислого кальцію утворюють опади на дні морів. Згодом відбувається їх метаморфизация, в результаті чого формується порода - вапняк. При регресії моря вапняк оголюється, виявляється на суші і починається процес його руйнування. Але склад знову утворюється вапняку дещо іншою. Так, виявилося, що палеозойські вапняки більш багаті вуглекислим магнієм і супроводжуються доломітом, вапняки ж молодші - біднішими вуглекислим магнієм, а освіти пластів доломітів в сучасну епоху майже не відбувається. Нарешті, при злитті лави вапняки частково можуть бути нею асимільовані, тобто увійти до великої К. в.
Т. о., Окремі циклічні процеси, що складають загальний кругообіг речовин на Землі, ніколи не є повністю зворотними. Частина речовини в повторюваних процесах перетворення розсіюється і відволікається в приватні кругообіги або захоплюється тимчасовими рівновагами, а інша частина, яка повертається до попереднього стану, має вже нові ознаки.
Тривалість того пли іншого циклу можна умовно оцінити по того часу, яке було б необхідно, щоб вся маса даної речовини могла обернутися один раз на Землі в тому чи іншому процесі.
Табл. 1. - Час, достатнє для повного обороту речовини
У кругообігу речовин беруть участь хімічні елементи й сполуки, більш складні асоціації речовини і організми. Процеси зміни речовини можуть носити переважно характер механічного переміщення, фізико-хімічного перетворення, ще більш складного біологічного перетворення або носити змішаний характер.
Класифікація круговороту речовин на Землі ще не розроблена. Можна говорити, наприклад, про круговоротах окремих хімічних елементів або про біологічному кругообігу речовин у біосфері; можна виділити круговорот газів атмосфери або води, твердих речовин у літосфері і, нарешті, круговорот речовин у межах 2-3 суміжних геосфер. Вивченням кругообігу речовин займалися багато російські вчені. В. І. Вернадський виділив геохімічну групу так званих циклічних хімічних елементів; до них відносять практично все широко поширені і багато рідкісних хімічні елементи, наприклад вуглець, кисень, азот, фосфор, сірку, кальцій, хлор, мідь, залізо, йод. В.Р. Вільямс і багато ін розглядали біологічні цикли азоту, вуглекислоти, фосфору та інших у зв'язку з вивченням родючості грунтів. З циклічності хімічних елементів особливо важливу роль у біогенному циклі грають вуглець, азот, фосфор, сірка.
Вуглець - основний біогенний елемент, він грає найважливішу роль в утворенні живої речовини біосфери. Вуглекислий газ з атмосфери в процесі фотосинтезу, здійснюваного зеленими рослинами, асимілюється і перетворюється в різноманітні і численні органічні сполуки рослин. Рослинні організми, особливо нижчі мікроорганізми, морський фітопланктон, завдяки винятковій швидкості розмноження продукують в рік близько 1,5-10 11 т вуглецю у вигляді органічної маси, що відповідає 5,86-10 20 дж (1,4-10 20 кал) енергії . Рослини частково поїдаються тваринами (при цьому утворюються більш або менш складні харчові ланцюги). У підсумку органічна речовина в результаті дихання організмів, розкладу їхніх трупів, процесів бродіння, гниття та горіння перетворюється у вуглекислий газ або відкладається у вигляді сапропелю, гумусу, торфу, які, у свою чергу, дають початок багатьом ін каустобиолитам - кам'яним вугіллям, нафти , горючим газам.
Схема кругообігу вуглецю
У процесах розпаду органічних речовин, їх мінералізації величезну роль відіграють бактерії (наприклад, гнильні), а також багато грибів (наприклад, плісняві).
В активному круговороті вуглецю бере участь дуже невелика частина всієї його маси. Величезна кількість вугільної кислоти законсервовано у вигляді викопних вапняків та ін порід. Між вуглекислим газом атмосфери і води океану, в свою чергу, існує рухома рівновага.
Табл. 2. - Зміст вуглецю на поверхні Землі й у земній корі.
Багато водні організми поглинають вуглекислий кальцій, створюють свої кістяки, а потім з них утворюються пласти вапняків. Атмосфера поповнюється вуглекислим газом завдяки процесам розкладання органічної речовини, карбонатів і ін, а також в результаті індустріальної діяльності людини. Особливо потужним джерелом є вулкани, гази яких складаються головним чином з вуглекислого газу і пари води. Деяка частина вуглекислого газу і води, вивергає вулканами, відроджується з осадових порід, зокрема вапняків.
Джерелом азоту на Землі був вулканогенні NH 3, окислений O 2 (процес окислення азоту супроводжується порушенням його ізотопного складу - 14 N-15 N). Основна маса азоту на поверхні Землі знаходиться у вигляді газу (N 2) в атмосфері. Відомі два шляхи його залучення в біогенний кругообіг: 1) процеси електричного (в тихому розряді) і фотохімічного окислення азоту повітря, що дають різні окисли азоту (NO 2, NO '3 та ін), які розчиняються в дощовій воді і вносяться т.ч. . в грунти, воду океану; 2) біологічна фіксація N 2 бульбочкових бактерій, вільними азотфиксаторами та ін мікроорганізмами. Значення азоту в обміні речовин організмів загальновідомо. Він входить до складу білків та їх різноманітних похідних. Залишки організмів на поверхні Землі або поховані в товщі порід піддаються руйнуванню при участі численних мікроорганізмів. У цих процесах органічний азот піддається різним перетворенням. У результаті процесу денітрифікації при участі бактерій утвориться елементарний азот, що вертається у атмосферу. Так, наприклад, спостерігаються підземні газові струмені, що складаються майже з чистого N 2. Біогенний характер цих струменів доводиться відсутністю в їх складі аргону (40 Ar), звичайного в атмосфері. При розкладанні білків утворяться також аміак і його похідні, що попадають потім у повітря й у воду океану. У біосфері в результаті нітрифікації - окислювання аміаку та ін азотовмісних органічних сполук за участю бактерії Nitrosomonas і нітробактерій - утворюються різні оксиди азоту (N 2 O, NO, N 2 O 3 та N 2 O 5). Азотна кислота з металами дає солі. Калійна селітра утворюється на поверхні Землі в кисневій атмосфері в умовах жаркого й сухого клімату в місцях відкладень залишків водоростей. Скупчення селітри можна спостерігати в пустелях на дні ніш видування. У результаті діяльності денитрифицирующих бактерій солі азотної кислоти можуть відновлюватися до азотистої кислоти і далі до вільного азоту.
Схема кругообігу азоту
Джерело фосфору в біосфері - апатит, що зустрічається у всіх магматичних породах. У перетвореннях фосфору велику роль відіграє жива речовина. Організми витягають фосфор з грунту, водних розчинів. Фосфор входить до складу білків, нуклеїнових кислот, лецитином, фітину та ін органічних сполук; особливо багато фосфору в кістках тварин. Із загибеллю організмів фосфор повертається в грунт і у донні відкладення. Він концентрується у вигляді морських фосфатних конкрецій, відкладень костей риб, гуано, що створює умови для утворення багатих фосфором порід, які, у свою чергу, служать джерелами фосфору в біогенному циклі.
Схема кругообігу фосфору
Кругообіг сірки також тісно пов'язаний з живою речовиною. Сірка у вигляді триокиси (SO 3), двоокису (SO 2), сірководню (H 2 S) і головним чином елементарної сірки викидається вулканами. Крім того, в природі є у великій кількості різні сульфіди металів: заліза, свинцю, цинку та ін сульфідна сірка окислюється в біосфері при участі численних мікроорганізмів до сульфатної сірки (SO''4) грунтів і водойм. Сульфати поглинаються рослинами. В організмах сірка входить до складу амінокислот і білків, а у рослин, крім того, - до складу ефірних масел і т. д. Процеси руйнування залишків організмів у грунтах і в мулах морів супроводжуються дуже складними перетвореннями сірки. При руйнуванні білків за участю мікроорганізмів утворюється сірководень, який далі окислюється або до елементарної сірки, або до сульфатів. У цьому процесі беруть участь різноманітні мікроорганізми, що створюють численні проміжні сполуки сірки. Сірководень може знову утворити "вторинні" сульфіди, а сульфатна сірка - поклади гіпсу. У свою чергу, сульфіди і гіпс знову піддаються руйнуванню, і сірка відновляє свою міграцію.
У цілому вся речовина літосфери інтенсивно піддається перетворенням, беручи участь у так званому малому і великому круговороті речовин. Під впливом променів Сонця, кисню, вуглекислого газу, води, живої речовини відбувається руйнування речовини поверхні Землі. Продукти руйнування несуться вітром або, будучи розчинені у воді, скидаються в моря й океани, де вони осідають, відкладаються на дні, ущільнюються, цементуються, утворюють шаруваті осадові породи, а потім під впливом тиску перетворюються в кристалічні сланці. Цей кругообіг речовини Землі називають малим.
Схема малого круговороту речовин на Землі
У великому круговороті речовин беруть участь кристалічні сланці і ін породи, що утворюються в процесі малого круговороту речовин. У результаті подальшого занурення вони потрапляють в магматичну область Землі, піддаються дії тиску і високої температури, переплавляються і у вигляді вивержених магматичних порід можуть бути знову винесені на поверхню Землі. Вивчення кругообігу речовин на Землі уявляє глибокий практичний інтерес. Вплив людини на природні процеси стає все значніше. Наслідки цього впливу стали порівнянні з результатами геологічних процесів: у біосфері виникають нові шляхи міграції речовин і енергії, з'являються багато тисяч хімічних сполук, перш їй не властивих. Створюються нові водні басейни; тим самим змінюється кругообіг води. У руках людини концентруються величезні запаси металів, фосфатів, сірки, синтезуються колосальні кількості азотвмісних речовин для удобрення полів і т. д. Змінюється звичайний хід геохімічних процесів. Глибоке вивчення всіх природних перетворень речовин на Землі - необхідна умова раціонального впливу людини на середовище його перебування й зміни природних умов у бажаному для нього напрямку.
Літ.: Вернадський В. І., Нариси геохімії, 4 видавництва., М. - Свердловськ, 1934; Ферсман А. Є., Геохімія, т. 1-4, Л., 1933-39; Виноградов А. П., Геохімія рідкісних і розсіяних хімічних елементів у грунтах, М., 1950; його ж. Введення в геохімію океану, М., 1967; Вільямс В. Р., Собр. соч., т. 6, М., 1951; Велика радянська енциклопедія, М., 2001.
2. Які небезпечні ущербообразующіе геохімічні процеси Ви знаєте?
До ущербообразующім геохімічним процесів можна віднести наступні:
1. Зміна водного балансу між поверхневими, грунтовими та глибокими підземними водами. Найбільш звичайним його наслідком є підвищення рівня грунтових вод, викликуване двома односпрямованими процесами.
Перший процес - заміна природного грунтового покриву забудованими і заасфальтованими територіями, що практично виключає з водного балансу випар з поверхні грунту і протечки водопровідних і каналізаційних систем, цілий рік забезпечують можливість заповнення ресурсів грунтових вод (другий процес). Обидва ці обставини, в поєднанні з повною або частковою ліквідацією природних дренажних систем, приводять до підйому дзеркала грунтових вод, підтоплення підстав і фундаментів будівель і споруд, зниження несучої здатності грунтів основи і, як наслідок, деформація, а в критичних ситуаціях - руйнування будівель і споруд.
2. В даний час з усіх небезпечних процесів підтоплення має максимальне поширення, його наслідки можуть бути загрозливими або катастрофічними. З 1092 міст Росії підтоплено близько 70%. Підтоплення веде до підвищення сейсмічності забудованих територій на 1-2 бали. До забруднення грунтових вод важкими металами, нафтопродуктами, хлоридами, сполуками сірки, пестицидами, а в ряді випадків і радіонуклідами в результаті витоку стічних вод з каналізаційних мереж, інфільтрації атмосферних опадів в місцях складування промислових і побутових відходів. Техногенне підтоплення особливо небезпечно, тому що носить прихований характер, його розвиток провокує виникнення зсувів, карсту і т. д.
Курганський ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Контрольна робота
з екології
студента заочного відділення 1 курсу
економічного факультету
Екимова Євгена Вікторовича
Курган 2002
1. З яких частин складається біогеохімічний кругообіг речовин?
Кругообіг речовин на Землі - повторювані процеси перетворення і переміщення речовини в природі, що мають більш-менш виражений циклічний характер. Ці процеси мають певний поступальний рух, тому що при так званих циклічних перетвореннях у природі не відбувається повного повторення циклів, завжди є ті чи інші зміни в кількості і складі виникають речовин.
Кругообіг речовин на Землі складається з безлічі різноманітних повторюваних в основних рисах процесів перетворення і переміщення речовини. Окремі циклічні процеси являють собою послідовний ряд змін речовини, що чергуються з тимчасовими станами рівноваги. Як тільки речовина вийшло з даної термодинамічної системи, з якою воно знаходилося в рівновазі, відбувається його подальша зміна, поки воно не вернеться частково до первісного стану. Повного повернення до початкового стану ніколи не відбувається. Яскравою ілюстрацією цього може служити кругообіг води в природі.
Схема кругообігу води
З поверхні океану випаровується щорічно величезну кількість води, але при цьому порушується її ізотопний склад: вона стає біднішою важким воднем в порівнянні з океанічною водою (у результаті фракціонування ізотопів водню при випаровуванні). Між поверхневим шаром води океану і масою води більш глибоких його зон існує свій регулярний, сталий обмін. Між парами води і водою атмосфери і водойм встановлюються локальні тимчасові рівноваги. Пари води в атмосфері конденсуються, захоплюючи гази атмосфери і вулканічні гази, а потім вода обрушується на сушу. Частина води при цьому входить у хімічні сполуки, інша у вигляді кристаллогидратной, сорбированной і багатьох ін форм зв'язується пухкими опадами земної кори, погребается разом з ними і надовго залишає основний цикл. Опади у процесі метаморфізації і занурення в глиб Землі під впливом тиску і високої температури (наприклад, інтрузії) втрачають воду, яка піднімається по порах порід і з'являється у вигляді гарячих джерел або пластових вод на поверхні Землі, або, нарешті, викидається з парами при вулканічної діяльності разом з деякою кількістю ювенільних вод і газів. Інша ж, основна маса води, витягуючи розчинні сполуки з порід літосфери, руйнуючи їх, стікає ріками назад в океан.
Інший приклад - круговорот кальцію. Вапняки (як і ін породи) на континенті руйнуються, і розчинні солі кальцію (двовуглекислі та ін) ріками зносяться в море. Щорічно в море скидається з континенту близько 5-10 8 т кальцію. У теплих морях вуглекислий кальцій інтенсивно споживається нижчими організмами - форамініферами, коралами та інших - на будівництво своїх скелетів. Після загибелі цих організмів їх скелети з вуглекислого кальцію утворюють опади на дні морів. Згодом відбувається їх метаморфизация, в результаті чого формується порода - вапняк. При регресії моря вапняк оголюється, виявляється на суші і починається процес його руйнування. Але склад знову утворюється вапняку дещо іншою. Так, виявилося, що палеозойські вапняки більш багаті вуглекислим магнієм і супроводжуються доломітом, вапняки ж молодші - біднішими вуглекислим магнієм, а освіти пластів доломітів в сучасну епоху майже не відбувається. Нарешті, при злитті лави вапняки частково можуть бути нею асимільовані, тобто увійти до великої К. в.
Т. о., Окремі циклічні процеси, що складають загальний кругообіг речовин на Землі, ніколи не є повністю зворотними. Частина речовини в повторюваних процесах перетворення розсіюється і відволікається в приватні кругообіги або захоплюється тимчасовими рівновагами, а інша частина, яка повертається до попереднього стану, має вже нові ознаки.
Тривалість того пли іншого циклу можна умовно оцінити по того часу, яке було б необхідно, щоб вся маса даної речовини могла обернутися один раз на Землі в тому чи іншому процесі.
Табл. 1. - Час, достатнє для повного обороту речовини
| Речовина | Час (роки) |
| Вуглекислий газ атмосфери (через фотосинтез) | ок. 300 |
| Кисень атмосфери (через фотосинтез) | ок. 2000 |
| Вода океану (шляхом випаровування) | ок. 10 Червень |
| Азот атмосфери (шляхом окислення електричними розрядами, фотохімічним шляхом і біологічною фіксацією) | ок. 10 серпня |
| Речовина континентів (шляхом денудації - вивітрювання) | ок. 10 серпня |
Класифікація круговороту речовин на Землі ще не розроблена. Можна говорити, наприклад, про круговоротах окремих хімічних елементів або про біологічному кругообігу речовин у біосфері; можна виділити круговорот газів атмосфери або води, твердих речовин у літосфері і, нарешті, круговорот речовин у межах 2-3 суміжних геосфер. Вивченням кругообігу речовин займалися багато російські вчені. В. І. Вернадський виділив геохімічну групу так званих циклічних хімічних елементів; до них відносять практично все широко поширені і багато рідкісних хімічні елементи, наприклад вуглець, кисень, азот, фосфор, сірку, кальцій, хлор, мідь, залізо, йод. В.Р. Вільямс і багато ін розглядали біологічні цикли азоту, вуглекислоти, фосфору та інших у зв'язку з вивченням родючості грунтів. З циклічності хімічних елементів особливо важливу роль у біогенному циклі грають вуглець, азот, фосфор, сірка.
Вуглець - основний біогенний елемент, він грає найважливішу роль в утворенні живої речовини біосфери. Вуглекислий газ з атмосфери в процесі фотосинтезу, здійснюваного зеленими рослинами, асимілюється і перетворюється в різноманітні і численні органічні сполуки рослин. Рослинні організми, особливо нижчі мікроорганізми, морський фітопланктон, завдяки винятковій швидкості розмноження продукують в рік близько 1,5-10 11 т вуглецю у вигляді органічної маси, що відповідає 5,86-10 20 дж (1,4-10 20 кал) енергії . Рослини частково поїдаються тваринами (при цьому утворюються більш або менш складні харчові ланцюги). У підсумку органічна речовина в результаті дихання організмів, розкладу їхніх трупів, процесів бродіння, гниття та горіння перетворюється у вуглекислий газ або відкладається у вигляді сапропелю, гумусу, торфу, які, у свою чергу, дають початок багатьом ін каустобиолитам - кам'яним вугіллям, нафти , горючим газам.
Схема кругообігу вуглецю
У процесах розпаду органічних речовин, їх мінералізації величезну роль відіграють бактерії (наприклад, гнильні), а також багато грибів (наприклад, плісняві).
В активному круговороті вуглецю бере участь дуже невелика частина всієї його маси. Величезна кількість вугільної кислоти законсервовано у вигляді викопних вапняків та ін порід. Між вуглекислим газом атмосфери і води океану, в свою чергу, існує рухома рівновага.
Табл. 2. - Зміст вуглецю на поверхні Землі й у земній корі.
| У т | У г на 1 см 2 поверхні Землі | |
| Тварини | 5Ч10 9 | 0,0015 |
| Рослини | 5Ч10 11 | 0,1 |
| Атмосфера | 6,4 Ч10 11 | 0,125 |
| Океан | 3,8 Ч10 13 | 7,5 |
| Масивні кристалічні породи: базальти і ін основні породи | 1,7 Ч10 14 | 33,0 |
| граніти, гранодіорити | 2,9 Ч10 15 | 567 |
| Вугілля, нафти та інші каустобиолитов | 6,4 Ч10 15 | 663 |
| Кристалічні сланці | 1Ч10 16 | 2000 |
| Карбонати | 1,3 Ч10 16 | 2500 |
| Всього | 3,2 Ч10 16 | 5770 |
Джерелом азоту на Землі був вулканогенні NH 3, окислений O 2 (процес окислення азоту супроводжується порушенням його ізотопного складу - 14 N-15 N). Основна маса азоту на поверхні Землі знаходиться у вигляді газу (N 2) в атмосфері. Відомі два шляхи його залучення в біогенний кругообіг: 1) процеси електричного (в тихому розряді) і фотохімічного окислення азоту повітря, що дають різні окисли азоту (NO 2, NO '3 та ін), які розчиняються в дощовій воді і вносяться т.ч. . в грунти, воду океану; 2) біологічна фіксація N 2 бульбочкових бактерій, вільними азотфиксаторами та ін мікроорганізмами. Значення азоту в обміні речовин організмів загальновідомо. Він входить до складу білків та їх різноманітних похідних. Залишки організмів на поверхні Землі або поховані в товщі порід піддаються руйнуванню при участі численних мікроорганізмів. У цих процесах органічний азот піддається різним перетворенням. У результаті процесу денітрифікації при участі бактерій утвориться елементарний азот, що вертається у атмосферу. Так, наприклад, спостерігаються підземні газові струмені, що складаються майже з чистого N 2. Біогенний характер цих струменів доводиться відсутністю в їх складі аргону (40 Ar), звичайного в атмосфері. При розкладанні білків утворяться також аміак і його похідні, що попадають потім у повітря й у воду океану. У біосфері в результаті нітрифікації - окислювання аміаку та ін азотовмісних органічних сполук за участю бактерії Nitrosomonas і нітробактерій - утворюються різні оксиди азоту (N 2 O, NO, N 2 O 3 та N 2 O 5). Азотна кислота з металами дає солі. Калійна селітра утворюється на поверхні Землі в кисневій атмосфері в умовах жаркого й сухого клімату в місцях відкладень залишків водоростей. Скупчення селітри можна спостерігати в пустелях на дні ніш видування. У результаті діяльності денитрифицирующих бактерій солі азотної кислоти можуть відновлюватися до азотистої кислоти і далі до вільного азоту.
Схема кругообігу азоту
Джерело фосфору в біосфері - апатит, що зустрічається у всіх магматичних породах. У перетвореннях фосфору велику роль відіграє жива речовина. Організми витягають фосфор з грунту, водних розчинів. Фосфор входить до складу білків, нуклеїнових кислот, лецитином, фітину та ін органічних сполук; особливо багато фосфору в кістках тварин. Із загибеллю організмів фосфор повертається в грунт і у донні відкладення. Він концентрується у вигляді морських фосфатних конкрецій, відкладень костей риб, гуано, що створює умови для утворення багатих фосфором порід, які, у свою чергу, служать джерелами фосфору в біогенному циклі.
Схема кругообігу фосфору
Кругообіг сірки також тісно пов'язаний з живою речовиною. Сірка у вигляді триокиси (SO 3), двоокису (SO 2), сірководню (H 2 S) і головним чином елементарної сірки викидається вулканами. Крім того, в природі є у великій кількості різні сульфіди металів: заліза, свинцю, цинку та ін сульфідна сірка окислюється в біосфері при участі численних мікроорганізмів до сульфатної сірки (SO''4) грунтів і водойм. Сульфати поглинаються рослинами. В організмах сірка входить до складу амінокислот і білків, а у рослин, крім того, - до складу ефірних масел і т. д. Процеси руйнування залишків організмів у грунтах і в мулах морів супроводжуються дуже складними перетвореннями сірки. При руйнуванні білків за участю мікроорганізмів утворюється сірководень, який далі окислюється або до елементарної сірки, або до сульфатів. У цьому процесі беруть участь різноманітні мікроорганізми, що створюють численні проміжні сполуки сірки. Сірководень може знову утворити "вторинні" сульфіди, а сульфатна сірка - поклади гіпсу. У свою чергу, сульфіди і гіпс знову піддаються руйнуванню, і сірка відновляє свою міграцію.
У цілому вся речовина літосфери інтенсивно піддається перетворенням, беручи участь у так званому малому і великому круговороті речовин. Під впливом променів Сонця, кисню, вуглекислого газу, води, живої речовини відбувається руйнування речовини поверхні Землі. Продукти руйнування несуться вітром або, будучи розчинені у воді, скидаються в моря й океани, де вони осідають, відкладаються на дні, ущільнюються, цементуються, утворюють шаруваті осадові породи, а потім під впливом тиску перетворюються в кристалічні сланці. Цей кругообіг речовини Землі називають малим.
Схема малого круговороту речовин на Землі
У великому круговороті речовин беруть участь кристалічні сланці і ін породи, що утворюються в процесі малого круговороту речовин. У результаті подальшого занурення вони потрапляють в магматичну область Землі, піддаються дії тиску і високої температури, переплавляються і у вигляді вивержених магматичних порід можуть бути знову винесені на поверхню Землі. Вивчення кругообігу речовин на Землі уявляє глибокий практичний інтерес. Вплив людини на природні процеси стає все значніше. Наслідки цього впливу стали порівнянні з результатами геологічних процесів: у біосфері виникають нові шляхи міграції речовин і енергії, з'являються багато тисяч хімічних сполук, перш їй не властивих. Створюються нові водні басейни; тим самим змінюється кругообіг води. У руках людини концентруються величезні запаси металів, фосфатів, сірки, синтезуються колосальні кількості азотвмісних речовин для удобрення полів і т. д. Змінюється звичайний хід геохімічних процесів. Глибоке вивчення всіх природних перетворень речовин на Землі - необхідна умова раціонального впливу людини на середовище його перебування й зміни природних умов у бажаному для нього напрямку.
Літ.: Вернадський В. І., Нариси геохімії, 4 видавництва., М. - Свердловськ, 1934; Ферсман А. Є., Геохімія, т. 1-4, Л., 1933-39; Виноградов А. П., Геохімія рідкісних і розсіяних хімічних елементів у грунтах, М., 1950; його ж. Введення в геохімію океану, М., 1967; Вільямс В. Р., Собр. соч., т. 6, М., 1951; Велика радянська енциклопедія, М., 2001.
2. Які небезпечні ущербообразующіе геохімічні процеси Ви знаєте?
До ущербообразующім геохімічним процесів можна віднести наступні:
1. Зміна водного балансу між поверхневими, грунтовими та глибокими підземними водами. Найбільш звичайним його наслідком є підвищення рівня грунтових вод, викликуване двома односпрямованими процесами.
Перший процес - заміна природного грунтового покриву забудованими і заасфальтованими територіями, що практично виключає з водного балансу випар з поверхні грунту і протечки водопровідних і каналізаційних систем, цілий рік забезпечують можливість заповнення ресурсів грунтових вод (другий процес). Обидва ці обставини, в поєднанні з повною або частковою ліквідацією природних дренажних систем, приводять до підйому дзеркала грунтових вод, підтоплення підстав і фундаментів будівель і споруд, зниження несучої здатності грунтів основи і, як наслідок, деформація, а в критичних ситуаціях - руйнування будівель і споруд.
2. В даний час з усіх небезпечних процесів підтоплення має максимальне поширення, його наслідки можуть бути загрозливими або катастрофічними. З 1092 міст Росії підтоплено близько 70%. Підтоплення веде до підвищення сейсмічності забудованих територій на 1-2 бали. До забруднення грунтових вод важкими металами, нафтопродуктами, хлоридами, сполуками сірки, пестицидами, а в ряді випадків і радіонуклідами в результаті витоку стічних вод з каналізаційних мереж, інфільтрації атмосферних опадів в місцях складування промислових і побутових відходів. Техногенне підтоплення особливо небезпечно, тому що носить прихований характер, його розвиток провокує виникнення зсувів, карсту і т. д.
Підтоплення, активно розвивається в будь-яких кліматичних умовах, супроводжується масштабними екологічними наслідками й завдає шкоди здоров'ю населення. Гострота проблеми найбільш висока на сильно урбанізованих територіях, де концентрація населення поєднується з наявністю потужних джерел шкідливого впливу на навколишнє середовище. Так, підтоплення від 80 до 100% площі урбанізованих територій, характерне для Ярославській, Самарської, Саратовської, Краснодарської, Барнаульской і Новосибірської агломерацій, приводить до істотного росту витрат на забезпечення комфортного середовища проживання людини.
3. У випадках, коли виробляється промислова експлуатація глибоких горизонтів підземних вод і виникає адекватна депрессионная воронка, за умови постійного поповнення грунтового водоносного горизонту, про що сказано вище, посилюється інфільтрація грунтових вод у глибокі горизонти. Цей процес активізації вертикального руху підземних вод супроводжується розвитком процесів суфозії (винесення тонкоземістого матеріалу) або карсту (розчинення і вилуговування карбонатного матеріалу вапняків з утворенням карстових порожнин).
4. Зміна геодинамічної ситуації, викликане додатковою, і притому нерівномірної прігрузкой поверхні за рахунок привнесених мас матеріалів будівельних конструкцій, в межах території міста. Цей фактор додаткової пригрузки може супроводжуватися також одночасної відкачкою підземних вод, у разі їх використання для питних або технічних цілей. Як наслідок на тлі загального опускання поверхні міст (під дією изостатических сил і вилучення підземних вод з порового простору гірських порід заснування міста), активізуються місцеві, осередкові зсувні й соліфлюкціонние процеси, здатні в умовах міської забудови призвести до деформації будинків, і комунікацій (зсуви) .
5. Уваги заслуговує розвиток несприятливої інженерно-екологічної ситуації міст і селищ, розташованих в мерзлотних умовах. Взимку, коли поверхня землі починає замерзати, підземні води виявляються затиснутими між непроникними шарами (шаром багаторічної мерзлоти внизу і замерзлої поверхнею землі вгорі). Вода перебуває під сильним напором, шукаючи собі виходу назовні, вона спучує грунт, утворюючи крижані горби - гідролокаліти. Гідролокаліти і полою (коли вода замерзає на поверхні) широко поширені в Східному Сибіру, Забайкаллі, Далекому Сході, Канаді і в інших районах поширення багаторічної мерзлоти .
6. Порушення геохімічного балансу поверхні, грунтів основи та конструкцій будівель і споруд - ще один геоекологічний процес, що відбувається в екстремальних кліматичних умовах і що робить вирішальний вплив на тривалу стійкості надземних будівельних конструкцій. Його суть полягає в тому, що в умовах коли випаровуваність перевищує кількість опадів, при стійкому підтопленні внутріквартальних територій і відсутності дренажу надмерзлотних вод, видалення якої те частини зайвої вологи з поверхні і з грунтів сезонно талого шару відбувається в результаті її випаровування. Випаровування, у свою чергу, призводить до послідовного і безперервному зростанню мінералізації надмерзлотних вод. Однак відомо, що чим вище мінералізація води, тим більше низькі температури потрібних для її замерзання. Наслідок цього процесу - збереження залишкових або формування нових лінз рідкої води, що має негативну температуру, існуючих цілий рік. Такі отріцательнотемпературние води дістали назву кріопегов від латинського Кріос - холод, і пегі - води. При міграції лінз кріопегов у разі, якщо лінза переміститься в підставу будівлі може призвести до деформації фундаменту і самої будівлі.
3. Що спільного можна знайти між функціональною структурою екологічної системи та організацією господарства, наприклад, фермерського?
Екологія (від грецьк. Житло, місцеперебування й поняття, вчення) - наука, що вивчає взаємини організмів один з одним і із середовищем їхнього проживання. Вперше термін "екологія" увів в 1866 р. німецький біолог Ернст Геккель. Екологія - це наука про виживання людства в умовах екологічної кризи, тобто в умовах напруженого стану у взаєминах суспільства з навколишнім середовищем через невідповідність виробничих сил і виробничих відносин суспільства природоресурсного потенціалу біосфери.
Екологічна система - закрита, функціонально єдина сукупність організмів (рослин, тварин і мікроорганізмів), що населяють загальну територію і здатних до тривалого існування при повністю замкнутому круговороті речовин (тобто при відсутності матеріального обміну через її межі). Принцип екологічної системи використовується в організації господарства, наприклад фермерського. Основу такої штучно створюваної екологічної системи становлять рослини, які за рахунок енергії світла в процесі фотосинтезу поглинають двоокис вуглецю й виділяють кисень, тобто здійснюють регенерацію атмосфери. Біомаса рослин використовується в їжу людиною і тваринами, які, у свою чергу, можуть входити в харчовий раціон людини. Невикористана біомаса рослин, продукти життєдіяльності людини і тварин розкладаються мікроорганізмами до води, двоокису вуглецю та мінеральних речовин, які знову використовуються рослинами. Таким чином, у фермерському господарстві виникає замкнута система круговороту речовин, яка схожа на функціональну структуру екологічної системи.
4. Назвіть і опишіть основні джерела отруйних хімічних відходів.
На всіх стадіях свого розвитку людина була тісно пов'язаний з навколишнім світом. Але з тих пір як з'явилося високоіндустріальное суспільство, небезпечне втручання людини в природу різко посилилося, розширився обсяг цього втручання, вона стала різноманітніше і він загрожує стати глобальною небезпекою для людства. Найбільш масштабним і значним є хімічне забруднення середовища невластивими їй отруйними речовинами хімічного походження.
Джерела забруднення атмосфери:
Зараз існує три основних хімічних джерела забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Частка кожного з цих джерел у забрудненні повітря сильно розрізняється. Найбільш сильно забруднює повітря промислове виробництво. Джерела забруднень - теплоелектростанції, які разом з димом викидають у повітря сірчистий і вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольорової металургії, які викидають у повітря оксиди азоту, сірководень, хлор, фтор, аміак, сполуки фосфору, частинки й сполуки ртуті й миш'яку; хімічні і цементні заводи. Шкідливі гази потрапляють в повітря в результаті спалювання палива для потреб промисловості, опалення осель, роботи транспорту, спалювання і переробки побутових і промислових відходів. Основним джерелом пірогенного забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні і хімічні підприємства, котельні установки, що споживають більше 70% щорічно видобувається твердого та рідкого палива. Основними шкідливими домішками пірогенного походження є наступні:
а) Оксид вуглецю. Виходить при неповному згорянні вуглецевих речовин. У повітря він попадає в результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами й викидами промислових підприємств. Щорічно цього газу надходить в атмосферу не менше 250 млн.т. Оксид вуглецю є з'єднанням, що активно реагує зі складовими частинами атмосфери й сприяє підвищенню температури на планеті, і створенню парникового ефекту.
б) Сірчистий ангідрид. Виділяється в процесі згоряння сірку містить палива або переробки сірчистих руд (до 70 млн. т. на рік). Частина сполук сірки виділяється при горінні органічних залишків у гірничорудних відвалах.
в) Сірчаний ангідрид. Утвориться при окислюванні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, що підкисляє грунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових факелів хімічних підприємств відзначається при низької хмарності й високої вологості повітря. Листові пластинки рослин, що ростуть на відстані менше 1 км. Від таких підприємств, звичайно бувають густо засіяні дрібними некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти.
г) Сірководень і сірковуглець. Основними джерелами викиду є підприємства по виготовленню штучного волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні, а також нафтопромисли. В атмосфері при взаємодії з іншими забруднювачами піддаються повільному окислюванню до сірчаного ангідриду.
д) оксиди азоту. Основними джерелами викиду є підприємства, що виробляють азотні добрива, азотну кислоту і нітрати, анілінові барвники, нітросполуки, віскозний шовк, целулоїд. Кількість оксиди азоту, що надходять в атмосферу, становить 20 млн. т. на рік.
е) З'єднання фтору. Джерелами забруднення є підприємства з виробництва алюмінію, емалей, скла, кераміки, сталі, фосфорних добрив. Фторосодержащіе речовини надходять в атмосферу у вигляді газоподібних сполук - фтороводню або пилу фториду натрію і кальцію. З'єднання характеризуються токсичним ефектом. Похідні фтору є сильними інсектицидами.
ж) Сполуки хлору. Надходять в атмосферу від хімічних підприємств, що виробляють соляну кислоту, хлоросодержащіе пестициди, органічні барвники, гідролізний спирт, хлорне вапно, соду. В атмосфері зустрічаються як домішка молекули хлору й пар соляної кислоти. Токсичність хлору визначається видом сполук і їхньою концентрацією. У металургійній промисловості при виплавці чавуну й при переробці його на сталь відбувається викид в атмосферу різних важких металів і отруйних газів.
Аерозольне забруднення атмосфери
Аерозолі - це тверді або рідкі частинки, що знаходяться в зваженому стані в повітрі. Тверді компоненти аерозолів у ряді випадків особливо небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, імли або серпанку. Значна частина аерозолів утвориться в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяною парою. Середній розмір аерозольних часток становить 1-5 мкм. В атмосферу Землі щорічно надходить близько 1 куб.км. пилоподібних частинок штучного походження. Велика кількість пилових частинок утвориться також у ході виробничої діяльності людей. Відомості про деякі джерела техногенного пилу наведені нижче:
ВИРОБНИЧИЙ ПРОЦЕС ВИКИД ПИЛУ, МЛН.Т. / РІК
1. Спалювання кам'яного вугілля 93,60
2. Виплавка чавуну 20,21
3. Виплавка міді (без очищення) 6,23
4. Виплавка цинку 0,18
5. Виплавка олова (без очищення) 0,004
6. Виплавка свинцю 0,13
7. Виробництво цементу 53,37
Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, які споживають вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові і сажеві заводи. Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються більшою розмаїтістю хімічного складу. Найчастіше в їхньому складі виявляються сполуки кремнію, кальцію і вуглецю, рідше - оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш'яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест. Постійними джерелами аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи, утворені при видобутку корисних копалин або ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС. Джерелом пилу й отруйних газів служать масові підривні роботи. До атмосферних отруйним хімічним відходів ставляться вуглеводні. Вони піддаються різним перетворенням, окислюванню, полімеризації, взаємодіючи з іншими атмосферними забруднювачами після порушення сонячною радіацією. У результаті цих реакцій утворюються перекисні сполуки, вільні радикали, сполуки вуглеводнів з оксидами азоту й сірки часто у вигляді аерозольних частинок. При деяких погодних умовах можуть утворюватися особливо великі скупчення шкідливих газоподібних і аерозольних домішок у приземному шарі повітря.
Фотохімічний туман (зміг)
Фотохімічний туман являє собою багатокомпонентну суміш газів і аерозольних частинок первинного і вторинного походження. До складу основних компонентів смогу входять озон, оксиди азоту й сірки, численні органічні сполуки перекісної природи, звані в сукупності фотооксидантами. Фотохімічний смог виникає в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів і інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації і затишності або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при могутній інверсії.
Хімічне забруднення водойм
Усяка водойма або водне джерело пов'язане з навколишньою його зовнішнім середовищем. На нього впливають умови формування поверхневого або підземного водного стоку, різноманітні природні явища, індустрія, промислове і комунальне будівництво, транспорт, господарська і побутова діяльність людини. Наслідком цих впливів є привнесення у водне середовище нових, невластивих їй речовин - забруднювачів, що погіршують якість води. Забруднення, що надходять у водне середовище, класифікують по-різному, в залежності від підходів, критеріїв і завдань. Так, звичайно виділяють хімічне, фізичне й біологічне забруднення. Хімічне забруднення являє собою зміну природних хімічних властивостей води за рахунок збільшення вмісту в ній шкідливих домішок як неорганічної (мінеральні солі, кислоти, луги, глинисті частки), так і органічної природи (нафта й нафтопродукти, органічні залишки, поверхнево-активні речовини, пестициди).
Неорганічне забруднення
Основними неорганічними (мінеральними) забруднювачами прісних і морських вод є різноманітні отрутні хімічні сполуки. Це сполуки миш'яку, свинцю, кадмію, ртуті, хрому, міді, фтору. Більшість з них потрапляє у воду в результаті людської діяльності. Важкі метали поглинаються фітопланктоном, а потім передаються по харчовому ланцюзі більше високоорганізованим організмам. Токсичний ефект деяких найпоширеніших забруднювачів гідросфери представлений у таблиці:
РЕЧОВИНА планктонні Ракоподібні МОЛЮСКИ РИБИ
1. Мідь + + + + + + + + + + + +
2. Цинк + + + + + + +
3. Свинець - + + + + +
4. Ртуть + + + + + + + + + + + + +
5. Кадмій - + + + + + + + +
6. Хлор - + + + + + + + +
7. Роданід - + + + + + + +
8. Ціанід - + + + + + + + + +
9. Фтор - - + + +
10. Сульфід - + + + + + +
Ступінь токсичності (примітка):
Серед основних джерел забруднення гідросфери отруйними хімічними відходами варто згадати підприємства харчової промисловості і сільське господарство. З зрошуваних земель щорічно вимивається близько 6 млн. т. солей. До 2005 року можливе збільшення їхньої маси до 12 млн.т. / рік. Відходи, що містять ртуть, свинець, мідь локалізовані в окремих районах у берегів, однак деяка їхня частина виноситься далеко за межі територіальних вод. Забруднення ртуттю значно знижує первинну продукцію морських екосистем, придушуючи розвиток фітопланктону. Відходи, що містять ртуть, зазвичай нагромаджуються в донних відкладеннях заток або естуаріях рік. Подальша її міграція супроводжується нагромадженням метилової ртуті і її включенням у трофічні ланцюги водних організмів. Так, сумну популярність придбала хворобу Мінамата, вперше виявлену японськими вченими в людей, що вживали в їжу рибу, виловлену в затоці Мінамата, у який безконтрольно скидали промислові стоки з техногенною ртуттю.
Органічне забруднення.
Серед внесених в океан із суши розчинних речовин велике значення для мешканців водного середовища мають і органічні залишки (300-380 млн.т. / рік). Стічні води, що містять суспензії органічного походження або розчинена органічна речовина, згубно впливають на стан водойм. Осідаючи, суспензії заливають дно й затримують розвиток або повністю припиняють життєдіяльність даних мікроорганізмів, що беруть участь у процесі самоочищення вод. При гнитті даних опадів можуть утворюватися шкідливі сполуки й отруйні речовини, такі як сірководень, які призводять до забруднення всієї води в річці. Наявність суспензій утрудняють також проникнення світла в глиб води й сповільнює процеси фотосинтезу.
Нафта і нафтопродукти
Нафта і нафтопродукти є найбільш поширеними забруднюючими речовинами у Світовому океані. Найбільші втрати нафти пов'язані з її транспортуванням з районів видобутку. Аварійні ситуації, злив за борт танкерами промивних і баластових вод - усе це обумовлює присутність постійних полів забруднення на трасах морських шляхів. Великі маси нафти надходять у моря по ріках, з побутовими й зливовими стоками. Обсяг забруднень із цього джерела складає 2,0 млн.т. / рік. Зі стоками промисловості щорічно попадає 0,5 млн.т. нафти.
Нафта складається переважно з насичених аліфотіческіх і гідроароматичних вуглеводнів. Основні компоненти нафти - вуглеводні (до 98%) - підрозділяються на 4 класи:
а) Парафіни (алкени). - (до 90% від загального складу) - стійкі речовини. Легкі парафіни мають максимальну летючість і розчинність у воді.
б) Ціклопарафіни. - (30 - 60% від загального складу) насичені циклічні сполуки. Крім циклопентану і циклогексану, у нафті зустрічаються біциклічні і поліциклічні сполуки цієї групи. Ці сполуки дуже стійкі й погано піддаються біоразложенію.
в) Ароматичні вуглеводні. - (20 - 40% від загального складу) - ненасичені циклічні сполуки ряду бензолу, що містять у кільці на 6 атомів вуглецю менше, ніж ціклопарафіни. У нафті присутні летучі сполуки з молекулою у вигляді одинарного кільця (бензол, толуол, ксилол), потім біциклічні (нафталін), напівциклічні (пірен).
г) Олефіни (алкени). - (до 10% від загального складу) - ненасичені нециклічні сполуки.
Пестициди
Пестициди становлять групу штучно створених речовин, використовуваних для боротьби зі шкідниками та хворобами рослин. Пестициди діляться на наступні групи: інсектициди - для боротьби з шкідливими комахами, фунгіциди й бактерициди - для боротьби з бактеріальними хворобами рослин, гербіциди - проти бур'янистих рослин. Встановлено, що пестициди, знищуючи шкідників, завдають шкоди багатьом корисним організмам і підривають здоров'я людей і тварин. У сільському господарстві давно вже стоїть проблема переходу від хімічних (забруднюючих середовище) до біологічних (екологічно чистих) методів боротьби зі шкідниками. В даний час на світовий ринок надходить більше 5 млн.т. пестицидів. Промислове виробництво пестицидів супроводжується появою великої кількості побічних продуктів, що забруднюють стічні води. У водному середовищі частіше інших зустрічаються представники інсектицидів, фунгецидов і гербіцидів. Синтезовані інсектициди діляться на три основні групи: хлороорганічні, фосфорорганічні і карбонати. Хлороорганічеськіх інсектициди отримують шляхом хлорування ароматичних і гетероциклічних рідких вуглеводнів. До них відносяться ДДТ і його похідні, в молекулах яких стійкість аліфатичних і ароматичних груп у спільній присутності зростає, усілякі хлоровані похідні хлородиєну (елдрин). Ці речовини мають період піврозпаду до декількох десятків років і дуже стійкі до біодеградації. У водному середовищі часто зустрічаються поліхлорбіфеніли - похідні ДДТ без алифатической частини, що нараховують 210 гомологів та ізомерів. Поліхлорбіфеніли (ПХБ) попадають у навколишнє середовище в результаті скидань промислових стічних вод і спалювання твердих відходах на смітниках. Останнє джерело поставляє ПХБ в атмосферу, звідки вони з атмосферними опадами випадають в усі районах Земної кулі.
Синтетичні поверхнево-активні речовини.
Детергенти (СПАР) належать до великої групи речовин, що знижують поверхневий натяг води. Вони входять до складу синтетичних миючих засобів (СМС), широко застосовуються в побуті і промисловості. Разом зі стічними водами СПАР потрапляють у материкові води й морське середовище. СМС містять поліфосфати натрію, у яких розчинені детергенти, а також ряд додаткових інгредієнтів, токсичних для водних організмів: ароматизуючі речовини, відбілюючі речовини (персульфати, перборати), кальцинована сода, карбоксиметилцелюлоза, силікати натрію. Присутність СПАР в стічних водах промишленнрсті пов'язане з використанням їх в таких процесах, як флотаційне збагачення руд, поділ продуктів хімічних технологій, одержання полімерів, поліпшення умов буріння нафтових і газових свердловин, боротьба з корозією встаткування. У сільському господарстві СПАР застосовується в складі пестицидів.
Сполуки з канцерогенними властивостями.
Канцерогенні речовини - це хімічно однорідні сполуки, що проявляють активність, що трансформує і здатність
викликати канцерогенні, тератогенні (порушення процесів ембріонального розвитку) або мутагенні зміни в організмах. Залежно від умов впливу вони можуть призводити до інгібування росту, прискорення старіння, порушення індивідуального розвитку і зміни генофонду організмів. До речовин, що володіють канцерогенними властивостями, відносяться хлоровані аліфатичні вуглеводні, вінілхлорид, і особливо, поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ). Основні антропогенні джерела ПАУ в навколишньому середовищі - це піроліз органічних речовин при спалюванні різних матеріалів, деревини й палива.
Важкі метали.
Важкі метали (ртуть, свинець, кадмій, цинк, мідь, миш'як) ставляться до числа розповсюджених і досить токсичних забруднюючих речовин. Вони широко застосовуються в різних промислових виробництвах, тому, незважаючи на очисні заходи, вміст сполуки важких металів у промислових стічних водах досить високе. Великі маси цих сполук надходять в океан через атмосферу. Для морських біоценозів найнебезпечніші ртуть, свинець та кадмій. Ртуть переноситься в океан з материковим стоком і через атмосферу. При вивітрюванні осадових і вивержених порід щорічно виділяється 3,5 тис.т. ртуті. У складі атмосферного пилу втримується близько 12 тис.т. ртуті, причому значна частина - антропогенного проіхожденія. Близько половини річного промислового виробництва цього металу (910 тис.т. / рік) різними шляхами потрапляє в океан. У районах, що забруднюються промисловими водами, концентрація ртуті в розчині й суспензіях сильно підвищується. При цьому деякі бактерії переводять хлориди у високотоксичну метилртуть. Зараження морепродуктів неодноразово приводило до ртутного отруєння прибережного населення. До 1977 року налічувалося 2800 жертв хвороби Миномата, причиною якої послужили відходи підприємств з виробництва хлорвінілу й ацетальдегіду, на яких як каталізатор використовувалася хлориста ртуть. Свиней - типовий розсіяний елемент, що міститься у всіх компонентах навколишнього середовища: у гірських породах, грунтах, природних водах , атмосфері, живих організмах. Нарешті, свиней активно розсіюється в навколишнє середовище в процесі господарської діяльності людини. Це викиди з промисловими і побутовими стоками, з димом і пилом промислових підприємств, з вихлопними газами двигунів внутрішнього згоряння. Міграційний потік свинцю з континенту в океан іде не тільки з річковими стоками, але й через атмосферу.
3. У випадках, коли виробляється промислова експлуатація глибоких горизонтів підземних вод і виникає адекватна депрессионная воронка, за умови постійного поповнення грунтового водоносного горизонту, про що сказано вище, посилюється інфільтрація грунтових вод у глибокі горизонти. Цей процес активізації вертикального руху підземних вод супроводжується розвитком процесів суфозії (винесення тонкоземістого матеріалу) або карсту (розчинення і вилуговування карбонатного матеріалу вапняків з утворенням карстових порожнин).
4. Зміна геодинамічної ситуації, викликане додатковою, і притому нерівномірної прігрузкой поверхні за рахунок привнесених мас матеріалів будівельних конструкцій, в межах території міста. Цей фактор додаткової пригрузки може супроводжуватися також одночасної відкачкою підземних вод, у разі їх використання для питних або технічних цілей. Як наслідок на тлі загального опускання поверхні міст (під дією изостатических сил і вилучення підземних вод з порового простору гірських порід заснування міста), активізуються місцеві, осередкові зсувні й соліфлюкціонние процеси, здатні в умовах міської забудови призвести до деформації будинків, і комунікацій (зсуви) .
5. Уваги заслуговує розвиток несприятливої інженерно-екологічної ситуації міст і селищ, розташованих в мерзлотних умовах. Взимку, коли поверхня землі починає замерзати, підземні води виявляються затиснутими між непроникними шарами (шаром багаторічної мерзлоти внизу і замерзлої поверхнею землі вгорі). Вода перебуває під сильним напором, шукаючи собі виходу назовні, вона спучує грунт, утворюючи крижані горби - гідролокаліти. Гідролокаліти і полою (коли вода замерзає на поверхні) широко поширені в Східному Сибіру, Забайкаллі, Далекому Сході, Канаді і в інших районах поширення багаторічної мерзлоти .
6. Порушення геохімічного балансу поверхні, грунтів основи та конструкцій будівель і споруд - ще один геоекологічний процес, що відбувається в екстремальних кліматичних умовах і що робить вирішальний вплив на тривалу стійкості надземних будівельних конструкцій. Його суть полягає в тому, що в умовах коли випаровуваність перевищує кількість опадів, при стійкому підтопленні внутріквартальних територій і відсутності дренажу надмерзлотних вод, видалення якої те частини зайвої вологи з поверхні і з грунтів сезонно талого шару відбувається в результаті її випаровування. Випаровування, у свою чергу, призводить до послідовного і безперервному зростанню мінералізації надмерзлотних вод. Однак відомо, що чим вище мінералізація води, тим більше низькі температури потрібних для її замерзання. Наслідок цього процесу - збереження залишкових або формування нових лінз рідкої води, що має негативну температуру, існуючих цілий рік. Такі отріцательнотемпературние води дістали назву кріопегов від латинського Кріос - холод, і пегі - води. При міграції лінз кріопегов у разі, якщо лінза переміститься в підставу будівлі може призвести до деформації фундаменту і самої будівлі.
3. Що спільного можна знайти між функціональною структурою екологічної системи та організацією господарства, наприклад, фермерського?
Екологія (від грецьк. Житло, місцеперебування й поняття, вчення) - наука, що вивчає взаємини організмів один з одним і із середовищем їхнього проживання. Вперше термін "екологія" увів в 1866 р. німецький біолог Ернст Геккель. Екологія - це наука про виживання людства в умовах екологічної кризи, тобто в умовах напруженого стану у взаєминах суспільства з навколишнім середовищем через невідповідність виробничих сил і виробничих відносин суспільства природоресурсного потенціалу біосфери.
Екологічна система - закрита, функціонально єдина сукупність організмів (рослин, тварин і мікроорганізмів), що населяють загальну територію і здатних до тривалого існування при повністю замкнутому круговороті речовин (тобто при відсутності матеріального обміну через її межі). Принцип екологічної системи використовується в організації господарства, наприклад фермерського. Основу такої штучно створюваної екологічної системи становлять рослини, які за рахунок енергії світла в процесі фотосинтезу поглинають двоокис вуглецю й виділяють кисень, тобто здійснюють регенерацію атмосфери. Біомаса рослин використовується в їжу людиною і тваринами, які, у свою чергу, можуть входити в харчовий раціон людини. Невикористана біомаса рослин, продукти життєдіяльності людини і тварин розкладаються мікроорганізмами до води, двоокису вуглецю та мінеральних речовин, які знову використовуються рослинами. Таким чином, у фермерському господарстві виникає замкнута система круговороту речовин, яка схожа на функціональну структуру екологічної системи.
4. Назвіть і опишіть основні джерела отруйних хімічних відходів.
На всіх стадіях свого розвитку людина була тісно пов'язаний з навколишнім світом. Але з тих пір як з'явилося високоіндустріальное суспільство, небезпечне втручання людини в природу різко посилилося, розширився обсяг цього втручання, вона стала різноманітніше і він загрожує стати глобальною небезпекою для людства. Найбільш масштабним і значним є хімічне забруднення середовища невластивими їй отруйними речовинами хімічного походження.
Джерела забруднення атмосфери:
Зараз існує три основних хімічних джерела забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Частка кожного з цих джерел у забрудненні повітря сильно розрізняється. Найбільш сильно забруднює повітря промислове виробництво. Джерела забруднень - теплоелектростанції, які разом з димом викидають у повітря сірчистий і вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольорової металургії, які викидають у повітря оксиди азоту, сірководень, хлор, фтор, аміак, сполуки фосфору, частинки й сполуки ртуті й миш'яку; хімічні і цементні заводи. Шкідливі гази потрапляють в повітря в результаті спалювання палива для потреб промисловості, опалення осель, роботи транспорту, спалювання і переробки побутових і промислових відходів. Основним джерелом пірогенного забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні і хімічні підприємства, котельні установки, що споживають більше 70% щорічно видобувається твердого та рідкого палива. Основними шкідливими домішками пірогенного походження є наступні:
а) Оксид вуглецю. Виходить при неповному згорянні вуглецевих речовин. У повітря він попадає в результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами й викидами промислових підприємств. Щорічно цього газу надходить в атмосферу не менше 250 млн.т. Оксид вуглецю є з'єднанням, що активно реагує зі складовими частинами атмосфери й сприяє підвищенню температури на планеті, і створенню парникового ефекту.
б) Сірчистий ангідрид. Виділяється в процесі згоряння сірку містить палива або переробки сірчистих руд (до 70 млн. т. на рік). Частина сполук сірки виділяється при горінні органічних залишків у гірничорудних відвалах.
в) Сірчаний ангідрид. Утвориться при окислюванні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, що підкисляє грунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових факелів хімічних підприємств відзначається при низької хмарності й високої вологості повітря. Листові пластинки рослин, що ростуть на відстані менше 1 км. Від таких підприємств, звичайно бувають густо засіяні дрібними некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти.
г) Сірководень і сірковуглець. Основними джерелами викиду є підприємства по виготовленню штучного волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні, а також нафтопромисли. В атмосфері при взаємодії з іншими забруднювачами піддаються повільному окислюванню до сірчаного ангідриду.
д) оксиди азоту. Основними джерелами викиду є підприємства, що виробляють азотні добрива, азотну кислоту і нітрати, анілінові барвники, нітросполуки, віскозний шовк, целулоїд. Кількість оксиди азоту, що надходять в атмосферу, становить 20 млн. т. на рік.
е) З'єднання фтору. Джерелами забруднення є підприємства з виробництва алюмінію, емалей, скла, кераміки, сталі, фосфорних добрив. Фторосодержащіе речовини надходять в атмосферу у вигляді газоподібних сполук - фтороводню або пилу фториду натрію і кальцію. З'єднання характеризуються токсичним ефектом. Похідні фтору є сильними інсектицидами.
ж) Сполуки хлору. Надходять в атмосферу від хімічних підприємств, що виробляють соляну кислоту, хлоросодержащіе пестициди, органічні барвники, гідролізний спирт, хлорне вапно, соду. В атмосфері зустрічаються як домішка молекули хлору й пар соляної кислоти. Токсичність хлору визначається видом сполук і їхньою концентрацією. У металургійній промисловості при виплавці чавуну й при переробці його на сталь відбувається викид в атмосферу різних важких металів і отруйних газів.
Аерозольне забруднення атмосфери
Аерозолі - це тверді або рідкі частинки, що знаходяться в зваженому стані в повітрі. Тверді компоненти аерозолів у ряді випадків особливо небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, імли або серпанку. Значна частина аерозолів утвориться в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяною парою. Середній розмір аерозольних часток становить 1-5 мкм. В атмосферу Землі щорічно надходить близько 1 куб.км. пилоподібних частинок штучного походження. Велика кількість пилових частинок утвориться також у ході виробничої діяльності людей. Відомості про деякі джерела техногенного пилу наведені нижче:
ВИРОБНИЧИЙ ПРОЦЕС ВИКИД ПИЛУ, МЛН.Т. / РІК
1. Спалювання кам'яного вугілля 93,60
2. Виплавка чавуну 20,21
3. Виплавка міді (без очищення) 6,23
4. Виплавка цинку 0,18
5. Виплавка олова (без очищення) 0,004
6. Виплавка свинцю 0,13
7. Виробництво цементу 53,37
Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, які споживають вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові і сажеві заводи. Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються більшою розмаїтістю хімічного складу. Найчастіше в їхньому складі виявляються сполуки кремнію, кальцію і вуглецю, рідше - оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш'яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест. Постійними джерелами аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи, утворені при видобутку корисних копалин або ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС. Джерелом пилу й отруйних газів служать масові підривні роботи. До атмосферних отруйним хімічним відходів ставляться вуглеводні. Вони піддаються різним перетворенням, окислюванню, полімеризації, взаємодіючи з іншими атмосферними забруднювачами після порушення сонячною радіацією. У результаті цих реакцій утворюються перекисні сполуки, вільні радикали, сполуки вуглеводнів з оксидами азоту й сірки часто у вигляді аерозольних частинок. При деяких погодних умовах можуть утворюватися особливо великі скупчення шкідливих газоподібних і аерозольних домішок у приземному шарі повітря.
Фотохімічний туман (зміг)
Фотохімічний туман являє собою багатокомпонентну суміш газів і аерозольних частинок первинного і вторинного походження. До складу основних компонентів смогу входять озон, оксиди азоту й сірки, численні органічні сполуки перекісної природи, звані в сукупності фотооксидантами. Фотохімічний смог виникає в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів і інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації і затишності або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при могутній інверсії.
Хімічне забруднення водойм
Усяка водойма або водне джерело пов'язане з навколишньою його зовнішнім середовищем. На нього впливають умови формування поверхневого або підземного водного стоку, різноманітні природні явища, індустрія, промислове і комунальне будівництво, транспорт, господарська і побутова діяльність людини. Наслідком цих впливів є привнесення у водне середовище нових, невластивих їй речовин - забруднювачів, що погіршують якість води. Забруднення, що надходять у водне середовище, класифікують по-різному, в залежності від підходів, критеріїв і завдань. Так, звичайно виділяють хімічне, фізичне й біологічне забруднення. Хімічне забруднення являє собою зміну природних хімічних властивостей води за рахунок збільшення вмісту в ній шкідливих домішок як неорганічної (мінеральні солі, кислоти, луги, глинисті частки), так і органічної природи (нафта й нафтопродукти, органічні залишки, поверхнево-активні речовини, пестициди).
Неорганічне забруднення
Основними неорганічними (мінеральними) забруднювачами прісних і морських вод є різноманітні отрутні хімічні сполуки. Це сполуки миш'яку, свинцю, кадмію, ртуті, хрому, міді, фтору. Більшість з них потрапляє у воду в результаті людської діяльності. Важкі метали поглинаються фітопланктоном, а потім передаються по харчовому ланцюзі більше високоорганізованим організмам. Токсичний ефект деяких найпоширеніших забруднювачів гідросфери представлений у таблиці:
РЕЧОВИНА планктонні Ракоподібні МОЛЮСКИ РИБИ
1. Мідь + + + + + + + + + + + +
2. Цинк + + + + + + +
3. Свинець - + + + + +
4. Ртуть + + + + + + + + + + + + +
5. Кадмій - + + + + + + + +
6. Хлор - + + + + + + + +
7. Роданід - + + + + + + +
8. Ціанід - + + + + + + + + +
9. Фтор - - + + +
10. Сульфід - + + + + + +
Ступінь токсичності (примітка):
| - - Відсутня | + + + - Сильна |
| + - Дуже слабка | + + + + - Дуже сильна |
| + + - Слабка |
Органічне забруднення.
Серед внесених в океан із суши розчинних речовин велике значення для мешканців водного середовища мають і органічні залишки (300-380 млн.т. / рік). Стічні води, що містять суспензії органічного походження або розчинена органічна речовина, згубно впливають на стан водойм. Осідаючи, суспензії заливають дно й затримують розвиток або повністю припиняють життєдіяльність даних мікроорганізмів, що беруть участь у процесі самоочищення вод. При гнитті даних опадів можуть утворюватися шкідливі сполуки й отруйні речовини, такі як сірководень, які призводять до забруднення всієї води в річці. Наявність суспензій утрудняють також проникнення світла в глиб води й сповільнює процеси фотосинтезу.
Нафта і нафтопродукти
Нафта і нафтопродукти є найбільш поширеними забруднюючими речовинами у Світовому океані. Найбільші втрати нафти пов'язані з її транспортуванням з районів видобутку. Аварійні ситуації, злив за борт танкерами промивних і баластових вод - усе це обумовлює присутність постійних полів забруднення на трасах морських шляхів. Великі маси нафти надходять у моря по ріках, з побутовими й зливовими стоками. Обсяг забруднень із цього джерела складає 2,0 млн.т. / рік. Зі стоками промисловості щорічно попадає 0,5 млн.т. нафти.
Нафта складається переважно з насичених аліфотіческіх і гідроароматичних вуглеводнів. Основні компоненти нафти - вуглеводні (до 98%) - підрозділяються на 4 класи:
а) Парафіни (алкени). - (до 90% від загального складу) - стійкі речовини. Легкі парафіни мають максимальну летючість і розчинність у воді.
б) Ціклопарафіни. - (30 - 60% від загального складу) насичені циклічні сполуки. Крім циклопентану і циклогексану, у нафті зустрічаються біциклічні і поліциклічні сполуки цієї групи. Ці сполуки дуже стійкі й погано піддаються біоразложенію.
в) Ароматичні вуглеводні. - (20 - 40% від загального складу) - ненасичені циклічні сполуки ряду бензолу, що містять у кільці на 6 атомів вуглецю менше, ніж ціклопарафіни. У нафті присутні летучі сполуки з молекулою у вигляді одинарного кільця (бензол, толуол, ксилол), потім біциклічні (нафталін), напівциклічні (пірен).
г) Олефіни (алкени). - (до 10% від загального складу) - ненасичені нециклічні сполуки.
Пестициди
Пестициди становлять групу штучно створених речовин, використовуваних для боротьби зі шкідниками та хворобами рослин. Пестициди діляться на наступні групи: інсектициди - для боротьби з шкідливими комахами, фунгіциди й бактерициди - для боротьби з бактеріальними хворобами рослин, гербіциди - проти бур'янистих рослин. Встановлено, що пестициди, знищуючи шкідників, завдають шкоди багатьом корисним організмам і підривають здоров'я людей і тварин. У сільському господарстві давно вже стоїть проблема переходу від хімічних (забруднюючих середовище) до біологічних (екологічно чистих) методів боротьби зі шкідниками. В даний час на світовий ринок надходить більше 5 млн.т. пестицидів. Промислове виробництво пестицидів супроводжується появою великої кількості побічних продуктів, що забруднюють стічні води. У водному середовищі частіше інших зустрічаються представники інсектицидів, фунгецидов і гербіцидів. Синтезовані інсектициди діляться на три основні групи: хлороорганічні, фосфорорганічні і карбонати. Хлороорганічеськіх інсектициди отримують шляхом хлорування ароматичних і гетероциклічних рідких вуглеводнів. До них відносяться ДДТ і його похідні, в молекулах яких стійкість аліфатичних і ароматичних груп у спільній присутності зростає, усілякі хлоровані похідні хлородиєну (елдрин). Ці речовини мають період піврозпаду до декількох десятків років і дуже стійкі до біодеградації. У водному середовищі часто зустрічаються поліхлорбіфеніли - похідні ДДТ без алифатической частини, що нараховують 210 гомологів та ізомерів. Поліхлорбіфеніли (ПХБ) попадають у навколишнє середовище в результаті скидань промислових стічних вод і спалювання твердих відходах на смітниках. Останнє джерело поставляє ПХБ в атмосферу, звідки вони з атмосферними опадами випадають в усі районах Земної кулі.
Синтетичні поверхнево-активні речовини.
Детергенти (СПАР) належать до великої групи речовин, що знижують поверхневий натяг води. Вони входять до складу синтетичних миючих засобів (СМС), широко застосовуються в побуті і промисловості. Разом зі стічними водами СПАР потрапляють у материкові води й морське середовище. СМС містять поліфосфати натрію, у яких розчинені детергенти, а також ряд додаткових інгредієнтів, токсичних для водних організмів: ароматизуючі речовини, відбілюючі речовини (персульфати, перборати), кальцинована сода, карбоксиметилцелюлоза, силікати натрію. Присутність СПАР в стічних водах промишленнрсті пов'язане з використанням їх в таких процесах, як флотаційне збагачення руд, поділ продуктів хімічних технологій, одержання полімерів, поліпшення умов буріння нафтових і газових свердловин, боротьба з корозією встаткування. У сільському господарстві СПАР застосовується в складі пестицидів.
Сполуки з канцерогенними властивостями.
Канцерогенні речовини - це хімічно однорідні сполуки, що проявляють активність, що трансформує і здатність
викликати канцерогенні, тератогенні (порушення процесів ембріонального розвитку) або мутагенні зміни в організмах. Залежно від умов впливу вони можуть призводити до інгібування росту, прискорення старіння, порушення індивідуального розвитку і зміни генофонду організмів. До речовин, що володіють канцерогенними властивостями, відносяться хлоровані аліфатичні вуглеводні, вінілхлорид, і особливо, поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ). Основні антропогенні джерела ПАУ в навколишньому середовищі - це піроліз органічних речовин при спалюванні різних матеріалів, деревини й палива.
Важкі метали.
Важкі метали (ртуть, свинець, кадмій, цинк, мідь, миш'як) ставляться до числа розповсюджених і досить токсичних забруднюючих речовин. Вони широко застосовуються в різних промислових виробництвах, тому, незважаючи на очисні заходи, вміст сполуки важких металів у промислових стічних водах досить високе. Великі маси цих сполук надходять в океан через атмосферу. Для морських біоценозів найнебезпечніші ртуть, свинець та кадмій. Ртуть переноситься в океан з материковим стоком і через атмосферу. При вивітрюванні осадових і вивержених порід щорічно виділяється 3,5 тис.т. ртуті. У складі атмосферного пилу втримується близько 12 тис.т. ртуті, причому значна частина - антропогенного проіхожденія. Близько половини річного промислового виробництва цього металу (910 тис.т. / рік) різними шляхами потрапляє в океан. У районах, що забруднюються промисловими водами, концентрація ртуті в розчині й суспензіях сильно підвищується. При цьому деякі бактерії переводять хлориди у високотоксичну метилртуть. Зараження морепродуктів неодноразово приводило до ртутного отруєння прибережного населення. До 1977 року налічувалося 2800 жертв хвороби Миномата, причиною якої послужили відходи підприємств з виробництва хлорвінілу й ацетальдегіду, на яких як каталізатор використовувалася хлориста ртуть. Свиней - типовий розсіяний елемент, що міститься у всіх компонентах навколишнього середовища: у гірських породах, грунтах, природних водах , атмосфері, живих організмах. Нарешті, свиней активно розсіюється в навколишнє середовище в процесі господарської діяльності людини. Це викиди з промисловими і побутовими стоками, з димом і пилом промислових підприємств, з вихлопними газами двигунів внутрішнього згоряння. Міграційний потік свинцю з континенту в океан іде не тільки з річковими стоками, але й через атмосферу.