Техногенные потоки веществ в биогеоценозе


Характер распределения химических элементов в биосфере - наиболее чувствительный параметр изменения геохимической среды при выветривании и загрязнении. Различные микроэлементы образуют устойчивые ассоциации с макроэлементами в разнообразных геохимических условиях.
При этом элементы с ионными потенциалами менее 3 существуют, преимущественно, в виде свободных ионов, элементы с ионными потенциалами от 3 до 12 стремятся образовывать гидролизованные или комплексные формы. Легкоподвижные элементы дают в водных растворах гидратированные ионы меньших размеров по сравнению с элементами малоподвижными. Свободная энергия, которая требуется для образования этих ионов, как правило, ниже, чем энергия образования ионов менее подвижных элементов.
Поведение элементов в процессах выветривания и почвообразовании зависит от устойчивости исходных минералов и пород, а также от электрохимических свойств элементов. Перемещение атомов химических элементов в земной коре (геохимическая миграция) обычно ведет к их рассеянию или концентрации.
Геохимическое изучение пород и почв показало, что круговорот химических элементов в процессе экзогенеза зависит от физико-химических условий, влияющих на растворимость элементов, которые присутствуют в определенной среде. В зависимости от этих условий химические элементы находятся или в рассеянном состоянии, или накапливаются в процессе миграции. Поведение элементов в почвах и их геохимическая миграция существенно зависят от кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий (табл. 1.3).
В число важнейших процессов, обуславливающих распределение различных элементов в почвах, входят:
  • выщелачивание из почвы;
  • осаждение;
  • включение в минералы;
  • адсорбция компонентами почвы;
  • сорбция органическим веществом.

Таблица 1.3.
Подвижность элементов в зависимости от условий среды
Степень
подвижности
Условия среды Элементы
Высокая Окислительные и кислые Нейтральные или щелочные Восстановительные В, Вг, I
В, Вг, I, Mo, Re, U, V, W Вг, I
Средняя Окислительные и кислые Кислые
Восстановительные, с переменным потенциалом
Cs, Mo, Ra, Rb, Se, Si, Zn Ag, Au. Cd, Co, Cu, Hg, Ni As, Cd, Co, Cr, F, Fe, Ge, Mn, Nb, Sb, Sn, Tl, U, V
Низкая Окислительные и кислые Нейтральные или щелочные Ba, Be, Bi, Cs, Fe, Ga, Ge, La, Li, Th, Ti, I
Ba, Be, Bi, Ge, Hf, Та, Fe, Zr
Очень низкая Окислительные и кислые Нейтральные или щелочные Восстановительные Cr, Os, Pt, Rh, Ru, Та, Zr
Ag, Au, Cu, Co, Ni, Th, Ti, Zn Ag, B, Ba, Be, Bi, Co, Cu, Cs,
Ge, Hg, Li, Mo, Ni, Ra, Re, Se, Zn, Zr

В почвенной среде одновременно протекают разнообразные процессы взаимодействия между твердыми и газообразной фазами почвы, живым веществом и почвенным раствором, от которых зависят доминирующая форма соединения элемента и характер его распределения между фазами (рис. 1.1). Знание доминирующей реакции и формы соединения позволяет прогнозировать миграцию как природных, так и техногенных элементов между компонентами биосферы.
Химические свойства элементов играют ведущую роль при миграции в земной коре, причем растворимость соединений имеет важное значение для главных элементов литосферы. Соединения с ионными связями в водных растворах диссоциируют и мигрируют в форме ионов. Плохая растворимость кремне- и алюмо- кислородных соединений в воде в условиях земной поверхности препятствует их активной миграции. Наиболее низкую растворимость имеют сульфиды переходных элементов.
Соединения с преобладанием ковалентных связей иногда хорошо растворимы в воде, однако они слабо диссоциируют в водных растворах и мигрируют в виде комплексных ионов или комплексных радикалов. Осаждение хорошо растворимых соединений и образование твердых фаз возможно только при упаривании природных растворов в условиях малого количества осадков и повышенной температуры.
Резкие изменения скорости миграции и темпов накопления химических элементов вызываются наличием, так называемых, геохимических барьеров. Выделяют следующие геохимические барьеры:
  • биогеохимические, вызванные интенсивным закреплением значительного числа макро- и микроэлементов живыми организмами;
  • физико-химические, увеличивающие или уменьшающие подвижность элементов за счет изменения степени окисления, адсорбции, образования гидроксидов, сульфидов и т. п.;
  • механические, возникающие при изменении скорости воздушных или водных потоков, и вследствие фильтрационных эффектов, где роль механического барьера могут исполнять пористые известняковые породы, песчаные и глинистые прослои в толще породы и т. п.

Динамическое равновесие между компонентами почвы

Рис. 1.1.
С ионами группы переходных элементов анионы поверхностных вод образуют комплексные соединения, что играет важную роль в геохимической миграции тяжелых металлов, в том числе свинца, ртути, кадмия, олова. Многие внутриком- плексные соединения (хелаты) хорошо растворимы в воде и способствуют переносу ионов металлов в поверхностных и грунтовых водах. Образование комплексных ионов способствует повышению растворимости большинства металлов. Химический элемент связывается в форме устойчивого, хорошо растворимого комплексного соединения.
Геохимические барьеры не остаются неизменными, по мере накопления на геохимических барьерах различных веществ возможно разрушение исходных и образование новых барьеров. Ряд веществ при миграции теряет подвижность и задерживается на геохимическом барьере. В случае кумулятивного накопления на геохимических барьерах тяжелых металлов даже в слабоподвижных формах нарушается геохимическая устойчивость систем, и они загрязняются, но при этом потоки вещества очищаются за счет удержания токсикантов, что ограничивает сферу загрязнения. Например, при поступлении вредных компонентов в составе газопылевых выбросов растительный покров является барьером, задерживающим техногенные потоки. Загрязненные воды проходят через почву, очищаются от техногенных продуктов, но сама почва в результате загрязняется. Компоненты техногенного потока, не задержанные почвой, проникают в нижележащие горизонты, достигают уровня почвенно-грунтовых вод и загрязняют их. Однако в водоносном горизонте и над ним продолжают действовать геохимические барьеры различного типа - сорбционные и восстановительные.
Ландшафтно-геохимические барьеры обладают различной проницаемостью для техногенных потоков и определенной емкостью по отношению к отдельным техногенным компонентам, а также и ко всей их совокупности. Так, емкость щелочного барьера в почвах измеряется количеством карбонатов, способных нейтрализовать кислые техногенные потоки. Емкость сорбционного барьера зависит от емкости поглощения почв и мощности сорбирующего слоя, а емкость восстановительных и окислительных барьеров - от количества восстановителей или окислителей, что обусловлено микробиологической активностью среды.
Мощные техногенные потоки могут разрушать геохимические барьеры, создавать новые и вызывать коренные изменения в системе сопряженных ландшафтов. Техногенные барьеры можно создавать, усиливая некоторые природные барьеры или формируя новые на пути техногенных потоков.
<< | >>
Источник: Гофман В.Р.. Экологические и социальные аспекты экономики природопользования: Учебное пособие. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ,2001. - 631 с.. 2001

Еще по теме Техногенные потоки веществ в биогеоценозе:

  1. Счета загрязняющих веществ и материальных потоков
  2. Счета материальных потоков загрязняющих веществ и использования материалов: возможности для экологической политики
  3. Понятия материи и вещества, качество и превращение вещества.
  4. ГРУППА 36 ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА; ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ; СПИЧКИ; ПИРОФОРНЫЕ СПЛАВЫ; НЕКОТОРЫЕ ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА
  5. Круговороты веществ в природе. Ресурсный цикл.
  6. Причины и стадии техногенных катастроф
  7. 1.3. Управление техногенным риском
  8. Новое органическое вещество
  9. Формирование техногенно-антропогенных связей
  10. Техногенное экономическое развитие
  11. Управление техногенным риском
  12. Техногенные физические поля городов
  13. |4) СМЕШЕНИЕ СТОИМОСТИ С ВЕЩЕСТВОМ ПРИРОДЫ (ПАОЛЕТТИ)!
- Бюджетна система України - Бюджетная система РФ - ВЕД України - ВЭД РФ - Государственное регулирование экономики России - Державне регулювання економіки в Україні - Инвестиции - Инновации - Инфляция - Информатика для экономистов - История экономики - История экономических учений - Коммерческая деятельность предприятия - Контроль и ревизия в России - Контроль і ревізія в Україні - Логистика - Макроэкономика - Математические методы в экономике - Международная экономика - Микроэкономика - Мировая экономика - Муніципальне та державне управління в Україні - Налоги и налогообложение - Организация производства - Основы экономики - Отраслевая экономика - Политическая экономия - Региональная экономика России - Стандартизация и управление качеством продукции - Теория управления экономическими системами - Товароведение - Философия экономики - Ценообразование - Эконометрика - Экономика и управление народным хозяйством - Экономика отрасли - Экономика предприятий - Экономика природопользования - Экономика регионов - Экономика труда - Экономическая география - Экономическая история - Экономическая статистика - Экономическая теория - Экономический анализ -