Педосфера. Минералогический состав и органическое вещество почв.

Термин Педосфера был введен Вернадским – тонкая оболочка, покрытая почвой.

Почва – это особый слой верхней литосферы, вовлеченный в биохимический круговорот при помощи растений, животных и микроорганизмов. Это область наивысшей Е живого вещества. На 70% живое в-во опр-ет облик почвы. Почва – связующее звено м/у атмо-, гидро-, литосферой и жив.орг-ми.

Почва предст собой многофазную, многокомпонентную, открытую систему.

Почва аккумулирует и высвобождает Е, играет важную роль в обмене веществами и Е. Почва – структурный биокосный элемент биосферы, характеризуется разнообразием в пространстве и во времени. Гумус формируется сотни лет, а механический состав – млн. Химическое строение почв. 1)Отличительная особенность элементного состава: верхний горизонт почвы содержит все химические элементы. Состав твердой фазы почв. а) минералогический скелет( Si, Al, Fe,Са, Mg,Na,K,Ti ). Si – это костяк почвенной массы, его сод-е в верхнем слое литосферы сильно зависит от физико-геогр-х усл-й. Наследуется Si от материнских почвообр-х пород, затем трансформируется. Si находится в различных фазах: SiО₂ (песок) широко распр-ся, устойч-й кварц. В усл увлаж-ти почв Si хватает воду: SiО₂+2Н₂О Si(ОН)₄ или Н₄SiО₄. В зависимости от кристаллов пространственные ст-ры различают 6 видов силикатов: цепочечные,ленточные,слоистые (наиб.экол.ценность.опред-т набухаемость почв,емкость катион.обмена) ,каркасные,островные,кольцевые. Пыль-все виды,кроме слоистых. Полимерные стр-ры сост.из тетраэдра (SiО₄)-кремнекислород тетраэдер.и октаэдра (алюмогидроксильные октаэдры _ Al(OH)_6.в ряде случаев вместо Al м.б. Fe,Mg.

Fe и Mg и по своему заряду поверхности занимают промежуточное положение. Имеют большое экологическое значение. Кроме Si, большую часть присутствует и Al в самых разных формах. Это макроэл-ты.

Форма Al в литосфере: 1)оксиды в виде корунда (Al₂O₃) 2)сапфир, рубин, топаз 3)в природных усл. Al(OH)₃-гиббси; амогидро, амогидроксильные октаэдры 4)аллофан-(mSiO₂*nAl₂O₃)*bH₂O Si:Al=1:1 5)в виде квасцов (гибсид)

В почвах до 1,5-2% Al, в сред.полосе до 7%, в торфянниках меньше.

Присутствуют щелочные и щелочноземельные элементы в составе полевого шпата, слюдах, в виде солей Са и Мn. Fe. Уступает место К в супесчанных, Са^- в черноземах Fe²⁺, Fe³¹. Наибольшая стабильность МnО₂. В красноземах Si уменьш. И увелич. Fe и Al. Распрост-ие Са²⁺,Nа⁺, Mg²⁺ зависит от водного режима данного участка.

Св-ва почвы: 1)поглощение многих ионов 2)инертная система 3)буферная сис-ма.

Ф-ции порового прост-ва: влагозапас,влагопередающ,влагосохр,ф-ия аэрации.Объем и размер оказ.влияние на ж/д корней раст-й.корешки м.проникать в поры 0,1мм,а корн.волоски 0,01мм(без затрата Е).В этих порах поселяются орг-мы:инфузории,амебы,жгутиковые,водоросли,бактерии.Поровое пр-во подвижно(под дей-м воды и корней).Продукты метаболизма м/о и корней оказ-т связывающее дей-е,а давление-расчлен-щее д-ие на почв.материал.Т.о. биота возд-т на почву хим-ки и физ-ки.

Органическое вещество почвы – совокупность орг соединений за вычетом живых организмов и остатков организмов, не утративших анатомическое строение.

Гумус -темноокрашенное азотсодержащее высокомолекулярное соединение кислотного характера. Одно из самых уст-х тел в биосф,меняется и обр-ся в теч длит вр, биокосное тело(докучаев)-почва-система биотич. и абиотич.компонентов,связ-х м/у собой.В педосф.ежегодно поступает огр. кол-во отмершего орг.в-ва 120-130*10⁶тонн/год.затем обр-ся слож.комплекс орг-х соед-й гумуса почв.

Сущ. 3 осн.группы гумуса:1)активное начало-неспецифич.орг.соед-я – лесная подстилка, лесной войлок, липиды, углеводы, белки, аминок-ты, рнк, ДНК. 2)прмежуточ. продукты распада и гумификация-продукты частичного гидролиза,окисления,детерминирования белков,углеродов. 3)специф.гум.в-ва-продукты почвообраз-я,гумификация,темноокрашенные высокомолек.азотсод-есоед-я кислого хар-ра. Из(1)м.образоваться торф, т.к. слабая разложенность остатков, войлокистость. Осн.компоненты гумуса: гумин (негидролизуемый остаток) и гумусовые к-ты (сост.из гуминов.и фульвок-т).гуминовые к-ты(больше С,меньшеО2) преобладают в гумусе высшей наземной раст-ти,в водн.э/с-фульв-ты(большеО2и двойных связей,меньшеС,).Типовые почвы сод-т до 10% гумуса,среднегуминовые-5-7%.

Почвенный раствор – среда, в кот происх важнейшие химические процессы. Подвижная, динамичная, наиболее подвижная часть почвы, всегда находится во взаимодействии с тв, газообр формой, с корнями растений.

Почвенный раствор, жидкая фаза почвы, вода с растворёнными газами, минеральными и органическими веществами, попавшими в неё при прохождении через атмосферу и просачивании через почвенные горизонты. В зависимости от влажности почвы находится в плёночной, капиллярной и гравитационной формах. Почвенный раствор динамичен, участвует в почвообразовательном процессе, физико-химических, биохимических реакциях, круговороте веществ в почве и питании растений.

Почвенный воздух — воздух, заполняющий поры и пустоты почв, не занятые водой (раствором). Он беднее, чем атмосферный, кислородом, но обогащен углекислотой, что связано с интенсивностью выделения СО2 микроорганизмами и корнями растений. Ход этого процесса изменяется по временам года, суток и зависит от погоды. Количество почвенного воздуха определяется структурой почв, наличием сети трещин, пустот, ячеек, пор. Хорошая вентиляция почвы, необходимая для развития растений, — один из показателей плодородия почвы. Наибольшее содержание воздуха в почвах с зернистой, ореховатой и комковатой структурой. Наименее благоприятные почвы со сланцеватой, листоватой, мелкочешуйчатой структурами.

Почв.воздух- антогонист почв.р-ра,заполняе поровые пространства. Зем кора сод-т различ.газы в свобод,сорбиров-м, раствор.сост. Для дыхания м/о,для корней раст.Чем выше влажность климата,тем < поры и сод.воздуха.

Почвенная биота: Огромное количество микроорганизмов живут в почве и влияют на процесс почвообразования. (почва по численности жив.организмов и биомассе самая насыщенная среда). Аэробные и анаэробные МО. Простейшие (в почвенном растворе). Коловратки, пауки, много беспозвоночных: разл.классы червей, огромная по числ-ти группа насекомых. Высшие: насекомоядные: кроты, грызуны: песчанки, сурки, землеройки и т.д.

Влияют на почву: зайцы, тигры, кабаны, лоси и т.д.

Почв.орг-мы. оказ-т прямое и косвен.дей-е.1.измельч.орг.остатков,2.переработка в гуммус. 3.перевод биогенных эл-в(Р, N)в форму,пригодную для усвоения раст. 4.рыхление почвы. улучш. водно-воздушного обмена и перемеш.с гумусом. Флора: бакт, лучистые грибки (акциномицеты), грибки,водоросли.Фауна:микро,макро,мегафауна.

80. Формы миграции химических элементов в окружающей среде.

Миграция - перемещение и перераспределение химических элементов в земной коре и на её поверхности.

Две сложные экосист., связаны м/у собой биохимически: 1) экосистема суши- образуется растениями, животными и почвенным покровом. Функция: связывание и перераспределение солнеч.Е, формирование биомассы, связывание углерода атмосферы. 2) экосист.мир.океана. Эти системы находятся в непрерывном взаимодействии, вовлекая в круговороты широкий спектр органич. и неорганич.соед. в виде газов, растворов и тв. в-в.

На земле сложился великий биогеохимический круговорот: биогенные циклы, абиогенные циклы. При нормальном функционировании они имеют почти круговой характер (98%). Человек влияет на циклы. В кажд.цикле выделяют 2 фонда. 1)резервный фонд-недоступный. Это большая масса медленно движушихся в-в в основном не биотических в-в. 2)обменный фонд-это меньшая масса в-ва, для которой характерен быстрый обмен м/у организмами и их окружением: 1)круговорот газообразующих в-в (с резервным фондом в атмосфере и океане) 2)осадочный цикл (с резервным фондом в земной коре). Степень нарушенности круговорота определяется активностью его резервного фонда. Миграция: региональные и глобальные миграционные пр-сы.

Миграция зависит от: 1)биомассы; 2)скорости разм-ия; 3)концентрационная ф-ия (скорость поглощения). Наибольший вклад в миграцию сносят м/о.

2) Физикохим.миграц. (ФХМ)-этот пр-с осущ-ся как на молекуляр. так и глобальн. масштабах: диффузия, конвекция, сорбция, адсорбция, растворение, осаждение и т.д. Диффузия - самопроизвольный необратимый перенос в-ва, приводящий к установлению равновесия концентраций при переносе в-ва из области с большим содержанием к области с меньшим. Конвекция - процесс миграции массовых потоков газа или жидкости, перемещение частиц происходит вместе с растворителем. Конвекция характерна как для верхней мантии, так и для земной коры. Конвекция в пористой среде называется фильтрацией, которая протекает значительно быстрей диффузии. Сорбция -поглощение газов или жидкостей твердыми или жидкими веществами из окружающего пространства поверхностью (адсорбция) или всем объемом (абсорбция) тела. Поглощающие вещества называются адсорбентами (абсорбентами), а поглощаемые адсорбатами (абсорбатами).

3) Техногенная миграция - это непосред. транспортировка в-ва в рез-те хоз.деет. 1)процессы, мало отличающиеся от прир. процессов (рассеяние эл-тов при выработке открытым способом). Аналог механогенеза. 2)резко отлич. от природ. пр-сов. Чел извлекает металл из руд, переводит их в сост.не соответ.физикохим.усл.данного бассейна, металл в свободном состоянии. Это получение чуждых природе соединений- ксенобиотиков (медикаменты, полимеры и т.д.) 3)экспорт и импорт нефти, газа, угля, удобрений, зерна, почвы и т.д. Количественная харак-ка техногенеза - технофильность.

4) Биогенная миграция связывает химические элементы с ОС и через трофические связи друг с другом. Живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы. Биогенная миграция обусловливается двумя противоположными, но взаимосвязанными процессами: 1) образование живого вещества из элементов неорганической природы за счет солнечной энергии и 2) разрушение органических веществ, сопровождающееся выделением энергии, в результате которого элементы переходят из органич. соединений в минеральные.

Биогенная миграция определяется факторами: 1) кларком элемента; 2) скоростью размножения организма; 3) формой соединения.

По 2 фактору (Принцип Снедетского) м/о вносят наиб. вклад в миграцию.

В.И. Вернадский сформулировал закон биогенной миграции атомов в следующем виде: Миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом (тем, которое населяет биосферу в настоящее время, и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории).

По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах: химической (биохимической) – I род геологической деятельности; механической – II род геологической деятельности.

Геологическая деятельность I рода – построение тела организмов и переваривание пищи является более значительной.

Три основных положения, которые Владимир Иванович называл “биогеохимическими принципами”: I принцип: ”Биогенная миграция атомов хим. элементов в биосфере всегда стремится к макс. своему проявлению”. II принцип: “Эволюция видов в ходе геологич. времени идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы”. III принцип: “В течение всего геологического времени, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало”.

Ур-ие для интен-ти миграции,кот-ое вывел Перельман:

где b -общее количество атомов элемента x в ландшафте или какой- либо его части (почве, горной породе, организмах). Тогда относительная часть атомов, перешедших в подвижное состояние, равна db/b.

В ыводиз уравнения: наиболее инт-но мигр-ют элементы с меньшим Кларком.

Геохим. барьеры - уч-ки зем.коры,где на корот.расст-ии происходит концентрирование хим.эл-в за счет резкого уменьш.интен-ти миграции(перельман). На геохимических барьерах образуются руды большинства месторождений, различные геохимические аномалии, приводящие к загрязнению окружающей среды, другие практически важные виды концентрации элементов. Среди природных барьеров выделяют: 1) механические барьеры - участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции. К ним приурочены различные продукты механической дифференциации осадков. 2) В местах резкого уменьшения интенсивности физико-химической миграции формируются физико-химические барьеры. Они возникают в местах изменения температуры, давления, окислительно-восстановительных, щелочно-кислотных и других условий. 3) Биогеохимические барьеры обязаны уменьшению интенсивности биогенной миграции - угольные залежи, торф, концентрации элементов в телах организмов и т.д.

81.Радионуклиды в биосфере. Неустойчивые изотопы, подверженные радиоактивному распаду, называются радионуклидами. Ионизирующее излучение – любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков (кроме видимого света и УФ излучения). Это поток заряженных и (или) незаряженных частиц.

Природные радионуклиды. Естественными источниками ионизирующих излучений являются космическое пространство, а также сосредоточенные в земной коре радиоактивные нуклиды урана, тория и актиния, выделяющие в процессе распада в атмосферу изотопы радона. Половину годовой индивидуальной эффектив. дозы облучения от земных источников радиации человек получает газа радона.

Радиац. Фон (рф) нашей планеты складывается из четырех основ­ных компонентов: 1) излучения, обусловленного космическими источ-ми; 2) излучения от рассеянных в ОС первичных радио­нуклидов (РН); 3) излучения от естественных РН, поступающих в ОС от производств, не предназначенных непосредст­венно для их получения; 4) излучения от искус. РН, образованных при ядерных взрывах и вследствие поступления отходов от ядерного топливного цикла и других предприятий, исп-щих искус-ые РН.

Естественный рф складывается из компонент: 1) излучения, обусловленного косм. источниками; 2) излучения от рассеян. в ОС первичных радио­нуклидов (РН).

Космическое пространство пронизано заряженными частицами разного происхождения: галактическим излучением, корпускулярным излучением Солнца и захваченными частицами, удерживаемыми на околоземных орбитах магнитным полем Земли. Первичные космические лучи в результате процессов ионизации и ядерных взаимодействий быстро теряют свою энергию и практически исчезают на высоте около 20 км. Образуется вторичное излучение, интенсивность которого падает по мере снижения в атмосфере. В атмосфере, литосфере, биосфере под воздействием космических лучей (как первичных, так и вторичных) протекают ядерные реакции, в которых образуются нейтроны, протоны, каоны, а также радионуклиды: ³Н, ¹⁴С, Be, Na и др. Космогенные радионуклиды — 7Be, 14C, 22Na.

Земная радиация обусловлена естественными радионуклидами, которые содержатся в ее коре. Основной источник поступления радионуклидов в биосферу — горные породы, образующие толщу земной коры. Благодаря деструктивным процессам метеорологического, гидрологического, геохимического и вулканического характера радионуклиды широко рассеиваются в окружающей среде. В воздухе присутствуют радионуклиды как космогенного, так и земного происхож. Особое значение имеет поступление из верхних слоев почвы радиоактив. газов: радона (²²²Rn), торона (²²⁰Тn), актинона (²¹⁹⁾Аn) и продуктов их распада.

Радионуклиды, находясь в смеси со стабильными элементами, поступают с пищей, водой и воздухом в организм человека и становятся источником постоянного облучения. Наибольшее значение в облучении имеют ⁴⁰К, U, Th и продукты их распада. За счет радона и торона формируется 3/4 годовой индивидуальной дозы получаемой от земных источников. Радон по сравнению с тороном вносит в суммарную дозу значительно больший вклад, а дозы формируются в основном за счет дочерних продуктов распада этих изотопов. Уровни радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в земной коре. Наибольший вклад дает К40, который равномерно распределен в организме человека.

Искусственно-измененный (антропогенный) РФ складывается из компонент: 1) излучения от естественных РН, поступающих в ОС от производств, не предназначенных непосредст­венно для их получения; 2) излучения от искус. РН, образованных при ядерных взрывах и вследствие поступления отходов от ядерного топливного цикла и других предприятий, исп-щих искус-ые РН.

Техногенно-измененный рф формируется, главным образом, за счет выбросов естественных РН при сжигании орг-го топлива, поступления их при внесении минер. (в первую очередь, фосф-ых) удобрений и их со­держ. в строит. конструкциях и материалах.

Основной вклад в дозу техногенного облучения дают строительные материалы, особенно содержащие повышенные концентрации калия, радия, тория — это пемза, некоторые марки бетона, литоидный туф, гранит, отходы переработки урана. Доза в помещениях формируется в результате внешнего излучения и, главным образом, за счет поступления радона и торона в организм через органы дыхания. Сжигание органического топлива, в первую очередь, каменного угля является источником выбросов в ОС ряда естес. РН, таких как ⁴⁰К, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra, ²³²Th, ²¹⁰Po, ²¹⁰Рb. Еще меньший вклад в формирование суммарной эффективной экви­валентной дозы вносят полеты на самолетах и применение содержащих ра­дионуклиды предметов широкого потребления.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: