Водные и воздушные мигранты. Миграционная способность хим.элементов в почве.

Литосфера, гидросфера и атмосфера служат источниками химических элементов для ландшафта. Огромное разнообразие горных пород. Химические элементы различаются по поведению в ландшафте. Одни образуют химические соединения, вступая в реакции с другими элементами, и определяют многие важные свойства и особенности ландшафта («активные мигранты»), в то время как другие почти не участвуют в реакциях и соответственно оказывают небольшое влияние на геохимические особенности ландшафта («неактивные мигранты»). Неактивные мигранты мигрируют в ландшафте «пассивно», в ходе механического перемещения отдельных частит горных пород и минералов водными, ледниковыми, воздушными и другими потоками.

Большая часть химических элементов активно мигрирует в ландшафте. По преобладающему способу миграции активные мигранты могут быть разделены на воздушные и водные.

Воздушные мигранты — кислород, углевод, азот и водород — играют ведущую роль во всех ландшафтах, их миграция и накопление определяют важнейшие геохимические особенности ландшафта и являются необходимыми условием его существования. Эти элементы составляют большую часть массы живых организмов и природных вод. Воздушные мигранты также мигрируют с водными растворами, но для них особенно характерна миграция в газообразном состоянии, в виде летучих соединений, в то время как водные мигранты, как правило, не мигрируют или слабо вигрируют в газообразном состоянии.

Миграция элементов в атмосфере

Наземная атмосфера ландшафта в основном состоит из азота (78,09%) и кислорода (20,95%), значительно меньше в ней аргона (0,98%) и углекислого газа (в среднем 0,03%). Содержание остальных газов крайне невелико. Это инертные газы — гелий (5,2*10-5), неон (1,8*10-4), криптон (1*10-4), и ксенон (8*10-6), водород (10*10-5), метан (<5*10-6), окислы азота, аммиака, озон, пары йода и ртути, летучие вещества, выделяемые растениями (фитонциды), радон (n*10-21) и др.

Атмосфера ландшафта содержит также различное количество водяных паров (от 4 до 0, 0n%), иногда жидкую и твердую воду, пыль, микроорганизмы. Атмосфера обладает свойствами коллоидных систем; это аэрозоль.

Если содержание О2 и N2 в тропосфера в общем одинаково во всех ландшафтах, то содержание СО2, водяных паров, пыли, летучих органических веществ (фитонцидов), некоторых микрокомпонентов (озона, йода, радона и др.) подвержено значительным колебаниям.

Подземная атмосфера ландшафта (почвенный и грунтовый воздух) по составу значительно отличается от надземной: в ней больше СО2, часто выше влажность, иное содержание микрокомпонентов. Углекислых газ образуется в почвенном воздухе за счет дыхания корней, живых, микроорганизмов, его содержание колеблется от 0,15 до 0,65%, может достигать 2% и более.

Углерод

Атомная масса

12,011

Плотность (г/см3)

3,51

TплoC

Tкип.oC

(лат. Carboneum), химический элемент IV группы периодической системы Менделеева. Основные кристаллические модификации алмаз и графит. При обычных условиях углерод химически инертен; при высоких температурах соединяется с многими элементами (сильный восстановитель). Содержание углерода в земной коре 6,5.1016 т. Значительное количество углерода (ок. 1013 т) входит в состав горючих ископаемых (уголь, природный газ, нефть и др.), а также в состав углекислого газа атмосферы (6.1011 т) и гидросферы (1014< /SUP> т). Главные углеродсодержащие минералы карбонаты. Углерод обладает уникальной способностью образовывать огромное количество соединений, которые могут состоять практически из неограниченного числа атомов углерода. Многообразие соединений углерода определило возникновение одного из основных разделов химии органической химии. Углерод биогенный элемент; его соединения играют особую роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов (среднее содержание углерода 18%). Углерод широко распространен в космосе; на Солнце он занимает 4-е место после водорода, гелия и кислорода.

Оксид углерода

Оксид углерода (СО), называемый в быту угарным газом, — самая распространенная и наиболее значительная (по массе) примесь атмосфера. В естественных условиях содержание СО в атмосфере очень мало: оно колеблется от сотых долей до 0,2 млн-1 (напомним, что содержание диоксида углерода в среднем составляет 325 млн-1). Основная масса СО образуется в процессе сжигания ископаемого топлива. При этом двигатели внутреннего сгорания являются главными источниками оксида углерода. В США, например, автомашины ежегодно выбрасывают свыше 120 Мт этого газа. Максимальное количество СО образуется в период прогревания двигателя, а также в случае переобогащенной смеси. Объем углерода может достигать 10% объема выхлопных газов.

Общая масса СО, выбрасываемая в атмосферу, оценивается (по состоянию на 1988г) примерно в 380Мт, при этом за счет сжигания бензина — около 270 Мт, угля — 15Мт, дров — 15Мт, промышленных отходов — 35 Мт и лесных пожаров — 15Мт.

Содержание СО в крупных городах колеблется от 1 до 250 млн при среднем значении около 20 млн. Наиболее высокое содержание СО (значительно превышающее ПДК — некоторую нормативно установленную концентрацию загрязняющего вещества, при которой оно не оказывает значительно отрицательно воздействия на организм и условия (качество) жизни человека. Различают разовую и суточную ПДК, характеризующее степень кратковременного (обычно не более 20-30 мин) и длительного влияния вещества на организм человека) наблюдается на улицах и площадях городов с интенсивным движением автотранспорта, особенно в автомобильных пробках.

Углеводороды

Основным естественным источником углеводородов являются растения (на из долю приходиться около 1 Гт в год), а антропогенным — автотранспорт (двигатели внутреннего сгорания и топливные баки автомобилей). В США из 32Мт углеводородов, ежегодно выбрасываемых в атмосферу, больше половины приходится на двигатели внутреннего сгорания (в которых топливо не полностью сгорает), около 14% — на промышленные выбросы и около 27% — на остальные источники. При неполном сгорании происходит к тому же образование (синтез) опасных канцерогенных углеводородов содержится в гудронах и саже, выбрасываемых дизельными двигателями и отопительными системами. Хотя путем хорошей регулировки двигателя и умелого управления автомобилем можно добиться некоторого снижения выбросов.

 

27. Органическое вещество почвы. Фракционный состав органического вещества. Понятие о почвенном гумусе.

В почве содержится некоторое количество органического вещества. В органогенных (торфяных) почвах оно может преобладать, в большинстве же минеральных почв его количество не превышает нескольких процентов в верхних горизонтах.

В состав органического вещества почвы входят как растительные и животные остатки, не утратившие черт анатомического строения, так и отдельные химические соединения, называемые гумусом. В составе последнего находятся как неспецифические вещества известного строения (липиды, углеводы, лигнин, флавоноиды, пигменты, воск, смолы и т. д.), составляющие до 10—15 % всего гумуса, так и образующиеся из них в почве специфические гумусовые кислоты.

Гумусовые кислоты не имеют определённой формулы и представляют собой целый класс высокомолекулярных соединений. В советском и российском почвоведении они традиционно разделяются на гуминовые и фульвокислоты.

Элементный состав гуминовых кислот (по массе): 46—62 % C, 3—6 % N, 3—5 % H, 32—38 % O. Состав фульвокислот: 36—44 % C, 3—4,5 % N, 3—5 % H, 45—50 % O. В обоих соединениях присутствуют также сера (от 0,1 до 1,2 %), фосфор (сотые и десятые доли %). Молекулярные массы для гуминовых кислот составляют 20—80 кДа (минимальная 5 кДа, максимальная 650 кДа), для фульвокислот 4—15 кДа. Фульвокислоты подвижнее, растворимы на всём диапазоне pH (гуминовые выпадают в осадок в кислой среде). Отношение углерода гуминовых и фульвокислот (Cгк/Cфк) является важным показателем гумусового состояния почв.

В молекуле гуминовых кислот выделяют ядро, состоящее из ароматических колец, в том числе азотсодержащих гетероциклов. Кольца соединяются «мостиками» с двойными связями, создающими протяжённые цепи сопряжения, обуславливающие тёмную окраску вещества[5]. Ядро окружено периферическими алифатическими цепями, в том числе углеводородного и полипептидного типов. Цепи несут различные функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, аминогруппы и др.), что является причиной высокой ёмкости поглощения — 180—500 мг-экв/100 г.