Лекция 14. Тема. «Характеристика основных классов природных барьеров»

План.

1. Физико-химический барьер.

2. Механические барьеры.

3. Биогеохимические барьеры.

4. Кристаллохимические условия.

 

1. Кислородные барьеры А являются самыми распространенными в биосфере. Объясняется это тем, что они образуются сразу же, как только глеевые и сероводородные миграционные потоки поступают в зону, содержащую свободный кислород. Окислительные барьеры образуются и при резком изменении слабо окислительных условий на резко окислительные. Из металлов на кислородных барьерах оседают железо, марганец, редко кобальт и другие металлы, с изменяемой валентностью, а также сера и селен. Железо концентрируется на значительной части барьеров с глеевых и иногда с сильнокислых вод (рН<3).

На сероводородных барьерах В оседают химические элементы, растворенные в глеевых либо кислородных водах при наличии сероводорода (в состоянии газа либо ионного раствора). В биосфере сероводородные барьеры обусловлены жизнедеятельностью сероводородных бактерий. Эти бактерии, разлагая органические вещества и сульфаты, выделяют углекислый газ и сероводород. Из сульфатов бактерии извлекают кислород (он идет на окисление органического вещества), а энергия, которая выделяется при этой реакции, поддерживает жизнедеятельность бактерий. Сероводород, взаимодействуя с растворенными солями и металлами, образует трудно растворимые растворы сульфидов, что и обуславливает образование сероводородного барьера. В природе к сероводородным барьерам приурочены месторождения руд с высоким содержанием свинца, цинка, меди, кадмия, серебра, молибдена, астата, висмута, никеля, высокотоксичных для живых организмов. Особое внимание привлекают глубинные воды Черного моря, насыщенные сероводородом, где обитают представители гидробионтов, относящиеся к разным классам.

Глеевые барьеры С возникают в местах, куда поступают кислородосодержащие и глеевые воды. Чаще всего глеевые барьеры возникают в прибрежной зоне болот. С поверхности воды на глеевую основу оседает медь, молибден, уран, серебро, хром, астат. Глеевые барьеры можно встретить в замкнутых понижениях в лесостепной зоне в нижней части аккумулятивного горизонта почвы. Наиболее энергично накапливается молибден, его содержание на барьере превышает в 8-10 раз содержание в выше лежащих слоях.

Глеевые барьеры встречаются и среди луговых почв солончаков. На таких участках концентрация молибдена от верхнего до глеевого горизонта увеличивается, а количество водорастворимых его частиц, что особенно важно, уменьшается с 17 до 2% валового содержания металла в почве.

Щелочные барьеры D формируются на участках, где кислая среда сменяется щелочной, слабощелочная – сильнощелочной, сильнокислая - слабокислой. Иначе, такие барьеры возникают в местах, где происходит резкое изменение рН. В этих условиях из раствора выпадают в осадок минералы, относящиеся к карбонатам, фосфатам, гидроксидам.

Кислые геохимические барьеры Е природного происхождения образуются при резком снижении значений рН. На кислых барьерах происходит концентрация анионогенных химических элементов (силена, германия, молибдена). Такие барьеры характерны для гидротермальных систем.

Испарительные геохимические барьеры F - это участки, где концентрация химических элементов происходит в результате процесса испарения. Чаще всего они встречаются в засушливых зонах, но в период выпадения осадков химические аномалии исчезают. Испарительные геохимические барьеры могут возникнуть при разных окислительно-восстановительных условиях. Если в грунте есть глеевый горизонт, наблюдается глеевое засоление. При наличии черного, гидротроилитного (FeS · n Н2О) горизонта, пахнущего сероводородом, можно говорить о сероводородном засолении. Возникают испарительные барьеры и в условиях окислительного процесса.

Сорбционные барьеры G формируются на границе газовых либо водных потоков с сорбентами. К природным абсорбентам относятся коллоиды оксида марганца, они абсорбируют никель, кобальт, калий, медь, барий, цинк, ртуть, золото; гидроксида железа, которые абсорбируют астат, фосфор, селен; гидроксиды кремнезема абсорбируют радиоактивные элементы; доломита – свинец, цинк. На формирование аномалий в почвах оказывает влияние способность к абсорбции элементов, входящих в состав гумуса – каолинита и монтмориллонита.

Гуминовые кислоты относятся к основным абсорбентам биосферы. Так как они малорастворимы, в их состав входят кислородосодержащие функциональные группы, ответственные за образование прочных комплексных соединений с ионами металлов. Эти барьеры характерны для прибрежных зон болот (абсорбент – торф), гумусных горизонтов, коры выветривания. Гумус и глинистые частицы определяют содержание в почвах абсорбентов.

Термодинамические барьеры Н образуются при резком изменении давления и температуры в конкретных геохимических системах.

 

2. На природных механических барьерах оседают минералы с изоморфными примесями, коллоиды с абсорбированными ними веществами, умершие растительные и животные организмы, технические соединения, не имеющие аналогов в природе. Оседание минералов происходит на всем протяжении водного потока, как временного, так и постоянного. На природных барьерах осуществляется дифференциация переносимых обломков. Большое влияние на дифференциацию оказывают ландшафтно-геохимические особенности местонахождения барьера. Некоторые исследователи считают, что глинистые коллоиды на барьере формируют мощные лессовые отложения.

Концентрация живых организмов на барьере сравнительно невелика. Более всего на барьере откладывается скелетов умерших организмов.

Осаждение обломков минералов, переносимых ветром часто происходит на мезобарьерах (дюны, К-1).

Для паров воды, переносимых ветром, барьером являются горные системы (К-2).

В биосфере распространены механические барьеры, на которых оседают коллоидные частицы, переносимые ветром, пыль (К-3).

Концентрация на механических барьерах К-4 сравнительно больших организмов происходит вместе с мелкими обломками минералов, а споры и пыльца растений, бактерии прекращают миграцию вместе с неорганическими коллоидными частицами.

Оседание на механических барьерах К-5 технических соединений, которые мигрируют в воздушных массах, приводит к загрязнению окружающей среды.

3. На биогеохимических барьерах происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов под влиянием организмов. Это можно сравнить с кратковременным накоплением химических элементов растениями и животными. После их отмирания элементы сразу же включаются в процесс миграции и биологический кругооборот.

Возможно и захоронение отмерших организмов, тогда элементы, содержащиеся в них, могут пребывать в связанном состоянии миллионы лет. В данном случае они сосредоточены в месторождениях угля, торфа, в органическом веществе, рассеяны в осадочных породах.

Основные факторы концентрации химических элементов на биогеохимических барьерах условно можно объединить в три группы:

1. Внутренние, биохимические, обусловленные биохимическими особенностями конкретного вида организмов;

2. Внешние, ландшафтно-геохимические, обусловленные условиями места обитания;

3. Внутренние, кристаллохимические, обусловленные свойствами ионов, которые входят в состав растений и животных.

Алексеенко выделил следующие биохимические факторы:

1. Каждый вид растений и животных накапливает только им присущие химические элементы;

2. В каждом органе растений и животных накапливаются определенные химические элементы;

3. Накопление химических элементов зависит от возраста и фазы развития организма;

4. Смена концентрации одного элемента в организме ведет к изменению концентрации другого элемента;

5.В каждом живом организме четко выражен барьер накопления определенных химических элементов. Если он отсутствует, то организм погибает.

Ландшафтно-химические факторы оказывают влияние на количество химических элементов в отдельных органах организма.

Установлено, что:

1. Изменение состава коренных горных пород приводит к изменению ландшафтно- геохимической обстановки и естественно к изменению концентрации ряда химических элементов;

2. Важным показателем ландшафтно-геохимической обстановки является рельеф. Он, в определенных условиях, оказывает влияние на поглощение растениями целого ряда металлов;

3. При одинаковых условиях в ландшафтах, подвергающихся ветровой эрозии, и в ландшафтах с эоловыми отложениями растения отличаются содержанием в них ряда металлов;

4. Изменение концентрации почвенных газов и температурного режима почв оказывают влияние на растения.

 

4. Значительная часть химических элементов в организм попадает в ионной форме, а концентрируется в организме соответственно кристаллическим особенностям ионов.

Для растений основным показателем накопления химических элементов является коэффициент биологического поглощения (КБП).

Он отражает отношение содержания химического элемента в золе растения к содержанию этого элемента в зоне питания. Коэффициент может определяться для всех растений биосферы, для отдельного вида или отдельного региона. Общую информацию дает КБП для всех растений биосферы. Он определяется отношением среднего содержания элемента в растениях к кларку этого элемента в литосфере.

Алексеенко выделяет три поля биологического накопления:

1. нормальное (для значительной части всех химических элементов);

2. повышенное (фосфор, молибден, германий);

3. сниженное (титан, ртуть, селен, фтор).

Фитобарьеры L являются концентрацией химических элементов растениями. Наибольшая фитомасса сосредоточена в лесах, в них же наблюдается максимальный прирост живого вещества. Таким образом, леса являются важным природным геохимическим барьером в биосфере. Именно этим барьером регулируется концентрация химических элементов, которые сносятся поверхностным и подземным стоком в океаны.

Необходимо отметить, что фитобарьеры существенно влияют на эколого-геохимическую обстановку и играют огромнейшую роль в биологическом круговороте химических элементов.

Различают еще и зообарьеры, которые не оказывают существенного влияния на эколого–геохимическую обстановку. Но они часто обуславливают изменения состава растительности, т.е. вносят изменения в фитобарьер.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

 

УКРАИНЫ

 

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

имени ВЛАДИМИРА ДАЛЯ

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

К ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЛАНДШАФТНАЯ ЭКОЛОГИЯ»

(для студентов по специальности

«Экология и охрана окружающей среды»)

 

Луганск 2008

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

 

УКРАИНЫ

 

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

имени ВЛАДИМИРА ДАЛЯ

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

К ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ

ПО ЛАНДШАФТНОЙ ЭКОЛОГИИ

 

(для студентов по специальности

«Экология и охрана окружающей среды)

 

 

Утверждено

на заседании кафедры

экологии

Протокол № 2 от 29.01.2008

 

Луганск 2008

 

УДК 504.54 (076)

С

 

 

Методические указания к практическим работам по ландшафтной экологии /для студентов специальности «Экология и охрана окружающей среды / сост. Симененко С.Т. – Луганск: Изд-во Восточноукр. нац. ун-та, 2008 – 13 с.

 

Методические указания предназначены для выполнения практических работ студентами 3 курса по специальности «Экология и охрана окружающей среды» Выполняя практические работы, студенты должны расширить и углубить теоретические знания, приобретенные на лекциях и в процессе самостоятельной работы с дополнительной литературой.

 

 

Составитель Симененко С.Т., доц.

 

 

Отв. за выпуск Заиграев Л.С., доц.

 

Рецензент Харьковский Б.Т., проф.