170098 (Геоаномальные зоны и биота)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Концентрационные интервалы элементов в биотической и абиотической среде

2. Факторы образования почвенных аномалий. Рельеф

3. Сущность геохимической оценки урбанизированных территорий

4. Практическая задача 1 (проба 2168)

Список использованных источников

1. Концентрационные интервалы элементов в биотической и абиотической среде

Воздействие человека на биосферу сложно и многообразно, весьма часто оно ведет к необратимым изменениям. В то время как изменения поверхности Земли, обусловленные геологическими и биологическими процессами, очень медленны, изменения, вносимые и/или интенсифицируемые человеком, накапливаются в последние годы чрезвычайно быстро. Все изменения антропогенной природы нарушают естественный баланс каждой экосистемы, сформировавшийся постепенно в течение длительного периода времени. Поэтому такие изменения ведут чаще всего к деградации естественной среды обитания человека. В результате расширения сельскохозяйственной деятельности некоторые экосистемы превратились в искусственные агроэкосистемы. Хотя воздействие человека на биосферу началось еще в неолите, проблема ухудшения состояния экосистем, вызванного их загрязнением, стала резко обостряться в последние десятилетия XX в.

Микроэлементы-загрязнения, проникшие в растительные ткани, играют активную роль в метаболических процессах, но они могут также сохраняться в виде неактивных соединений в клетках и на клеточных мембранах. В любом случае химический состав растений может меняться без появления явно видимых повреждений. Вариации элементного состава живых организмов в «нормальных» условиях, а также при умеренном избытке и недостатке химических элементов и относительный уровень токсичных доз подчиняются одной и той же закономерности. Общим в этой закономерности является увеличение интервалов варьирования с уменьшением средней концентрации элемента. Вероятно, любая биологическая система имеет определенные концентрационные интервалы как для внутренней, так и для внешней среды.

В нормальных физиологических и биогеохимических условиях содержание каждого элемента в любом субстрате и в организме в целом осциллирует около средних значений. Это могут быть естественные вариации, коротко периодичные, суточные, сезонные, возрастные и т.д., а также вариации, вызванные какими-то внешними воздействиями. При этом интервалы варьирования увеличиваются с уменьшением как среднего содержания элемента, так т степени организованности объекта (положение на эволюционной лестнице). Аналогичным образом может изменяться элементный состав окружающей среды (поступление элементов питания). Важно, что в биотической и абиотической средах эти колебания не связаны с какими-то существенными нарушениями.

Аналогично можно предположить наличие интервала концентраций с несколько большим размахом варьирования. В этот интервал укладываются изменения элементного состава внутренней среды, вызванные патологическим состояниями организма, экстремальными внешними воздействиями и экстремальными изменениями биогеохимической обстановки (поступление элементов). Такой же интервал должен существовать в случаях избыточного или недостаточного поступления химических элементов, в результате которого отмечаются более или менее серьезные нарушения физиологического состояния организмов.

Таким образом, для биотической среды (элементного состава органов, тканей и всего организма) или абиотической среды возможны три концентрационных интервала.

Первый интервал (нормальный, или интервал нормальных концентраций) включает физиологические вариации состава или вариации внешней среды, не вызывающие патологических состояний. Иными словами, это интервал концентраций элементов во внутренней и внешней средах, в пределах которого нормально функционируют гомеостатические процессы.

Второй интервал (патологический, или интервал патологических концентраций) включает вариации, связанные с патологическим состояниями. Этот стрессовый интервал можно рассматривать как предельную нагрузку нормальных гомеостатических процессов.

Третий интервал (парабиотический, или интервал парабиотических концентраций) можно рассматривать как интервал вариаций состава внутренней среды при критических патологических процессах или интервал критического избытка или недостатка элемента в абиотической среде. Достижение границ этого интервала вызывает гибель организмов в связи с летальным избытком или дефицитом элемента во внутренней или внешней среде.

Концепция концентрационных интервалов позволяет рассматривать феноменологию такого явления, как привыкание к повышенному поступлению токсичных элементов. Так, известны регионы, где большая часть населения потребляла мышьяковистые соединения в количествах, близких или даже превышающих летальные дозы. Это принято объяснять уменьшением всасываемости таких соединений в желудочно-кишечном тракте. Процесс привыкания можно объяснить и с позиций концентрационных интервалов. Если при постоянном умеренном поступлении соединений мышьяка постепенно увеличивается концентрация этого элемента в организме, то при таком «привычном» содержании мышьяка изменятся и границы концентрационных интервалов. Так, при увеличении концентрации мышьяка границы концентрированных интервалов сузятся, причем допустимым окажется меньшее относительное увеличение поступления мышьяка, чем в норме. В абсолютном выражении это означает, что летальная для нормального организма доза станет допустимой для организма, «обогащенного» мышьяком. Однако при этом нормальное поступление элемента станет ниже границ допустимого дефицита (поскольку границы концентрационных интервалов станут уже) и организм будет испытывать недостаток элемента. В литературе описано не только привыкание организма человека к повышенному поступлению мышьяка, по и явления специфической мышьяковой недостаточности для «привыкшего» организма при нормальной диете, устраняемые повышением поступления мышьяка в организм. Мышьяковый дефицит для «привыкших» организмов не объясняется уменьшением всасываемости. Это можно считать подтверждением концепции концентрационных интервалов.

2. Факторы образования почвенных аномалий. Рельеф

абиотическая рельеф почвенная геохимическая

Являясь неотъемлемой частью регуляторной системы организмов, микроэлементы имеют важное экологическое значение. Распределение элементов на поверхности суши очень неравномерно. Неоднородность микроэлементарного состава почвенного покрова планеты заложена задолго до его образования благодаря дифференциации элементов по минералам носителям. Даже в пределах одной минералого-геохимической провинции содержание меди в обломочном кварце и глинистых минералах различается в 10-20 раз, а цинка - в 100 раз и более. Разные соотношения обломочного кварца и высокодисперсных частиц, складывающиеся в процессе переотложения продуктов выветривания, определяют геохимическую неоднородность почвообразующих пород. Ее дальнейшему углублению способствуют процессы почвообразования.

В результате почвообразования образуется почва, которая при хорошей сформированности состоит из ряда слоев - горизонтов, подразделяющихся в свою очередь на подгоризонты. Верхний горизонт А обычно является наиболее гуминовым, но содержание органических веществ неуклонно уменьшается по направлению к нижним горизонтам профиля. Материал выщелачивается из горизонта А, который называется элювиальным вследствие удаления растворимых солей и коллоидного материала. Этот материал отлагается в иллювиальном горизонте В. Горизонт С образуется в результате эрозии материнских пород. Этот процесс называется полигенезом.

Подгоризонты получили обозначения соответственно А₀, А₁ А₂, В₁, В₂ и т. д., и их классификация представляется достаточно сложной. Но так как в персонал поисковой партии редко включают почвоведов, то в геохимическом исследовании при классификации горизонтов следуют простому подходу, используя только три основных горизонта (т. е. А, В и С). Такая упрощенная классификация объясняется тем, что часто не хватает времени для тщательного предварительного изучения почв, которое подтвердило бы наличие более трех горизонтов.

Почва – это весьма специфический компонент биосферы, поскольку она не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество. Микроэлементы, поступающие из различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от ее химических и физических свойств. Хотя химия веществ, загрязняющих почву, была в последнее время предметом большого числа исследований, наши знания о поведении микроэлементов-загрязнений еще далеки от совершенства. Продолжительность пребывания загрязняющих компонентов в почвах гораздо больше, чем в других частях биосферы, и загрязнение почв, особенно тяжелыми металлами, по-видимому, практически вечно. Металлы, накапливающиеся в почвах, медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. Первый период полуудаления (т. е. удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов, по расчетам Иимуры и др., для почв в условиях лизиметра сильно варьирует: для Zn – от 70 до 510 лет, для Cd – от 13 до 1100 лет, для Сu – от 310 до 1500 лет и для Рb – от 740 до 5900 лет.

Рис. 1. Схематическое изображение почвенных профилей. а — характерные почвенные профили; б — климатические вариации. Ао—В — почва, образованная механическими, химическими и органическими процессами: Ао — частично разложившиеся органические остатки; А₁ — гумус, зона органического накопления, имеет темную окраску; Аз — зона выщелачивания, имеет светлую окраску; В — зона накопления, коричневая до красно-бурой, плотная; С — зона эрозии коренных пород и структуры остаточных коренных пород; D — коренная порода.

Баланс привноса – выноса металлов в почвах показал, что концентрации микроэлементов в поверхностном слое почв в глобальном масштабе, по-видимому, возрастают с расширением индустриальной и сельскохозяйственной деятельности. Есть признаки того, что поверхностный слой почв, вероятно, подвергается как локальному загрязнению, так и региональному переносу загрязнений. Первес [634] указывает, что степень зараженности почв в городах сейчас настолько велика, что можно идентифицировать большинство проб почв как городские или сельские по содержанию в них нескольких микроэлементов, известных как главные компоненты загрязнения в городской среде.

Рис. 2. Воздействие климата на почвенную зональность (а) и роль органического материала в образовании почв в соотношении с климатом (б). Границы а и б совпадают.

Региональное загрязнение почв, как указывается в большинстве публикаций, происходит главным образом в промышленных районах и в центрах крупных населенных пунктов. Наиболее важными источниками микроэлементов здесь являются предприятия, транспорт и коммунальные сточные воды. Однако из-за воздушного переноса на большие расстояния микроэлементов-загрязнений, особенно тех, которые образуют летучие соединения (например, As, Se, Sb, Hg), стало трудно определять природный фоновый уровень некоторых микроэлементов в почвах.

В дополнение к воздушным источникам микроэлементов следует также отметить поступление последних в почвы с удобрениями, пестицидами и при орошении. Важным источником загрязнения почв в некоторых промышленных районах могут быть отвалы металлургических заводов и рудников за счет мобилизации и переноса тяжелых металлов просачивающейся через них водой или разноса пыли ветром. Влияние орошения сточными водами на состав почв вызывает особенно серьезное беспокойство, оно было предметом большого числа исследований и многих законодательных мер. Рекомендуемые стандарты и инструкции по предотвращению накопления микроэлементов при орошении полей стоками находятся еще в стадии разработки и обсуждения. Есть участки почв, на которых предельные уровни уже превышены – в огородах, фруктовых садах и других местах – за счет загрязнения от промышленных источников или обильного и многократного орошения сточными водами. Высокое содержание тяжелых металлов в стоках – наиболее важное препятствие для использования последних в сельском хозяйстве.

Рельеф создает микроклимат и вызывает значительные различия в развитии профилей. Наиболее крутые склоны образуют более поверхностные почвы и меньшую профильную дифференциацию. Подвижные элементы быстро выщелачиваются с верхних слоев почвы и вновь осаждаются в нижней части склона на площадях с более пологим рельефом. Известь часто отлагается в таких районах и придает почве более высокую кислотность (рН) в нижней части склона. Плохо дренированные почвы в районах с низким рельефом обычно имеют более высокое содержание органических веществ, чем дренированные участки ландшафта. Именно здесь образуются торфяные болота.

3. Сущность геохимической оценки урбанизированных территорий