Министерство образования и науки РФ
ГОЙ ВПО «Северо-восточный федеральный университет им. М.К.Аммосова»
Биолого-географический факультет
Кафедра экологии
Реферат
На тему: Геохимические барьеры
Выполнил: ст.гр. ПП-07
Нимаев Александр
Якутск 2010
Содержание
Введение
Глава1 Теория геохимических барьеров
Глава2 Виды геохимических барьеров
Глава3 Техногенные геохимические барьеры и защита окружающей среды
Заключение
Списокиспользованной литературы
Введение
Как и в биосфере вцелом, в пределах отдельных ландшафтов и в их группах, составленных поопределенным признакам, практически непрерывно идет перемещение атомовхимических элементов, часто с изменением форм их нахождения. Другими словами,идут процессы миграции. Однако их интенсивность в разных участках биосферыможет весьма различаться. Само же перемещение, как правило, можно ограничить впространстве, выделив своеобразный миграционный поток.
Участки биосферы (идаже земной коры), на которых в миграционном потоке на коротком (по сравнению сего протяженностью) расстоянии резко уменьшается интенсивность миграциихимических элементов и, как следствие этого процесса, повышается ихконцентрация, получили название геохимических барьеров. Этот термин былпредложен в 1961 г. А.И. Перельманом. Им же были разработаны основы учения огеохимических барьерах, которое к настоящему времени стало одной из важнейшихчастей целого ряда наук о Земле.
Геохимические барьеры –участки ландшафтной сферы, на которых происходит резкое уменьшениеинтенсивности миграции и концентрация химических элементов и соединений. Слатеральными (боковыми) миграционными потоками и сменой на их путигеохимической обстановки связано появление ландшафтно-геохимических барьеров, ас радиальными (вертикальными) потоками и контрастностью условий миграции вразличных генетических горизонтах почв — почвенно-геохимических барьеров. Поформе геохимические барьеры разделяются на линейные, приуроченные к границаммежду элементарными ландшафтными ареалами, и площадные, имеющиесубгоризонтальное простирание. Размеры геохимических барьеров могутварьироваться от нескольких сантиметров до сотен и тысяч метров. Выделяютследующие основные виды геохимических барьеров: механические — участки резкогоизменения скорости движения миграционных водных потоков или ветра, на которыхпроисходит накопление химических элементов и соединений, передвигающихся в видеобломочных частиц различного размера; физико-химические — возникающие научастках резкого изменения окислительно-восстановительных и/илищелочно-кислотных характеристик природных вод (среди них выделяют кислородный,сульфатный, карбонатный, испарительный и др.); биологические — приурочены кместам накопления химических элементов и соединений за счет жизнедеятельностиразличных организмов.
В природе встречаютсякак отдельные виды геохимических барьеров, так и их разнообразные сочетания.Каждая разновидность геохимического барьера обладает способностьюконцентрировать лишь определенную ассоциацию мигрирующих веществ (например, накарбонатном геохимическом барьере теряют подвижность ионы Ca, Sr, Ba; наиспарительном — ионы Li, Na, Mg, Ca, U и т.п.). Детальное изучениегеохимических барьеров является одной из основных задач геохимии ландшафта всвязи с огромной практической значимостью, так как концентрации отдельныхэлементов на геохимические барьеры могут достигать значимых в промышленном отношениивеличин, а также иметь экологические последствия. Геохимические барьерывыполняют функцию природных «фильтров», сильно снижающих миграционнуюспособность большинства загрязнителей и способствующих их фиксации иразличению. Более того, теория геохимических барьеров служит основой длянаучного обоснования создания искусственных геохимических барьеров (техногенныегеохимические барьеры), ограничивающих или полностью исключающихраспространение химических загрязнителей.
Глава 1 Теориягеохимических барьеров
Обобщение большогофактического материала позволило В. И. Рехарскому классифицироватьгидротермально-метасоматические формации рудных месторождений и установитьхарактерные для них ассоциации элементов. Старший научный сотрудник К. М.Феодотьев проводил эксперименты, моделирующие гидротермальные процессы.
Геохимия рудообразующихпроцессов изучалась на примере молибдена и ртути. Результатом этих исследованийявились монографии: А. А. Саукова, Н. X. Айдиньян, Н. А. Озеровой «Очеркигеохимии ртути» (1972) и B. И. Рехарского «Геохимия молибдена вэндогенных процессах» (1973).
Исследования погеохимии отдельных элементов под руководством В. И. Рехарского и П. А. Озеровойуспешно развиваются и в последующие годы. Широкое применение получили новейшиеметоды лабораторных исследований — изучение газожидких включений (Ю. Н.Пашков).
Как известно, А. А.Сауков начал свою научную деятельность с изучения геохимии ртути и эндогенныхпроцессов. С середины 40-х годов он стал много внимания уделять и гипергеннымпроцессам, особенно в связи с геохимическими методами поисков полезныхископаемых, исторической геохимией, геохимией редких элементов. В отделе А. А.Сауков поддерживал исследования, начатые автором этой книги, по двум научнымнаправлениям — геохимии ландшафта и геохимии эпигенетических процессов зоныгипергенеза. Эти работы продолжаются и в настоящее время. За последние годынаибольшее внимание уделяется теории геохимических барьеров, систематикегеохимических аномалий, палеогеохимии ландшафтов СССР, геохимии процессовоглеения (А. И. Перельман, Е. Н. Борисенко).
Глава 2 Видыгеохимических барьеров
Геохимические барьерыбиосферы разделяются на два основных типа — природные и техногенные. И те, идругие располагаются на участках изменения факторов миграции. В первом случаесмена факторов, а соответственно и геохимической обстановки, обусловливаетсяприродными особенностями конкретного участка биосферы. Во втором такая сменагеохимических обстановок происходит в результате антропогенной деятельности.
Оба типа геохимическихбарьеров подразделяются А.И. Перельманом на три класса: физико-химические,биогеохимические и механические. Позже В.А. Алексеенко был выделен класс толькотехногенных (социальных) барьеров. На физико-химических барьерах концентрациявеществ связана с их отложением из растворов при изменении физико-химическойобстановки. В качестве примера уже был рассмотрен один из таких барьеров(испарительный), существенно воздействующий на безопасность жизнедеятельности.
Механические барьерыпредставляют собой участки с резким уменьшением интенсивности механическогоперемещения веществ и соответственно их отложения. В биосфере механическиебарьеры связаны в основном с миграцией элементов в минеральной или коллоиднойформе. Миграция чаще всего происходит в воздушной и в водной средах, а также награнице сред (скатывание обломков по склонам).
При переносе ввоздушных потоках паров воды своеобразными механическими барьерами являютсягорные системы. Задержка на них облаков и выпадение осадков могут приводить кнарушению безопасности жизнедеятельности и даже к экологическим катастрофам.Это необходимо учитывать при освоении новых районов, строительстве населенныхпунктов и предприятий. Классическим примером такого барьера может служить районгорода Рио-де-Жанейро (Бразилия), зажатый между горами и Атлантическим океаном.Катастрофические наводнения, связанные с продолжительными ливнями, происходят вэтом районе довольно часто. Во время одного из последних ливней (1988) здесьпогибло около 300 человек, а общий экологический ущерб оценен в 935 млн долл.США. Подобных барьеров на земном шаре довольно много, однако сведения осущественных нарушениях безопасности жизнедеятельности в этих районахстановятся широко известными лишь при высокой плотности населения. (В районе, приведенномв качестве примера, проживает около 10 млн человек.)
Биогеохимическиебарьеры по своей сути представляют накопление химических элементоврастительными и животными организмами. Наибольшее внимание следует уделятьнакоплению веществ в высоких (токсичных) концентрациях сельскохозяйственнымикультурами, используемыми для питания. Такое накопление обычно происходит привнесении в почвы чрезмерных доз удобрений и средств химической защиты растений.Известны случаи массового отравления населения арбузами с высоким содержаниемнитратов. Известны случаи токсичных концентраций нитратов в кормовых культурах,картофеле, овощах.
Иногда в качествеудобрения используются илы из городских очистных сооружений, как, например, вНовороссийске. Многие овощи при этом увеличивают урожайность, но содержат вопасных для здоровья концентрациях многие тяжелые металлы. Их токсичноевоздействие в одних случаях проявляется сразу. В других случаях они,накапливаясь в организме, нарушают безопасность жизнедеятельности через годы.
Биогеохимическиебарьеры могут приводить и к возрастанию безопасности жизнедеятельности,задерживая поступление токсичных веществ из атмосферы. Такими барьерами обычнослужат зеленые насаждения (декоративные деревья и кустарники) околопромышленных и в селитебных ландшафтах. При этом подбор специальных растений, вбольших концентрациях поглощающих определенные химические элементы, может резкоповысить безопасность жизнедеятельности около определенных предприятий.
Социальныегеохимические барьеры относятся только к техногенным и представляют собойучастки, в пределах которых вещества концентрируются в результате прекращенияих социальной миграции. Этим термином целесообразно объединять зоныскладирования и захоронения отходов, как промышленных, так и бытовых. Краткорассмотрим их некоторые особенности, влияющие на безопасностьжизнедеятельности.
Химические элементы (ихсоединения), накапливающиеся на социальных барьерах в повышенных концентрациях,не соответствуют ни одной природной ассоциации. Это значит, что совместно могутвстретиться элементы, которые в повышенных содержаниях в биосфере довмешательства человека в их распределение не встречались. Последствия ихнеобычного для природы совместного влияния на безопасность жизнедеятельности неизучены.
Окислительныегеохимические барьеры. Развиваются на участках резкой смены восстановительныхусловий окислительными или же в общей форме в местах перехода от менееокислительных условий к более восстановительным (или от более восстановительныхк менее окислительным). Наиболее изучены такие барьеры в местах сменывосстановительной обстановки окислительной, причем главным агентом окисленияслужит свободный кислород. В связи с этим данную разновидность окислительногобарьера можно назвать кислородным барьером.
Восстановительныегеохимические барьеры. Эти барьеры возникают в тех участках зоны гипергенеза,где окислительные условия сменяются восстановительными или, в более общейформе, где менее восстановительные резко переходят в более восстановительные. Всоответствии с двумя основными классами восстановительной среды — сульфидным(сероводородным) и глеевым — устанавливаются и два класса восстановительныхгеохимических барьера: сульфидный (сероводородный) и глеевый. Оба классабарьеров распространены как в почвах, так и в водоносных горизонтах.
Сульфидный барьер.Современные термальные сероводородные барьеры формируются на дне впадинКрасного моря, в других морских и океанических районах, в районах вулканизма, взонах разлома и т. д.[1]. Сульфидный (сероводородный) барьер так же возникает впочвах и водоносных горизонтах, когда дренирующие воды встречают на пути своегодвижения сероводород (сероводородные воды; выделение газов, содержащих H2S;гниющее органическое вещество). При этом происходит выпадение металлов в форменерастворимых сульфидов.
Сероводород осаждаетмедь из природных вод в форме различных сульфидов. Поэтому на участках встречимеденосных вод с сероводородными возникает восстановительный барьер, на которомосаждается медь и ее спутники свинец и цинк.
Глава 3 Техногенныегеохимические барьеры и защита окружающей среды
Разработка методовулучшения экологической ситуации до последнего времени проводилась в основномпутем совершенствования технологий производства (создание безотходныхтехнологий, переработка отходов, совершенствование систем очистки сбросов ивыбросов и т.д.), что, несомненно, является важным и перспективным направлением.Наряду с этим в последние десятилетия для защиты окружающей среды отзагрязнения наметилась тенденция использования геохимических методов. Большуюроль в этом сыграло исследование процессов техногенной миграции элементов ивведение А.И. Перельманом понятий «геохимический барьер» и «техногенныйгеохимический барьер». Это участок, гдепроисходит резкое уменьшение интенсивности миграции и, как следствие,концентрация элементов.
Сущность методов защитыокружающей среды от загрязнения с помощью геохимических барьеров заключается впереводе загрязняющих компонентов в малоподвижные формы. При этом возможноиспользование как существующих природных геохимических барьеров, так ицеленаправленное создание техногенных барьеров. В качестве материалов длясоздания барьеров в зависимости от состава загрязнителей могут применятьсяприродные образования (грунты, горные породы и т.д.) или иные вещества,например, производственные отходы. В ряде случаев локализация загрязнителейможет осуществляться за счет учета природных геохимических особенностей грунтовойтолщи при выборе участков складирования или сброса отходов. Опыт работы показалвозможность использования барьеров в различных ситуациях.
Очистка сточныхвод от взвешенных частиц. Дляочистки дражных стоков от взвешенных частиц на месторождении алмазов в Пермскойобласти предложено использовать грунтовые фильтры, укладываемые в русле реки. Вкачестве материала для фильтров использовались дражные отвалы. Опытные натурныеработы показали, что в зависимости от длины пути фильтрации концентрациявзвешенных частиц в стоках может снижаться в десятки и сотни раз.
Нейтрализация кислыхстоков. Шахты Кизеловского угольного бассейна сбрасываютпрактически без очистки в гидрографическую сеть кислые (рН=2-4)высокоминерализованные сульфатные воды, имеющие в составе повышенные содержанияжелеза, алюминия, тяжелых металлов. Нейтрализацию кислых шахтных вод возможнопроводить с использованием отходов щелочного состава. Лабораторные работыпоказали, что при использовании щелочных отходов содового производства рНшахтных вод можно повышать до нейтральных значений. При этом содержаниезагрязнителей снижается до допустимых концентраций.
Снижениеинтенсивности загрязнения подземных вод в районах складирования шахтныхотвалов. Отходы вугледобычи в Кизеловском бассейне интенсивно загрязняют подземные воды. Врайонах породных отвалов они имеют низкие значения рН, повышенную минерализацию,а также высокие содержания сульфатов, железа, алюминия, тяжелых металлов. Для нормализациисостава подземных вод в качестве реагента предложено использовать соединениябария, а также дробленые карбонатные породы, укладываемые в траншеи в зонестока с отвалов. Натурные исследования показали, что в результате примененияметода на опытном участке водородный показатель подземных вод повысился с 1,8до 6,4 и сохранял близкие значения в течение года. Существенно снизилисьминерализация воды с 24 до 3 г/л, а также содержание основных загрязняющихкомпонентов.
Снижениесодержания сульфатов в технических водах. На Холбольджинском угольном разрезе (Бурятия)использование для полива технической воды, большие запасы которой сосредоточеныв выработанном карьере, затруднено повышенным содержанием в ней сульфатов – до1200 мг/л. Для снижения содержания сульфатов использовались соединения бария. Врезультате опытных натурных работ содержание сульфатов снизилось до 440 мг/л(при максимально допустимой концентрации 500 мг/л). Содержание остальных компонентовне превышало нормативных значений.
Снижение сульфатнойагрессивности подземных вод.Припланировочных работах на промплощадке Губахинского химического заводаиспользовались породы отвалов угольных шахт Кизеловского бассейна,характеризующиеся высоким содержанием различных форм серы. В результатеподтопления в насыпных грунтах, на отметках выше заложения фундаментов,сформировались подземные воды, обладающие сульфатной агрессивностью к бетону.Снижение содержания сульфатов в подземных водах проводилось путем примененияреагентов, содержащих барий. Проведенные на площадке опытные натурные работыпоказали, что в результате применения метода подземные воды, обладавшие среднейи сильной сульфатной агрессивностью, становились неагрессивными по отношению кбетону. Положительный эффект сохранялся в течение двух лет наблюдений.
Защита подземныхвод от загрязнения в районах шламохранилищ. Складирование отходов Пашийскогометаллургическо-цементного завода привело к загрязнению подземных вод в районедействующего шламохранилища. В пульпе с щелочной реакцией среды выявленыповышенные содержания Cu, Cd, Pb, Zn, Ni, Mo, As, Ti, значительно превышающиеПДК. Металлы образуют устойчивые комплексы с органическими веществами, подвижныев щелочной среде. Совместно с лабораторией ОГС МГУ предложено созданиекомплексного, многослойного экрана для снижения интенсивности загрязненияподземных вод. Основной слой, выполняющий функцию перехвата загрязнителей,предлагается создавать из смеси торфа и пиритных огарков, что позволяетсвязывать металлы в сульфиды в анаэробных восстановительных условиях.Лабораторные исследования показали, что применение метода обеспечивает защитуподземных вод от поступления загрязнителей на весь период запланированной эксплуатации.
Заключение
Итак геохимическиебарьеры это зоны резкого уменьшения миграционной способности каких-либохимических элементов; процесс сопровождается их осаждением из раствора иприводит к возникновению их повышенной концентрации, в том числе промышленныхместорождений. В зависимости от факторов рудоотложения различают:физико-химические, механические, биогеохимические барьеры. Геохимическиебарьеры играют важную роль в экзогенных процессах рудообразования.
Список использованной литературы
1. http://mirslovarei.com/content_bes/Geoximicheskie-Bar-ery-14018.html
2. http://donolim.ru/teoriya-geokhimicheskikh-barerov/
3. http://www.viems.ru/asnti/ntb/ntb504/minbaza5.html
4. http://www.fund-intent.ru/
5. http://science.viniti.ru/index.php?&option=com_content&task=view&Itemid=139&Section=&id=316&id_art=D001045