В курсовой работе рассматривается введенное в естественные науки в 1961 году академиком А. И. Перельманом новое фундаментальное понятие геохимические барьеры
 Скачать 0.57 Mb.
|
|
6. КОМПЛЕКСНЫЕ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ Комплексный геохимический барьер – это несколько наложенных друг на друга различных барьеров. Среди природных барьеров комплексные по распространенности занимают одно из первых мест. Так, очень широко распространены, особенно в горных районах, кислородные барьеры, представляющие собой родники с выходом на поверхность глеевых вод. Осаждающиеся из них гидроксиды Fe3+ являются хорошими сорбентами целого ряда металлов, и процесс осаждения этих коллоидов представляет собой начало формирования нового геохимического барьера – сорбционного. Именно по этой причине опробование «ржавой мути», осевшей на дне источников, дает информацию о концентрации металлов в родниковой воде, а следовательно, и о гидрогеохимической обстановке в районе распространения этих глеевых вод. О массе веществ, концентрирующихся на комплексных геохимических барьерах, о их распространенности в пространстве и во времени можно судить хотя бы потому, что подавляющее большинство месторождений полезных ископаемых образовалось именно на комплексных геохимических барьерах. Как один из примеров этого процесса концентрации элементов рассмотрим современное формирование полиметаллических залежей на дне ряда впадин Красного моря [1]. В местах разгрузки и смешивания практически безметальных сероводородных вод и металлоносных рассолов происходит отложение части сульфидов на сероводородном барьере. На границе бескислородных придонных рассолов с расположенными выше кислородными водами действует кислородный барьер, на котором растворенное закислое железо окисляется и в итоге происходит осаждение коллоидных образований аморфных гидроксидов Fe3+. Они являются хорошими сорбентами и по мере опускания сорбируют из вод целый ряд металлов и в первую очередь имеющую повышенную концентрацию медь (таким образом, видно действие уже третьего геохимического барьера – сорбционного). А осевшие аморфные коллоиды Fe(OH)3 постепенно превращаются в гетит с аномальным содержанием меди. Необходимо также отметить роль в формировании рудных осадков впадин Красного моря еще одного (уже четвертого) геохимического барьера – термодинамического: с охлаждением горячих рассолов (56°С) связано отложение цинка при распаде его хлоридных комплексов. Кроме этих барьеров несомненное воздействие на концентрацию металлов в осадке оказали сульфатредуцирующие бактерии, то есть имеет место быть действие биогеохимического барьера. Особо следует отметить, что в природных условиях часто появление одного геохимического барьера обуславливает возникновение второго, а их совместное положение – третьего и так далее. Такая геохимическая особенность существует в районах создаваемых техногенных и социальных геохимических барьеров. Ее необходимо учитывать при формировании новых барьеров, однако делается это далеко не всегда. Так, при создании водохранилища обычно учитывается только возникновение механического барьера, на котором задерживается обломочный материал, минералы и тонкая взвесь. Последняя по пути миграции, и особенно при оседании, сорбирует из вод значительное количество определенных химических элементов. Так формируется сорбционный барьер. Водоросли, развивающиеся в образовавшемся у плотины водохранилища, постепенно сносятся течением к плотине. К тому же у плотин происходит задерживание многих планктонных и бентосных организмов. Их усиленному росту обычно способствуют повышенная температура хорошо прогреваемых вод водохранилища и поступление удобрений. В результате у плотины возникает биогеохимический барьер. Отмершие водоросли оседают на дно и, разлагаясь, поглощают свободный кислород из вод. В результате в донных осадках (а часто и в придонном слое воды) формируется глеевый барьер. При наличии в водах сульфат-иона вероятно образование сероводородного барьера. Таким образом, через определенный промежуток времени в приплотинной части водохранилищ формируется комплексный барьер, состоящий из механического, сорбционного, биогеохимического и глеевого (или сероводородного). 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ГЕОХИМИЧЕСКИХ БАРЬЕРОВ Важным и актуальным вопросом в современной геохимии остается использование геохимических барьеров для определения загрязнения окружающей среды. Для этой цели уже определены количественные характеристики геохимических барьеров. Однако основным препятствием остается трудность определения параметров миграционного потока, а также сложность определения всех параметров, влияющих на образование геохимического барьера. Но когда все величины определены, то геохимический барьер служит наглядным пособием для определения загрязнения окружающей среды. Геохимические барьеры также могут послужить для определения источника загрязнения. Важным понятием для определения источника загрязнения является понятие межбарьерных геохимических ландшафтов. Они представляют собой совокупности элементарных ландшафтов, характеризующиеся единым основным видом миграции элементов и расположенные между двумя одинаковыми геохимическими барьерами по ходу миграции. Как пример, рассмотрим межбарьерные ландшафты одной из рек. Их расположение должно быть связано не только с основным видом миграции, но и с одинаковой формой нахождения химических элементов, содержащихся в миграционном потоке и осаждающихся на рассматриваемых барьерах. Если нас интересуют поллютанты, находящиеся в минеральной форме и осаждающиеся на механических барьерах, то межбарьерные ландшафты необходимо выделять между механическими барьерами. Для предварительного выявления источника загрязнения опробование целесообразно осуществлять в этом случае только на механических барьерах. Если повышение концентрации поллютантов обнаружены только на барьере М3, то источник их поступления в реку находится в пределах ландшафта, ограниченного барьерами М2 и М3. Если поллютанты (например, тяжелые металлы) мигрируют в форме растворов и осаждаются в присутствии H2S, опробование следует производить на сероводородных барьерах в донных отложениях. При обнаружении повышенной концентрации тяжелых металлов только на втором сероводородном барьере (В2), источник загрязнения должен находиться в пределах ландшафта, ограниченного барьерами В1 и В2. Очень часто поллютанты на одной и той же территории мигрируют в нескольких различных формах. В этом случае для выявления нескольких источников загрязнения на одной и той же территории приходится выделять, как правило, несколько различных межбарьерных ландшафтов. Частично они могут взаимно перекрывать друг друга. Вообще же, методы использования геохимических барьеров для определения загрязнений еще требуют существенной доработки – одним словом, это широкий фронт работы для исследователей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Понятие геохимических барьеров стало тем связующим звеном, благодаря которому стало возможно соотнести достижения химии и физики с практическим анализом процессов миграции элементов. На данный момент развития геохимии стало возможным прогнозировать появление геохимических барьеров, зная направление и характеристику потока миграции. Это, в свою очередь, дает возможность более осознано подходить к вопросу использования земельных ресурсов – благодаря прогнозированию последствий человеческого влияния на окружающую среду. С другой стороны, с помощью геохимических барьеров можно определять количественные и качественные характеристики процессов миграции. Зная, в свою очередь, эти данные, возможно определить неучтенные источники загрязнения и более качественно оценить уже известные – и уже исходя из этого, можно сделать более мягким воздействие на окружающую среду. Можно сказать, что за свою, чуть более чем сорокалетнюю историю, понятие геохимического барьера сыграло (и будет дальше играть) свою роль в экологизации взаимоотношений человека и природы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Алексеенко В.А. «Экологическая геохимия» (учебник для ВУЗов) – М. Логос, 2000г. – 614с. Перельман А.И. «Геохимия» - М. Высшая школа, 1989г. –527с. «Экология Восточного Казахстана» - У-Ка. ВКГУ, 2000г. – 67с. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ Расчет индекса загрязнения атмосферы Исходные данные:
Индекс загрязнения атмосферы определяется по следующей формуле: Im = ∑( qi · Ai )Ci где Im – индекс суммарного загрязнения атмосферы; qi - средняя концентрация i-го вещества за период времени; Ai – коэффициент опасности i-го вещества, определяемый по формуле Ai = 1 / ПДКi Ci – показатель степени, зависящий от класса опасности вещества. В зависимости от значения индекса загрязнения атмосферы различают степени чистоты атмосферного воздуха:
1. Определяем значение коэффициента опасности вещества для каждого вещества: Оксид углерода: А = 1 / 3 = 0,33 Пыль: А = 1 / 0,15 = 6,67 Аммиак: А = 1 / 0,04 = 25 Медь: А = 1 / 0,001 = 1000 Ртуть металлическая: А = 1 / 0,0003 = 3333,33 2. Рассчитываем индекс загрязнения атмосферы: Im = (2,1 · 0,33)0,85 + (1,12 · 6,67)1 + (0,85 · 25)0,85 + (0,0008 · 1000)1,3 + (0,0076 · 3333,33)1,5 = = 0,73847 + 7,46667 + 13,43554 + 0,74820 + 127,50812 = 147,897 Так как Im(147,897) > 20, то делаем вывод, что воздух чрезвычайно грязный. Основная причина этого более чем 25-кратное превышение ПДК металлической ртути (1 класс опасности), более чем 20-кратное превышение ПДК аммиака (4 класс опасности) и более чем 7-кратное превышение ПДК пыли (взвешенных веществ – 3 класс опасности), а также значительно приближенные к предельно допустимым концентрации оксида углерода и меди. Расчет индекса загрязнения воды Исходные данные:
Расчет индекса загрязнения воды In проводится по формуле, подобной формуле, используемой для расчета индекса загрязнения атмосферы: In = ∑( qi · Ai )Ci Различают степени чистоты водного объекта в зависимости от индекса загрязнения воды:
1. Определяем значение коэффициента опасности вещества для каждого вещества: Цинк: А = 1 / 0,01 = 100 Нитрит – ион: А = 1 / 0,08 = 12,5 Кадмий: А = 1 / 0,005 = 200 Медь: А = 1 / 0,001 = 1000 2. Рассчитываем индекс загрязнения водного объекта: In = (0,015 · 100)1 + (1,12 · 12,5)1,3 + (0,07 · 200)1,3 + (0,08 · 1000)1 = 1,5 + 30,9 + 30,9 + 80 = = 143,3 Так как In(143,3) > 20, то делаем вывод, что водный объект чрезвычайно грязный. Это обусловлено: 80-кратным превышением ПДК меди (3 класс опасности), 14-кратным превышением ПДК нитрит-ионов и кадмия (2 класс опасности) и 1,5 превышением ПДК цинка (3 класс опасности). Расчет коэффициента загрязнения почв Исходные данные:
Коэффициент концентрации загрязнения почв рассчитывается по формуле: ККз = Xi / Хф где Xi – содержание i-го загрязняющего вещества; Хф – фоновое содержание химических элементов. Рассчитываем коэффициент концентрации загрязнения почв i-ым элементом: Медь: ККз = 500 / 58 = 8,62 Свинец: ККз = 200 / 22 = 9,09 Барий: ККз = 4000 / 472 = 8,47 Марганец: ККз = 400 / 830 = 0,48 Титан: ККз = 6000 / 4450 = 1,35 Ванадий: ККз = 1000 / 82 = 1,22 Бериллий: ККз = 8 / 0,5 = 16 Цирконий: ККз = 120 / 158 = 0,76 Молибден: ККз = 10 / 2 = 5 Никель: ККз = 150 / 57 = 2,63 Кобальт: ККз = 12 / 18 = 0,67 Хром: ККз = 300 / 47 = 6,38 Висмут: ККз = 3 / 0,5 = 6 Сурьма: ККз = 0,5 / 0,6 = 0,83 Кадмий: ККз = 10 / 0,7 = 14,29 |