Кционировании техно-природных систем и другой антропогенной деятельности для последующего их использования и улучшения экологического состояния окружающей среды
| Вид материала | Документы |
- Тема: «теория и Практика эффективного экологического менеджмента», 34.43kb.
- Отчет комитета природных ресурсов и охраны окружающей среды администрации Сокольского, 394.95kb.
- Ические средства контроля и мониторинга экологического статуса компонентов окружающей, 12.92kb.
- Внедрение систем экологического менеджмента экономически эффективно для государства, 448.91kb.
- Правила проведения экологического аудита; Правила аттестации экологического аудитора, 952.19kb.
- Программа дисциплины " Экологическая геология " для слушателей курса повышения квалификации, 98.34kb.
- О проведении конкурса Минэкологии рб на лучшую научную работу в области экологии, 69.28kb.
- Научно-технический прогресс и состояние окружающей среды, 1352.68kb.
- Предварительно согласованный вариант текста проекта рамочной конвенци, москва, октябрь, 591.45kb.
- Практикум по экологическому мониторингу окружающей среды Учебное пособие, 949.79kb.
Кислый - дерново-подзолистые, красноземные, серые лесные, бурые лесные почвы, солоди;
Нейтральный карбонатный - степные черноземные, каштановые, сероземные почвы, рендзины;
Хлоридно-сульфатный - верхние горизонты некоторых солончаков степей и пустынь.
Содовый - солонцы;
Бескарбонатный глеевый - луговые и болотные почвы северных степей, карбонатные луговые и болотные почвы лесной и тундровой зон;
Соленосный глеевый - солончаки со слабовосстановительной средой;
Гипсовый глеевый - содовые луговые солонцы;
Соленосно-сульфидный - нижние горизонты солончаков;
Содовый сероводородный - солонцеватые солонцы.
Перечень элементов, которые концентрируются на геохимических барьерах, зависит от состава поступающих к барьеру вод и от класса барьера, который, в свою очередь, определяется характером процессов, приводящих к концентрации химических элементов. Сочетание указанных факторов положено в основу классификации геохимических барьеров.
Классификация геохимических барьеров.
Кислородные или окислительные барьеры. Образование их связано с изменением окислительно-восстановительных условий в ландшафте. Такие барьеры формируются на участках резкой смены восстановительной среды на окислительную. Например, грунтовые и глеевые воды, обогащенные Fe, Mn, мигрирующие в форме бикарбонатов или органических комплексов, в окислительных условиях вблизи поверхности почв, в болотах и озерах образуют железисто-марганцевые конкреции, болотные и озерные руды, обогащенные Cr, Co, Cu, Pb, V, Ni и др. элементами. Хотя при оглеении почв и Fe и Mn газоподвижны, области миграции этих элементов полностью не совпадают. Марганец более подвижен и осаждается только в резкоокислительной обстановке, как самостоятельно, так и совместно с железом.
Кислородные барьеры образуются при соприкосновении восстановительных вод (безкислородных - подземных, в болотах, илах озер и морей) с кислородными водами вблизи поверхности земли или с кислородом воздуха. Например, при встрече сероводородных вод с кислородными сероводород окисляется, образуется элементарная сера. Сероводород в этом процессе окисляют особые бактерии, для которых данная реакция играет роль дыхательного акта:
Так образуются серные месторождения.
При выходе на поверхность безкислородных вод, содержащих Fe и Mn, образуются тоже кислородный барьер, где осаждаются черные, бурые, красные гидроокислы Fe и Mn (конкреции и плиты). В озерах и болотах местами образуются “озерные и болотные руды”. В тропиках в настоящее время на кислородном барьере образуются “латеритные железные руды”. При выходе грунтовых вод в полость закрытой дрены закисное железо окисляется кислородом воздуха и происходит заохривание дренажа гидроокислами железа. При окислении Fe и Mn на кислородном барьере также принимают участие особые виды бактерий (“железобактерии” и др.).
Сероводородные восстановительные или сульфидные барьеры. Образуются в тех зонах ландшафтов, где кислые содержащие металлы глеевые кислородные воды контактируют с сероводородной водой. На этих барьерах pH часто около или выше 7, Eh ниже 0, в таких условиях концентрируются металлы, образуя нерастворимые сульфиды железа, меди, свинца, цинка.
При встрече кислых вод с восстановительной глеевой средой, когда Eh ниже 300…200мВ, в воде нет кислорода, в воздухе много СО2 и СН2, формируются глеевые восñтановительные барьеры, где накапливаются в труднорастворимой форме V, Se, Cu, U, (V5+V3+, Cu2+Cu0). Восстановительные барьеры распространены в почвах тундры, тайги, лесов умеренного и тропических областей, в почвах пойм.
Сероводородный барьер возникает не только в водоносных горизонтах - он характерен также и для илов многих морей и соленых озер.
Щелочные барьеры формируются в местах, где на коротком расстоянии кислая среда сменяется щелочной; для них характерна концентрация Fe, Ca, Mg, Mn, Ba, Sr, Cr, Zn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd и др. (элементы расположены в порядке убывания кларков).
В почвенных горизонтах щелочной барьер возникает там, где наблюдается резкий скачек pH и смены кислой и слабокислой среды на щелочную.
Щелочной барьер может появится и в кислых условиях при смене сильнокислой реакции на слабокислую и в щелочных - при смене слабощелочной среды на сильнощелочную.
Особенно контрастные барьеры образуются на контакте силикатных и карбонатных пород.
Так в таежной зоне нередко под маломощным валунным суглинком залегают известняки. Кислые растворы, фильтрующиеся из подзолистых почв, попадая в известняк, встречают на своем пути щелочной барьер, на котором осаждаются Fe и Mn.
Очень характерны щелочные барьеры для зоны окисления сульфидных руд в известняках. Здесь сернокислые растворы, образующиеся при окислении пирита, нейтрализуются известняками. В результате на щелочном барьере наблюдается ожелезнение, осаждение малахита и азурита, смитсонита и других карбонатов меди, свинца, цинка.
Рис1.
Рис2.
В техногенной зоне они могут возникать при нейтрализации кислых атмосферных осадков и поверхностных вод карбонатными породами, в результате чего образуются карбонаты металлов.
Кислые барьеры формируются в зонах ландшафта при резком изменении условий среды в более кислую сторону; от щелочных условий к кислым, от сильнощелочных к слабощелочным, от сильнокислых к слабокислым. На кислых барьерах осаждаются аниогенные элементы As, Mo, Se. Наличие этих барьеров характерно для зон окисления серных и сульфидных руд, где создается сернокислая среда, для лугово-болотных почв, где разлагаются большие массивы органических остатков в условиях избытка влаги и накапливаются органические кислоты. К резкому снижению pH почв могут вести выпадения в промышленной зоне кислых осадков и пылевые выпадения, богатые серой и сульфидами.
Двухсторонний геохимический барьер образуется на участках встречной миграции вод (например в краевой зоне березовых колков в Сев. Казахстане).
Рис.3. Двухсторонний геохимический барьер краевых зон березовых колков (по Н.С. Касимову).
Щелочные воды степи, мигрирующие вниз по склону, встречают на своем пути кислый барьер (лугово-болотные почвы), на котором концентрируются аниогенные элементы.
На границе колка со степью возникает испарительный и щелочной барьер, на котором концентрируются катионные элементы. Так на границе со степью появляется двухсторонний барьер - с одной стороны кислый, с другой стороны - щелочной.
Испарительный геохимический барьер формируется в аридных ландшафтах в шоровых солончаках, соленых озерах, засоленных почвах, на котором концентрируются Ca, Mg, Na, K, F, S, Sr, Cl, Rb, Zn, Li, N, U, Mo.
При близком залегании грунтовых вод (1-2м) в засушливых районах происходит подтягивание капиллярных растворов и осаждение из них легкорастворимых солей; в результате образуется солончак. На этом барьере на некоторой глубине накапливаются труднорастворимые соли - CaCO3, CaSO4·H2O, а на поверхности - легкорастворимые хлориды натрия, магния, местами нитраты, бораты, а также некоторые редкие элементы: йод, бром, молибден и др.
При вторичном засолении почв - это будет испарительный техногенный геохимический барьер.
При капитальных промывках засоленных земель и промывном режиме орошения легкорастворимые соли перемещаются вниз и накапливаются в грунтовых водах. При недостаточной естественной дренированности территории образуется инфильтрационный геохимический барьер.
Сорбционный геохимический барьер образуется при поглощении (сорбировании) веществами (глины, илы, торф, уголь, черноземы, и др.) различных соединений из воздуха или воды.
Очень важными сорбентами служат угли, торф, гумусовые горизонты почв. В них обнаруживаются примеси многих металлов.
В местах встречи вод с сорбентами в ландшафте возникают сорбционные барьеры. Ca, Mg, K, Pb, Hg, Sr, Co, Cu, Rb, Zn, Ni, U, Ra и др. накапливаются преимущественно на барьерах с отрицательно заряженными коллоидами гумуса, глинистыми минералами, гидроокислами Mn и тд. P, S, V, Cr, As, Mo и др. накапливаются главным образом на барьерах с положительно заряженными коллоидами - гидроокислами Al, Fe и др. Сорбционные барьеры характерны для краевых зон болот (торф), иллювиальных глинистых горизонтов почв и коры выветривания, гумусовых горизонтов почв, контакта глины и песков в аллювии и т.д. Особенно велика роль этих барьеров в ландшафтах влажного климата с интенсивным биком, где накапливается много коллоидов, а воды мало минерализованы. В этих водах концентрация большинства элементов далека от насыщения и минералы не осаждаются. В этом случае сорбция с поглощением живым веществом является механизмом, задерживающим миграцию и переводящим элементы из жидкой фазы в твердую.
В аридных ландшафтах, где воды сильно минерализованы, относительная роль сорбционного барьера уменьшается, т.к. многие элементы концентрируются здесь в результате осаждения простых солей. Однако для части редких элементов данный барьер имеет решающее значение и в аридных ландшафтах (литий, рубидий, талий, и др., соли которых легко растворимы).
В почвах лесной и лесостепной зон умеренных широт гумусовые вещества, глинистые минералы, гидроксиды марганца несут отрицательный заряд и собирают Ni, Co, Cu, Zn, Hg, Ba и др. металлы. Во влажных тропиках, где развита кора выветривания и почвы, содержащие положительно заряженные коллоиды гидрооксидов железа и алюминия, на сорбционном барьере накапливаются Cl, S, P, V, As, Cr, Mo. Поглощенные ионы удерживаются с различной прочностью; небольшой миграционной способностью обладают обменные соединения, которые могут переходить в раствор. Глинистые минералы и гумусовые вещества и в необменной форме (K, Cs, Zn,Cu). Сорбционные барьеры характерны для иллювиальных горизонтов почв, гумусовых горизонтов, для зон контактов горизонтов почв, гумусовых горизонтов, для зон контактов горизонтов почв, резко различающихся по гранулометрическому составу.
Проточные озера, населенные диатомеями (кремневые скелеты диатомовых водорослей) и кремневым губками (донные отложения), - это биогеохимические барьеры для мигрирующего в дандшафтах растворенного кремнезема. Речные воды, проходящие через подобные биологические “фильтры”, объединяются кремнеземом, и лишь часть его достигает морских бассейнов. (Кольский п-ов, Свердловская обл. оз. Ильмень, оз. Байкал, Тюменская обл.).
Механический барьер возникает в местах резкого уменьшения скорости механической миграции; примером могут служить золотые, платиновые, оловянные, алмазные, титановые и прочие россыпи.
В зависимости от направления потоков миграции химических элементов, на пути которых формируются геохимические барьеры, последние можно разделить на две группы:
Радиальные геохимические барьеры формируются при вертикальной миграции веществ, они создают дифференциацию химических веществ в почвенном профиле.
Латеральные барьеры формируются на границах геохимически контрастных элементов ландшафта, при миграции химических веществ от автономных ландшафтов к подчиненным геохимически сопряженного ряда.
Знание причин образования геохимических барьеров в мелиоративной практике и их распространение необходимо для того, чтобы правильно наметить методы управления ими и разработать инженерные приемы по охране и защите почв, грунтов и грунтовых вод от загрязнения, засоления, осолонцевания и т.п.