ХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Литосфера Литосферой

ХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Литосфера

• Литосферой называется верхняя твердая сфера Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии. • Нижняя граница литосферы проводится на глубинах около 100 км под континентами и около 50 км под дном океана. • Верхняя область литосферы, определяющая нижний предел жизни, является частью биосферы.

Земная кора. • Поверхностью Махоровичича называется поверхность, на которой резко возрастает скорость прохождения сейсмических волн и вязкость вещества. • Часть литосферы, лежащая выше поверхности Мохоровичича, называется земной корой. • Мощность земной коры на континентах составляет 40 -60 км, в морях и океанах - 6 -10 км. • Ниже поверхности Махоровичича расположена мантия Земли.

• Непосредственно над поверхностью Махоровичича размещается верхняя мантия. Толщина ее - 900 -1000 км. Самая верхняя часть мантии входит в состав литосферы (наиболее лабильная зона, служащая источником материала для образования земной коры). Здесь осуществляются фазовое, полиморфное и электронное преобразование вещества, формируется энергия вертикальных движений и образований геологических структур земной коры.

Оболочки земной коры Три оболочки земной коры - осадочная, гранитная и базальтовая Слои земной Глубина нижней коры границы, км Объем, n· 10 -15 км 3 Масса, n· 10 -18 т Осадочный* 0 – 20 1 2, 5 Гранитный 10 – 40 3, 6 10 60 5, 6 16 Базальтовый

• Верхняя чисть осадочной оболочки – кора выветривания. • Граница между гранитной и базальтовой оболочками называется поверхностью Конрада. • Горные породы - природные агрегаты минералов более или менее постоянного минералогического и химического состава, образующие самостоятельные геологические тела и слагающие земную кору.

Генетические классы пород • Магматические горные породы - изверженные породы, обра-зовавшиеся при кристаллизации магмы в недрах Земли или на ее поверхности (граниты, сиелиты, габбро, базальты и др). • Осадочные горные породы - породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно (пески, глины, песчанники, известняки).

• Метасоматические горные породы - породы, образовавшиеся в результате процесса замещения одних минералов другими с существенным изменением химического состава горной породы, но сохранением ее объема и твердого состояния при воздействии растворов высокой химической активности (вторичные кварциты, магнезиальные и известковые скарны, березит). • Метаморфические горные пороы - породы, образовавшиеся в результате метаморфизма осадочных или магматических пород с полным или почти полным изменением их минерального состава, структуры и текстуры (гнейсы, сланцы, кварциты, мрамор и др. ).

Элемент № Кларк, % O 8 47, 00 H 1 0. 14 Si 14 29, 50 Mn 25 0, 10 Al 13 8. 05 P 15 0, 093 Fe 26 4, 65 F 9 0, 066 Ca 20 2. 96 Ba 56 0, 065 Na 11 2. 50 Li 3 0. 0032 K 19 2. 50 Y 39 0. 0029 Mg 12 1. 87 La 47 0. 0029 Ti 22 0. 45 Nb 41 0. 0020

Выводы: • - вещество земной коры сложено преимущественно легкими элементами, по железо включительно; • - из двух соседних элементов бóльшим кларком обладает четный (правило Олдо - Гаркинса). Из 8 главных элементов земной коры (О, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg) четные элементы составляют примерно 86%, в металлических метеоритах - 92%; в каменных - 98%; • - особая роль в земной коре принадлежит кислороду, составляющему 47% массы коры и входящему в почти 90% важнейших породообразующих минералов. Гольдшмидт назвал земную кору «оксисферой» .

Геохимическая классификация Гольдшмидта • Элементы земной коры делятся на литофильные, халькофильные, сидерофильные, атмофильные и биофильные. • Литофильные элементы - элементы, имеющие на внешней оболочке ионов 2 или 8 электронов. Составляют основную массу минералов. Трудно восстанавливаются до элементного состояния, обычно связаны с кислородом и составляют основную массу силикатов. Встречаются также в виде сульфатов, фосфатов, боратов, карбонатов и галогенидов.

• Халькофильные элементы - элементы, склонные к образованию природных сульфидов, селенидов, теллуридов, сульфосолей и встречающиеся в самородном состоянии (Au, Ag, Hg, Bi, As). Обладают, как правило, достроенными d-оболочками. • Сидерофильные элементы - элементы с достраивающимися d- и f-оболочками. Bключают элементы семейства Fe, Pd, Pt, Mo, Re и др. Bо многом сходны с халькофильными, но обнаруживают сродство также к As, P, C, N. Они легче восстанавливаются до элементного состояния. Почти все встречаются в самородной форме.

• Атмофильные элементы - элементы, составляющие Земную атмосферу. Hаходятся (кроме водорода и кислорода) главным образом в элементном состоянии. • Биофильные (биогенные) элементы - элементы, входящие в состав органических компонентов биосферы.

Педосфера • Почвенный покров - самостоятельная земная оболочка – педосфера, рыхлый поверхностный слой земной. • В почве взаимодействуют элементы биосферы вода, воздух, растения, живые организмы, их остатки, она является преимущественной зоной контакта организмов и литосферы. Все процессы, протекающие в почве, входят в биосферные круговороты веществ. Слои почвы, различающихся с близкими слоями по цвету, а также химическому составу и свойствам называют почвенными горизонтами, а последовательность горизонтов от поверхности вглубь образует почвенный профиль.

Три основных горизонта: • - верхний - перегнойно-аккумулятивный гори-зонт, темноокрашенный, богатый гумусом и содержащий бóльшую часть корней растений; • - горизонт вымывания, где накапливаются и преобразуются поступающие из верхнего гори-зонта вещества; • - материнская порода – материал, которой преобразуется в почву. • Гумус - темноокрашенный продукт разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности растений и организмов. Основные его функции - обеспечение последовательности сложных обменных процессов с участием присутствующих в почве биогенных элементов, воды и минераль-ных солей.

• Запасы органического вещества Почва Тундры Тайги Травянистолуговой степи Черноземов Надземная фитомасса, т/га 3 – 10 278 6 – 16 Подстилка, корни, гумус, т/га 270 - 380 189 360 10 – 20 500 – 1000

• Суммарные запасы энергии, связанной в гумусе, (4·1015 - 1016 Дж), равны запасам энергии, накопленной надземной частью фитомассы, или превышают их.

Механический состав почвыотносительное содержание в почве частиц различной крупности. Механические Диаметр, Механические элементы мм элементы Диаметр, мм Камни >3 Пыль средняя 0, 5· 10 -2 - 1· 10 -2 Гравий Песок крупный 1 -3 0, 5 -1 Пыль мелкая Ил грубый 1 · 10 -3 -0, 5 · 10 -2 5· 10 -4 -1 · 10 -3 Песок средний 0, 25 -0, 5 Песок мелкий 0, 05 -0, 25 Коллоиды Пыль крупная 0, 01 -0, 05 Ил тонкий 1· 10 -4 - 5· 10 -4 < 1 · 10 -4

• - температурный режим: поверхностный слой поглощает солнечные лучи и является зоной наиболее высоких перепадов температуры. • - влажность. Различают парообразную, химически связанную, физически связанную, капиллярную и гравитационную формы воды в почве. • - почвенный воздух. Общий объем почвенного воздуха составляет порядка 120· 1012 м 3.

• Эвтрофные растения нуждаются в большом количестве элементов минерального питания (растительность лугов, степей, лесов, культурные растения). • Мезотрофные растения довольствуются умеренным количеством зольных питательных элементов (горные леса). • Олиготрофные растения произрастают на почвах, в которых валовое содержание минеральных питательных веществ незначительно (растительность торфяников, сфагновых болот).

• Галофиты – растения, адаптировавшиеся в процессе эволюции к высокому содержанию солей в среде обитания. • - галофиты кумулятивного типа (эугалофиты) отличаются высокой солеустойчивостью цитоплазмы, вследствие чего способны поглощать и накапливать до 45 -50% массы золы (солянка, солерос и др. ); • - галофиты секреторного типа (криногалофиты), обладающие способностью выделять наружу концентрированный солевой раствор (франкения, тамарикс, кермек и др. ); • - галофиты регуляторного типа (гликогалофиты), характеризующиеся тем, что осмотическое давление в клетках поддерживается не солями, а органическими веществами (особенно сахаридами). Клетки гликогалофитов ограничивают поступление солей или способствуют связыванию вредных ионов и выведению их из метаболизма (белки цитоплазмы, органические кислоты, сахариды и др. ).

• Кислотность почв (р. Н): нейтральные (р. Н = 7), кислые (р. Н ‹ 7) и щелочные (р. Н › 7). • Кассификация растений по элементам минерального питания: • - нитрофильные виды, требовательные к повышенному содержанию азота (малина, хмель, чистотел, крапива, растения скотных дворов, лишайники на склонах островов с «птичьими базарами» и т. п. ); • - кальциефилы (анемон, бук, лиственница, травянистые и кустарниковые растения меловых обнажении; • - кальциефобы (сфагновые мхи, вересковые, береза бородавчатая и др. ).

• Торф - продукт неполного распада растительных остатков в условиях избыточного увлажнения и дефицита воздуха, при которых эти остатки мумифицируются с частичной гумификацией. • Совокупность физических и химических свойств почвы, способных оказывать экологическое воздействие на живые организмы, относится к эдафическим факторам.

• Почвенная фауна перерабатывает около 25% вещества лесного опада. • На 1 м 2 сада приходится 80 г/м 2 дождевых червей, откладывающих до 1 см органических остатков и грунта. • На 1 га огородной почвы количество испражнений червей достигает 200 т в год, что равно слою толщиной 14 мм.

Продуцирование СО 2 при разложении мертвых растительных остатков Зона Тундровая Продуциро- Период активвание СО 2, ного продуцикг/га в сутки т/га в год рования, сутки 36 1, 4 -1, 5 40 Лесная 79 7 -8 100 Лесостепная Степная 108 48 15 7 140 Пустынная 17 1, 5 -2 100 Лесная влажная субтропиков 216 40 -45 200

Коэффициенты репродукции биомассы микроорганизмов • - тундра - 9 (3 месяца); • - тайга - 21 (7 месяцев); • - широколиственные леса, степи – 24 (8 месяцев); • - пустыни - 27 (9 месяцев); • - тропики - 36 (12 месяцев). • Общая масса беспозвоночных организмов в почве 5 т/га.

Численность и масса организмовдеструкторов Группа организмов Число тысяч/г почвы Масса, кг/га 6000· 102 10· 103 Микроскопические грибы 4· 102 100· 102 Водоросли 1· 102 Простейшие (в 1 см 3 воды) 15· 102 3, 7· 102 Бактерии

Количество дождевых червей в различных местообитаниях Вид землепользования Число дождевых червей, тыс/га 250 Общая масса дождевых червей, кг/га 0, 5 – 1, 4 Пастбище 500 – 1575 11, 5 – 16, 8 Сенокос 2000 – 5600 > 2000 Пашня

Влияние вырубки леса на круговорот кальция в почве.