Типы геохимических провинций. Геохимические аномалии и эндемические заболевания (Колчева)

Геохимические провинции - отдельные области и районы, характеризующиеся специфическим преобладанием одних химических элементов (в изверженных горных породах называется «специализацией» по тому или иному химическому элементу) и недостатком других. Проявляется в отклонении от соотношений средних содержаний химических элементов в земной коре: чем больше отклонение, тем контрастнее выражена данная Г. п. и тем сильнее это сказывается на локализации в данной области месторождений определённых типов полезных ископаемых, на особенностях характерных почв, минерализации подземных и поверхностных вод, растительности и животного мира, вызывая иногда специфические заболевания растений и особенно животных.

На основе тектонических признаков выделяют геохимические провинции Балтийского щита, Алтае-Саянской складчатой области и т.д. Геохимическое своеобразие провинции в этом случае устанавливается специальными исследованиями, с помощью различных геохимических показателей (региональные кларки элементов, кларки концентрации, парагенные ассоциации элементов и др.). Характерная особенность ряда геохимических провинций — повышенная концентрация в них определенных "типоморфных" химических элементов, которая нередко прослеживается на протяжении всей геологической истории провинции. Так, для Кавказа типоморфны медь, молибден и отчасти полиметаллы — медные и молибденовые месторождения здесь формировались в каледонскую, герцинскую, киммерийскую и альпийскую эпохи. В Приморье типоморфно олово, на северо-востоке — олово и золото, на Урале —железо. Биогеохимические провинции характеризуются избытком или дефицитом определенных элементов, с чем связаны некоторые заболевания людей, домашних животных и культурных растений (так называемой биогеохимической эндемии).

Геохимическая аномалия - участок земной коры (или поверхности земли), отличающийся существенно повышенными концентрациями каких-либо химических элементов или их соединений по сравнению с фоновыми значениями и закономерно расположенный относительно скоплений полезных ископаемых (рудного тела, нефтяной или газовой залежи и др.). Эндемические заболевания обусловлены избытком или недостатком в окружающей среде определенных химических элементов. Наиболее распространены следующие эндемические заболевания:

1. Эндемический зоб. Заболевание связано с низким содержанием йода в почве, воде, растениях данной местности.

2. Флюороз - заболевание, возникающее при поступлении в организм избыточного количества фтора и выражающееся в поражении зубов, эмаль которых приобретает пятнистый вид. Флюороз может развиваться при содержании фтора в воде больше чем 1,5 мг/л3.

3.Кариес. Частота возникновения кариеса зубов значительно повышена в районах с недостаточных содержанием фтора в питьевой воде (менее 0,5 мг/л).

4. При повышении концентрации солей азотной кислоты (нитратов) в воде наблюдается значительное повышение количества метгемоглобина в крови с развитием цианоза.

5.Эндемические остео- и хондродистрофии вызываются избытком стронция в рационе (уровская болезнь).

6. У человека в биогеохимических провинциях, богатых молибденом, наблюдается повышение содержания в крови молибдена, активности ксантиноксидазы и усиленное образование мочевой кислоты, что приводит к возникновению эндемического заболевания типа подагры.

19. Виды методов экологических исследований: физико-химические, дистанционные, биоиндикационные (Колчева).

Биоиндикаторами называются растительные и животные организмы, наличие, количество и состояние которых служат показателями изменения качества среды их обитания. Глубина биоиндикации может быть различной от простой визуальной диагностики растений до изучения иммунных и генетических изменений в организме индикаторов. Методы биоиндикации основаны на наблюдениях отдельных организмов, популяции или сообществ организмов в естественной среде обитания с целью определения по их реакциям (изменениям) качества окружающей среды. Для целей биоиндикации качества окружающей среды могут применяться популяционные и экосистемные критерии, которые характеризуются показателями: численности и биомассы отдельных видов; соотношением в сообществах различных видов, их распределение по обилию и т.п. Существует несколько классификаций организмов-биоиндикаторов. По происхождению различают: фитоиндикаторы - ель европейская; пихта, лиственница и др; зооиндикаторы - личинки ручейников, подёнок, веснянок, рачки-дафнии и циклопы, пресноводные амфибии и др; микробоиндикаторы - цианобактерии и др. По среде жизни выделяют: индикаторы загрязнения воздуха - эпифитные лишайники, мхи и др; индикаторы загрязнения пресных водоёмов - зелёные водоросли, водные насекомые, моллюски и др; индикаторы загрязнения морских водоёмов - моллюски, ракообразные и др; индикаторы загрязнения почв - клевер, горох, шпинат, виноград и др. По специфичности различают: неспецифические индикаторы, реагирующие на общее загрязнение среды - хвойные и широколиственные породы деревьев - сосна, кедр, ель, дуб, клён, тополь и др; специфические индикаторы, избирательно реагирующие на присутствие отдельных веществ-токсикантов. К ним относятся: 1.индикаторы на диоксид серы - многие виды лишайников-эпифитов и мхов, ель европейская, ель сербская, пихта европейская, сосна обыкновенная, сосна Банкса, ясень американский, пшеница, ячмень, гречиха, люцерна, горох, клевер, хлопчатник, фиалка; 2.индикаторы на фтористый водород - ель европейская, пихта европейская, сосна обыкновенная, орех грецкий, виноград, абрикос, петрушка, гладиолус, ландыш, тюльпан, нарцисс, рододендрон; 3.индикаторы на аммиак - граб обыкновенный, липа сердцевидная, сельдерей, махорка; 4.индикаторы на хлористый водород - ель европейская, пихта европейская, лиственница европейская, ольха клейкая, лещина обыкновенная, фасоль, шпинат, редис, смородина, клубника; 5.индикаторы на озон - сосна Веймутова, табак, картофель, соя, томаты, цитрусовые; 6.индикаторы на группу тяжёлых металлов - тсуга канадская, вяз гладкий, боярышник обыкновенный, овсяница, орхидные, бромелиевые. По степени чувствительности (толерантности) к загрязнению различают: 1.высокочувствительные индикаторы, способные реагировать на ничтожно малые концентрации токсических веществ в среде. К ним можно отнести лишайники рода Usnea, личинок веснянок и подёнок, почвенных коллембол. 2.умеренно чувствительные индикаторы, способные выдерживать малые концентрации загрязнителей. К ним относятся лишайники р.Эверния, рачки-дафнии, почвенные многоножки. 3.низкочувствительные индикаторы, реагирующие на высокие концентрации загрязнителей в среде. К ним принадлежат лишайники рода Xantoria, рачки-гаммарусы, некоторые наземные травы.

Физико-химические методы анализа — это большая группа методов, в которую часто включают все приемы химических исследований, базирующиеся на количественном измерении физических свойств.

Зависимости, используемые в физико-химических методах анализа, опираются на общие законы физики и химии; специфичность свойств веществ, характер реакций и особенности изучаемых систем находят отражение в величинах параметров уравнений. Это придает физико-химическим методам универсальность, позволяющую применять одни и те же приборы для исследования разнообразных соединений. В связи с этим классификация методов и последовательность их изучения основывается на общности используемых законов (свойств) и применяемой аппаратуры. Вместе с тем специфика состава, структуры и свойств почвы требует уточнения, иногда разработки особых условий проведения исследования, а подчас и новых приемов и деталей аппаратуры. Следует подчеркнуть, что еще далеко не все физико-химические методы исследования в полной мере проверены и приспособлены к изучению состава, структуры и свойств почвы. Другая особенность физико-химического анализа связана с тем, что свойства вещества или системы не зависят от взятого объема вещества. Любые свойства: окраска, интенсивность излучения, показатель преломления, величина потенциала— определяются только концентрацией, а не абсолютным количеством изучаемого компонента. Это позволяет значительно повысить чувствительность методов количественного определения и вносит некоторые особенности в технику работы по сравнению с обычными химическими методами. Ряд физико-химических методов позволяет определять такие свойства вещества, или компонента в смеси, которые нельзя изучить обычными приемами: окислительно-восстановительный потенциал, активности ионов, светопоглощение и отражательная способность почвы и т. п. -Качественные методы. Позволяют определить, какое вещество находится в испытуемой пробе. Например на основе хроматографии[3].

-Количественные методы.

-Гравиметрический метод. Суть метода состоит в определении массы и процентного содержания какого-либо элемента, иона или химического соединения, находящегося в испытуемой пробе.

-Титриметрический (объемный) метод. В этом виде анализа взвешивание заменяется измерением объёмов, как определяемого вещества, так и реагента, используемого при данном определении. Методы титриметрического анализа разделяют на 4 группы: а) методы кислотно-основного титрования; б) методы осаждения; в) методы окисления-восстановления; г) методы комплексообразования.

-Колориметрические методы. Колориметрия — один из наиболее простых методов абсорбционного анализа. Он основан на изменении оттенков цвета исследуемого раствора в зависимости от концентрации. Колориметрические методы можно разделить на визуальную колориметрию и фотоколориметрию.

-Экспресс-методы. К экспресс методам относятся инструментальные методы, позволяющие определить загрязнения за короткий период времени. Эти методы широко применяются для определения радиационного фона, в системе мониторинга воздушной и водной среды.

-Потенциометрические методы основаны на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в растворе. Их разделяют на: а) прямую потенциометрию (ионометрию); б) потенциометрическое титрование.

Дистанционные:

Методы дистанционного зондирования Земли - Методы дистанционного зондирования основаны на том, что любой объект излучает и отражает электромагнитную энергию в соответствии с особенностями его природы. Различия в длинах волн и интенсивности излучения могут быть использованы для изучения свойств удаленного объекта без непосредственного контакта с ним.

Фотосъемки - Фотографические снимки поверхности Земли получают с пилотируемых кораблей и орбитальных станций или с автоматических спутников. Отличительной чертой КС является высокая степень обзорности, охват одним снимком больших площадей поверхности. В зависимости от типа применяемой аппаратуры и фотопленок, фотографирование может производиться во всем видимом диапазоне электромагнитного спектра, в отдельных его зонах, а также в ближнем ИК (инфракрасном) диапазоне.

Сканерные съемки - В настоящее время для съемок из космоса наиболее часто используются многоспектральные оптико-механические системы — сканеры, установленные на ИСЗ различного назначения. При помощи сканеров формируются изображения, состоящие из множества отдельных, последовательно получаемых элементов. Термин «сканирование» обозначает развертку изображения при помощи сканирующего элемента (качающегося или вращающегося зеркала), поэлементно просматривающего местность поперек движения носителя и посылающего лучистый поток в объектив и далее на точечный датчик, преобразующий световой сигнал в электрический. Этот электрический сигнал поступает на приемные станции по каналам связи. Изображение местности получают непрерывно на ленте, составленной из полос — сканов, сложенных отдельными элементами — пикселами. Сканерные изображения можно получить во всех спектральных диапазонах, но особенно эффективным является видимый и ИК-диапазоны. При съемке земной поверхности с помощью сканирующих систем формируется изображение, каждому элементу которого соответствует яркость излучения участка, находящегося в пределах мгновенного поля зрения. Сканерное изображение — упорядоченный пакет яркостных данных, переданных по радиоканалам на Землю, которые фиксируются на магнитную ленту (в цифровом виде) и затем могут быть преобразованы в кадровую форму.

Радарные съемки - Радиолокационная (РЛ) или радарная съемка — важнейший вид дистанционных исследований. Используется в условиях, когда непосредственное наблюдение поверхности планет затруднено различными природными условиями: плотной облачностью, туманом и т.п. Она может проводиться в темное время суток, поскольку является активной. Для радарной съемки обычно используются радиолокаторы бокового обзора (ЛБО), установленные на самолетах и ИСЗ. С помощью ЛБО радиолокационная съемка осуществляется в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Сущность съемки заключается в посылке радиосигнала, отражающегося по нормали от изучаемого объекта и фиксируемого на приемнике, установленном на борту носителя. Радиосигнал вырабатывается специальным генератором. Время возвращения его в приемник зависит от расстояния до изучаемого объекта. Этот принцип работы радиолокатора, фиксирующего различное время прохождения зондирующего импульса до объекта и обратно, используется для получения РЛ-снимков. Изображение формируется бегущим по строке световым пятном. Чем дальше объект, тем больше времени надо на прохождение отражаемого сигнала до его фиксации электронно-лучевой трубкой, совмещенной со специальной кинокамерой.

Тепловые съемки - Инфракрасная (ИК), или тепловая, съемка основана на выявлении тепловых аномалий путем фиксации теплового излучения объектов Земли, обусловленного эндогенным теплом или солнечным излучением. Она широко применяется в геологии.

Лидарные съемки - Лидарная съемка является активной и основана на непрерывном получении отклика от отражающей поверхности, подсвечиваемой лазерным монохроматическим излучением с фиксированной длиной волны. Частота излучателя настраивается на резонансные частоты поглощения сканируемого компонента (например приповерхностного метана), так что в случае его заметных концентраций соотношение откликов в точках концентрирования и в вне их будут резко повышенными. Фактически, лидарная спектрометрия — это геохимическая съемка приповерхностных слоев атмосферы, ориентированная на обнаружение микроэлементов или их соединений, концентрирующихся над современно активными геоэкологическими объектами. Устройства лидарной съемки оборудуются на низковысотных носителях.

20 Понятие о природных ресурсах и их видах. Классификационные признаки природных ресурсов. Классификация природных ресурсов по исчерпаемости. Сущность понятия «природопользование». Основные принципы природопользования (Колчева).

Процесс эксплуатации природных ресурсов в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества называется природопользованием, а также ПП- наука о рациональном использовании природных ресурсов обществом. Пп может быть рациональным (разумным) и нерациональным. Под рациональным ПП понимается изучение природных ресурсов, их бережная эксплуатация, охрана и воспроизводство с учётом не только настоящих, но и будущих интересов развития народного хозяйства и сохранения здоровья людей. Основные принципы природопользования: Принцип научности предполагает, что природопользование должно основываться на глубоком познании объективных законов развития природы и общества (биосферы), на новейших достижениях науки и техники. Речь идет о научно обоснованном сочетании экологических и экономических интересов общества, обеспечивающих реальные гарантии прав граждан на здоровую и благоприятную для жизни окружающую среду. Принцип оптимальности предусматривает обеспечение наиболее эффективного природопользования, выбор наилучшего варианта воспроизводства и охраны природных ресурсов, оптимального решения хозяйственных задач с учетом экологического фактора. Принцип комплексности требует рационального использования, глубокой переработки исходного природного сырья, расширенного вовлечения в хозяйственный оборот вторичного сырья, отходов производства и потребления, внедрение малоотходных, ресурсо- и энергосберегающих технологий и производств. Принцип платности предусматривает возмездное использование природных ресурсов, усиление экономической ответственности природопользователей за загрязнение окружающей среды. Природные ресурсы - совокупность объектов и систем живой и неживой природы, компоненты природной среды, окружающие человека и которые используются в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человека и общества. Природные ресурсы являются главным объектом природопользования. В процессе использования ресурсы подвержены эксплуатации и последующей переработке. Они используются в качестве: 1.непосредственных предметов потребления (питьевая вода, кислород воздуха, дикорастущие съедобные и лекарственные растения, рыба и др.); 2.средств труда, с помощью которых осуществляется общественное производство (земля, водные пути и др.); 3.источников энергии (гидроэнергия, запасы горючих ископаемых, энергия ветра и др.); 4.для отдыха, оздоровления и других целей.

Природные ресурсы классифицируют в соответствии со следующими признаками:

• по их использованию – на производственные (сельскохозяйственные и промышленные), здравоохранительные (рекреационные), эстетические, научные и др.;

• по принадлежности к тем или иным компонентам природы – на земельные, водные, минеральные, животного и растительного мира и др.;

• по заменимости – на заменимые (например, топливно-минеральные энергетические ресурсы можно заменить ветровой, солнечной энергией) и незаменимые (кислород воздуха для дыхания или пресную воду для питья заменить нечем);

• по исчерпаемости – на исчерпаемые и неисчерпаемые.

• Ресурсы классифицируются по происхождению (генезису):

Минеральные, Водные, Климатические, Растительные, Земельные, Животный мир, Атмосферное воздействие, Ресурсы мирового океана.

К неисчерпаемым ресурсам можно условно отнести солнечный свет, атмосферный воздух, воду, энергию ветра, падающей воды и т.д. Однако важно не только количество, но и качество этих ресурсов: например, не вода вообще, а вода, пригодная для питья; не воздух вообще, а воздух, пригодный для дыхания, и т.д. Таким образом, часть даже количественно неисчерпаемых ресурсов может стать непригодной для использования ввиду изменения своего качества под воздействием человеческой деятельности. Исчерпаемые природные ресурсы делятся на возобновимые, относительно возобновимые и невозобновимые. Невозобновимые ресурсы – это ресурсы, которые совершенно не восстанавливаются или восстанавливаются во много раз медленнее, чем используются человеком. К ним относятся полезные ископаемые, находящиеся в недрах земли. Использование этих ресурсов приводит к их исчерпанию. Главной экономической задачей является регулирование использования запаса этого вида ресурсов во времени.К относительно возобновимым природным ресурсам относят почву и природные ресурсы, которые обладают способностью к самовосстановлению, но процесс этот происходит в течение десятилетий и даже столетий.Возобновимые ресурсы – это ресурсы, способные к восстановлению через размножение или другие природные циклы (например, выпадение в осадок) за сроки, соизмеримые со сроками их потребления. К ним относятся растительность, животный мир и некоторые минеральные ресурсы, осаждающиеся на дно озёр и морских лагун.

Водные ресурсы. Мировой водный баланс. Водопотребление, водопользование и их виды. Основные водопотребители и водопользователи. Истощение водных ресурсов. Проблема чистой воды на планете. Принципы рационального использования водных ресурсов (Курбатова).

Водные ресурсы – поверхностные и подземные воды, которые находятся в водных объектах и используются или могут быть использованы.

Количество воды, поступающей на поверхность в виде осадков и количество воды, испаряющейся с поверхности суши и Мирового океана за определенный период времени составляют водный баланс земли – количественное выражение влагооборота. В средний многолетний период годовое количество осадков равно 1020 мм, испарение с поверхности Мирового океана 880 мм и с суши 140 мм.

Водопользование – использование водных объектов для удовлетворения нужд населения и национальной экономики с изъятием и без изъятия вод.

Водопотребление – водопользование с изъятием воды из водных объектов или с забором воды из системы водоснабжения. Различают:

 безвозвратное водопотребление;

 водопотребление с частичным возвратом;

 водопотребление с полным возвратом.

Главное различие между данными понятиями заключается в том, что потребители воды (многие отрасли промышленности, сельское хозяйство и др.) расходуют воду, в то время как водопользователи (водный транспорт, гидроэлектроэнергетика и др.) ее практически не потребляют. Поэтому с точки зрения экологии главная опасность исходит от водопотребителей, хотя и водопользователи вносят свою лепту в загрязнение гидросферы (например, морской транспорт).

Основной потребитель пресной воды на планете – сельское хозяйство, на нужды которого уходит более 60% потребляемой воды. На орошение и полив сельскохозяйственных земель сегодня тратится более 4000 км3 воды в год. К этому следует добавить воду, расходуемую на нужды животноводства.

Наиболее водоемкие отрасли промышленности – горнодобывающая, металлургическая, химическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. К числу этих отраслей относится и энергетика, однако еще раз подчеркнем: эта отрасль – скорее водопользователь, чем водопотребитель. По некоторым данным, в промышленно развитых странах Запада использование воды для охлаждения узлов и агрегатов на производстве достигает подчас 50% общей массы воды, поступающей на его нужды.

В современных условиях значительно возросли потребности в пресной воде на коммунально-бытовые нужды. Городской житель планеты на бытовые нужды ежесуточно расходует в среднем около 150 л, а сельский – около 55 л. На фоне этих показателей обеспеченность пресной водой Москвы и Санкт-Петербурга – до 600-700 л в сутки – кажется фантастической, даже в сравнении с другими крупными городами мира.

Расчеты специалистов показывают, что ежегодный прирост безвозвратного водозабора составляет 4-5%. При сохранении существующих темпов прироста населения и объемов производства человечеству грозит реальная опасность исчерпания пресноводных запасов воды.

Рациональное использование и охрана водных ресурсов как составная часть охраны окружающей природной среды представляет собой комплекс мер (технологических, биотехнических, экономических, административных, правовых, международных, просветительских и т.д.), направленных на рациональное использование ресурсов, их сохранение, предупреждение истощения, восстановление природных взаимосвязей, равновесия между деятельностью человека и средой. Важными принципами рационального использования водных ресурсов являются:

 профилактика – предотвращение негативных последствий возможного истощения и загрязнения вод;

 комплексность водоохранных мер – конкретные водоохранные меры должны быть составной частью общей природоохранной программы;

 повсеместность и территориальная дифференцированность охранных мер;

 ориентированность на специфические условия, источники и причины загрязнения;

 научная обоснованность и наличие действенного контроля за эффективностью водоохранных мероприятий.