Эколого-геохимическая оценка состояния биосферы

Рязанский государственный агротехнологический  университет имени

П. А. Костычева 

Кафедра агроэкологии, с.- х. мелиорации и защиты растений 
 
 

Курсовая  работа

       По дисциплине

«Геохимия биосферы»

   на тему:

         «Эколого-геохимическая оценка состояния  биосферы» 
 
 

Выполнил:

Студентка 3 курса

Факультета  Вет. Мед. и биотехнологий

                                                                                         Специальности «Биоэкология»

32 группы

Ионочкина Н. С.

Проверил:

Ст. преподаватель

Хабарова Т. В. 
 

Рязань - 2010

Содержание

   Введение

1. Кларки концентрации и рассеяния….…………………………………7
2. Химический состав земной коры…………………………………….10
3. Элементный состав почвы……………………………………………14
4. Коэффициент биологического поглощения………………………....19
5. Суммарный показатель загрязнения почвы…………………………24
6. Суммарный показатель загрязнения снега. Временной характер загрязнения…………………………………………………………….29
7. Оценка экологической обстановки территории по геохимическим показателям…………………………………………………………....31
8. Технофильность и деструктивная активность элементов………….33
9. Вынос биогенных веществ в агроэкосистемах……………………...37
10. Состав и строение атмосферы………………………………………..41
11. Заключение…………………………………………………………….48

12.Список  литературы…………………………………………………...49 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение  в геохимию биосферы.

   Биогеохимия – это наука, изучающая жизнедеятельность организмов в качестве ведущего фактора миграции и распределению масс химических элементов на Земле.

     Геохимия  как самостоятельная наука сформировалась в 1908 – 1911 г.  Основоположником геохимии является  выдающийся мыслитель 20 века                    В. И. Вернадский. Он пришел к выводу, что все элементы рассеяны по Земле и доказал, что все природные воды связаны между собой и в совокупности соединены в гидросферу. Созданием этой науки он открыл совершенно новый и важный аспект осознания сложного феномена жизни.

  Предметом изучения геохимии служат процессы миграции и массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой.

Основные  понятия и представления.

     Теоретическую основу геохимии составляют учения о живом веществе и биосфере.

     При великом разнообразии размеров, морфологии, физиологии живых организмов, общим  условием их существования является  обмен веществ со средой обитания. Живые организмы составляют малую часть по сравнению с массой  наружных оболочек Земли, но их суммарное действие оказывает огромную геохимическую работу для нормального существования их самих и других экосистем.

     Существенное значение имеет геохимия метаболизма. Газообразные метаболиты, поступая в газовую оболочку, постепенно изменяют ее состав. Жидкие метаболиты и продукты отмирания влияют на кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия природных вод, которые образуют верхнюю часть литосферы, извлекают из неё определенные химические элементы и вовлекают их в водную миграцию. В итоге газообразные метаболиты способствуют формированию химического состава мирового океана и осадочных горных пород.

     Жизнь на планете Земля существует в  виде непрерывного цикла на протяжении уже более 4 миллиардов лет. На протяжении всего этого периода организмы, как биотические, так и абиотические формы, непрерывно изменяли окружающую среду. Поэтому постоянно существующая планетарная совокупность организмов, с позиции геохимии, может рассматриваться как особая форма материи - живое вещество, играющее роль ведущего фактора геохимической эволюции наружной части Земли. Основное и главное свойство живого вещества – постоянный и непрерывный массообмен химических элементов с окружающей средой. Живое вещество немыслимо без биосферы.

       Биосфера.

     Впервые термин биосфера был введен австрийским биологом Э. Зюссом в 1875 году. Зюсс обозначил биосферу как среду обитания  организмов. Вернадский разработал представления  о биосфере как о наружной оболочке Земли, охваченной геохимической деятельностью живого вещества. В современном понимании, биосфера - не среда жизни, а глобальная система, где в неразрывной связи существует с одной стороны- инертное вещество в твердой ,жидкой, газовой фазах, а с другой стороны- разнообразные формы жизни и их метаболиты.  Биосфера представляют собой единство живого вещества, и пронизанной им наружной части земного шара.

Биогеохимические  процессы.

  Ответственное место в биосфере занимают процессы взаимодействия  между живым веществом и инертной материей Земли. Это взаимодействие происходит в результате массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой. Процессы массообмена характеризуют деятельность организмов. Благодаря им биосфера имеет и поддерживает определенную геохимическую организованность. Вернадский назвал эти процессы  биогеохимическими.

  С момента научного изучения организмов с окружающей средой было установлено, что процессы биогенного массообмена имеют циклический характер. В последние десятилетия показано, что  жизненные циклы отдельных органов и их групп, сочетающихся с циклическими процессами, обусловленными геофизическими и космическими  причинами. Цикл массообмена различной    протяженности   в пространстве и неодинаковой длительностью во времени, образуют динамическую систему биосферы. Неполная обратимость мигрирующих масс и несбалансированность миграционных циклов допускают определенные пределы колебания концентрации мигрирующего элемента, к которому организмы могут адаптироваться, но в тоже время обеспечивают вывод  избыточного количества элемента из данного цикла.

     Геохимия  очень тесно связана со многими  науками и отраслями производства и играет в них весомую роль. Если рассматривать взаимосвязь  со здравоохранением, то здоровье человека во многом определяется содержанием химических элементов в окружающей среде – почве, воде, атмосфере, продуктах питания. Существуют оптимальные содержания, нарушение которых ведет к заболеваниям. Например, при дефиците фтора – кариес, а при избытке – флюороз. Поэтому задача геохимии состоит в изучении законов распределения химических элементов, ландшафтов и предоставлении медицине исходных данных для выяснения причин заболевания, разработки их профилактики и методов лечения.

     В сельском хозяйстве также многие заболевания сельхоз - культур и домашних животных связаны с дефицитом или избытком химических элементов.

     Изучает закономерность распределения химических элементов в горных породах и  минералах  геохимия изыскивает новые  источники сырья для промышленности. С помощью геохимических  методов были установлены источники молибденовых руд, кадмия, индия, золы, угля и т.д., таким образом внося большой вклад в развитие химических технологий.

Отдельное место  следует выделить для геохимии и  проблемы окружающей среды.  Добыча полезных ископаемых, сжигание нефти, газа, угля, экспорт, импорт, развитие земледелия и животноводства оказывают сильное влияние на миграцию химических элементов, что возникает необходимость выделения особой категории геохимических процессов - техногенной миграции.  В  последние годы изучения техногенной миграции приобретает очень большое значение в связи с проблемой предотвращения загрязнения окружающей среды.  

 

1.Кларки  концентрации и  рассеяния.

1.1

     Кларки  концентрации (КК) -  показатель, введённый в 1937 г. В.И.Вернадским для количественной характеристики степени отличия содержания химического элемента в той или иной конкретной природной системе или её части от кларка литосферы. В качестве эталона используют кларки литосферы по Виноградову(1962),хотя в связи с постоянным уточнением среднее состояние земной коры можно использовать и данные других авторов.

     Кларк концентрации - отношение содержания элемента в данной системе(горной породе, руде, почве, минералах)к его кларку в земной коре:

          КК= 1     (а)    

Эта  величина всегда больше 0. Если  КК = 1,то  содержание  элемента  в объекте равно его  содержанию в литосфере. Если КК  меньше 1, то для большей точности показателя целесообразно использовать обратную величину –

кларк рассеяния(КР) - отношение кларка элемента в литосфере к его содержанию в данной системе:

          КР = 1   (б)

     Таким образом, кларки концентрации и кларки рассеяния – показатели, характеризующие  относительную распространенность химических элементов в природе и позволяющие судить о концентрации или рассеянии  химического элемента в исследуемой системе относительно литосферы. При этом  КК показывает, во сколько  раз кларк больше содержания в данном объекте. Расчёт КК и КР можно проводить и по отношению к кларкам отдельных частей литосферы.

1.2

1. Подсчет кларков концентрации и рассеяния для  песчаных горных пород по формулам (а и б), где Ci – содержание в породах, К – кларк  литосферы.

кк (V)= =0,2;      т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(V) =4,5;

кк(Cr)= =0,4;        т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(Cr)= =2,3;

кк(Co)= =60;      т.к КК больше 1, не рассчитываем КР:   ─

кк(Ni)= =0,03;      т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(Ni)= =29;

кк(Сu)= =0,02;     т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(Cu)= =47;  

кк(Zn)= =0,19;     т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(Zn)= =5,2;

кк(As)= =0,59;      т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(As)= =1;

кк(Sr)= =0,06;     т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(Sr)= =17;

кк(Zr)= =1,29;    т.к КК больше 1, не рассчитываем КР:   ─ 

кк (Мо)= =0,18; т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(Мо)= =5,5;

кк(Ва)= =0,01;   т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(Ва)= =65;

кк(Pb)= =0,44;      т.к КК меньше 1, рассчитываем КР: кр(Pb)= =2,3; 

2. Ранжирование  значений КК и КР для эталонного объекта. КК в порядке убывания, КР в порядке возрастания.

V  Cr  Co  Ni  Cu  Zn  As  Sr  Zr  Mo  Ba  Pb

KK   60      1,29

     As  Cr/Pb  V  Zn  Mo  Sr  Ni  Cu  Ba

КР 1   2,3  4,5 5,2 5,5 17 29 47 65

Вывод:

     При подсчете кларков концентрации и  рассеяния  для  песчаных горных пород выяснилось, что элементы  Co и Zr имеют значения только Кларк концентрации, потому что их величины больше одного.       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

          

2.Химический  состав земной  коры.

2.1

     Земная  кора – наиболее неоднородная оболочка Земли, сложенная различными породами. Земная кора – верхний слой твердого тела планеты, располагающегося выше сейсмической границы Мохоровича. Под материками её глубина достигает 70 километров, а под океанами – 10 км.  Литосфера включает в земную кору и верхнюю мантию, до глубины порядка 200км.  Три  наружные оболочки земли тесно связаны между собой, эта связь обусловлена геохимической деятельностью живого вещества. В земной коре преобладает 8 химических элементов: О₂ ,Si, Al, Fe, Mg, K, Ca, Na. Земная кора является резервуаром для основных химических элементов, которые вовлекаются в мигрирующие процессы под воздействием живого вещества. Концентрация и расположение химических элементов в земной коре оказывает сильное влияние на состав живых организмов суши и всего живого вещества на Земле. После долгих исследований Вернадский установил «принцип всюдности», исходя из которого, химические элементы распределены повсюду, во всех оболочках Земли.