Биологические источники. - раздел Химия, Предмет и задачи химии окружающей среды В Отличие От Геологических Источников Биологические Не Являются Крупным Прям...
В отличие от геологических источников биологические не являются крупным прямым источником поступления частиц в атмосферу, за исключением лесных пожаров (лесные пожары служат значительным источником углерода, т. е. частиц сажи).
Кроме того, живой лес играет большую роль в обмене газов атмосферой. Основные газы атмосферы О2 и СО2 вовлечены в процессы дыхания и фотосинтеза. Однако лесами выделяются также огромные количества следовых органических соединений. Такие терпены, как пинен и лимонен, придают лесам их чудесный аромат.
Лимонен содержится в лимонном, апельсиновом маслах, сосновой хвое, еловых шишках.
Леса являются также источниками органических кислот, альдегидов и других органических соединений.
Хотя леса представляют мощный источник газов, особенно важную роль в генерации атмосферных следовых газов играют микроорганизмы. Метан — газ, который накапливается вследствие протекания реакций в анаэробных системах. Влажные почвы маршей рисовников служат средой обитания микроорганизмов так же, как пищеварительный тракт жвачных животных, например крупного рогатого скота.
Почвы Земли богаты соединениями азота, дающими начало всему спектру активных химических процессов с участием азота, в результате которых накапливаются многие азотсодержащие следовые газы. Можно взять мочевину (NH2CONH2), присутствующую в моче животных, как типичное азотное соединение почв, накапливаемое биологическим путем. В результате гидролиза NH2CONH2 разлагается до аммиака (NH3) и CO2 согласно уравнению
NH2CONH2 (водн.) + Н2О(ж) → 2 NH3(г) + CO2(г) (1.8)
Если почва, где произошел этот гидролиз, имела щелочную реакцию, то выделяется газообразный NH3, тогда как в условиях кислой среды он прореагирует с образованием иона аммония:
NH3(г) +Н+→ NH+4(водн) (1.9)
Растения могут поглощать почвенные NH3 или NH+4 прямым путем, а некоторые микроорганизмы, например Nitrosomonas, окисляют NH+4, используя его в качестве источника энергии в процессе дыхания так же, как другие клетки используют восстановленные соединения углерода. Одной из возможных является реакция
2NH3(г) + 2О2(г) → N2O (г) + 3H2O(г) (1.10)
Это биологический источник оксида азота (N2O), важного и достаточно, устойчивого газа тропосферы. В природе протекают многие другие реакции с участием соединений азота, в процессе которых образуются газы NH3, N2,N2Oи оксид азота NO.
Деятельность микроорганизмов в океанах также является мощным источником следовых газов. Морская вода обогащена растворенными сульфатами и хлоридами и, в меньшей степени, солями других галогенов: фтора, брома, йода. Морские микроорганизмы используют эти элементы в метаболизме, в результате чего образуют серу и галогенсодержащие следовые газы.
Органические сульфиды, продуцируемые морскими микроорганизмами, вносят особо существенный вклад в накопление серы в атмосфере. Наиболее типичным соединением является диметилсульфид ДМС; [(СН3)2S]. Это летучее соединение образуется морским фитопланктоном в верхних слоях океана Вт процессе гидролиза бета-диметил-сульфопропионата ДМСП [(СН3)2S+СН2СН2СОО-] до ДСМ и акриловой кислоты (СН2СНСООН):
(СН3)2S+СН2СН2СОО- → [(СН3)2S + СН2СНСООН
Другим важным соединением серы, выделяемым океанами, является карбонилсульфид (СОS). Он может образовываться в результате реакции между дисульфидом углерода и водой:
CS2(водн) + H2O(г) → OSC(г) + H2S
и, несмотря на то, что поток его в атмосферу меньше, чем ДМС, из его устойчивости следует, что он будет накапливаться в больших концентрациях. Эти серосодержащие газы малорастворимы в воде, что способствует их выходу из океанов в атмосферу.
Хорошо известно существование органических галогенпроизводных в атмосфере. Несмотря на очевидную зависимость от антропогенного источника, представленного жидкостями, применяемыми для химчистки, в огнетушителях и распыляемыми аэрозолями, существует также множество биологических источников. Метилхлорид (СНзС1), наиболее распространенный в атмосфере галогеноуглеводород, происходит в первую очередь из плохо изученных морских источников; некоторый вклад вносят также микробиологические процессы на суше и сгорающая биомасса. Бром- и йодсодержащие органические соединения также выделяются океанами, а распределение морского йода по поверхности суши служит значительным источником этого необходимого следового элемента для млекопитающих (базедова болезнь, возникающая в результате дефицита йода, особенно распространена в областях, удаленных от океана).
Все темы данного раздела:
Предмет и задачи химии окружающей среды
Проблема охраны окружающей среды сложна и многопланова. Она включает не только чисто научные аспекты, но и экономические, социальные, политические, правовые, эстетические.
В основе процесс
Происхождение и эволюция Земли
Принято считать, что Вселенная возникла в один момент в результате огромного взрыва, обычно называемого Большим взрывом. Планеты нашей Солнечной системы образовались, по-видимому, из облака
Образование земной коры и атмосферы
Земная кора, гидросфера и атмосфера образовались в основном результате высвобождения веществ из верхней мантии молодой Земли. За счет этих процессов сформировалась оболочка из породы толщиной менее
Эволюция атмосферы и происхождение жизни
Аккреция вещества Земли привела к временному его разогреву и легких молекул первичной атмосферы, прежде всего водорода и гелия, рассеянных в космическом пространстве. Последующее понижение
Гидросфера
Вода - ключевой компонент в поддержании жизни на Земле. Вода в своих трех состояниях - жидкость, лед и водяные пары широко распространена на поверхности Земли и занимает объем 1,4 млрд. кмЗ
Состав атмосферы
Общий состав атмосферы почти одинаков по всей Земле в результате высокой степени перемешивания в пределах атмосферы. В горизонтальном направлении перемешивание осуществляется благодаря вращению Зем
Микрокомпонентные примеси в атмосфере
Многие микрокомпонентные примеси в атмосфере имеют постоянные концентрации, тo есть существует баланс между поступлением и выходом вещества в атмосферу
Fвх = Fвы
Геохимические источники
Самыми мощными геохимическими источниками служат переносимая ветром пыль и морские брызги, поставляющие огромные количества твердых веществ в атмосферу. Пыль — это в основном почва регионов Земли.
Антропогенные источники
Антропогенные факторы предопределяют существенные изменения в нормальном функционировании атмосферы, причем как в самых нижних, так и в высотных ее частях. Изменения, вызванные человеком, значител
Радиоактивное загрязнение атмосферы
К опасным, факторам антропогенного характера, способствующим серьезному ухудшению качества атмосферы, следует отнести радиоактивность.
Радиоактивностью называется, самопро
Основные радиоактивные изотопы, обнаруживаемые в атмосфере после ядерного взрыва
Изотоп
8938Sr
9038Sr
9540Zr
13153I
Озоновый защитный слой
Как известно, в атмосфере на высоте около 15-25 км (в зависимости от широты) расположен озоновый защитный слой Земли, определяющий верхний предел жизни в биосфере. Озоновый слой появился вм
Механизмы разрушения озона
Выше рассматривался механизм образования озона в атмосфере только на основе кислорода как компонента воздуха. Между тем в образовании и разрушении озона атмосферы играют существенную роль и другие
Состав и строение литосферы
Сейсмические исследования свидетельствуют о том, что при землетрясениях возникают различные сейсмические волны, распространяющиеся в породах Земли с разными скоростями. Наиболее быстрые из них - пе
Процессы выветривания
Поверхность земной коры подвержена действию атмосферы, что делает ее восприимчивой к физическим и химическим процессам.
Физическое выветривание является механическим проце
Общие для большинства почв реакции
При характеристике почв наиболее информативны не отдельные индивидуальные соединения, а их группы, то есть совокупность соединений со сходными строениями и свойствами. Такими группами могут быть мо
Катионный обмен
Для почв наиболее характерны реакции катионного обмена между твердой частью почвы, которая поглощает катионы, и почвенным раствором, который можно рассматривать как раствор электролитов. Если твёрд
Потенциальная кислотность почв
Обменные катионы участвуют также в формировании потенциальной кислотности почв. Такая кислотность встречается в кислых дерново-подзолистых, серых лесных, красноземных почвах. Проявляется о
Щелочность почв
Щелочными считают почвы, водная суспензия которых имеет рН 7,5 — 8,0 или выше. Эти почвы формируются в степных и сухо-степных природных зонах; к ним относятся солонцы, некоторые солончаки. Щелочно
Окислительно-восстановительные режимы
Практически в каждой почве происходят реакции окисления или восстановления химических соединений или элементов. Эти реакции являются сопряженными, и если какой-либо компонент почвы окисляется, то
Гумификация
Это один из самых важных почвенных биохимических процессов. Сущность его заключается в трансформации растительных остатков в своеобразные, темноокрашенные органические гуминовые вещества преимуще
Химическое загрязнение и охрана почв
В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд.
Пресные воды подземной гидросферы
Существенную роль в процессах биосферы играет и так называемая подземная гидросфера. Пресные воды после ледников вносят основной вклад в общий баланс пресной воды на планете. Обширные запасы
Химия пресных поверхностных вод
Озера. Озера— это водоемы, не имеющие прямой связи с системой Мирового океана. Они распространены на равнинных и горных территориях, во влажных и засушливых, холодных и жарких ги
Химия воды и режимы выветривания
Состав растворенных ионов в пресных водах зависит от: варьирующего состава дождевых осадков и сухих атмосферных выпадений; изменений в поступлениях в атмосферу вследствие эвапотранспирации; варьи
Растворенные твердые вещества пресных вод
Кремний высвобождается при выветривании силикатов и переносится в природных водах в виде недиссоциированной кремниевой кислоты H4SiО4. Силикаты выветриваются медленно, поэто
Биологические процессы
В ручьях и небольших реках биологическая активность в воде слабо влияет на ее химический состав из-за быстрого течения. В крупных же реках и озерах, со слабым течением основные изменения в химическ
Диаграммы Eh-pH
Кислотность (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh) могут определять поведение элементов и их соединений в окружающей среде. Теоретически возможно бесконечное разнообразие сочетаний
Питательные вещества и эвтрофикация
Кроме СO2, воды и света растениям для роста нужны определенные ионы (питательные вещества). Некоторых из этих ионов, на пример Mg2+ , довольно много в пресной воде, однако др
Кислотные осадки
Кислотными называют атмосферные осадки (дождь, снег, роса) с рН<5,5. Естественная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН=б), так как находится в контакте с СО2 и растворяет ее, о
Процессы в дельтах и эстуариях
Очень интересна химия морской воды вблизи континентальных областей — в переходной зоне между средами обитания суши и открытого океана.
Дельта - устьевая часть реки, в которой происходит р
Изменения веществ в окружающем среде
Для целостного понимания биосферы как глобальной системы важно изучение как природных, так и антропогенных процессов, происходящих в ней.
Для предсказания того, как эта система может измен
Изменения во времени
Естественные (природные) изменения. Изменения геохимических, геофизических и метеорологических параметров за геологические периоды времени, эволюция живых организмов, обитающих в воде и н
Пространственные изменения
Критериями оценки природных и антропогенных веществ по степени их воздействия на изменение окружающей среды являются их количество, объем запасов, частота появления и распространенность. Учет изме
Распространение в окружающей среде
Оценка распространения в окружающей среде синтезированных человеком веществ включает физико-химические свойства этих веществ, физические процессы, связанные с их переносом, биологические п
Перенос между различными средами
Рис. 19. Схема процессов переноса вещества между различными средам
Перенос почва — вода
Перенос веществ на границе раздела почва — вода играет важную роль в процессе загрязнения вод в результате применения химических препаратов или их поступления в почву с дождем, в результате искус
Перенос вода — воздух
Переход вещества в природных условиях из водного раствора в атмосферу называют летучестью; этот процесс осуществляется в результате диффузии, обратный перенос называют сухим осаждением в воду.
Перенос почва -—воздух
В миграционных процессах между почвой и воздухом большое значение имеют обменные процессы жидкость/твердая фаза, жидкость/газ и твердая фаза/газ.
Переход вещества из почвы в атмосферу пут
Поступление и накопление в живых организмах
В принципе любое химическое вещество поглощается и усваивается живыми организмами. Равновесное состояние или состояние насыщения в процессе усвоения достигается в том случае, если его поступлени
Сравнение содержания химических элементов в морской воде и теле рачка Calanus finmarchicue
Химические элементы
Морская вода,
масс,%
Calanus finmarchicus, масс.%
Коэффициент обогащения
Кислород
Географический и биотический перенос
После того как произошло распределение поступивших в окружающую среду химических веществ между воздухом, водой и почвой, необходимо проследитьих дальнейшую миграцию на более или менее далекие рас
Геохимические барьеры
Участки биосферы, на которых в миграционном потоке на коротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции химических элементов, и как следствие этого процесса, повышается их концентрация
Круговороты макроэлементов
Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ: большой, или геологический (абиотический) и малый, или биологический (биотический). Большой круговорот наиболее четко проявляется в
Вещества, попавшие в окружающую среду исключительно в результате.человеческой деятельности
ДДТ(2,2-ди (р-хлорфенил) - 1,1,1 -трихлорэтан)
Пестицид
Неселективный ряд, концентрируется в пищевой цепи
ПХД (полихлориро-ванные
Углерод
Самым важным компонентом природного цикла углерода является газообразный диоксид углерода СО2. Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде СО2 относительно невелики в сравнении
АТМОСФЕРА
СО2
Круговороты второстепенных элементов
Микроэлементы, как и макроэлементы, мигрируют между организмами и средой. Многие из них концентрируются в тканях благодаря химическому сходству с какими-либо важными биогенными элементами, что мо
Соединения хлора
Химия соединений хлора в биосфере сравнительно проста. Практически все встречающиеся в почвах хлориды легко растворимы: NaCl, KC1, СаСl2, MgCl2. Растворимы также хлориды боль
Соединения йода
Содержание йода в земной коре колеблется от 0,01 до 6 мг/ кг, достигая максимума в обогащенных органическим веществом сланцах. Минеральные соединения йода легкорастворимы, поэтому йод энергично вы
Соединения брома
Содержание брома в земной коре колеблется от 0,2 до 10 мг/кг, причем максимальные концентрации характерны для глинистых отложений. Бром — сильнолетучий элемент, его соли легкорастворимые. К числу
Соединения фтора
Свойства соединений фтора значительно отличаются от свойств других галогенопроизводных.
Фториды щелочных металлов растворимы в воде и их растворимость уменьшается в ряду KF > NaF >
Тяжелые металлы
Металлы в очень высокой степени вовлечены в антропогенную деятельность, они отличаются настолько высокой технофильностью, что нередко говорят о современной «металлизации» биосферы. Особое значение
Атмосфера
Общий запас 15,6*109 г
Стронций
Sr -хороший пример ранее малоизученного элемента, который теперь служит объектом особого внимания в связи с большой опасностью его радиоактивного изотопа для человека и животных. По свойствам стро
Новости и инфо для студентов