рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Химические реакции и процессы в почве

Химические реакции и процессы в почве - раздел Экология, Дисциплина Химические основы экологии Почва — Самый Верхний И Плодородный Слой Литосферы, Яв­ляется Связующим Звено...

Почва — самый верхний и плодородный слой литосферы, яв­ляется связующим звеном между всеми оболочками планеты и живыми организмами, играет важную роль в процессах обмена веществом (энергией) между компонентами биосферы. Почва — среда обитания большого количества живых организмов, и мно­гие химические процессы, происходящие в почве как части ли­тосферы, напрямую связаны с процессами в биосфере. Через по­чву осуществляется газовый обмен между атмосферой и земной корой, атмосферой и подземной частью гидросферы. В почве од­новременно могут протекать химические, физические и биологи­ческие процессы.

Любую почву можно рассматривать как гетерогенную систему, состоящую из трех фаз: твердой (минеральный «скелет», органи­ческая и биологическая компоненты), жидкой (почвенный ра­створ) и газообразной (почвенный воздух).

Почва обладает некоторыми свойствами, которых лишены воз­душная и водная среды. Частицы почвы образуют «мелкоячеис­тый фильтр», который весьма эффективно задерживает твердые взвеси из вод, просачивающихся в почву. В то же время поры почвы служат копилкой питательных веществ. Всю систему «це­ментируют» частицы глины и гумуса, которые адсорбируют це­лый ряд веществ. Таким образом, почва в течение ряда лет или десятилетий может удерживать вредные вещества, не давая им возможности перейти в грунтовые воды. Почва обладает способностью к регенерации. Многие оби­татели почвы служат источником ферментов, в присутствии ко­торых вредные вещества расщепляются быстрее, чем в воде или на воздухе. Фильтруемость и накопление примесей в почвах, а также спо­собность к регенерации определяют буферную способность почв по отношению к антропогенным воздействиям.

Химический состав почвы.

Основные химические процессы, а также плодородие почвы зависят от присутствия воды и кислорода, количество и дос­тупность для растений которых во многом определяется физическими свойст­вами почвы.

Влага в почве может находиться во всех трех состояниях и в нескольких формах: гигроскопической, капиллярной, пленочной и свободной гравитацион­ной. Гигроскопическая вода конденсируется на поверхности почвенных частиц, пленочная удерживается на поверхности почвенных частиц под действием молекулярных сил, капиллярная находится между частицами почвы благодаря по­верхностному натяжению, а свободная гравитационная вода находится под влиянием силы тяжести и гидростатического напора и заполняет крупные про­межутки почвы. Гигроскопическая вода прочно связана с почвенными части­цами и поэтому не усваивается ни корнями растений, ни бактериями. Пленоч­ная вода может использоваться только бактериями, а капиллярная и свободная гравитационная формы воды хорошо усваиваются корнями растений и всеми организмами почвы. Способность накапливать воду поверхностными слоями литосферы называется водоудерживающей способности почвы, а способность почвы впитывать воду с поверхности называется инфильтрацией. Таким обра­зом, идеальной почвой будет та, которая имеет хорошую инфильтрацию, хоро­шую водоудерживающую способность и иметь растительный покров, снижаю­щий потери воды от испарения.

Многие вещества содержатся в свободной воде в виде ис­тинных или коллоидных растворов. Литосферный раствор, можно назвать кровью литосферы, которая находится в состоянии динамического равнове­сия с твердым веществом и газами литосферы.

Естественный состав почвенного воздуха зависит в первую очередь от глубины. На глубине 20 см почвенный воздух имеет состав очень близкий к атмосферному. Состав почвенного воздуха регулируется потреблением кисло­рода и образованием СО2 в результате микробиологических процессов минера­лизации органических веществ и способностью почвы выделять СО2 в атмо­сферу с одновременным поглощением О2 из атмосферы. Поступление О2 про­исходит непосредственно с атмосферным воздухом и с дождевой водой. Чем ниже температура воды, тем больше с ней поступает О2 и СО2. Растворимость газов в литосферном растворе зависит от давления газа, от температуры, а также от содержания различ­ных химических веществ.

Наиболее энергично растворяется в литосферном растворе углекислый газ, причем с повышением температуры его раствори­мость понижается почти в три раза, менее растворим кислород и еще меньше азот. В литосферном растворе почти все химические соединения находятся в ионной форме. Основные анионы литосферного раствора – НСО3-, NО2-, NО3- - поступают в него пре­имущественно в результате биологических процессов. Так, окислы азота в литосфере образуются в средних широтах при микробио­логических процессах нитрофикации. В тропических широтах азот и окислы азота поступают в литосферу из атмосферы при грозо­вых разрядах в количествах, достигающих 30 кг/га.
Фосфат - ионы, хлор - ионы, сульфат - ионы и другие преимущественно поступают в литосферный раствор из горных минералов и при разрушении растительных остатков.

Среди катионов в литосферном растворе постоянно находят­ся в значительном количестве Са2+, Мg2+, Nа+, К+, NН4+, Н+, Fе+, Fе2+, Аl3+. В весьма незначительном количестве присутствуют в литосферном растворе йод, медь, цинк, свинец, никель, кобальт, молибден, бор, стронций, марганец и другие микроэлементы.
Кроме минеральных химических соединений, в литосферном растворе постоянно присутствуют водорастворимые органические соединения, такие, как фульвокислоты, органические кислоты, аминокислоты, сахара, ферменты, витамины, спирты и пигменты.

Литосферный раствор имеет определенное осмотическое давление, которое зависит от количества ионов, молекул или мицелл, от сезонов года. Так, в средних широтах летом осмо­тическое давление повышается из-за уменьшения влажности литосферы при испарении, что ведет к увеличению концентрации ионов. В другие сезоны года за счет усиленного увлажне­ния литосферы осмотическое давление понижается.

Минеральную основу почвы в основ­ном составляют кварц (песок), глина и известняк (СаСО3). В зави­симости от размера частиц различают почвы песчаные, суглини­стые и глинистые. Содержание органических веществ в разных почвах колеблется от ~2 % (песчаные, глинистые почвы) до 20 % (болотистые почвы). С научной точки зрения органические веще­ства почвы подразделяются на негуминовые и гумус. Первые вклю­чают не полностью разложившиеся остатки растений и живот­ных, жиры и дубильные вещества, сложные углеводы, пектины и другие. Они легко разлагаются и поэтому не попадают под понятия «гу­мус». В литературе под термином «гумус» (от лат. — земля, почва) чаще всего понимают темноокрашенное органическое вещество почвы (перегной), образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных останков и накапливающе­еся в верхнем почвенном горизонте. По химическому составу гу­мус представляет собой сложную смесь гуминовых, фульвокислот и их комплексов с металлами; по элементному составу основны­ми компонентами гумуса являются водород, углерод, кислород, а также азот (2—5 %), сера (~1 %), фосфор, калий. Исходным мате­риалом для образования гумуса служит растительный опад. Ос­новная его часть состоит из лигноцеллюлозы. Главными агентами разложения этих биополимеров служат почвенные грибы, выде­ляющие в окружающую среду экзоферменты (целлюлазы), легко гидролизующие углеводы.

Почвы, называемые черноземами, содержат максимальное ко­личество гумуса: в среднем 500 т на 1 га. По оценкам ученых, общие запасы гумуса в почвах мира составляют около 2 561 млрд т (на 1 м).

 

Биологическая составляющая почвенных экосистем представ­лена зелеными растениями, микроорганизмами и животными. Основная почвообразующая роль принадлежит лесной раститель­ности, второе место занимает травянистая растительность. Пере­работка и деструкция растительных остатков происходят главным образом в верхних горизонтах почвы. В этой переработке участву­ют многочисленные беспозвоночные (почвенная мезофауна) и микроорганизмы. Биомасса беспозвоночных в верхних горизонтах почв может достигать 200 т/км2, причем наибольшая ее часть при­ходится на долю дождевых червей (до 40—50 т/км2) и членистоногих (до 10—30 т/км2).

Важную роль в почвенном круговороте веществ играют бакте­рии. Согласно данным различных исследователей, живая масса почвенных бактерий также очень значительна. Она приблизитель­но оценивается в 6 • 109 т, т. е. примерно в полтора раза превышает биомассу сухопутных и морских животных.

Автотрофные бактерии осуществляют в почве процессы окис­ления минеральных соединений — продуктов жизнедеятельности гетеротрофов. Например, аэробные бактерии играют роль в про­цессах нитрификации и нитрофикации:

2NН3 + 3О2 = 2НNО2 + 2Н2О (нитрификация)

2 НNО2 + О2 = 2 НNО3 (нитрофикация)

Широко распространенные в почвах так называемые серобак­терии окисляют Н2S, S и другие соединения серы до Н24 (про­цесс сульфофикации):

2S + О2 = 2Н2О + 2S

2S + 3О2 + 2Н2О = 2Н24

При участии железоокисляющих бактерий, наиболее распро­страненных в заболоченных почвах, происходит окисление солей Fе (II). В конечном итоге результат происходящих процессов (в том числе гидролиза), можно записать в следующем виде:

4FеСО3 + О2 + 6Н2О = 4Fе(ОН)3 + 4СО2

Живое население педосферы, выполняя основную глобальную биогеохимическую функцию — разложение органического веще­ства на простые соединения, участвует в формировании самого почвенного покрова и его плодородия.

Таким образом, педосфера предстает как полифункциональ­ная и интерактивная система. В отличие от других внешних гео­сфер (атмосферы и гидросферы) она не обладает свойствами бы­строго рассеяния попадающих извне загрязняющих компонентов. Кроме того, формирование ее занимает тысячи и десятки тысяч лет. Поэтому почвы относятся к очень уязвимым и практически невозобновимым ресурсам нашей планеты.

Восстановление ионов NО3 в процессе жизнедеятельности микроорганизмов протекает по схеме (процесс денитрификации):

3- →NО2- → NО → N2О → N2

Поскольку продукты реакции (N2О и N2) улетучиваются из почвы, растения ощущают большой недостаток азота. Эти по­тери могут составлять от 11 до 40 % усвояемых растениями азот­ных удобрений. На залитых водой рисовых чеках эти потери еще больше

 

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Дисциплина Химические основы экологии

БАЛАКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ... ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Химические реакции и процессы в почве

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Атмосфера
Атмосфера — газообразная (газовая) оболочка планет. Атмосфера Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких частиц твердых веществ. Основа атмосферы, воздух, представляет собой смесь газов,

Состав атмосферы
  Атмосфера представляет собой чрезвычайно сложную систему. Ее пронизывает излучение Солнца и испускаемые им частицы высокой энергии, а также космическое излучение. Этот поток энергии

Химические процессы в атмосфере
К особенностям химических процессов в атмосфере относят следующие: 1) Большинство химических реакций инициируются не термически, а фотохимически, т.е. при воздействии квантов света,

Реакции, способствующие разрушению озона в атмосфере Земли
Азотный цикл (NOx): N2O + O(1D) → NO + NO О3 + NO → NO2 + О2 NO2 + О → NO + О

Действие озона на живые организмы и материалы
Действие озона на человека. Вдыхание озона — компонента фотохимического смога — вызывает кашель, одышку, раздражение носоглотки и осложняет хронические болезни, такие, как астма, бронхиты, сердечна

Химия аэрозолей и пыли
Возникновение атмосферной пыли и аэрозолей Подобно тому, как в природных водах присутствуют растворенные вещества и тонкие взвеси, в атмосфере содержатся не только свободные молекулы и ион

Экологические проблемы, связанные с химией атмосферного аэрозоля
1. Влияние на формирование радиационного режима планеты. Аэрозоли, в зависимости от размера и состава частиц, вносят существенный вклад в отражение, рассеяние и поглощение коротковолновой радиации

Летучие органические соединения
Широкое использование ископаемых богатств сопровождается выделением в атмосферу больших масс различных химических соединений. Основные антропогенные источники сконцентрированы в городах, занимающих

Соединения серы и азота
Поступление в атмосферу соединений серы 1. Биологические процессы. С помощью анаэробных (действующих без участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органич

Парниковый эффект
Основной причиной влияния на климат считают нарастание в атмосфере доли парниковых газов, ведущее к повышению температуры, за которой следует таяние ледников и повышение уровня океана, что вызовет

Парниковые газы
Метан. Глобальное потепление на 12% обусловлено метаном (СН4). Он образуется в процессе анаэробного бактериального разложения в болотах, на рисовых полях и свалках, в желудках кор

Чтo тaкoе фреoны
В 1931 гoду, кoгдa был синтезирoвaн безвредный для челoвеческoгo oргaнизмa хлaдaгент – фреoн. Впoследствии былo синтезирoвaнo бoлее четырех десяткoв рaзных фреoнoв, oтличaющихся друг oт другa пo кa

Городская атмосфера
Лондонский смог — первичное загрязнение В городской среде присутствуют загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу и называемые первичными загрязнителями. Дым — п

Последствия первичного и вторичного загрязнения воздуха
Фотохимический смог, с которым сталкиваются все чаще в современных городах, создает в них атмосферу, непохожую на дымный воздух городов в прошлом. В отличие от угля бензин как топливо дает мало дым

Состав гидросферы
  Гидросфера — водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, водных объектов суши (реки, озера, болота, водохрани­лища), подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (лед­н

Качество природной воды
Показатели качества природной воды обычно подразделяют на физические (температура, цветность, взвешенные вещества, запах, вкус и др.), химические (жесткость, активная реакция, окисляе

Химические процессы в гидросфере
  Рассмотрение химических процессов в гидросфере — задача очень сложная, более сложная, чем изучение процессов в атмосфере. Причина заключается в том, что природная вода представ­ляет

Речные воды
  Особенности речных вод: 1) в растворенном состоянии в химическом составе пресной воды преобладают четыре металла, присутствующие в виде простых катионов (Са2+

Основные особенности океанической воды
Вода в океанах и морях вода представляет собой слабый (около 4%), полностью ионизированный, исклю­чительно однородный раствор, в состав которого входит 95 % воды,

Соленость воды.
Соленость определяется как вес в граммах неорганических ионов в 1 кг воды. Измеряется по проводимости электрического тока (электропроводности). Воды открытого океана имеют соленость порядка 32– 37

Активность
Свойства морской воды как концентрированной системы существенно отличаются от свойств идеальных растворов. Поэтому в физико- химии морских вод необходимо учитывать снижение реакционной способности

Состав ионов в морской воде и закон Дитмара
Среди катионов в водах Мирового океана преобладающими являются в порядке убывания: натрий — 0,47, магний — 0,053, калий — 0,01, кальций — менее 0,01 моль/л; из анионов: хлор — 0,55, сульфат-анион —

Химический состав неосновных ионов.
В химии морской воды преобладают семь основных ионов. Однако оказалось, что в ней есть и другие ионы и элементы (практически вся таблица элементов Менделеева). Концентрации растворенных металлов до

Вынос ионов
К основным процессам удаления ионов относят: • выброс ионов в атмосферу (потоки «море — воздух»); • процессы отложения в виде эвапоритов, химического осаждения карбонатов, абиоген

Эвапориты
Испарение воды способствует осаждению составляющих ее солей, так называемых эвапоритных минералов. Осаждение начинается с наименее растворимых солей и заканчивается наиболее растворимыми. Когда исп

Подземные воды
Подземные воды — часть водных ресурсов Земли; общие запасы подземных вод составляют свыше 60 млн. км³. Подземные воды содержатся в земной коре, находятся в активном взаимодейс

Происхождение подземных вод и их распространение
В земной коре находится большое количество воды, физически и химически связанной, свободной гравитационной, капиллярной, а также в виде водяного пара и льда. По современным представлениям,

Формирование кислотности поверхностных вод
Выпадение кислых атмосферных осадков может привести к серьезным изменениям в состоянии поверхностных водных систем (озер, прудов и т. д.). Можно условно выделить три стадии процесса их закисления.

Особенности окислительно-восстановительных процессов в подземных водах
• Содержание кислорода в инфильтрационных водах. Если инфильтрационные воды поступают в водоносный горизонт по трещинам обнаженных пород, то они обогащены кислородом и характеризуются значительной

Глобальное загрязнение Мирового океана
Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления

Загрязнения речных и морских вод
90 % забираемой воды для водоснабжения городов и промышленных предприятий сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами хозяйственной деятельности. Сточные воды —

Органическое загрязнение
При наличии кислорода органические вещества распадаются на более простые в результате активности бактерий — биохимическое окисление (биологическая очистка воды), т.е. при достаточном количестве O

Нефть и нефтепродукты
Категория веществ, которые плохо поддаются разложению. Вода становится непри­годной для использования при попадании 1 л нефти в объем воды 106 л. Нефть и нефтепродукты являются наиболее

Неорганические токсины
Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, ка

Соединения тяжелых металлов.
Решением Европейской эко­логической комиссии ООН в группу наиболее опасных тяжелых металлов выделены ртуть, свинец, кад­мий, хром, марганец, никель, кобальт, ванадий, медь, железо, цинк, сурьма, а

Поведение тяжелых металлов в водной среде.
В водные экоси­стемы атомы тяжелых металлов поступают из почв и горных по­род в результате химического и микробиологического выщелачи­вания минералов, с паводковыми и дождевыми водами, а также при

SiО2 + СаО →СаSiО3 — метасиликат кальция
Образующиеся соли часто входят в состав минералов, объеди­ненных общим названием — алюмосиликаты. Минералы — осно­ва земной коры. Среди них большую часть составляют (масс. %): сили

Химические процессы в литосфере
  В недрах Земли и на ее поверхностях постоянно происходит разрушение горных пород. Разрушающее действие оказывают вы­сокая и низкая температуры (резкое колебание температур), вода, С

Глобальные экологические функции почв
Гидросферные Атмосферные Литосферные Общебиосферные и этносферные Трансформация поверхностных вод в грунтовые

Химическое загрязнение почв
В последние десятилетия человек стал причиной быстрой де­градации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей истории человечества. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1

Пестициды.
Пестициды без исключений являются ядами широкого спектра дей­ствия. Обычно пестициды подразделяют следующим образом: инсектициды — химические средства для борьбы с вредными

Методы и способы утилизации и ликвидации отходов
  Основными направлениями оперирования промышленными твердыми отходами являются: - захоронения на полигонах и свалках; переработка конкретных твердых отходов по заво

Некоторые особенности биосферы
1. Биосфера – закономерный продут эволюции планеты Земля. 2. Биосфера Земли – большая (глобальная) открытая система, у которой на входе – поток солнечного излучения, а на выходе – минералы

Процессы в биосфере
Специфической чертой биосферы как особой оболочки Земли является происходящий в ней круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Живое вещество выполняет в биосфере следующие би

Основные функции живого вещества в биосфере
Функции Краткая характеристика процессов Энергетическая Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, химической энергии в результат

Химические процессы в биосфере
Для химических процессов в биосфере характерны следующие особенности: – участие в химических и биохимических реакциях большого числа органических и неорганических веществ; – проте

Химические основы экологического анализа
Изучение и контроль состояния окружающей среды включа­ют исследование таких природных ресурсов, как разнообразные воды, атмосферный воздух, почвы, совокупность этих систем в плане определения в них

Меры токсичности веществ
Количественная характеристика токсичности веществ сложна. Судить о ней приходится по результатам воздействия вещества на живой организм, для которого характерна индивидуальная вариабельность, т.е.

Экологическое нормирование
  Регулирование качества природной среды основано на определении экологически допустимого воздействия на нее, когда самоочищение природы еще способно работать. Определенными нормами т

Аналитическая химия в экологических исследованиях
Высокоэффективные методы контроля состояния окружающей среды исключительно важны для диагностики токсикантов. Принципиально важно, чтобы предел обнаружения загрязняющих веществ аналитическими метод

Токсичные металлы
Установлено, что 70 % токсичных металлов попадает в организм человека с пищей. Контролируется восемь наиболее опасных токсичных примесей: ртуть, свинец, олово, кадмий, медь, цинк, железо, мышьяк. Э

Вредные вещества в пищевых продуктах. Нитраты
Само по себе присутствие нитратов в растениях — нормальное явление, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т. к. они обладают высокой токсичностью для человека. Особой токсичностью обладает

Пестициды
  Будучи малополярными органическими веществами, хлорорганические пестициды обладают кумулятивным токсическим эффектом — накапливаются в жировых тканях. Способность атома хлора к нукл

Диоксины
  Особую опасность представляют содержащиеся в летучей золе полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ). Диоксины и близкие им по структуре хлорорганич

Биотрансформация экотоксикантов
  Неорганические экотоксиканты. Многие организмы имеют ес­тественные механизмы метаболизма и удаления тяжелых метал­лов, чаще всего в форме металлорганических соединений. Один из наиб

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги