Газовый состав атмосферы

Геохимическая структура почв

Химический состав почв в значительной степени зависит от состава почвообразующих пород. Однако в процессе почвообразования происходит перераспределение отдельных химических элементов по профилю почв. Изучая почвы важно знать не только содержание химических элементов в верхнем почвенном горизонте, но и его геохимическую структуру.

Важнейшим показателем, характеризующим радиальную структуру почвенного покрова, является коэффициент радиальной дифференциации (R), представляющий собой отношение содержания химического элемента в том или ином генетическом горизонте почвы (C_г.п.) к его содержанию в почвообразующей породе (C_п.о.п.):

R = C_г.п. / C_п.о.п.

Данный показатель позволяет судить о накоплении (R > 1,0) или выносе (R < 1,0) химических элементов в каждом горизонте почвенного профиля, по сравнению с почвообразующими породами. В зависимости от величины коэффициента радиальной дифференциации микроэлементы объединяются в группы, характеризующиеся разным уровнем накопления или выноса, что позволяет в первом приближении судить о радиальной почвенно-геохимической структуре элементарного ландшафта.
Лекция № 10

Тема: ГЕОХИМИЯ АТМОСФЕРЫ

1. Газовый состав атмосферы.

2. Загрязнение атмосферы

Атмосфера - это газовая оболочка земли с содержащимися в ней аэрозольными частицами. На уровне моря сухой воздух (за вычетом паров воды) содержит 78,09 % N и 20,95 объемных процентов О, т.е. атмосфера имеет азотно-кислородный состав, и этим она принципиально отличается от атмосфер других планет. Третий главный компонент тропосферы – Ar (0,93 %). В тропосфере также содержится водяной пар (0, – 4 %), СО₂ (0,03 %). Значительно меньше оксидов N, NH₃, O₃, H₂, CH4, He, Kr, Xe, Rn, Hg и т.д. Так, содержание Nе равно 1.10^-3, СН₄ – 2.10^-3, Не – 5,2.10^-4, Н₂ – 5.10^-5, Rn – 10^-21 объемных процента. Очень мало содержание трития – Т (³Н).

Роль газов в ландшафте зависит от их кларков и химической активности. Активные элементы с высокими кларками образуют ведущие газы – О₂, СО₂, водяной пар Н₂О, Н₂S. Растворяясь в водах, они определяют условия миграции многих элементов, становятся “геохимическими диктаторами”. Поэтому по составу ведущих газов именуются важнейшие геохимические обстановки в водах – окислительная, сероводородная и т.д. Большинство газов в силу химической инертности (N₂, Ar) или низкого содержания (G₂, H₂Se и т.д.) не относятся к ведущим.

Газы образуются в результате физико-химических, биогенных и техногенных процессов. Хотя происхождение современной атмосферы в основном обязано биогенной миграции, а тропосфера и атмосфера – это биокосные системы, все же ведущую роль в ней играют физико-химические и механические процессы, особенно круговорот воды и движение воздушных масс. Постоянный приток солнечной энергии определяет исключительную динамичность и неравновесность атмосферы.

К физико-химическим процессам относится огромное число реакций образования СО₂, водяного пара, Н₂S и других газов. К этой группе процессов относятся и радиоактивный распад U, Th и К, генерирующий Не, Ar и Rn, а также ядерные реакции, возникающие в атмосфере под действием космических лучей.

Почти весь О₂, N₂, СН₄, а также часть СО₂, H₂S, многие другие газы – биогенны. С техногенезом связано образование большого количества СО₂, SО₂, NO₂ и прочих газов.

Существенное влияние на состав атмосферы оказывает вулканизм. Вулканы поставляют Н₂О и СО₂, а также Н₂, СО, N₂, SO₂, Cl₂, H₂S, HCl, B(OH) ₃, NH₃, CH₄ и другие газы. В течение года действующие вулканы выделяют в атмосферу миллионы тонн HF и HCl. В вулканических ландшафтах идут “кислые дожди” с рН 2,4 – 2,5 и минерализацией до 250 мг/л.

В стратосфере и мезосфере в результате фотохимических реакций образуется озон: О₂ + О = О₃. Его общая масса невелика и при нормальном давлении (10⁵ Па) составила бы слой мощностью лишь 1,7 – 4,0 мм. Но и такое количество задерживает губительную коротковолновую радиацию Солнца. Поэтому жизнь на земной поверхности могла развиться только после образования озонового экрана (в начале PZ?). Рост антропогенных выбросов оксида углерода, метана, оксидов азота ведет к увеличению концентрации озона в приземной атмосфере.

Подземная атмосфера ландшафта – почвенный и грунтовых воздух по составу значительно отличается от надземной: в ней больше СО₂, часто выше влажность, иное содержание микрокомпонентов. СО₂ образуется за счет дыхания корней, животных, микроорганизмов, его содержание колеблется от 0,15 до 0,65 %, может достигать 2 % и более. Между подземной и надземной атмосферами существует постоянный газообмен, подчиняющийся законам диффузии. За счет такого “дыхания почвы” в атмосферу поступает СО₂, обогащающий приземные слои воздуха.

Почвенный воздух тайги, тундр, степей, пустынь и других ландшафтов различается по количеству СО₂, Н₂О, микрокомпонентов. Так, в гумидных болотах повышено содержание СН₄ (“болотный газ”), солончаках и аридных болотах – Н₂S, в других ландшафтах N₂O, NH₃ и прочих газообразных продуктов бика. Ландшафты на разных горных породах также имеют разный почвенный и грунтовый воздух: на участках развития гранитоидов и радиоактивных руд он обогащен Rn, на участках развития нефтеносных пород и углей – углеводородами (главным образом СН₄), на некоторых рудных месторождениях – парами Hg. На основе изучения состава подземной атмосферы ландшафта ищут урановые руды, нефть и другие ископаемые.

По зонам разломов, рифтам, через вулканы осуществляется миграция в ландшафты глубинных газов. Их выделение иногда приводит к катастрофическим последствиям. Например, в 1986 г. на берегах озер Ниос (Камерун) погибло более 1700 человек в результате выброса со дна озера удушливых газов (в основном СО₂). Придонные слои воды и после катастрофы были насыщены СО₂ (30 %). Происхождение СО₂ связывают с магматическими процессами.

Велико влияние подземной атмосферы на эксплуатацию рудников и шахт. Так, при отработке угольных залежей в шахтах накапливается СН₄, смесь которого с воздухом в определенных пропорциях взрывоопасна. Еще опаснее в шахтах смесь воздуха с водородом.

В последние десятилетия влияние антропогенных процессов на изменение состава газов атмосферы стало не только сопоставимым с природными процессами, но по ряду параметров уже превосхо­дит их. Можно выделить два направления в воздействии антро­погенных факторов на атмосферу: первое - извлечение опреде­ленных газов и второе - поступление в атмосферу различных ве­ществ.

Дата добавления: 2014-01-11