Основные растворенные компоненты природных вод
| Элементы | Форма нахождения в растворе | Пределы ПДК, мг/л | Источники |
| Кремний | H4Si4 | 1¸30 (SiO2) | Выветривание силикатных минералов |
| Алюминий | Al3+, Al(OH)4 | 0¸0,5 (Al) | То же |
| Железо | Fe2+, коллоидная Fe(OH)3 | 0¸15 | Силикаты, оксиды и сульфиды железа |
| Кальций | Ca2+, CaSO4 | 4¸400 (Ca2+) | Выветривание силикатных и карбонатных минералов |
| Магний | Mg2+, MgSO4 | 1¸1350 (Mg2+) | То же |
| Натрий | Na+ | 1¸10500 | Выветривание силикатных минералов, морская соль |
| Калий | K+ | 0¸380 | Выветривание силикатных минералов |
| Углерод | HCO3-, CO32-, CO | 0¸100 (HCO3-) | Растения, животные, разлагающееся органическое вещество |
| Сера | (SO42-), H2S, HS- | 0¸27000 (SO42-) | Выветривание сульфидных минералов |
| Хлор | Cl- | 1¸10000 | Выветривание осадочных пород, морская соль |
| Фтор | F- | 0¸10 | Выветривание фторсодержащих минералов |
| Азот | (NO2-), (NO3-), (NH4+) | 0¸15 (NO3-) | Атмосфера, органические отходы, почва |
| Растворенное органическое вещество | Множество форм | 0,1¸100 | Биологическая деятельность |
| Кислород | O2 | 0¸12 | Атмосфера, фотосинтез |
Соленость определяется присутствием в океанической воде довольно ограниченного количества ионов. Во всей массе воды Мирового океана их соотношение остается постоянным, что отражает исключительно чувствительный баланс равновесия вещества в биосфере. Минерализацию речных вод определяют те же ионы, что и в океанических водах, однако есть и резкое различие – в морской воде присутствуют ионы: Na+ > Mg2+ > Ca2+; Cl- > SO42- > HCO3-; в материковой воде: Mg2+ < Na+ < Ca2+; Cl- < SO42- < HCO3-.
Таким образом, не смотря на сходство в отношении присутствия главных ионов, их содержания как бы обратно пропорциональны. В большинстве рек в составе воды преобладают ионы HCO3-, Ca2+. Минерализация речных вод может быть охарактеризована следующим образом:
· Воды малой минерализации до 200 мг/л.
· Воды средней минерализации 200¸500 мг/л.
· Воды повышенной минерализации 500¸1000 мг/л.
· Воды высокой минерализации свыше 1000 мг/л.
Морская вода в целом представляет собой уникальный природный раствор, в котором в разном количестве присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева.
Литосфера – земная кора до глубины 8¸12 км. Выделяют два типа земной коры: материковый и океанический. Материковая кора состоит из трех слоев: осадочного (мощностью от 0 до 20 км), гранитного (10¸40 км) и базальтового (15¸30 км).
Осадочный слой состоит из слоистых пород, образовавшихся путем осаждения продуктов разрушения горных пород и жизнедеятельности фауны и флоры.
Гранитный слой сложен главным образом гранитоидами – светлоокрашенными породами, минералами, которые состоят преимущественно из кремния, кислорода и алюминия. Базальтовый слой состоит, в основном, из базальтов, темноокрашенных пород, кальция, железа и других элементов. Мощность материковой кроны на континентах равна 30¸40 км, а в пределах Тибета и горных областей достигает 70 км. Океаническая кора обычно не содержит гранитного слоя, а мощность осадочного слоя не превышает нескольких сот метров. Базальтовый слой развит повсеместно, но мощность его обычно не превышает 5 км.
Верхняя граница расселения организмов, в общем, совпадает с верхней границей тропосферы, достигает высот 10¸15 км (сюда с воздушными потоками попадают единичные споры и бактерии). В гидросфере живые организмы в разных концентрациях находятся повсеместно, достигая самых больших глубин. Подземная граница в литосфере проходит на различных глубинах. В нефтяных водах микроорганизмы были найдены на глубинах 5¸6 км.
Вещество земной коры поступает из мантии путем выплавления, дегазации и выноса в верхние горизонты Земного шара. Плотность пород мантии растет с глубиной от 3,1¸3,5 до 5,6¸5,9 г/см3 на границе с ядром. Средний химический состав земной коры показан в табл. 11.6.
Таблица 11.6
Химический состав земной коры, вес. %
| Компонент | Тип земной коры | |||
| Континентальный | Субконтинентальный | Океанический | Земная кора в среднем | |
| SiO2 | 57,23 | 56,88 | 48,71 | 55,24 |
| TiO2 | 0,71 | 0,73 | 1,40 | 0,86 |
| Al2O3 | 14,46 | 14,43 | 14,90 | 14,55 |
| Fe2O3 | 2,36 | 2,37 | 2,64 | 2,42 |
| FeO | 5,41 | 5,64 | 7,37 | 5,86 |
| MnO | 0,132 | 0,136 | 0,245 | 0,157 |
| MgO | 4,77 | 4,97 | 7,42 | 5,37 |
| CaO | 6,98 | 7,14 | 12,19 | 8,12 |
| Na2O | 2,40 | 2,39 | 2,58 | 2,44 |
| K2O | 1,98 | 1,90 | 0,33 | 1,61 |
| P2O5 | 0,159 | 0,16 | 0,224 | 0,173 |
| Cорг. | 0,08 | 0,07 | 0,05 | 0,07 |
| CO2 | 1,48 | 1,37 | 1,35 | 1,44 |
| SO3 | 0,115 | 0,106 | - | 0,089 |
| Sпир. | 0,083 | 0,083 | 0,055 | 0,077 |
| Cl | 0,043 | 0,040 | - | 0,033 |
| F | 0,33 | 0,031 | 0,020 | 0,030 |
| H2O | 1,57 | 1,56 | 1,05 | 1,46 |
Почва – это природное тело, образующееся из продуктов разрушения горных пород под влиянием климата, рельефа, растительности и живых организмов. Поскольку климатические условия на Земном шаре неодинаковы, то и почвы отличаются большим разнообразием и зональностью. Почвы – наиболее ценный элемент литосферы, являющийся основным компонентом всех наземных экосистем. Основная характеристика почв – их плодородие, складывающееся в процессе почвообразования и целенаправленных воздействий человека. Важна роль почв в процессах самоочищения – они являются универсальным биологическим адсорбентом, очищают и нейтрализуют загрязнения, минерализуют все органические отходы и остатки. Но ресурсы такого самоочищения не беспредельны. Известно, что при сооружении магистральных трубопроводов на каждые 100 км трассы разрушается в среднем 500 га земельных угодий, при прокладке дорог – не менее 250 га.
Таблица 11.7
Химический состав почв, вес. %
| Почва | Компоненты химического состава | ||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | K2O | Na2O | MgO | CaO | SO3 | P2O5 | |
| Тундровая | 34,51 | 12,60 | 3,59 | 2,87 | 1,82 | 0,81 | 1,47 | 0,51 | 0,29 |
| Торфяно-глеевая | 43,44 | 16,51 | 5,18 | 3,12 | 2,06 | 1,04 | 1,90 | 0,46 | 0,33 |
| Подзолистая гумусо-иллювильная | 9,13 | 1,66 | 0,84 | 1,24 | 0,46 | 0,38 | 0,66 | 0,82 | 0,24 |
| Среднеподзолистая | 79,97 | 8,47 | 1,72 | 2,04 | 1,00 | 0,58 | 0,55 | 0,16 | 0,11 |
| Подзолистая (на ленточных глинах) | 68,40 | 13,23 | 3,03 | 3,10 | 1,00 | 0,91 | 0,71 | 0,18 | 0,13 |
| Подзолистая (на валунном суглинке) | 75,76 | 9,73 | 1,90 | 2,94 | 1,02 | 0,58 | 0,76 | 0,16 | 0,10 |
| Выщелоченная серая лесная | 71,11 | 10,28 | 2,27 | 2,81 | 0,93 | 0,82 | 1,26 | 0,20 | 0,20 |
| Бурная лесная | 76,62 | 10,67 | 3,35 | 2,02 | 0,92 | 0,75 | 0,59 | 0,15 | 0,13 |
| Глинистый чернозем | 58,07 | 13,77 | 4,45 | 2,64 | 0,74 | 1,56 | 1,81 | 0,30 | 0,22 |
| Суглинистый чернозем | 61,78 | 14,17 | 4,00 | 2,52 | 0,80 | 1,64 | 2,06 | 0,26 | 0,20 |
| Приазовский чернозем | 63,41 | 14,40 | 4,65 | 3,04 | 1,16 | 1,66 | 1,44 | 0,21 | 0,18 |
| Светлока штановая | 70,73 | 11,78 | 3,72 | 2,67 | 1,44 | 1,11 | 1,01 | 0,17 | 0,15 |
| Серозем пустыни | 80,23 | 9,37 | 2,19 | 2,34 | 1,16 | 0,82 | 0,87 | 0,14 | 0,06 |
| Краснозем | 47,41 | 27,05 | 9,78 | 0,52 | 0,11 | 1,08 | 0,43 | 0,19 | 0,14 |
В состав почвы входит твердая фаза, жидкая (почвенные растворы) и газовая (почвенные газы). Химический состав почв характеризуется преобладанием SiO2, за которым следует в порядке убывания Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, MgO, CaO. В карбонатных почвах в повышенном количестве содержится CaO и CO2, а в засоленных – U, SO4, CaO, Na2O и MgO.
Важной составной частью почв является гумус или перегной, который образуется при разложении органических, преимущественно растительных, остатков под влиянием микроорганизмов и при участии ферментов и минеральных катализаторов. В его состав входят высокомолекулярные кислоты, среди которых ведущее значение имеют группы гуминовых и ульминовых кислот – черного и темно-бурого цвета – и желтоокрашенные или почти бесцветные фульвокислоты. Химический состав различных почв представлен в табл. 11.7.
Таблица 11.8
Степени загрязнения почв
| Степень загрязнения | Оценка степеней загрязнения почв | Показатель снижения качества и количества продукции от получаемой на таких же, но практически не загрязненных почвах, % |
| Практически не загрязнены | Менее 5 | |
| Слабо загрязнены | 6¸10 | |
| Умеренно загрязнены | 11¸25 | |
| Сильно загрязнены | 26¸50 | |
| Очень сильно загрязнены | 51¸75 | |
| Чрезмерно загрязнены | Более 75 |
Химический состав и строение почвы отражаются в произрастающих на ней растениях и в поверхностных водах.
Под загрязнением почв понимают увеличение концентраций содержащихся в почве веществ выше предельно допустимого уровня, а также появление в почвах любых веществ, признанных вредными. Различают шесть степеней загрязнения почв (0¸5) по признаку их продуктивности, т.е. производимой биомассы (табл. 11.8).
По видам загрязнения различают четыре класса веществ-загрязнителей: физические, химические, биологические и радиоактивные. При этом под предельно допустимым количество загрязняющего почву вещества (ПДК) понимается массовая доля загрязняющего почву химического вещества (мг/кг), не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдельные последствия на окружающую среду и здоровье человека. Значения ПДК некоторых химических веществ в почве приведены в табл. 11.9.
Одновременно с нормированием химических веществ в почве разработаны теоретические и методические основы нормирования пестицидов, тяжелых металлов, нефтепродуктов, органических соединений и микроэлементов.
Окружающая среда – совокупность факторов живой и неживой природы, прямо или косвенно воздействующих на организм. Различают биотические и абиотические факторы.
К биотическим факторам относят: фитогенные (растительные организмы); зоогенные (животные); микробиогенные (вирусы, простейшие, бактерии) и антропогенные (деятельность человека).
Таблица 11.9
ПДК некоторых химических веществ в почве
| Наименование вещества | ПДК, мг/кг |
| Металлы | |
| Ванадий | |
| Кобальт (подвижная форма) | 5,0 |
| Марганец, извлеченный из | |
| чернозема | |
| дерново-подзолистой почвы: | |
| рН = 4 | |
| рН = 5,1¸5,9 | |
| рН = 6 | |
| Медь (подвижная форма) | 3,0 |
| Никель | 4,0 |
| Ртуть | 2,1 |
| Свинец | |
| Свинец (подвижная форма) | 6,0 |
| Хром | 6,0 |
| Цинк | |
| Неорганические соединения | |
| Нитраты | |
| Мышьяк | 2,0 |
| Сероводород | 0,4 |
| Фосфор (суперфосфат) | |
| Фториды - водорастворимая форма | |
| Ароматические углеводороды | |
| Бензол | 0,3 |
| Изопропилбензол | 0,5 |
| Ксилолы | 0,3 |
| Стирол | 0,1 |
| Толуол | 0,3 |
| Удобрения и ПАВ | |
| Жидкие комплексные удобрения с добавками марганца | |
| Азотно-калийные удобрения | |
| Поверхностно-активные вещества | 0,2 |
К абиотическим факторам относятся: климатические (свет, температура, влажность, движение воздушных масс, давление); структурные (механический состав, плотность, воздухопроницаемость, влажность); орографические (рельеф, высота над уровнем моря); химические (состав воздуха и воды, кислотность и состав почвы).
Экотоп – место обитания сообщества.
Биотоп – неорганическая составляющая окружающей среды, включающая не только вещества, но и физико-химические факторы (температуру, освещение, химический состав и т.п.)
Биоценоз – совокупность всех живых организмов, обитающих в данном биотопе. Биотоп и соответствующий ему биоценоз образуют экологическую систему.
Экосистема – любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причино-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами.
Естественные экологические системы (биогеоценозы) стабильны и существуют длительное время. Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы носит название гомеостаза.
В естественных экосистемах гомеостаз поддерживается тем, что они открыты, т.е. постоянно обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. В антропогенных, созданных под влиянием человека системах для поддержания гомеостаза необходимо вмешательство (управление) людей.
Популяция – совокупность особей данного вида, в течение длительного времени населяющих определенную область, связанных между собой определенными взаимоотношениями и приспособленных к жизни в условиях данного места обитания (биотопа).
Каждый организм в результате жизнедеятельности меняет вокруг себя среду, изменяя биотоп таким образом, что он становится малоприемлемым для обитания одних видов, но пригодным для других. Такая смена биоценозов носит название сукцессии.