Техногенные геохимические аномалии и их воздействие на биоту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Саратовский Государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Институт урбанистики, архитектуры и строительства

Кафедра «Геоэкология и инженерная геология»

Контрольная работа

по дисциплине ««Экологической геологии в нефтегазовом деле»»

на тему «Техногенные геохимические аномалии и их воздействие на биоту»

Выполнил:

Курс: 4

Форма обучения заочная ускоренная

Группа: б-НФГДипу00

Шифр: 000000

Проверил: Маджид Длер Салам

Саратов 2021

Классификация техногенных геохимических аномалий

В классификации техногенных аномалий выделяют техногенные аномалии как с повышенным, так и пониженным геохимическим фоном.

По размерам выделяют: глобальные, региональные, локальные.

Глобальные - охватывающие весь земной шар (повышенное содержание СO2 в атмосфере, накопление искусственных радионуклидов после ядерных взрывов);

Региональные - формирующиеся в отдельных частях континентов, природных зонах и областях в результате применения ядохимикатов, минеральных удобрений, подкисление атмосферных осадков выбросами соединений серы и др.;

Локальные - образующиеся в атмосфере, почвах, водах, растениях вокруг местных техногенных источников: заводов, рудников и т.д. Сравнительно локальные источники загрязнения, сливаясь, могут привести к образованию техногенных аномалий регионального масштаба (крупные промышленные города, их агломерации). Например, вокруг суперфосфатных заводов образуются геохимические аномалии меди, свинца, цинка, фтора. Вокруг крупных тепловых электростанций образуются зоны загрязнения металлами до 10 - 20 км в диаметре. Сильное загрязнение, особенно свинцом, кадмием и цинком, обнаружено вблизи автострад.

Все техногенные аномалии делятся на полезные, вредные и нейтральные.

Полезные аномалии улучшают природную среду (известкование кислых почв, расселение при промывке и дренаже).

Вредные геохимические аномалии (с повышенными концентрациями токсичных веществ) - ухудшают условия существования биоты. Они систематически изучаются в связи с проблемами загрязнения среды.

Нейтральные геохимические аномалии не оказывают определенного влияние на экологические свойства окружающей среды (концентрация золота в россыпях).

Техногенные геохимические аномалии подразделяются по средам в которых они накапливаются: литохимические (накапливаются в почвах и грунтах), атмогеохимические (накопление в атмосфере), гидрогеохимические (накапливаются в поверхностных и подземных водах),биогеохимические (накапливаются в организмах).

Техногенные геохимические аномалии подразделяют также по механизму образования. Выделяют техногенные аномалии, возникающие:

1. при единовременных аварийных выбросах техногенных веществ;

2. в результате ограниченного по времени, но интенсивного техногенного воздействия;

3. в результате стационарного воздействия источника техногенных веществ.

В первых двух случаях техногенные аномалии хотя и резко выражены, относятся к остаточным, продолжительность их существования зависит от степени первоначального нарушения функций живого вещества экосистемы и от совокупности ландшафтно-геохимических условий, способствующих или препятствующих самоочищению.

В случае стационарного источника, на начальном этапе его функционирования аномалии имеют аккумулятивный характер, а затем в зависимости от интенсивности источника и условий рассеяния и самоочищения среды приобретают стационарный характер по уровню содержания элементов. Опасность стационарных аномалий заключается в том, что при невысоком уровне аномальности они могут и не сказываться заметным образом на состоянии биоты. Однако воздействие в течение длительного времени может иметь кумулятивный эффект. Подобным образом возникают техногенные биогеохимические эндемии, проявляющиеся не только в нарушении жизненных функций данного организма, но и изменяющих генетический код.

Факторы, контролирующие формирование техногенных аномалий

Педогеохимические факторы

Почвы являются фильтрами для многих загрязняющих веществ. Первый техногенный "удар" принимают, наряду с растительностью, почвы и прежде всего самые верхние, самые ценные, обогащенные органическим веществом и корнеобитаемые горизонты.

Поступающие в почву техногенные вещества подразделяют на: педохимически активные и биохимически активные. Педохимически активные меняют кислотно-щелочные или окислительно-восстановительные условия, это могут быть щелочи и минеральные кислоты, физиологически кислые соли. Сильное подкисление или подщелачивание может сказаться и на почвенной биоте.

Биохимически активные техногенные вещества действуют на живые организмы. Общее изменение почвенно-геохимических условий возникает не сразу, а в следствие нарушения почвенной биоты. К биохимически активным относится ряд органических и органо-минеральных веществ: пестициды, гербициды, дефолианты, тяжелые углеводороды, токсические микроэлементы, ртуть, мышьяк, селен, свинец, кадмий, хром, никель, радиоактивные и др.

Буферность почв как и всей геосистемы по отношению к воздействию техногенных потоков зависит от совокупности процессов, выводящих избыточные деструкционно активные продукты техногенеза из биологического круговорота:

1. процессов вымывания токсичных веществ за пределы почвенного профиля; техногенный геохимический аномалия

2. процессов консервации токсичных веществ на геохимических барьерах в недоступных живым организмам формах;

3. процессов разложения токсичных химических соединений до форм, неопасных для живых организмов.

Биогеохимические факторы

В миграции техногенных химических элементов в геосистеме существенную роль играет растительность. Большое значение имеет видовой состав, разнообразие и соотношение видов, слагающих данный биоценоз. Сложная биогеохимическая структура естественных биоценозов обуславливает их большую устойчивость по отношению к техногенным геохимическим факторам, чем искусственных агроценозов. В естественных биоценозах коэффициенты биологического поглощения микроэлементов у разных видов растений существенно различны. По соотношению микроэлементов в почвах, в золе растений и биопродуктивности последних выделяют "безбарьерные" и "барьерные" растения. В безбарьерных растениях содержание элементов растет пропорционально содержанию его в почвах. Продуктивность сначала увеличивается, достигая максимальной (оптимальной), а затем при большом содержании элемента падает. При предельно высокой концентрации растение гибнет. Барьерный тип зависимости между содержанием элемента в среде обитания и золе растений имеет три диапазона:

1. интервал прямой зависимости (пропорциональности) содержания элемента в почве и золе и повышения продуктивности;

2. интервал оптимума-стабилизации содержания элементов в растении и максимальной продуктивности;

интервал обратно пропорциональной зависимости: содержание элемента в почвах увеличивается, в золе растения уменьшается при некотором уменьшении по сравнению с оптимумов биопродуктивности. Выделяют: низко, средне и высоко барьерные растения. Высокобарьерные являются главными геохимическими аккумуляторами - агентами формирования природных и техногенных биогеохимических аномалий как в почвах, так и в самих растениях, особенно опасных, если растительная продукция включается во вторичные биологические круговороты.

2. Естественные и техногенные аномалии

Имеющиеся в земных оболочках геофизические и геохимические аномалии обусловлены наличием вертикальных и горизонтальных неоднородностей в литосфере и проницаемых зон, которые в сумме вносят заметные искажения в распределение энергетических полей и вещественно-геохимических комплексов. Аномалии являются отражением разнообразных эндогенных и экзогенных геодинамических и физико-химических процессов, которые протекают в геологической среде. Одни из них обусловлены рудными залежами и скоплениями неметаллических полезных ископаемых, другие -- геологическими структурами, а третьи -- распространением гравитации, электрических, магнитных и тепловых потоков. Источниками таких аномалий могут быть геологические объекты, длительное время генерирующие потоки вещества, а также геологические процессы, протекающие в глубоких недрах, Солнце и космические тела. К числу геологических объектов относится целый ряд месторождений рудных полезных ископаемых. Например, в зоне окисления сульфидных месторождений практически всегда возникает сложная система электрических и температурных полей, над рудными залежами локализуются аномально высокие значения Cu, Zn, Pb, Sc, Cd, In, SO2, СO2. На земную поверхность благодаря глубинным разломам поступают эманации гелия, углеводородов, радиоактивных газов и особенно радона. Все они создают локальные геохимические аномалии. Их воздействие на живые организмы может быть различным в зависимости от уровня токсичности химических элементов и их соединений, а также от количества поступающего вещества. Высокоопасными являются оксидные месторождения урана, сернистые руды Вi, Те, Sе, Аs, Sb, Нg, Сu, менее опасными -- разнообразные по генезису месторождения Рb, Zn и галоидных соединений, опасными -- месторождения слюды, талька, берилла и некоторых драгоценных камней. Аномалии создают физические и геохимические поля, которые возникают перед надвигающимися грозными геологическими стихиями, в первую очередь -- землетрясениями. Активные явления на Солнце вызывают магнитные бури, перераспределение теллурических токов в геологической среде и т. д. Кроме того, на Землю непрерывно поступают космические лучи и падают разной величины космические тела. Падение мелких каменных, железных и железокаменных метеоритов часто проходит незамеченным и не оказывает заметного влияния на биосферу. Крупные метеориты оказывают локальное воздействие на место падения. Более крупные катаклизмы возникают в результате падения на Землю астероидов и комет. Их периодичность достаточно велика, падения сопровождались массовыми вымираниями биоты в геологическом прошлом. Наиболее известным является падение астероида диаметром около 10 км на границе мелового и палеогенового периодов, т. е. 65 млн. лет тому назад. Результатом встречи Земли с таким космическим телом стало массовое вымирание организмов, когда наземная и морская биоты лишились почти 75% своих представителей. Техногенные аномалии чрезвычайно разнообразны по форме и строению и нередко обладают комплексной природой. Все они являются результатом излучения радиоактивных веществ, используемых в промышленных и исследовательских целях, и рассеивания различных видов энергии и вещества. Главные источники искусственных аномалий -- городские агломерации, сельскохозяйственные комплексы, промышленные и горнодобывающие предприятия, электростанции, работающие на твердом, жидком, газообразном и ядерном топливе, транспортные магистрали, линии электропередач, кабели телеграфной и телефонной связи, радиорелейные линии, телекоммуникационные системы, аэродромы и обслуживающие их радарные комплексы, площадки для запуска ракет, нефтебазы и нефтепередающие и нефте- и газоперекачивающие станции, хранилища и пункты захоронения химических и радиоактивных отходов, отвалы горных предприятий, особенно золотоотвалы и хвостохранилища, полигоны для испытания различных видов вооружения, в том числе и ядерного. Необходимо особо подчеркнуть, что масштабы техногенных аномалий порой многократно превышают естественные аномалии и поэтому оказываются особо опасными для жизнедеятельности человека. Наиболее ярким примером искусственно созданной аномалии является авария на Чернобыльской АЭС, в результате которой суммарная площадь интенсивного спектра выбросов радионуклидов и интенсивность радиоактивного излучения многократно превысила любые природные геологические объекты. Максимальные концентрации и суммарные запасы некоторых тяжелых и редких металлов и особенно цианидов в отвалах и хвостохранилищах, накапливающихся после переработки и обогащения золоторудного концентрата, настолько велики, что становятся опасными для окружающей среды. Высокую напряженность, иногда опасную для жизни, создают электромагнитные поля мощных радиопередающих устройств, линии высоковольтных передач. Напряженность электрических полей многократно превышает мощность, создаваемую при проведении электроразведочных работ на рудных полях. В целом геофизические и геохимические аномалии обладают некоторыми специфическими особенностями: 1) их источники обычно располагаются на дневной поверхности или в верхней части литосферы; 2) они имеют крайне ограниченную вертикальную мощность при большой площади распространения; 3) в отличие от природных аномалий, связанных с рудными залежами и геологическими структурами, создающими физические поля и первичные ореолы рассеивания, грубоконцентричные по отношению к аномалиеобразующим структурам, техногенные аномалии распределяются вдоль путей перемещения воздушных масс, подземного и поверхностного стока, вдоль автомобильных дорог и железнодорожных магистралей и т. д.; 4) для аномалий характерно не только пространственное совпадение и наложение нескольких физических полей, но и совмещение совершенно разнородных параметров. Вышеизложенное проиллюстрируем следующими примерами. Как правило, вдоль автодорог, включая кюветы и полосу отчуждения, в результате осаждения выхлопных газов возникают комплексные ореолы Pb, Нg, Zn, бензпирена, азотистых, сернистых и ряда других токсичных соединений. Вдоль линии электропередач, подземных и воздушных линий радио- и телеграфной связи возникают первичные и вторичные электромагнитные поля. Электрические потенциалы концентрируются за счет фильтрации атмосферных вод через основание полотна дороги. Сама транспортная магистраль (автомобильная и железная дороги) и прилегающие к ней территории испытывают сейсмические и акустические колебания при движении транспортных средств. По масштабам выбросов и охваченной площади выделяют точечные, локальные и региональные аномалии. К первым относятся аномалии, возникающие за счет скопления радиоактивных минералов в определенных частях жилых и промышленных зданий. Локальные аномалии формируются в результате скоплений токсичных веществ на полигонах бытовых и промышленных отходов, в отвалах карьеров и на терриконах, а также в хвостохранилищах. Региональные аномалии образуются в результате выбросов в атмосферу крупных ТЭЦ или АЭС или работы горно-обогатительных комбинатов

3. Геохимические и геофизические аномалии

Геофизические и геохимические аномалии, оказывающие вли­яние на живые организмы, разделяются на две большие группы: естественные аномалии, обусловленные геологическими фактора­ми, и техногенные, созданные человеком.

Естественные аномалии. Аномалии являются отражением разнообразных эндо- и экзогенных геодинамических и физико-химических процессов, которые протекают в геологической среде. Одни из них обусловлены рудными залежами и скоплениями неметаллических полезных ископаемых, другие -- геологическими структурами, а третьи -- распространением гравитации, электрических, магнитных и тепловых потоков. На земную поверхностъ благодаря глубинным разломам поступают эманации гелия, углеводородов, радиоактивных газов и особенно радона. Их воздействие на живые организмы может быть различным в зависимости от уровня токсичности химических элементов и их соединений, а также от количества поступающего вещества. Высокоопасными являются оксидные месторождения урана, сернистые руды Bi, Те, Se, As, Sb, Hg, Си, менее опасными -- разнообразные по генезису месторождения Pb, Zn и галоидных соединений, опасными -- месторождения слюды, талька, берилла и некоторых драгоценных камней.

Активные явления на Солнце вызывают магнитные бури, на Землю непрерывно поступают космические лучи и падают разной величины космические тела. Более крупные катаклизмы возникают в результате падения на Землю астероидов и комет. Их периодичность достаточно вели­ка, падения сопровождались массовыми вымираниями биоты в геологическом прошлом. Наиболее известным является падение астероида диаметром около 10 км 65 млн лет тому назад. Результат встречи Земли с таким космическим телом - наземная и морская биоты лишились почти 75 % своих представителей.

Техногенные аномалии являются результатом излучения радиоактивных веществ, используемых в промышленных и исследовательских целях, и рассеивания различных видов энергии и вещества.

Главные источники искусственных аномалий -- городские агломерации, сельскохозяйственные комплексы, промышленные и горнодобывающие предприятия, электростанции, работающие на твердом, жидком, газообразном и ядерном топливе, транспортные магистрали, линии электропередач, кабели телеграфной и телефонной связи, радиорелейные линии, телекоммуникацион­ные системы, аэродромы и обслуживающие их радарные комп­лексы, площадки для запуска ракет, нефтебазы и нефтепередающие и нефте- и газоперекачивающие станции, хранилища и пунк­ты захоронения химических и радиоактивных отходов, отводы гор­ных предприятий, особенно золотоотвалы и хвостохранилища, полигоны для испытания различных видов вооружения, в том числе и ядерного. Масштабы техногенных аномалий порой многократно превышают естественные аномалии и поэтому оказываются особо опасными для жизнедеятельности человека. Химический состав природных объектов (земная кора, горные породы, почвы и т.д.) характеризуется количественным распределением химических элементов. Химические элементы в земной коре находятся в состоянии рассеяния или концентрирования, причем рассеянное состояние преобладает над концентрированным. При рассеянном состоянии содержание элемента не превышает кларка, при концентрированном -- может превышать кларковые значения в десятки и сотни раз.

Согласно А. П. Соловову, геохимическое поле -- это геологическое пространство, охарактеризованное цифрами содержаний химического элемента как функциями координат и времени.

Различают нормальные геохимические поля, или поля рассеяния, и аномальные геохимические поля (геохимические аномалии), где элементы находятся в повышенных или пониженных содержаниях относительно фона или кларка.

Геохимический фон -- это средняя концентрация химического элемента в природных телах по данным изучения естественного распределения в пределах однородного в ландшафтно-геохимическом отношении участка, не затронутого техногенезом (Ю. Е. Сает и др., 1990).

Существует два способа определения геохимического фона. Первый заключается в анализе эталонных выборок, которые характеризуют однородные фоновые площади. Он применяется в районах, не подверженных загрязнению. Его также используют в условиях незначительного техногенного воздействия, где можно найти площади с похожими, но не загрязненными ландшафтами.

При анализе выборочного опробования вычисляются основные параметры распределения химических элементов:

-- среднее арифметическое содержание:

-- дисперсию:

-- коэффициент вариации:

где х -- значение содержаний элементов, п -- общее число проб, S -- стандартное отклонение.

Во втором способе анализируются смешанные выборки, которые характеризуют неоднородное геохимическое иоле.

Он применяется в местах интенсивного развития производства. Здесь в качестве эталонных можно выбрать участки слабого загрязнения, расположенные в периферийной части. Если таких участков нет, например в городе, то за фон условно берут средний уровень загрязнения.

Кларки отражают среднее содержание элементов в геосферах.

Так, кларки земной коры показывают, какой процент от массы земной коры составляет масса данного элемента.

Список литературы

1. Бгатов В. И. Подходы к экогеологии / В. И. Бгатов. - Новосибирск : Изд-во НГУ, 1993. - 154 с.

2. Гарецкий Р. Г. Основные проблемы экологической геологии / Р. Г. Гарецкий, Г. И. Каратаева // Геоэкология. - 1995. - № 1. - C. 28-35.

3. Гриценко А. И. Экология. Нефть и газ / А. И. Гриценко, Г. С. Акопова, В. М. Максимов. - М. : Недра, 1997. - 589 с.

4. Королев В. А. Современные проблемы экологической геологии / В. А. Королев // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - № 4. - С. 60-68.

5. Крауклис А. А. Проблемы экспериментального ландшафтоведения / А. А. Крауклис. - Новосибирск : Наука, 1979. - 233 с.

6. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Специальная инженерная геология / В. Д. Ломтадзе. - Л. : Недра, 1978. - 496 с.

7. Сергеев Е. М. Инженерная геология - наука о геологической среде / Е. М. Сергеев // Инженерная геология. - 1979. - № 1. - С. 3-19.

8. Сочава В. Б. Географические аспекты сибирской тайги / В. Б. Сочава. - Новосибирск : Наука, 1980. - 256 с.

9. Теория и методология экологической геологии / под ред. В. Т. Трофимова. - М. : Изд-во МГУ, 1997. - 368 с.

10. Трофимов В. Т. Теоретико-методологические основы экологической геологии : учеб. пособие / В. Т. Трофимов, Д. Г. Зилинг. - СПб. : Изд-во С.-Петербург. гос. ун-та, 2000. - 68 с.

11. Трофимов В. Т. Экологическая геология : учебник для вузов / В. Т. Трофимов, Д. Г. Зилинг. - М. : Геоинформмарк. 2002. - 416 с.

12. Ясаманов Н. А. Основы геоэкологии : учеб. пособие для эколог. специальностей вузов / Н. А. Ясаманов. - М. : Издательский центр «Академия», 2003 - 352 с

Размещено на Allbest.ru