РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

Склав: доцент Карабин В. В.

Дисциплiна: Геохімія техногенезу

Спецiальнiсть: 70708 Екологiя та охорона навколишнього середовища (Магістри)

Витяг з навчального плану

Семестр	Всього	Кiлькiсть годин		Курсова	Залiк	Iспит
		Лекцiї	Лабораторнi	робота
IX	36	36		—	—	+

ЗМIСТ ДИСЦИПЛIНИ

Тематика	Години
Лекція 1. Техногенез, його вплив на довкілля. Основні поняття техногенеза. Техногенез — сукупність геохімічних і геофізичних процесів, пов’язаних з діяльністю людства, вже значно змінив і продовжує змінювати геохімічні умови в біосфері. У геохімічному аспекті техногенез передбачає: 1) вилуговування хімічних елементів із природного середовища (літосфери, атмосфери, гідросфери) і їхню концентрацію; 2) перегрупування хімічних елементів, зміна хімічного складу сполук, у які ці елементи входять, а також створення нових хімічних речовин; 3) розсіювання залучених у техногенез елементів у навколишньому середовищі. Розсіювання залучених у техногенез елементів має часто побічний, непередбачений ефект (викиди техногенних речовин в атмосферу, забруднення ґрунтів і водойм промисловими стоками, твердими відходами промислового виробництва, викиди при аварійних ситуаціях і ін.). Поряд зі стихійним розсіюванням існує навмисне, заздалегідь заплановане розсіювання продуктів техногенезу: внесення хімічних добрив, отрутохімікатів, зрошення стічними водами і компостами з полів зрошення й ін. Усі ці речовини крім безпосереднього позитивного ефекту, передбаченого .технологією сільськогосподарського виробництва, мають і побічну як позитивну, так і негативну дію. Негативна дія техногенеза поєднується поняттям — забруднення природного середовища. Термін «забруднення природного середовища» застосовується досить широко. Під «забрудненням» розуміють надходження в навколишнє середовище продуктів техногенеза, що роблять шкідливий вплив на людину, на біологічні компоненти, а також на технічні спорудження У роботах географів (Солнцев, Єрмаков, 1976; Рябчиків, Єрмаков, 1978) звертається увага на звичайне для всіх природних і достатньо стійких геосистем періодичне коливання концентрації різних речовин — добових, сезонних, багаторічних — з визначеними верхніми і нижніми граничними значеннями. Перехід за межі граничних концентрацій, обумовлений як природними екстремальними процесами, так і техногенними факторами, приводить до порушення нормального режиму функціонування геосистем. Термін «забруднення» пропонується зберегти лише для техногенного надходження речовин. У різних геосистемах геохімічний нормальний фон й амплітуда його тимчасових змін істотно різні, тому не існує і єдиного рівня концентрації тих чи інших техногенних речовин, що викликають ефект забруднення, так само як і дуже умовні єдині норми гранично припустимих концентрацій. Постає питання: які повинні бути критерії для віднесення тієї чи іншої території, що знаходиться під впливом техногенних факторів, до категорії «забруднених» чи «незабруднених»? Відповідно до положення В. И. Вернадского про провідну геохімічну роль живої речовини в біосфері і біокосних тілах основним критерієм забруднення території повинен бути стан і функціонування властивій даній системі живих організмів. У незабруднених біокисних системах межі коливань концентрації техногенних речовин, а також форми їхнього знаходження в даній системі повинні задовольняти наступним умовам: 1. Не порушуються газові, концентраційні й окислювально-відновні функції живої речовини системи, що регулюють геохімічне самоочищення системи. ^! 2. Біохімічний склад первинної і вторинної продукції не змінюється настільки, щоб викликати порушення життєвих функцій у якому-небудь з ланок харчових ланцюгів не тільки даної системи, але і за її межами (при відчуженні біологічної продукції). 3. Не знижується біологічна продуктивність системи. 4. Не знижується інформативність системи: зберігається необхідний для існування системи генофонд. При порушенні перерахованих умов відбувається техногенна трансформація даної природної системи, а при критичних рівнях техногенного впливу — її руйнування. Основні поняття. Підрахунки мас хімічних елементів, які щорічно входять у техногенні потоки, і порівняння їх з масами елементів, що беруть участь у природних геохімічних потоках (річковий гідрохімічний стік, біологічний колообіг), свідчать, про те, що з 60-х років XX в. геохімічна діяльність людства не є меншою за потужність природних процесів (Добродеев, 1978). Людство щорічно видобуває з надр і звільняє при спалюванні горючих копалин (особливо вугілля) багато хімічних елементів у рівній чи більшій кількості, аніж вони споживається рослинністю суші для створення річного приросту. З надр щорічно добувається більше, ніж залучається в біологічний кругообіг: Cd— більш ніж у 160 разів, Sb — у 150, Hg— у 110, Pb — у 35, As, F — у 15, 11 — більш ніж у 6, Sn — у 5, Cu — у 4, Mo — в 3 рази. Видобуток Ag, Cr, Ni, Zn приблизно дорівнює щорічному споживанню рослинністю. Становлення ноосфери супроводжується не тільки глобальним підвищенням концентрації в біосфері елементів з низькими природними кларками, але і зміною співвідношення окремих пар елементів (у залежності від сучасного рівня їхнього видобутку і співвідношення їх у горючих копалинах). Ступінь використання елемента відносно його вмісту в літосфері називають його технофільністю. Поняття «технофільність елементів» було введено О.І. Перельманом (1973). Показником технофільності є відношення маси щорічного видобутку елемента до його кларку в літосфері. Технофільність елементів змінюється в часі і залежить від використання і видобутку визначених груп елементів.	2
Вступ у геохімію техногенезу. Основні поняття геохімії техногенезу. Лекція 2. Основні показники геохімії техногенеза. 1. Показник (коефіцієнт) спеціального техногенного використання, чи спеціальна техногенність: N = (M1 + П1)/nn де M1 — кількість елемента (у тоннах), яка щорічно мобілізується з іммобільного стану (наприклад, рудного покладу) спеціально для одержання цього елемента, або його сполуки; П1 — кількість елемента (у тоннах), яку щорічно вводять у техногенні потоки з природних потоків (наприклад, із природних вод) також спеціально з метою одержання цього елемента; nn — кларк елемента в ноосфері. Показник спеціального техногенного використання говорить про ступінь цілеспрямованого залучення елемента в техногенез. 2. Показник (коефіцієнт) загального техногенного використання елемента, або техногенність: N = (M1+M2+П1+П2) / nn де М2 і П2 — залучення елементів у техногенну міграцію відповідно в результаті мобілізації з іммобільного стану і перевід з природних потоків, але в якості побічних продуктів. Цей коефіцієнт показує ступінь загального залучення елемента в техногенну міграцію. 3. Ступінь раціонального використання залученого в техногенез елемента може бути показана за допомогою коефіцієнта повноти техногенного використання (Р), який є процентним відношенням кількості спеціально добутого елемента до його загальної кількості, яка залучена у техногенез: 4. Для характеристики зв'язку техногенної геохімічної міграції з іншими міграційними процесами і для виявлення ступеня стійкості елемента в сфері техногенезу запропонований коефіцієнт техногенної фіксації: Кф = Q1 / Q2 де Q1 = М1 + П1 , тобто кількість залученого в техногенез елемента за визначений час, Q2— кількість розсіяного елемента за це ж час. При розгляді регіональних аспектів техногенної міграції нагромадження речовини (H) в якості продуктів харчування, сировини, знарядь виробництва в межах даного району можна представити в такий спосіб: Н = П + М ± D - В, де П — речовина, яку переводять з природних геохімічних потоків у техногенні; М — речовина, мобілізована в техногенні геохімічні потоки з іммобільного стану; D — результуюча ввозу-вивозу цієї речовини для даного району; В - кількість речовини, що вивільняється у даному районі з техногенних потоків і надходить у природне середовище. Якщо елемент досить повно і швидко виводиться з техногенних потоків (наприклад, з добривами, при спалюванні палива), то В = П + М ± D. Величину В не можна використовувати як параметр техногенного впливу на дану територію, оскільки вона залучає і ту кількість елемента П, який раніше вже мігрував у природних геохімічних потоках. Повернення цього елемента з техногенних у природні потоки не порушує балансу елемента в природному середовищі досліджуваного району. Тому для характеристики техногенного геохімічного впливу на ландшафти доцільно використовувати величину ТД =М ± D., що показує, які додаткові кількості елемента виводяться в даному районі з техногенних потоків у природні. При розгляді закономірностей техногенної міграції елементів на Землі в цілому можна визначити середній модуль техногенного навантаження М/S, де М — загальна кількість мобілізованої речовини, S — площа поверхні Землі. Для порівняння різних продуктів виробництва за значенням у геохімічному впливі на довкілля можна використовувати сумарний коефіцієнт ноосферної концентрації: де С — вміст компонентів у даному продукті, Nn — кларк відповідних компонентів у ноосфері (біосфері), i — число аномальних елементів. Коефіцієнти ноосферної концентрації показують наскільки збільшено вміст елементів у тих чи інших продуктах у порівнянні з довкіллям. Найбільш високий Сп характерний для вугілля. Саме при використанні вугілля в ландшафти надходить надлишкова кількість принаймні 25 елементів, у тому числі вуглецю, важких металів, урану. Значно нижче Сп для інших видів горючих копалин — нафти і газу, хоча з ними теж надходить значна надлишкова кількість C, N, S, I, Cd, Не, Аг. Для характеристики територіальних особливостей геохімічного впливу доцільно використовувати регіональний сумарний коефіцієнт ноосферної концентрації: Cn^s = D1 · Cn1 + …+ DkCnk, де D1, Dk — техногенне навантаження різних продуктів на території досліджень. Модулі цих регіональних коефіцієнтів, тобто їхнє відношення до площі того чи іншого району, зручно використовувати для узагальненої характеристики (у тому числі і картографічної), територіального розподілу геохімічного впливу, що у різних районах може визначатися різними продуктами виробництва. Поряд з показником Сп велике теоретичне і практичне значення має розрахунок часткових модулів коефіцієнтів ноосферної концентрації низки елементів з високими показниками техногенності й одночасно токсичних для організмів: РЬ, Сd, Нg, Аs. Приведені розрахунки можуть бути використані для геохімічного моніторингу і прогнозу тенденції зміни геохімічних умовин.	2
Форми знаходження та міграції хімічних сполук та елементів у зоні техногенезу.Прості форми техногенної міграція хімічних елементів і сполук Лекція 3. Знаходження хімічних сполук і елементів мінеральній формі та у формі ізоморфних домішок. Для вирішення проблем, що постали перед геохімією техногенезу, необхідно не тільки вивчати поведінку хімічних елементів у різних агентах довкілля, але й досліджувати процеси міграції і трансформації забруднювачів. Першим кроком до цього є вивчення форм знаходження хімічних елементів. Під формою знаходження хімічних елементів розуміють системи різних щодо стійких хімічних рівноваг цих елементів (В.А. Алєксєєнко, 2000). Відносно стійкими вони вважаються тому, що практично всі елементи довкілля залучені у великий і малий цикли міграції. В.І. Вернадський виділив чотири головні форми знаходження хімічних елементів у земній корі: • гірські породи і мінерали (до них були віднесені природні води і гази); • жива речовина, чи біогенна форма знаходження; • магматичні (істотно силікатні) розплави; • стан розсіювання.. А. Гаврусевич (1968) запропонував додатково виділяти як окремі форми знаходження ізоморфні домішки, водяні розчини і газові суміші. В міру розвитку геохімії, а особливо під впливом прикладних проблем, треба було розглядати самостійно ще більше форм знаходження елементів у довкіллі. Крім форм, запропонованих Б.А. Гаврусевичем, В.А. Алєксєєнко виділив колоїдну форму з рідким дисперсійним середовищем і форму знаходження у вигляді техногенних сполук, які не мають природних аналогів. Самостійні мінеральні види. Мінерали є основним джерелом хімічних елементів для створення різних техногенних сполук. Великі скупчення певних мінералів (зазвичай це родовища) створюють аномальні екологічні умовини. Такі умовини є відмінними від природних. Частину техногенних сполук іноді також називають мінералами, але штучними. Вони можуть мати природні аналоги, або бути відмінними від природних сполук. Ізоморфна форма знаходження хімічних елементів. Внаслідок явища ізоморфізму багато мінералів, основу хімічного складу якого формують нетоксичні хімічні елементи містять у формі ізоморфних домішок низку токсичних хімічних елементів. Зокрема значна кількість Нf добувається з циркону, де гафній знаходиться у виді ізоморфної суміші до Zr. Зазначимо, що світові ціни на Нf майже в 2000 разів вище, ніж на Zr (Д.А.Мінєєв , 1987). В ізоморфній домішці до цирконію можуть знаходитися іттрій, важкі лантаноїди. З титано-тантало-ніобатів перемінного складу — Аm[ВpXq] • n H2O (де А -- великі катіони Са^2+, Nа^+, TR^3+, U^4+, Тh^4+ і ін.; B — дрібніші катіони Тi^4+, Nb^5+, Та^5+, Fe^3+ і ін.; Х – О^2-, F^-, ОН^-) також видобувають низку рідкісних елементів і в першу чергу тантал і ніобій. Список з подібними прикладами може бути істотно розширений.	2
Атмогеохімія техногенезу. Лекція 4. Техногенні потоки хімічних елементів і сполук у атмосфері. Техногенні джерела викидів елементів і сполук у атмосферу. Форми міграції хімічних елементів і сполук у атмосфері. Зональність випадання хімічних елементів з техногенного повітряного потоку розсіювання. Методи еколого–геохімічних досліджень техногенних повітряних потоків розсіювання.	4
Лекція 5. Хімічний склад та властивості кислотних дощів. Нейтралізація кислотних дощів мінералами та породами. Причиини формавання кислотних дощів. Хімічний склад кислотних дощів. Зональність хімічного складу техногенних атмосферних опадів. Нейтралізація кислотних дощів карбонатом кальцію. Нейтралізація кислотних дощів гідрокарбонат–іоном. Моделювання взаємодії кислотних дощів з природними агентами.	2
Гідрогеохімія техногенезу. Лекція 6. Водна міграція хімічних елементів у формі окремих елементів та іонів. Середньорічне надходження хімічних елементів у природні води з техногенних джерел різного типу. Хімічні елементи у завислій і розчинній (органічній і неорганічній) формах. Прогноз форм знаходження хімічних елементів базується на аналізі кислотно – основних властивостей елементів, які визначаються такими показниками, як іонний потенціал, потенціал іонізації, електронегативність та іншими.	2
Лекція 7. Хімічні основи формування комплексних сполук. · Аквакомплекси. · Реакції асоціації. · Реакції заміщення. · Реакції заміщення центрального іону. · Утворення комплексів у результаті асоціації ліганді з вже утвореними однотипними комплексами. Стійкість комплексних сполук. Термодинамічні константи стійкості.	4
Лекція 8. Водна міграція хімічних елементів у формі комплексних сполук. Закономірності водної міграції хімічних елементів у формі комплексних сполук. Комплексування у підземних водах забруднених промисловими стоками. Концентраційні поля стійкості міграційних форм інградієнтів у забруднених водах. Роль адсорбції у зміні концентрації компонентів, що надходять у води з техногенних потоків. Процеси осадження – розчинення у забруднених водоносних горизонтах. Закономірності масопереносу у забруднених підземних водах.	4
Лекція 9. Техногенний галогенез грунтів та порід зони аерації. Галогенез грунтів внаслідок зрошення. Галогенез внаслідок розробки родовищ корисних копалин. Методи оцінки галогенезу грунтів	2
Лекція 10. Комплексні сполуки металів з природними органічними речовинами грунтів.	2
Особливості геохімії техногенезу у різних зонах. Геохімія у зоні техногенезу гірничих об’єктів Лекція 11. Особливості геохімії у зоні техногенезу газо–вугільних басейнів. Геохімія головних іонів, металів та органічних сполук у шахтних водах Метан вугільних родовищ. Геохімія головних іонів, металів та органічних сполук у грунтових водах. Геохімія головних іонів, металів та органічних сполук у грунтах	2
Лекція 12. Особливості геохімії у зоні техногенезу родовищ нафти та газу та транспортних шляхів вуглеводнів. Геохімія органічних сполук. Геохімія головних іонів. Геохімія важких металів	2
Лекція 13. Особливості геохімії у зоні техногенезу родовищ сірки. Геохімія органічних сполук. Геохімія головних іонів. Геохімія важких металів	2
Лекція 14. Особливості геохімії у зоні постійного та тимчасового складування побутових відходів. Структура промислових відходів. Структура побутових відходів. Геохімія важких металів у твердих відходах	2
Лекція 15. Особливості геохімії у техногенезу побутових стоків міст. Структура промислових стоків. Структура побутових стоків. Геохімія головних іонів та органічних сполук у стоках. Геохімія важких металів у стоках.	2

Л I Т Е Р А Т У Р А

1. .ДажоР. Основы экологии. М.: Прогресс, 1975.

2. .Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения. М.: Высшая школа,1989.

3. Алексеенко В.А. Геохимические методы поисков рудных месторождений. Краснодар: КПИ. 1973, 1974. Ч. 1 и 2.

4. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 200. -627 с.

5. Алексеннко ВА. Химические элементы в биосфере. Краснодар: КГТУ, 1997. 4.2.

6. Базилевич Н.И. Геохимическая работа живого вещества Земли и почвообразование // Тр. Х Международный конгресс почвоведов. М.: Наука, 1974. Т. 6. С. 17-27.

7. Барсуков В.Л., Григорян С.В., Овчинников Л.Н. Геохимические методы поисков рудных меторождений. М.: Наука, 1981.

8. БеусА.А., Грабовская Л.И., Тихонова Н.В. Геохимия окружающей среды. М.: Недра,1976.

9. Болошкш ИМ., Егоров Н.И., Терехов В.Я., МинеевД-А. Минералогия и геохимия редких и радиоактивных металлов. М.: Энергоатомиздат, 1987.

10. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М.: Наука, 1994.

11. Вернадский В.И. Избранные сочинения. М.: АН СССР, 1954.

12. Вернадский В.И. Научная мысль как планетное мышление. М.: Наука, 1991.

13. Вернадский В.И. Труды по биогеохимии и геохимии почв. М.: Наука, 1992

14. Вернер А. Новые воззрения в области неорганической химии. Л.: ОНТИ, 1936.

15. Виноградов АЛ. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: АН СССР, 1957.

16. Войткееич Г.В., Вронский ВА. Основы учения о биосфере. М.: Феникс, 1996.

17. Войткееич Г.В., Закруткин В.В. Основы геохимии. М.: Высшая школа, 1976.

18. Войткееич Г.В., КокинА.В., МирошниковА.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. М.: Недра, 1990.

19. Гаврусевич Б.А. Основы общей геохимии. М.: Недра, 1968.

20. Гирусов Э.В. Основы социальной экологии. М.: РУДН, 1998.

21. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа, 1988.

22. Гольдшмидт В.М. Главнейшие работы по геохимии и кристаллохимии. М.,1933.

23. Гринберг А.А. Введение в химию комплексных соединений. М.; Л.: Химия, 1966.

24. Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. М., 1989.

25. Добровольский В.В. География микроэлементов: глобальное расселение. М.: Мысль, 1983.

26. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 1998.

27. Добровольский В.В. Проблемы геохимии в физической географии. М., 1984.

28. КоржВ.Д. Геохимия элементного состава гидросферы. М.: Наука, 1991.

29. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. М.: Мир, 1969.

30. Кукушкин Ю.Н. Химия координационных соединений. М.: Высшая школа, 1985.

31. Небел Б. Наука об окружаюшей с реде. М.: Мир, 1993. Т. 1,2.

32. Перельман А.И. Геохимия биосферы. М.: Наука, 1973.

33. Перельман А.И. Геохимия ландшафта и экология // Экология: опыт, проблемы, поиск. Новороссийск, 1991.

34. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высшая школа, 1975.

35. Перельман А.И. Геохимия природных вод. М.: Наука, 1982.

36. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989.

37. Перельман А.И. Изучая геохимию. М.: Наука, 1987.

38. Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей среды: Словарь-справочник. М.: Просвещение, 1990.

39. Реймерс Н.Ф. Природопользование. М.: Мысль, 1990.

40. Риклефс Р. Основы общей экологии. М.: Мир, 1979.

41. Словарь геохимических терминов и понятий / В.П. Парначев и др. М.:ГТУ, 1995.

42. Тююнова Ф.И. Физико–химические процессі в подземніх водах. Взаимосвязь з антропогенніми факторами. М.: Наука, 1976. – 127 с.

43. Ферсман А.Е. Избранные труды. М.:АН СССР, 1953-1959. Т. 1-5.

44. Химическое загрязнение почв и их охрана / Д.С. Орлов и др. М.: Агро-промиздат, 1991.

45. Эмсли Дж. Элементы. М.: Мир., 1993.