Моделирование процессов миграции и аккумуляции подвижных форм тяжелых металлов в природных компонентах
Загрязнение тяжелыми металлами как одно из сильнейших и наиболее распространенных химических загрязнений. Характеристика видов источников поступления тяжелых металлов: природных (выветривание, эрозии) и техногенных (добыча ископаемых, сжигание топлива).
Рубрика | Химия |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.04.2019 |
Размер файла | 27,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование процессов миграции и аккумуляции подвижных форм тяжелых металлов в природных компонентах
Зверева Ж.А.
Ефремов И.В., д-р биол. наук, профессор
Оренбургский государственный университет
Одним из сильнейших по действию и наиболее распространенным химическим загрязнением является загрязнение тяжелыми металлами. К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц. металл химический загрязнение
Эта группа элементов активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов. Группа "тяжелых металлов" во многом совпадает с понятием "микроэлементы". Отсюда свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий являются тяжелыми металлами.
Источники поступления тяжелых металлов делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, движение транспорта, деятельность сельского хозяйства).
Основные источники антропогенного поступления тяжелых металлов в природную среду -- тепловые электростанции, металлургические предприятия, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, транс-порт, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей. Наиболее мощные потоки тяжелых металлов возни-кают вокруг предприятий черной, особенно цветной металлургии, в ре-зультате атмосферных выбросов. Вследствие несовершенства технологических процессов и средств очистки выбрасываемых газов загрязняются атмосфера, почвенный и растительный покровы.
Часть техногенных выбросов, поступающих в природную среду в виде тонких аэрозолей, переносится на значительные расстояния и вызывает гло-бальное загрязнение. Другая часть поступает в бессточные водоемы, где тяжелые металлы накапливаются и становятся источником вторичного загрязнения, т.е. образования опасных загрязнений в ходе физико-химических процессов, идущих непосредственно в среде (например, образование из нетоксичных веществ ядовитого газа фосгена). Тяжелые металлы накапливаются в почве, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции - выдувании почв.
Период полуудаления или удаления половины от начальной концентрации составляет продолжительное время: для цинка - от 70 до 510 лет, для кадмия - от 13 до 110 лет, для меди - от 310 до 1500 лет и для свинца - от 740 до 5900 лет. В гумусовой части почвы происходит первичная трансформация попавших в нее соединений.
Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Тяжелые металлы и их соединения, как и другие химические соединения, способны перемещаться и перераспределяться в средах жизни, т.е. мигрировать.
Миграция соединений тяжелых металлов происходит в значительной степени в виде органо-минеральной составляющей. Часть органических соединений, с которыми связываются металлы, представлена продуктами микробиологической деятельности. Ртуть характеризуется способностью аккумулироваться в звеньях "пищевой цепи". Микроорганизмы почвы могут давать устойчивые к ртути популяции, которые превращают металлическую ртуть в токсические для высших организмов вещества. Некоторые водоросли, грибы и бактерии способны аккумулировать ртуть в клетках.
Ртуть, свинец, кадмий входят в общий перечень наиболее важных загрязняющих веществ окружающей среды, согласованный странами, входящими в ООН.
Одним из постоянно действующих факторов миграции и круговорота веществ в природе являются атмосферные осадки, в которых растворяется значительная часть газообразных веществ и аэрозольных элементов. Средняя годовая минерализация атмосферных осадков составляет от 5-10 до 30-60 мг/л. Из атмосферы ТМ на 70-90 % удаляются за счет соударения и захвата каплей и на 10-30 % - за счет образования капли на ядрах конденсации. Главный фактор, определяющий содержание ТМ в почвах, - почвообразующая порода. Существует тесная связь между содержанием ТМ в почве и составом почвообразующих пород, который зависит от их гранулометрического состава и миграционной способности элементов.
Аккумуляция ТМ почвами агроландшафтов зависит от многих факторов, как природного, так и техногенного характера. Основные из них: характер почвообразующих пород, климат, растительность, рельеф местности, особенности расположения техногенных источников ТМ региона, тип водного режима почв, метеорологические условия и др. Основными почвенно-экологическими факторами, определяющими подвижность и миграционную способность ТМ, являются: содержание гумуса, кислотность почв, гранулометрический и минералогический состав, плотность почвы, окислительно-восстановительные условия, макро- и микроэлементный состав.
ТМ содержатся в почвах в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Водорастворимые формы представлены в основном сульфатами, нитратами, хлоридами и органическими комплексными соединениями, которые составляют 99 % от общего количества растворимых форм. Ионы ТМ могут являться частью кристаллической решетки минералов. Цинк в большинстве случаев представлен в почве в виде изоморфных соединений в слюдах, обманках и других минералах. Кадмий собственных минералов не образует, но может присутствовать в них в виде примесей, кроме того, он практически не связывается гумусовыми веществами почв. Из почвы основная масса химических соединений, в том числе и ТМ, мигрирует в растения. Проведенные многочисленные исследования доказывают, что между химическим составом растений и элементами, присутствующими в среде, су-ществует тесная связь. Но растения способны выборочно накапливать элементы, поэтому между валовым содержанием ТМ в почве и содержанием их в растениях строгой зависимости не существует. Существенное влияние на миграцию ТМ в растения оказывает наличие техногенных источников загрязнения агроландшафтов. ТМ способны мигрировать из почвы не только в растения, но и в грунтовые воды, а также с поверхностным стоком с загрязненных территорий попадать непосредственно в водные объекты. В водных системах ТМ включаются в существующие миграционные циклы. Они распространяются и накапливаются во всех компонентах водной системы: воде, взвеси, донных отложениях, живых организмах. Это приводит к нарушению взаимосвязей в водных экосистемах, изменяется их структура, и возникают техногенные геохимические аномалии.
Таким образом, ТМ, поступившие в пределы агроландшафтов водных бассейнов, способны оказать негативное влияние на все его компоненты: почву, воды внутрипочвенные и поверхностные, биоту (рисунок 1) в результате их перемещения и трансформации, включения в миграционные циклы.
Атмосфера
Рисунок 1 - Трансформация и миграция соединений ТМ в почвах
Часть техногенных выбросов тяжелых металлов, поступающих в атмо-сферу в виде аэрозолей, переносится на значительное расстояние и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть с гидрохимическим стоком попадает в бессточные водоемы, где накапливается в водах и донных отложениях и может стать источником вторичного загрязнения. Соединения тяжелых металлов сравнительно быстро распространяются по объемам водного объекта. Частично они выпадают в осадок в виде карбонатов, сульфатов, частично адсорбируются на минеральных и органических осадках. В результате содержание тяжелых металлов в отложениях постоянно растет, и когда абсорбционная способность осадков исчерпывается, и тяжелые металлы поступают в воду, возникает особо напряженная ситуация. Этому способствует повышение кислотности воды, сильное зарастание водоемов, интенсификация выделения СО2 в результате деятельности микроорганизмов. Значительное загрязнение тяжелыми металлами, особенно свинцом, а также цинком и кадмием обнаружено вблизи автострад. Ширина придорожных аномалий свинца в почве достигает 100 м и более.
Таким образом, ТМ представляют серьезную опасность для окружающей среды. Исследования, проводимые в этой области, будут представлять несомненный интерес для многих отраслей науки, а их результаты помогут уменьшить давление «металлического пресса» на биосферу, а значит, будут способствовать решению проблемы загрязнения ТМ окружающей среды. ТМ, поступившие в пределы агроландшафтов водных бассейнов, способны оказать негативное влияние на все его компоненты: почву, воды внутрипочвенные и поверхностные, биоту в результате их перемещения и трансформации, включения в миграционные циклы.
Список литературы
1 Болотов, В.П. Распределение тяжелых металлов в донных отложениях в зависимости от гранулометрических фракций / В.П. Болотов, В.В.Новиков// Актуальные проблемы экологии и природопользования. Секция «Экологический мониторинг»: сб. науч. тр. -- М.: РУДН, 2012. - Ч.2, Вып.14. - С. 46-53.
2 Бреховских, В.Ф. Биота в процессах массоперенса в водных объектах/ В.Ф. Бреховских, В.Д. Казмирук, Г.Н. Вишневская. - М.: Наука, 2008. - 315 с.
3 Мажайский, Ю.А. Агроэкология техногенно загрязненных ландшафтов. - Смоленск: Маджента, 2003. - 384 с.
4 Филенко, О.Ф. Механизмы реагирования водных организмов на действие токсических веществ / О.Ф. Филенко, А.Г. Дмитриева, Е.Ф. Исакова, В.И. Ипатова, В.Ю. Прохоцкая, Т. А. Самойлова, A.B. Черномор дина // Антропогенные влияния на водные экосистемы: Сб. стат. Под редакцией д.б.н. О.Ф. Филенко - М.: Т-во научных изданий КМК, 2005. - С. 70-93.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методы определения металлов. Химико-спектральное определение тяжелых металлов в природных водах. Определение содержания металлов в сточных водах, предварительная обработка пробы при определении металлов. Методы определения сосуществующих форм металлов.
курсовая работа [24,6 K], добавлен 19.01.2014Тяжелые металлы (ТМ) в биосфере. Формы существования ТМ в поверхностных водах. Тяжелые металлы как токсиканты в природных водах. Влияние тяжелых металлов на микробный ценоз почв. Чистка водоемов от щелочных и ТМ с помощью высших водных растений.
курсовая работа [234,6 K], добавлен 04.05.2019Понятие тяжелых металлов и агроландшафтов. Основные причины появления металлов в больших концентрация в почвах, в результате чего они становятся губительными для окружающей среды. Биогеохимические циклы тяжелых металлов: свинца, кадмия, цинка, никеля.
реферат [200,4 K], добавлен 15.03.2015Физические и химические свойства тяжелых металлов и их соединений, используемых в промышленном производстве и являющихся источником загрязнения окружающй среды: хром, марганец, никель, кадмий, цинк, вольфрам, ртуть, олово, свинец, сурьма, молибден.
реферат [48,0 K], добавлен 13.03.2010Загрязнение пищевых продуктов тяжелыми металлами. Токсическое действие соединений мышьяка. Методы идентификации и количественного определения йода в продуктах, продовольственном сырье и биологически активных добавках. Определение кислотности молока.
курсовая работа [160,7 K], добавлен 04.01.2013Определение концентрации тяжелых металлов, фосфора и общего содержания восстановителей в водах и прибрежных растениях. Уровень загрязнения городского воздуха. Пробоотбор на сорбент с последующей термодесорбцией непосредственно в испарителе хроматографа.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 18.07.2011Закономерности формирования свойств полиферритов тяжелых щелочных металлов. Влияние модифицирующих добавок на формирование фазового состава и каталитических свойств ферритов. Влияние промышленной эксплуатации на активность железооксидного катализатора.
контрольная работа [113,0 K], добавлен 28.08.2012Физико-химические оценки механизмов поглощения свинца. Почва как полифункциональный сорбент. Методы обнаружения и количественного определения соединений свинца в природных объектах. Пути поступления тяжелых металлов в почву. Реакции с компонентами почвы.
курсовая работа [484,5 K], добавлен 30.03.2015Проблема загрязнения окружающей среды химическими веществами - продуктами техногенеза. Определение содержания кислоторастворимых форм металлов (свинец, медь, цинк, никель, железо) в пробах почв Тульской области методом атомно-абсорбционной спектроскопии.
курсовая работа [805,1 K], добавлен 23.08.2015Целлюлоза как сорбент в аналитической химии. Флуориметрическое определение металлов с использованием тиосемикарбазонов. Использование тиосемикарбазонов в хроматографических методах анализа. Изучение влияния кислотности среды на процесс сорбции металлов.
дипломная работа [233,3 K], добавлен 14.10.2013Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов. Физические свойства металлов. Химические свойства металлов. Коррозия металлов. Понятие о сплавах. Способы получения металлов.
реферат [19,2 K], добавлен 05.12.2003Исследование физических и химических свойств металлов, особенностей их взаимодействия с простыми и сложными веществами. Роль металлов в жизни человека и общества. Распространение элементов в природе. Закономерность изменения свойств металлов в группе.
презентация [1,7 M], добавлен 08.02.2013Общая характеристика металлов. Определение, строение. Общие физические свойства. Способы получения металлов. Химические свойства металлов. Сплавы металлов. Характеристика элементов главных подгрупп. Характеристика переходных металлов.
реферат [76,2 K], добавлен 18.05.2006Определение содержания тяжелых металлов в отходах производства. Принципы атомно-абсорбционной спектрометрии. Требования к подготовке пробы. Устройство спектрометра, порядок его установки. Приготовление растворов для градуировки, проведение исследования.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 09.03.2016Химическая характеристика и свойства металлов, их расположение в периодической системе элементов. Классификация металлов по различным признакам. Стоимость металла как фактор возможности и целесообразности его применения. Наиболее распространенные сплавы.
контрольная работа [13,4 K], добавлен 20.08.2009Тяжелые металлы. Биогеохимические свойства тяжелых металлов. Источники. 10 наиболее загрязненных городов бывшего СССР. Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40.
реферат [14,6 K], добавлен 07.05.2002Знакомство с основными особенностями металлов побочной подгруппы VI группы. Общая характеристика физических и химических свойств хрома. Перманганат калия KMnO4 как наиболее широко применяемая соль марганцовой кислоты. Способы получения марганца.
контрольная работа [51,4 K], добавлен 18.01.2014Определение и классификация коррозионных процессов, защита металлов. Химическая и электрохимическая коррозия, скорость и термодинамика процессов. Безвозвратные потери металлов от коррозии, трагедии, возникающие по причине коррозионных процессов.
лекция [403,2 K], добавлен 02.03.2009Общая характеристика процессов коррозии, их классификация. Условия возникновения коррозионного процесса. Основы кинетической теории коррозии и ее приложение к коррозии идеально чистых металлов. Коррозия технических металлов. Методы защиты металлов.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 08.12.2010Сущность циклических процессов превращения и перемещения соединений и отдельных химических элементов. Разнообразие химических форм нахождения золота в природных условиях. Малый, большой и связанный с человеческой жизнедеятельностью круговороты золота.
реферат [222,1 K], добавлен 17.10.2010