Размещено на http://www.allbest.ru/

• ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
• Агрономический факультет
• КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
• Содержание

1. Круговорот веществ и энергии в природе. Большой и малый круговороты веществ

1.1 Большой круговорот веществ

1.2 Малый круговорот веществ

1.3 Круговорот воды

1.4 Круговорот углерода

1.5 Круговорот кислорода

1.6 Круговорот азота

1.7 Круговорот фосфора

1.8 Круговорот серы

1.9 Круговорот неорганических катионов

2. Классификация минеральных ресурсов, особенности их использования и добычи

2.1 Классификация минеральных ресурсов

2.2 Распределение и запасы минерального сырья в мире и России

2.3 Добыча и использование минеральных ресурсов

2.4 Последствия добычи минеральных ресурсов

2.5 Рациональное использование минеральных ресурсов

Литература

1. Круговорот веществ и энергии в природе. Большой и малый круговороты веществ

Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ:

1)Большой (геологический или абиотический);

2)Малый (биотический, биогенный или биологический).

Рис. 1. Круговорот веществ в природе.

1.1 Большой круговорот веществ

Круговороты веществ и потоки космической энергии создают устойчивость биосферы. Круговорот твердого вещества и воды, происходящий в результате действия абиотических факторов (неживой природы), называют большим геологическим круговоротом. При большом геологическом круговороте (протекает миллионы лет) горные породы разрушаются, выветриваются, вещества растворяются и попадают в Мировой океан; протекают геотектонические изменения, опускание материков, поднятие морского дна. Время круговорота воды в ледниках 8 000 лет, в реках - 11 дней. Именно большой круговорот поставляет живым организмам элементы питания и во многом определяет условия их существования.

Большой, геологический круговорот в биосфере характеризуется двумя важными моментами:

а) осуществляется на протяжении всего геологического развития Земли;

б) представляет собой современный планетарный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

На современном этапе развития человечества в результате большого круговорота на большие расстояния переносятся также загрязняющие вещества - оксиды серы и азота, пыль, радиоактивные примеси. Наибольшему загрязнению подверглись территории умеренных широт Северного полушария.

1.2 Малый круговорот веществ

Малый, биогенный или биологический круговорот веществ происходит в твердой, жидкой и газообразных фазах при участии живых организмов. Биологический круговорот в противоположность геологическому требует меньших затрат энергии. Малый круговорот является частью большого, происходит на уровне биогеоценозов (внутри экосистем) и заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела. Продукты распада органического вещества разлагаются до минеральных компонентов. Малый круговорот незамкнут, что связано с поступлением веществ и энергии в экосистему извне и с выходом части их в биосферный круговорот.

В большом и малом круговоротах участвует множество химических элементов и их соединений, но важнейшими из них являются те, которые определяют современный этап развития биосферы, связанный с хозяйственной деятельностью человека. К ним относятся круговороты углерода, серы и азота (их оксиды - главнейшие загрязнители атмосферы), а также фосфора (фосфаты -главный загрязнитель материковых вод). Практически все загрязняющие вещества выступают как вредные, и их относят к группе ксенобиотиков. В настоящее время большое значение имеют круговороты ксенобиотиков - токсичных элементов - ртути (загрязнитель пищевыхпродуктов) и свинца (компонент бензина). Кроме того, из большого круговорота в малый поступают многие вещества антропогенного происхождения (ДДТ, пестициды, радионуклиды и др.), которые причиняют вред биоте и здоровью человека.

Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов - созидания органического вещества и его разрушения живым веществом.

В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты. Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительность и животных обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом.

Биологический круговорот происходит при участии живых организмов и заключается в воспроизводстве органического вещества из неорганического и разложении этого органического до неорганического посредством пищевой трофической цепи. Интенсивность продукционных и деструкционных процессов в биологическом круговороте зависит от количества тепла и влаги. Например, низкая скорость разложения органического вещества полярных районов зависит от дефицита тепла.

Важным показателем интенсивности биологического круговорота является скорость обращения химических элементов. Интенсивность характеризуется индексом, равным отношению массы лесной подстилки к опаду. Чем больше индекс, тем меньше интенсивность круговорота.

- Индекс в хвойных лесах - 10 - 17;

- широколиственных 3 - 4;

- саванне не более 0,2;

- влажных тропических лесах не более 0,1 , т.е. здесь биологический круговорот наиболее интенсивный.

Поток элементов (азота, фосфора, серы) через микроорганизмы на порядок выше, чем через растения и животных. Биологический круговорот не является полностью обратимым, он тесно связан с биогеохимическим круговоротом. Химические элементы циркулируют в биосфере по различным путям биологического круговорота:

ь поглощаются живым веществом и заряжаются энергией;

ь покидают живое вещество, выделяя энергию во внешнюю среду.

Эти циклы бывают двух типов: круговорот газообразных веществ; осадочный цикл (резерв в земной коре).

Сами круговороты состоят из двух частей:

- резервного фонда (это часть вещества, не связанная с живыми организмами);

- подвижного (обменного) фонда (меньшая часть вещества, связанная с прямым обменом между организмами и их непосредственным окружением).

Круговороты делят на:

- круговороты газового типа с резервным фондом в земной коре (круговороты углерода, кислорода, азота) - способны к быстрой саморегуляции;

- круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.) - более инертны, основная масса вещества находится в «недоступном» живым организмам виде.

Круговороты также можно разделить на:

- замкнутые (круговорот газообразных веществ, например, кислорода, углерода и азота - резерв в атмосфере и гидросфере океана, поэтому нехватка быстро компенсируется);

- незамкнутые (создающие резервный фонд в земной коре, например, фосфор - поэтому потери плохо компенсируются, т.е. создается дефицит).

Энергетической основой существования биологических круговоротов на Земле и их начальным звеном является процесс фотосинтеза. Каждый новый цикл круговорота не является точным повторением предыдущего. Например, в ходе эволюции биосферы часть процессов имела необратимый характер, в результате чего происходило образование и накопление биогенных осадков, увеличение количества кислорода в атмосфере, изменение количественных соотношений изотопов ряда элементов и т.д.

Циркуляцию веществ принято называть биогеохимическими циклами. Основные биогеохимические (биосферные) циклы веществ: цикл воды, цикл кислорода, цикл азота (участие бактерий-азотфиксаторов), цикл углерода (участие аэробных бактерий; ежегодно около 130 т углерода сбрасывается в геологический цикл), цикл фосфора (участие почвенных бактерий; ежегодно в океаны вымывается 14 млн.т фосфора), цикл серы, цикл катионов металлов.

1.3 Круговорот воды

Рис. 2. Круговорот воды в природе.

Круговорот воды - замкнутый цикл, который может совершаться, как было сказано выше, и в отсутствии жизни, но живые организмы видоизменяют его.

Круговорот основан на принципе: суммарное испарение компенсируется выпадением осадков. Для планеты в целом испарение и осадки уравновешивают друг друга. При этом из океана испаряется воды больше, чем возвращается с осадками. На суше, наоборот, больше выпадает осадков, но излишек стекает в озера и реки, а оттуда снова в океан. Баланс влаги между континентами и океанами поддерживается речным стоком.

Таким образом, глобальный гидрологический цикл имеет четыре основных потока: осадки, испарение, влагоперенос, транспирация.

Вода - самое распространенное вещество в биосфере - служит не только средой обитания для многих организмов, но и является составной частью тела всех живых существ. Несмотря на огромное значение воды во всех жизненных процессах, происходящих в биосфере, живое вещество не играет определяющей роли в большом круговороте воды на земном шаре. Движущей силой этого круговорота является энергия солнца, которая тратится на испарение воды с поверхности водяных бассейнов или суши. Испарившаяся влага конденсируется в атмосфере в виде облаков, переносимых ветром; при охлаждении облаков выпадают осадки.

Общее количество свободной несвязанной воды (доля океанов и морей, где жидкая соленая вода), приходится от 86 до 98 %. Остальное количество воды (пресная вода) хранится в полярных шапках и ледниках и образует водные бассейны и ее грунтовые воды. Выпадающие на поверхность суши, покрытой растительностью, осадки частично задерживаются листовой поверхностью и в дальнейшем испаряются в атмосферу. Влага, достигшая почвы, может присоединиться к поверхностному стоку или поглотиться почвой. Полностью поглотившись почвой (это зависит от типа почв, особенности горных пород и растительного покрова), избыток осадка может просочиться вглубь, к грунтовым водам. Если количество выпавших осадков превышает влагоемкость верхних слоев почвы, начинается поверхностный сток, скорость которого зависит от состояния почвы, крутизны склона, продолжительности осадков и характера растительности (растительность может предохранить почву от водной эрозии). Вода, задержавшаяся в почве, может испаряться с ее поверхности или, после поглощения корнями растений, транспирироваться (испаряться) в атмосферу через листья.

Транспирационный ток воды (почва - корни растений - листья -атмосфера) представляет собой основной путь воды через живое вещество в ее большом круговороте на нашей планете.

1.4 Круговорот углерода

Рис. 3. Круговорот углерода.

От свойств и особенностей углерода зависит все многообразие органических веществ, биохимических процессов и жизненных форм на Земле. Содержание углерода в большинстве живых организмов составляет около 45 % от сухой их биомассы. В круговороте органического вещества и всего углерода Земли участвует все живое вещество планеты, которое непрерывно возникает, видоизменяется, погибает, разлагается и в такой последовательности происходит перенос углерода с одного органического вещества на построение другого по цепи питания. Кроме того, все живое дышит, выделяя углекислый газ.

Круговорот углерода на суше. Круговорот углерода поддерживается благодаря фотосинтезу наземными растениями и океанским фитопланктоном. Поглощая углекислоту (фиксируя неорганический углерод), растения с помощью энергии солнечного света преобразуют ее в органические соединения - создавая свою биомассу. Ночью же растения, как и все живое, дышат, выделяя углекислый газ.

Большая часть первичной продукции - биомассы растительности (содержащей органический углерод) - поедается растительноядными животными, которые строят свою биомассу, содержащую органический углерод, далее в свою очередь поедаемые организмами следующих звеньев сложных трофических цепей, образованных консументами второго, третьего и т.д. порядков. Организмы каждого трофического уровня используют энергию, заключенную в веществах тела своих жертв или хозяев (паразиты) и выделяют в атмосферу углекислый газ, образующийся в процессе дыхания.

Отмершие растения, трупы и экскременты животных служат пищей для многочисленных гетеротрофных организмов (животных, растений-сапрофитов, грибов, микроорганизмов). Все эти организмы обитают в основном в почве и в процессе жизнедеятельности создают свою биомассу, в состав которой входит органический углерод. Они также выделяют углекислый газ, создавая «почвенное дыхание». Часто мертвое органическое вещество не полностью разлагается и в почвах накапливается гумус (перегной), играющий важную роль в плодородии почв. Степень минерализации и гумификации органических веществ зависит от многих факторов: влажности, температуры, физических свойств почвы, состава органических остатков и т.д. Под действием бактерий и грибов гумус может разлагаться до углекислоты и минеральных соединений.

Круговорот углерода в Мировом океане. Круговорот углерода в океане отличается от круговорота на суше. В океане слабое звено организмов высших трофических уровней, следовательно, и все звенья круговорота углерода. Время прохождения углерода через трофическое звено океана непродолжительно, а количество выделяемого углекислого газа незначительно.

Океан выполняет роль основного регулятора содержания углекислого газа в атмосфере. Между океаном и атмосферой происходит интенсивный обмен углекислого газа. Воды океана имеют большую растворяющую способность и буферную емкость. Система, состоящая из угольной кислоты и ее солей (карбонатов) является своеобразным депо углекислоты, связана с атмосферой через диффузию СО из воды в атмосферу и обратно.

В океане днем интенсивно протекает фотосинтез фитопланктона, при этом свободная углекислота усиленно расходуется, карбонаты служат дополнительным источником ее образования. Ночью при увеличении содержания свободной кислоты за счет дыхания животных и растений значительная ее часть снова входит в состав карбонатов.

В природе некоторое количество органического вещества не подвергается минерализации в результате недостатка кислорода, большой кислотности среды, специфических условий захоронения и т.д. Часть углерода выходит из биологического круговорота в виде неорганических (известняки, мел, кораллы) и органических (сланцы, нефть, уголь) отложений.

Деятельность человека вносит существенные изменения в круговорот углерода на нашей планете. Изменяются ландшафты, типы растительности, биоценозы и их пищевые цепи, осушаются или орошаются огромные площади поверхности суши, улучшается (или ухудшается) плодородие почв, вносятся удобрения и пестициды и т.д. Наиболее опасно поступление углекислого газа в атмосферу в результате сжигания топлива. При этом увеличивается скорость круговорота углерода и укорачивается его цикл.

1.5 Круговорот кислорода

Рис.4. Круговорот кислорода.

Кислород является обязательным условием существования жизни на Земле. Он входит практически во все биологические соединения, участвует в биохимических реакциях окисления органических веществ, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности организмов биосферы. Кислород обеспечивает дыхание животных, растений и микроорганизмов в атмосфере, почве, воде, участвует в химических реакциях окисления, происходящих в горных породах, почвах, илах, водоносных горизонтах.

Основные ветви круговорота кислорода:

- образование свободного кислорода при фотосинтезе и его поглощение в процессе дыхания живых организмов (растений, животных, микроорганизмов в атмосфере, почве, воде);

- образование озонового экрана;

- создание окислительно-восстановительных зональностей;

- окисление окиси углерода при извержении вулканов, накопление сульфатных осадочных пород, расход кислорода в человеческой деятельности и т.д.; везде участвует молекулярный кислород фотосинтеза.

1.6 Круговорот азота

Рис.5. Круговорот азота.

Азот входит в состав биологически важных органических веществ всех живых организмов: белков, нуклеиновых кислот, липопротеидов, ферментов, хлорофилла и т.д. Несмотря на содержание азот (79 %) в составе воздуха, он является дефицитным для живых организмов.

Азот в биосфере находится в недоступной для организмов газообразной форме (N2) - химически мало активной, поэтому он не может непосредственно использоваться высшими растениями (и большинством низших растений) и животным миром. Растения усваивают азот из почвы в виде ионов аммония или нитратных ионов , т.е. так называемый фиксированный азот.

Различают атмосферную, промышленную и биологическую фиксации азота.

Атмосферная фиксация происходит при ионизации атмосферы космическими лучами и при сильных электрических разрядах во время гроз, при этом из молекулярного азота воздуха образуются оксиды азота и аммиака, которые благодаря атмосферным осадкам превращаются в аммонийный, нитритный, нитратный азот и попадают в почву и водные бассейны.

Промышленная фиксация происходит в результате хозяйственной деятельности человека. Атмосфера загрязняется соединениями азота заводами, производящими азотные соединения. Горячие выбросы ТЭЦ, заводов, космических аппаратов, сверхзвуковых самолетов окисляют азот воздуха. Оксиды азота, взаимодействуя с парами воды воздуха с осадками возвращаются на землю, попадают в почву в ионной форме.

Биологическая фиксация играет основную роль в круговороте азота. Ее осуществляют почвенные бактерии:

1) азотфиксирующие бактерии (и сине-зеленые водоросли);

2) микроорганизмы, живущие в симбиозе с высшими растениями (клубеньковые бактерии);

3) аммонифицирующие;

4) нитрифицирующие;

5 ) денитрифицирующие.

Свободно живущие в почве азотфиксирующие аэробные (существующие в присутствии кислорода) бактерии (Azotobacter) способны осуществлять фиксацию молекулярного азота атмосферы за счет энергии, получаемой при окислении органических веществ почвы в процессе дыхания, в конечном итоге связывая его с водородом и вводя в виде аминогруппы (-NH2) в состав аминокислот своего тела. Молекулярный азот способен фиксировать и некоторые анаэробные (живущие в отсутствие кислорода) бактерии, существующие в почве (Clostridium).Отмирая, и те и другие микроорганизмы обогащают почву органическим азотом.

К биологической фиксации молекулярного азота способны и сине-зеленые водоросли, особенно важные для почв рисовых полей.

Наиболее эффективно биологическая фиксация атмосферного азота протекает у бактерий, живущих в симбиозе в клубеньках бобовых растений (клубеньковые бактерии).

Эти бактерии (Rizobium) используют энергию растения-хозяина для фиксации азота, в то же время снабжая наземные органы хозяина доступными ему соединениями азота. Усваивая соединения азота из почвы в нитратной и аммонийной формах, растения строят необходимые азотсодержащие соединения своего тела (нитратный азот в клетках растений предварительно восстанавливается). Растения-продуценты снабжают азотистыми веществами весь животный мир и человечество. Погибшие растения используются, согласно трофической цепи, биоредуцентами.

Аммонифицирующие микроорганизмы разлагают органические вещества, содержащие азот (аминокислоты, мочевину), с образованием аммиака. Часть органического азота в почве не минерализуется, а превращается в гумусовые вещества, битумы и компоненты осадочных пород.

Аммиак (в виде аммонийного иона) может поступить в корневую систему растений, или использоваться в процессах нитрификации.

Нитрифицирующие микроорганизмы являются хемосинтетиками, используют энергию окисления аммиака до нитратов и нитритов до нитратов для обеспечения всех процессов жизнедеятельности. За счет этой энергии нитрификаторы восстанавливают углекислый газ и строят органические вещества своего тела.

Нитраты, образовавшиеся в процессах нитрификации, вновь поступают в биологический круговорот, поглощаются из почвы корнями растений или после поступления с водным стоком в водные бассейны- фитопланктоном и фитобентосом.

Наряду с организмами, фиксирующими атмосферный азот и нитрифицирующие его, в биосфере существуют микроорганизмы, способные восстанавливать нитраты или нитриты до молекулярного азота. Такие микроорганизмы, называемые денитрификаторами, при недостатке свободного кислорода в водах или почве используют кислород нитратов для окисления органических веществ.

Освобождающаяся при этом энергия служит основой всей жизнедеятельности денитрифицирующих микроорганизмов.

Таким образом, во всех звеньях круговорота исключительную роль играют живые вещества.

В настоящее время все большую роль в азотном балансе почв и, следовательно, во всем круговороте азота в биосфере играет промышленная фиксация атмосферного азота человеком.

1.7 Круговорот фосфора

Круговорот фосфора более прост. В то время как резервуаром азота служит воздух, резервуар фосфора - это горные породы, из которых он высвобождается при эрозии.

Углерод, кислород, водород и азот легче и быстрее мигрируют в атмосфере, так как находятся в газообразной форме, образуя в биологических круговоротах газообразные соединения. Для всех остальных элементов, кроме серы необходимых для существования живого вещества, в биологических круговоротах нехарактерно образование газообразных соединений. Эти элементы мигрируют в основном в виде ионов и молекул, растворенных в воде.

Фосфор, усваиваемый растениями в виде ионов ортофосфорной кислоты принимает большое участие в жизнедеятельности всех живых организмов. Он входит в состав АДФ, АТФ, ДНК, РНК и др. соединения.

Круговорот фосфора в биосфере является незамкнутым. В наземных биогеоценозах фосфор после поглощения растениями из почвы по пищевой цепи вновь поступает в виде фосфатов в почву. Основное количество фосфора вновь поглощается корневой системой растений. Частично фосфор может вымываться со стоком дождевых вод из почвы в водные бассейны. В естественных биогеоценозах часто испытывается недостаток фосфора, причем в щелочной и окисленной среде он находится, обычно в виде нерастворимых соединений.

Большое количество фосфатов содержат горные породы литосферы. Часть их постепенно переходит в почву, часть разрабатывается человеком для производства фосфорных удобрений, большая часть выщелачивается и вымывается в гидросферу. Там они используются фитопланктоном и связанными с ними организмами, находящимися на разных трофических уровнях сложных пищевых цепей.

В Мировом океане потери фосфатов из биологического круговорота происходят за счет отложений остатков растений и животных на больших глубинах. Поскольку фосфор перемещается, в основном, из литосферы в гидросферу с водой, то в литосферу он мигрирует биологическим путем (поедание рыб морскими птицами, использование бентосных водорослей и рыбной муки в качестве удобрения и т.д.).

Из всех элементов минерального питания растений фосфор можно считать дефицитным.

1.8 Круговорот серы

Рис.6. Круговорот серы.

Для живых организмов сера играет большое значение, т. к. она входит в состав серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина, метионина и др.). Находясь в составе белков, серосодержащие аминокислоты поддерживают необходимую трехмерную структуру белковых молекул.

Сера усваивается растениями из почвы только в окисленной форме, в виде иона. В растениях сера восстанавливается и входит в состав аминокислот в виде сульфгидрильных (-SH) и дисульфидных (-S-S-) групп.

Животные усваивают только восстановленную серу, находящуюся в составе органических веществ. После отмирания растительных и животных организмов сера возвращается в почву, где в результате деятельности многочисленных форм микроорганизмов подвергается преобразованиям.

В аэробных условиях некоторые микроорганизмы окисляют органическую серу до сульфатов. Сульфатные ионы, абсорбируясь корнями растений, вновь включаются в биологический круговорот. Часть сульфатов может включаться в водную миграцию и выноситься из почвы. В почвах, богатых гумусовыми веществами, значительное количество серы находится в органических соединениях, что препятствует ее вымыванию.

В анаэробных условиях при разложении органических соединений серы образуется сероводород. Если сульфаты и органические вещества находятся в бескислородной среде, то активируется деятельность сульфатредуцирующих бактерий. Они используют кислород сульфатов для окисления органических веществ и получают, таким образом, необходимую для своего существования энергию.

Сульфатредуцирующие бактерии распространены в подземных водах, в илах и застойных морских водах. Сероводород является ядом для большинства живых организмов, поэтому его накопление в залитой водой почве, озерах, лиманах и т.д. значительно снижает или даже полностью прекращает жизненные процессы. Такое явление наблюдается в Черном море на глубине ниже 200 м от его поверхности.

Таким образом, для создания благоприятной среды необходимо окисление сероводорода до сульфатных ионов, что уничтожит вредное действие сероводорода, сера перейдет в доступную для растений форму - в виде сернокислых солей. Эту роль выполняет в природе особая группа серобактерий (бесцветные, зеленые, пурпурные) и тионовые бактерии.

Бесцветные серобактерии являются хемосинтетиками: они используют энергию, получаемую при окислении кислородом сероводорода до элементарной серы и при дальнейшем ее окислении до сульфатов.

Окрашенные серобактерии являются фотосинтезирующими организмами, которые используют сероводород в качестве донора водорода для восстановления углекислоты. Образующаяся элементарная сера у зеленых серобактерий выделяется из клеток, у пурпурных накапливается внутри клеток.

Тионовые бактерии окисляют за счет свободного кислорода элементарную серу и ее различные восстановленные соединения до сульфатов, возвращая ее снова в основное русло биологического круговорота. круговорот энергия осадок минеральный

В процессах биологического круговорота, где происходит превращение серы, огромную роль играют живые организмы, особенно микроорганизмы.

Главным накопителем серы на нашей планете является Мировой океан, т. к. в него из почвы непрерывно поступают сульфат-ионы. Часть серы из океана возвращается на сушу через атмосферу по схеме сероводород - окисление его до двуокиси серы - растворение последней в дождевой воде с образованием серной кислоты и сульфатов - возвращение серы с атмосферными осадками в почвенный покров Земли.

1.9 Круговорот неорганических катионов

Жизненно важными кроме основных элементов, входящих в состав живых организмов (углерода, кислорода, водорода, фосфора и серы), являются и многие другие макро- и микроэлементы - неорганические катионы. В водных бассейнах растения получают необходимые им катионы металлов непосредственно из окружающей среды. На суше главным источником неорганических катионов служит почва, которая получила их в процессе разрушения материнских пород. В растениях поглощенные корневыми системами катионы передвигаются в листья и другие органы; некоторые из них (магний, железо, медь и ряд других) входят в состав биологически важных молекул (хлорофилла, ферментов); другие, оставаясь в свободном виде, участвуют в поддержании необходимых коллоидных свойств протоплазмы клеток и выполняют иные разнообразные функции.

При отмирании живых организмов неорганические катионы в процессе минерализации органических веществ возвращаются в почву. Потери этих компонентов из почвы происходят в результате выщелачивания и выноса катионов металлов с дождевыми водами, отторжения и выноса органического вещества человеком при возделывании сельскохозяйственных растений, рубке леса, скашивании трав на корм скоту и т.д.

Рациональное применение минеральных удобрений, мелиорация почв, внесение органических удобрений, правильная агротехника помогут восстановить и поддержать баланс неорганических катионов в биоценозах биосферы.

2. Классификация минеральных ресурсов, особенности их использования и добычи

Под недрами понимают верхнюю часть земной коры, в пределах которой осуществляется добыча полезных ископаемых.

Полезные ископаемые -- горная порода, непосредственно используемая в народном хозяйстве, и природные минеральные образования, из которых могут быть извлечены минералы, ценные для различных отраслей.

Природными ресурсами для основных видов продукции горных предприятий служат полезные ископаемые, которые делятся на металлические, неметаллические и горючие.

2.1 Классификация минеральных ресурсов

- топливно-энергетические -- нефть, газ, уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды и т.д.;

- рудные ресурсы -- железная и марганцевая руда, бокситы, хромиты, медные, свинцово-цинковые, никелевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, сурьмяные руды, руды благородных металлов и т.д.;

- природные строительные материалы и нерудные полезные ископаемые -- известняк, доломит, глины, песок, мрамор, гранит, яшма, агат, горный хрусталь, гранат, корунд, алмазы и т.д.;

- горно-химическое сырье -- апатиты, фосфориты, поваренная, калийная соль, сера, барит, бром- и йодсодержащие растворы и т.д.;

- гидроминеральные ресурсы -- подземные пресные и минерализованные воды;

- минеральные ресурсы океана -- рудоносные жилы, пласты континентального шельфа и железомарганцевые конкреции на глубинах 3--6 км (по оценке, около 70% минеральных ресурсов находится под водой Мирового океана);

- минеральные ресурсы морской воды -- железо, свинец, уран, золото, натрий, хлор, бром, магний, поваренная соль, марганец.

По характеру воздействия человека на природные ресурсы богатства недр относят к исчерпаемым и невозобновимым. Так, уголь, нефть и природный газ образовались из фотосинтезирующих растений, населяющих землю в древние геологические эпохи. Запасы этих полезных ископаемых ограничены и невозобновляемы.

Продукция рудников и карьеров -- природное минеральное сырье, называемое рудой. Руда -- горная порода, содержащая металлы и их соединения или неметаллические минералы (асбест, барит, сера, алмазы, слюда и т.д.) в количестве и виде, пригодном для их извлечения при современном состоянии техники.

Продукция угольных шахт -- уголь, который по химическим и технологическим свойствам подразделяется на бурый, антрацит, каменный, горючие сланцы. Каменные угли делятся на десять классов -- марок.

Основная продукция горных предприятий промышленности нерудных материалов: щебень, гравий, песок, песчано-гравийная смесь, бутовый камень.

2.2 Распределение и запасы минерального сырья в мире и России

Крупные запасы основных полезных ископаемых распределены следующим образом:

· нефть - Саудовская Аравия, Кувейт, Ирак;

· природный газ - Россия, Иран, Объединенные Арабские Эмираты;

· каменный уголь - Китай, США, Россия;

· железная руда - Бразилия, Россия, Китай;

· бокситы - Гвинея, Бразилия, Австралия;

· медные руды - Чили, США, Заир;

· Марганцевые руды - ЮАР, Австралия, Габон

Разведанные запасы железа на Земле оцениваются в 100 млрд.т. Основные запасы железа сосредоточены в Америке (47,8%), Африке (15,9%), Австралии и Океании (15,7%). Разведанные запасы фосфоритов, оценивающиеся в 40-50 млрд.т, размещены в Африке (62%), Америке (29,1%), и Азии (5,9%). Запасы алюминия оцениваются в 20-25 млрд.т, размещены они в Африке (59,4%), Америке (19%), Австралии и Океании (11,6%). Мировые запасы нефти и газа составляют соответственно 136094 млн.т и 141026 млрд.мі (18; с.39). Основные запасы нефти сосредоточены на Ближнем Востоке (65,7%), в Америке (16,2% в том числе в США 3,3%) и Африке (6,1%); запасы газа - в Восточной Европе (40,2%, в том числе в России 39,2%), в Америке (10%) и Африке (6,9%).

Минерально-сырьевую базу отечественной промышленности (энергетики, топливной, химической, строительной, черной и цветной металлургии) составляют месторождения с разведенными и с достаточной точностью оцененными запасами. В России открыто и разведено около 20 тысяч месторождений полезных ископаемых, из которых примерно 37% введены в промышленное освоение. Месторождения России содержат свыше 10% мировых разведанных запасов нефти, примерно одну треть мировых запасов газа, 12% угля, 28% железных руд, значительную часть разведанных запасов цветных и редких металлов. По количеству разведанных запасов золота, платиноидов и платины Россия занимает второе место в мире, алмазов и серебра - первое.

Распределение месторождений на территории России весьма неравномерное. Наибольшим валовым минерально-сырьевым потенциалом обладают Дальний Восток и Приморье (месторождения цветных, редких, благородных металлов, бора). Несмотря на относительно низкую долю разведанных запасов от общего потенциала минеральных ресурсов (3%), в регионе добывается практически все: олово, сурьма, алмазы, бор, более половины золота, свинца, плавикового шпата, треть вольфрама от всей добычи по России. Важную роль в общероссийском балансе добычи играют месторождения железных руд Курской магнитной аномалии, нефти Поволжья, вольфрама и молибдена Северного Кавказа. Бедны минеральными ресурсами Центральный и Волго-Вятский районы. Важнейшие месторождения угля: Тунгусский, Ленский, Канско-Ачинский, Кузнецкий, Печорский угольные бассейны.

Полученные в результате добычи и последующей переработки минеральное сырье и минерально-сырьевые продукты составляют основную статью российского экспорта. Наиболее критическая ситуация возникла в России в конце 90-х годов, когда воспроизводство минерально-сырьевой базы серьезно ухудшилось. Во-первых, сократились объемы добычи (особенно по нефти и газу), во-вторых, не происходило прироста запасов, а ранее созданный поисково-разведочный задел постоянно таял. Природно-ресурсный потенциал Росси использовался неэффективно.

2.3 Добыча и использование минеральных ресурсов

Человек использует недра, добывая полезные ископаемые. В последнее время недра становятся средой временного обитания человека (метро, бомбоубежища, шахты, штольни). В старых выработках организуют подземные хранилища продуктов. Отработанные пространства в месторождениях каменной соли используются для лечения астмы, аллергии и некоторых других заболеваний. Возможно, в дальнейшем в недрах будут строить жилые помещения, уже теперь строят метро, многоэтажные подземные гаражи, торговые центры и т.д. Человек получает 36% энергии за счет сжигания нефти, по 24% - за счет сжигания газа и угля, 6% - на атомных электростанциях (АЭС), 5% - за счет гидроресурсов, 5% - при сжигании древесины и торфа. Источники получения энергии постоянно меняются в зависимости от изменения ресурсов, научно-технического прогресса, экономических затрат.

Важным источником минеральных ресурсов является океан. Из морской воды добывается поваренная соль, бром, магний и другие элементы. Например, около 99% брома сконцентрировано в морской воде.

Минеральное сырье добывается также на морских побережьях, в зоне шельфа, а также со дна океана. В будущем морское дно, вероятно, будет служить основным источником песка и гравия для строительной промышленности прибрежных областей. Под морской водой в глубинах шельфа во многих местах найдены запасы нефти. Добыча ведется около берегов Калифорния, в Мексиканском и Персидском заливах, Каспийском море и т.д.

Интенсивность добычи полезных ископаемых постоянно нарастает. Если за последние 25 лет население Земли увеличилось на 50%, то потребление угля возросло в 2 раза, железной руды - в 3, нефти и газа - почти в 6 раз. Деятельность людей становится мощным геологическим фактором. Подсчитано, что за шесть последних лет XX столетия из недр Земли добыто 8,3 млрд.т руд и горючих ископаемых. Объемы добываемых руд сравним с объемом ежегодного стока рек. Известно, что в Мировой океан ежегодно выносится около 15 млрд.т твердых частиц.

Темпы роста производства и потребления минеральных ресурсов за период с 1980 по 2005гг. составили 650-1100% в развитых странах и 310% в развивающихся. Происходит резкий рост потребления энергоресурсов: за указанный период оно выросло с 4-5 до 8-9 млн.т условного топлива в год. По прогнозам специалистов к концу 2010 года потребление энергоресурсов возрастет до 13-14 млн.т условного топлива в год. Сейчас в горнодобывающей промышленности объем перерабатываемой горной массы составляет около 30-32 млрд.мі в год. Наибольший объем добычи приходится на железную руду.

Таким образом, перспектива нехватки сырьевых ресурсов - реальная опасность для человечества, а энергетический голод не выдумка скептиков: некоторые страны уже испытывают недостаток энергетических ресурсов. Поэтому охрана недр становится важнейшей проблемой всего человечества.

2.4 Последствия добычи минеральных ресурсов

Вторжение в недра может оказывать иногда весьма ощутимое?воздействие на природу. В ряде случаев выводятся из пользования?сельскохозяйственные угодья, причиняется вред лесам, меняются?гидрогеологический режим районов, рельеф местности и движение воздушных потоков, загрязняются отходами производства поверхность земли, воздушный и водный бассейны. На месте открытых разработок уничтожаются растительность,?животные, почва, переворачиваются, «перелопачиваются» на глубину сотен метров многовековые геологические напластования.?Породы, вынесенные из глубин на поверхность, могут оказаться?не только биологически стерильными, но и токсичными для растений и животных. Это значит, что немалые площади территории?превращаются в безжизненные пространства, так называемые индустриальные пустыни. Подобные земли, выбывая из хозяйственного использования, становятся опасными очагами загрязнения.

Существенные изменения, вносимые в природные ландшафты?промышленностью, часто не могут быть восстановлены самой природой в обозримо короткие сроки, особенно на территориях с экстремальными условиями (районы вечной мерзлоты и засушливые области).При переработке полезных ископаемых подавляющая часть добываемой горной массы идет в отвалы. На протяжении многих лет на высоком уровне сохраняются?потери в недрах при подземном способе добычи угля (23,5%), в?том числе и коксующегося (20,9%), хромовой руды (27,7%), калийных солей (62,5%).Значительный ущерб несет государство от потерь ценных компонентов и некомплексной переработки уже добытого минерального сырья. Так, в процессе обогащения руд теряется более трети?олова и около четверти железа, вольфрама, молибдена, окислов?калия, пятиокиси фосфора из фосфоритной руды.

В настоящее время горнопромышленный комплекс превратился в один из самых крупных источников нарушения и загрязнения?окружающей среды. Спектр влияния загрязнителей, образующихся в результате деятельности предприятий горнодобывающей промышленности на биосферу, настолько широк, что в ряде районов?вызывает непредсказуемые эффекты, губительно влияющие на?состояние растительного и животного мира. Под влиянием горных разработок происходят существенные изменения природных ландшафтов. В районах добычи полезных ископаемых образуется специфический рельеф, представленный карьерами, терриконами, отвалами, хвостохранилищами и другими?техногенными образованиями.

При подземном способе добычи происходит снижение массива горных пород в сторону вырабатываемого пространства, образуются трещины, разрывы, провалы, воронки?и оседания земной поверхности, на больших глубинах в горных выработках проявляются горные удары, выбросы и лучения пород,?выделение метана, сероводорода и других токсичных газов, внезапные прорывы подземных вод, особенно опасные в карстовых районах и в зонах крупных разломов.

При открытом способе отработки?месторождений полезных ископаемых развиваются оползни, осыпи, обвалы, сели и другие экзогенные геологические процессы.

Отходы горнодобывающих предприятий загрязняют почву, подземные поверхностные воды, атмосферу, отрицательно влияют на?растительный и животный мир, исключают значительные площади земель из сельскохозяйственного оборота, строительства и других видов хозяйственной деятельности. Вместе с тем значительная?часть отходов горнодобывающих производств содержит ценные компоненты в концентрациях, достаточных для промышленного извлечения, и служит хорошим сырьем для производства разнообразных, строительных материалов. При горнодобывающих работах изменяется гидрогеологический?режим территории. В большинстве случаев снижается уровень грунтовых вод, происходит иссушение не только мест проведения горных работ, но и прилегающих к ним территорий. Образуется так?называемая «депрессионная» воронка осушения, диаметр которой в?несколько раз превышает размеры участка горных работ. В отдельных?случаях (при перекрытии поверхностных водостоков или оседании?поверхности земли после подработки) возможно и заболачивание (подтопление) территории. Иссушение районов проведения горных?работ вызывает обмеление и даже исчезновение малых рек. Ежегодно в реки сбрасываются сотни миллионов кубометров?недостаточно очищенных или совсем неочищенных вод из шахт,?обогатительных фабрик и карьеров, в результате многие реки превращаются, в?сущности, в сточные коллекторы, в которых течет уже не вода, а?углистая суспензия. Прямым следствием подземных горных работ становится усыхание лесов в подработанных шахтами местах. Загрязнение атмосферного и водного бассейнов в угледобывающих?районах частично также связано с нарушениями и нерекультивируемыми землями, хотя основными источниками загрязнения являются технологические процессы добычи и обогащения угля, химические препараты. Атмосфера загрязняется пылью при буровзрывных, вскрышных, транспортно-погрузочных работах, от ветровой эрозии отвалов горной породы.

2.5 Рациональное использование минеральных ресурсов

На территории России запасы полезных ископаемых составляют Единый государственный фонд. В настоящее время отношения пользования Государственным фондом недр регулируется законами РФ «О недрах» и «Об охране окружающей природной среды». Непрерывный рост потребления минерального сырья в народном хозяйстве вызывает настоятельную необходимость бережного и хозяйственного использования богатств наших недр. Основные требования к рациональному использованию и охране недр:

¦ соблюдение установленного законодательством порядка предоставления недр в пользование и недопущение самовольного пользования недрами;

¦ обеспечение полноты геологического изучения рационального комплексного использования и охраны недр;

¦ опережающее геологическое изучение недр, обеспечивающее достоверную оценку запасов полезных ископаемых или?свойств участка недр, предоставленного в пользование в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых;

¦ проведение государственной экспертизы и государственный?учет запасов полезных ископаемых, а также участков недр,?используемых в целях, не связанных с добычей полезных?ископаемых;

¦ обеспечение наиболее полного извлечения из недр запасов?основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;

¦ достоверный учет извлекаемых и оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов при разработке месторождений полезных ископаемых;

¦ охрана месторождений полезных ископаемых от затопления,?обводнения, пожаров и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку;

¦ предотвращение загрязнения недр при проведении работ,?связанных с пользованием недрами, особенно при подземном хранении нефти, газа или иных веществ и материалов,?захоронении вредных веществ и отходов производства, сбросе?сточных вод;

¦ соблюдение установленного порядка консервации и ликвидации предприятий по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых;

¦ предупреждение самовольной застройки площадей залегания?полезных ископаемых и соблюдение установленного порядка использования этих площадей в иных целях;

¦ предотвращение накопления промышленных и бытовых отходов на площадях водосбора и в местах залегания подземных вод, используемых для питьевого или промышленного?водоснабжения.

Литература

1. Мусина У.Ш. Теоретические основы охраны окружающей среды. Учеб. пособие. - Алматы: КазНТУ, 2000. 136 с.

2. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов. М., 2005. 722 с.

3. Нуркеев, С.С. У.Ш. Мусина «Экология»: Учебное пособие для технических вузов. Алматы, 2005. 490 стр.

4. Стапановских А.С. Охрана окружающей среды. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000-559 с.

Размещено на Allbest.ru

...