Нетрадиционные виды минерального сырья и экологические аспекты применения агроруд в современных технологиях и нанотехнологиях

Главными месторождениями самородной серы в Ираке -- Мишрак (самое крупное в мире); в Чили известно более 70; в США -- Растлер-Спрингс, Болинг-Доум и др. В 1986 г. здесь произведено более 6 млн. т, из них только США 4 млн. т, Мексика 1,5 млн.т, Ирак 0,5 млн.т. Добыча самородной серы в этих странах ведется в основном методом подземной выплавки. Добывается сера и из природных газов и газов металлургических производств (в основном в Канаде, США, Франции и др.).

· Для каких целей используется сера в сельском хозяйстве ?

· Какие минералы и горные породы являются источником серы ?

· Способы переработки серных руд?

Агроруды содержащие микроэлементы

Для роста и развития растений, требуются в небольших количествах и микродозах бор, марганец, кобальт, медь и другие элементы, которые получили название микроэлементов.

В земной коре микроэлементы, получившие применение в сельском хозяйстве, имеют различную степень распространения. В значительных количествах встречаются марганцевые агроруды, в меньших размерах встречаются цинковые, боросодержащие агроруды; медные, кобальтовые, молибденовые - встречаются значительно реже и, кроме того, содержат эти элементы в незначительных концентрациях. Микроудобрения в соответствующих условиях значительно повышают урожай, улучшают качество продукции и предохраняют растения от ряда заболеваний.

Потребность растений в микроудобрениях проявляется, как правило, только при обеспечении их основными питательными веществами, прежде всего азотом, фосфором и калием.

Бром -- красновато-бурая жидкость (плавится при температуре 7,25°С), в застывшем состоянии -- красно-коричневые игольчатые кристаллы со слабым металличеческим блеском. Пары брома обладают резким неприятным запахом (по-гречески «бромос» -- зловонный). Открыт в 1826 г.

Из-за высокой химической активности в свободном виде бром не встречается. Он находится в виде бромидов в морской воде, в водах соляных озер и нефтяных буровых скважин, в верхних горизонтах залежей поваренной соли. Бром соединяется с водородом, металлами и неметаллами, растворяется в воде и органических растворителях. Важнейшие соединения брома: бромистый калий, бромистый натрий, бромистый аммоний, бромистое железо, бромистый этил, бромистый метилен, бромоформ. Известен единственный природный минерал брома (природный бромид) -- бромаогерит (AgBr).

Йод представляет собой серовато-черные пластинчатые кристаллы с металлическим блеском, температурой плавления 113,6°С и кипения 184,4°С. При нагревании переходит в пар коричневого цвета. В воде плохо растворяется, хорошо растворяется в спирте, эфире и других органических растворителях. Важнейшие соединения йода: йодистый калий, йодистый натрий, йодистый аммоний, йодистый метил, йодистый этил, йодоформ.

В 1811 г., получая селитру, французский химик Б. Куртуа обратил внимание на то, что медный котел, в котором происходило выпаривание зольного раствора, быстро разъедается. Под действием концентрированной серной кислоты из раствора выделялись тяжелые фиолетовые пары. В 1813 г. Ж. Гей-Люссак детально исследовал фиолетовое вещество, установил его элементарную природу и назвал йодом (от греческого «иоэйдес» -- фиолетовый).

Примерно 90% мировой добычи брома идет на изготовление антидетонаторов для моторного топлива. Кроме того соединения брома используются в медицине, при изготовлении фототоваров, в сельском хозяйстве (для борьбы с вредителями); йод применяется в основном в медицине и фармакологии, в сельском хозяйстве (добавка к удобрениям), в реактивной технике и т. д. Йод, как и фосфор, является необходимым элементом всех живых организмов. Особенно много йода накапливается в морских водорослях, губках и кораллах. В качестве источника йода используются подземные воды, морские водоросли, отходы производства селитры.

Бром добывается из морской воды, рассолов соляных озер, щелока калийных производств, подземных вод нефтяных месторождений. В бывшем СССР производство йода начато в 1932 году и производилось из буровых вод тремя заводами: Бакинским йодным (Апшеронский полуостров), Челекенским химическим (Туркменская ССР) и Лапоминским опытным йодным заводом (у г.Архангельска). Бром добывается из озерной рапы в Крыму.

Наиболее богатые по концентрации йода месторождения приурочены к артезианским бассейнам Северного Кавказа (Азово-Кубанский, Терско-Прикаспийский), и к восточной части Рионо-Куринского бассейна, в районах Днепровско-Донецкого и Предкарпатского бассейнов, Предуральского прогиба и Северо-Двинского бассейна. Йодные месторождения известны в Западной Туркмении (Каракумский и Восточноприкаспийский артезианские бассейны), в Западной Сибири (Среднее Предуралье, Среднее Приобье), на Дальнем Востоке (артезианские воды о-ва Сахалин). Бромные воды особенно широко распространены в районах Волго-Камского, Ангаро-Ленского, Западно-Туркменского и Амударьинского артезианских бассейнов. В Крыму, северо-восточнее Джанкоя, открыто Северосивашское месторождение йодных вод. Сырьевой базой брома служат оз. Сасык-Сиваш у Евпатории и Сивашский залив.

Бор - одни из малораспространенных, редких элементов литосферы. Среднее содержание бора в континентальной литосфере (%) - 0,0007, в гранитной оболочке - 0,001, в осадочных породах - 0,0012. Наибольшее содержание рассеянного бора (0,011%) в глинистых сланцах, где он сосредоточен в слюдистых минералах и в глиноземных метаморфических породах. минеральный сырье цеолитовый месторождение

В почвах содержание бора варьирует от 0,005 до 0,01%. Установлено, что в почвах лишь 3-10% бора содержится в подвижной, водорастворимой форме, доступной растениям, - в виде борной кислоты или ее солей. В солончаках эта доля значительно выше (до 40 мг/кг) что делает его там даже токсичным для растений.

Систематические исследования содержания бора в почвах бывшего СССР начал академик А.П.Виноградов. Анализ всех главнейших почвенных разновидностей показал, что содержание бора последовательно возрастает к югу, от почв тундры и лесов к черноземам и каштановым почвам; особенно много его в верхнем горизонте (А), что связано с жизнедеятельностью растений.

Давно известно соединение бора -- бура, которую, уже в первом тысячелетии нашей эры использовали для пайки металлов. Тогда же и появилось, видимо, название «бура» (современное химическое название натриевая соль тетраборной кислоты). В жизни произошло так, что вначале были синтезированы соединения бора (голландский врач В. Гомберг еще в 1702 г., нагревая буру с серной кислотой, получил борную кислоту -- «успокоительную соль Гомберга»). Открытие самого элемента состоялось в 1868 г. (французские химики Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар объявили об открытии элемента, который они назвали бором). Независимо от французов, в это же время в Англии другой химик -- Г. Дэви в результате точно такой же реакции получил элемент, который назвал «борацием».

Соединения бора употребляются для производства гибких пластмасс (для авиационной промышленности), нейлона, для очистки целлюлозы, производство сверх прочных металлов. В промышленности используется примерно 90 % добываемого бора и его соединений, 10 %-- идет на нужды сельского хозяйства: для изготовления микроудобрений. В скандинавских странах, Новой Зеландии и Канаде борные соединения применяются для консервации древесины, предохранения ее от гниения и придания ей огнестойкости.

Известно более 100 минералов бора, но важное промышленное значение имеют 10--12 минералов из группы боратов: бура (содержит 36,6 % бора), борная кислота, кернит (51 %), ашарит (41,4 %), колеманит (50,8 %), инионит (37,6 %), пандермит (49,5%) и боросиликатов: датолит (21,8%), данбурит (28,7 %)

По внешнему виду бораты обычно бесцветны или белого цвета, большинство из них растворяется в соляной кислоте, некоторые -- в воде. Боросиликаты имеют кристаллическое строение. Бор добывается как из месторождений борных руд, так и из борсодержащих горячих источников и из рапы соляных озер. В России основные месторождения бора размещены в Забайкалье и на Дальнем Востоке (Додинское железорудное).

Другие виды нетрадиционных удобрений

Фосфогипс, получаемый в качестве отброса в производстве фосфорной кислоты по методу экстракции, может без дополнительной переработки найти ограниченное применение в качестве непосредственного косвенного удобрения. Как продукт, содержащий небольшое количество фосфорной кислоты, а также очень тонкие зерна гипса, фосфогипс для целей удобрения имеет преимущества перед природным размолотым гипсом, однако он беднее, а потому экономически не выгоден на дальних расстояниях. Примерный состав фосфогипса в пересчете на сухое вещество: SO3 30-33%; R2O3 до 8%; SiО2 до 15%; СаО 22-25%; Р2О5 до 2-3%. При производстве 1т двойного суперфосфата и такого же количества аммофоса может образовываться 1,75 и 2,7 тонны фосфогипса соответственно. Саратовская область обладает значительными запасами фосфогипса - отходами ООО "Балаковские минеральные удобрения". В отвалах этого предприятия скопилось около 22000,0 тыс. т.

Он содержит до 90% гипса, 2-2,5% Р2О5, ряд микроэлементов, обладает кислой реакцией среды. Отсюда возможность использования его и как мелиоранта и как удобрения. Кислая реакция фосфогипса повышает растворимость и усвояемость фосфатов самой почвы. Фосфогипс-тонкий порошок серого или белого цвета. Его влияние на состав поглощенных катионов и свойства солонцов аналогично гипсу, но на урожайность сельскохозяйственных культур фосфогипс влияет сильнее, чем равные дозы чистого гипса, что связано с наличием в нем водо-растворимого фосфора. Как серное удобрение фосфогипс целесообразно применять в дозе 3-6 ц/га на всех почвах под бобовые и крестоцветные культуры. При определении мелиоративной дозы фосфогипса вначале рассчитывают норму гипса, затем делают пересчеты на фосфогипс, учитывая в нем процентное содержание чистого гипса. На старопахотных малонатриевых солонцах и солонцеватых черноземных и каштановых почвах фосфогипс можно применять в дозах 2-5 т/га. Эффективность применения фосфогипса обуславливается степенью увлажнения почвы. Вместе с тем использование фосфогипса лимитируется содержанием фтора и гигроскопичностью. Содержание водо-растворимого фтора в фосфогипсе не должно превышать ПДК - 0,3% от массы. Гигроскопичность должна находится в пределах 8-15%. Высокая гигроскопичность вызывает смерзание, текучесть, затрудняет перевозки и внесение его в почву. Устранение отмеченных недостатков достигается смешиванием фосфогипса с фосфоритной мукой и известью. Эффективность таких смесей выявлена на орошаемых солонцах Заволжья. Дефекационная грязь (дефекат) - отброс сахарных заводов- представляет собой шлам из гашеной извести с примесью органических веществ. В свежем виде содержит до 40 % Н2О. Количество дефеката составляет 9-11% массы перерабатываемой сахарной свеклы. Дефекат содержит в основном углекислый кальций СаС03 - 60-85% на сухое вещество, до 15% органического вещества, 0,7-0,8%о азота, 0,2-0,9% фосфора и 0,5-1,0% калия. Внесение дефеката в почву способствует улучшению ее структуры, повышает активность ферментов, увеличивает количество поташа, кальция и магния. Дефекат содержит цинк и медь, которые являются необходимыми микроэлементами для сельскохозяйственных растений. Содержащиеся в дефекате определенное количество тяжелых металлов значительно ниже нормативной величины (ГОСТ 17.4.1.02-83).

Зола -- несгорающий остаток, образующийся из минеральных примесей топлива при полном его сгорании. Содержание золы в каменных и бурых углях находится в пределах примерно от 1 до 45% и более, в горючих сланцах -- от 50 до 80%, в топливном торфе -- от 2 до 30%, в дровах -- обычно менее 1%, в растительном топливе др. видов -- от 3 до 5%. В сельском хозяйстве золу широко применяют как удобрение, содержащее калий в форме поташа (K2CO3), легкорастворимого в воде и доступного растениям соединения. В золе находятся и другие минеральные вещества, необходимые растениям, -- фосфор, кальций, магний, сера, бор, марганец и др. макро- и микроэлементы. Высокое содержание углекислого кальция в золе сланцев и торфа позволяет использовать её для снижения кислотности почв. Вносят золу во все почвы, под все культуры, но наиболее целесообразно удобрять ею табак, картофель, гречиху, бобовые, лён, плодовые культуры. Золу вносят под вспашку, при перекопке почвы под кронами деревьев (4--15 ц/га), при посадке картофеля, рассады капусты и томатов (3--5 ц/га), используют её для подкормки лугов, пропашных и зерновых культур (3--5 ц/га). Золу нельзя смешивать с органическими и аммиачными удобрениями (во избежание потерь аммиака), а также с суперфосфатом и др. водорастворимыми фосфорными удобрениями (вызывает ретроградацию, чем понижает усвояемость фосфатов растениям. Керамзит. Искусственный продукт, получаемый при обжиге легкоплавких вспучивающих глин. Представляет собой стеловидную или шлаковидную пористую массу. В сельском хозяйстве используют в основном в качестве субстрата в теплицах и для гидропоники, обычно в виде керамзитового гравия ( 5-10 мм ) и песка (0,1-5мм).

· Что такое фосфогипс и каков его химический состав.

· Для какой цели и на каких почвах можно использовать фосфогипс?

· В каких дозах рекомендуется применять фосфогипс?

· Что такое дефекационная грязь и как ее можно использовать?

· В какой форме содержится калий в золе?

Экологические аспекты применения агроруд

Применение минералов и горных пород в сельском хозяйстве наряду с запланированным положительным эффектом может вызвать и отрицательные последствия. Негативное воздействие на растения, животных и человека может быть связано с особенностями химического состава и физическими свойствами агроруд. При централизованной добыче и поставках предусмотрен контроль за содержанием некоторых вредных компонентов, а при использовании местных ресурсов необходимо учитывать особенности агроруд и возможные последствия от их применения.

Использование известняка для минеральной подкормки скота и птицы нормируется содержание ряда компонентов: нерастворимого в соляной кислоте остатка -- не более 2%, фтористых соединений -- не более 0,2%, невредных примесей (магния, окисей железа, алюминия, серы и т. п.) -- до 4,8%, металломагнитных примесей -- не более 100 мг на 1 кг. Примеси мышьяка и ядовитых сернистых соединений не допускаются.

При исользовании известняков для мелиорации кислых почв также необходимо учитывать содержание в породе некоторых соединений, например свинца (20-1250 мг/кг сухой массы), стронция (610 мг).

В сырье для производства фосфорных удобрений присутствует в определенных количествах обширный набор примесей, в том числе вредных для человека -- фтора, тяжелых металлов.

Содержание в минеральных удобрений тяжелых металлов (мг/кг). ( по М.А.Глазовской).

При этом фосфориты характеризуются более высоким содержанием урана, а апатиты -- стронция и редких земель, во многих случаях в сотни раз превышающим кларковые значения. Все эти элементы попадают и в конечный продукт -- минеральные удобрения.

Альфа-радиоактивность некоторых удобрений (нитрофоска Новомосковского химкомбината, суперфосфат из апатитов Кольского полуострова) примерно соответствует средней активности природной почвы. В других же случаях значительно превосходит ее -- в 15 раз у промышленного концентрата фосфоритов Прибалтики, в 20 раз -- фосфоритной муки комбината «Фосфорит», более чем в 50 раз для некоторых фосфорных удобрений и коммерческих удобрительных смесей в США. В некоторых штатах концентрация урана-238 в почвах за 80 лет применения фосфорных удобрений увеличилась в два раза, а в Германии на окультуренных почвах содержание естественно-радиоактивных элементов (урана и радия) на 6...9% выше, чем на неокультуренных.

Наиболее распространенными калийными удобрениями является хлорид калия, сульфат калия, калийная соль и другие. Эти удобрения также могут служить источником отрицательного воздействия на окружающую среду. При переработки сильвинита образуются галитовые отвалы, глинисто-солевые шлаки, а также пылегазовые выбросы. Калийные удобрения содержат и так называемые балластные элементы (CI, Na), которые могут накапливаться в почве при систематическом применении повышенных доз удобрений, снижая ее плодородие и накапливаясь в грунтовых водах.

Содержание вредных примесей в калийных удобрениях (мг/кг)

Немалую опасность вызывают содержащиеся в калийных удобрений металлы (Cd, Hg, Pb, AI), которые могут накапливаться в живых организмах, проникать в грунтовые воды и др.

Содержание тяжелых металлов в сапропелях варьирует по месторождениям, горизонтам вертикальных разрезах и в пространстве одного месторождения. Значительная часть тяжелых металлов в сапропелях находится вподвижной форме.

Содержание подвижных форм тяжелых металлов в сапрпелях ( мг/кг)

Установлена канцерогенность двух минералов группы цеолита -- эрионита и морденита что заставляет полностью исключить их из перспективных видов агроруд.

\Цеолиты. Для мест, где на поверхности распространены вулканические туфы цеолитового состава (район в Турции) среди крестьян отмечается повышенный уровень заболеваний раком легких. Это заставило предположить канцерогенность названных пород.

Что касается других представителей цеолитов (клиноптилолита, гейландита и др.), то исследователи, занимающиеся этим вопросом, приходят к выводу об отсутствии особых ограничений для их использования в сельском хозяйстве. Однако некоторые медицинские работники предлагают временно установить при работе, например с гейландитовыми вулканическими туфами, те же ПДК в воздухе рабочей зоны, что и для хризотил-асбеста, высокая канцерогенность которого установлена уже давно.

При использовании цеолитов как минеральной добавки в животноводстве и птицеводстве также следует соблюдать некоторую осторожность. Некоторые исследователи отмечают увеличение содержания стронция и бария в костях и кальция - в мясе цыплят-бройлеров при использовании цеолитовых добавок в корме. Имеются данные, заставляющие ограничивать размер цеолитовых частиц и их содержание в корме. Частицы размером более 3...5 мм травмируют желудочно-кишечный тракт, а при содержании 20% цеолитов в рационе, кур отмечаются многочисленные кровоизлияния в желудочно-кишечном тракте, изменения в печени, отложения солей, камни в почках и другие нежелательные последствия. Необходимо также учитывать, что химический состав цеолитов различных месторождений непостоянен, содержание отдельных соединений значительно колеблется, а содержание самих цеолитов в породе может варьировать от 10 до 90%. В состав природных цеолитов различных месторождений входят многие микроэлементы, для которых не установлены предельно допустимые концентрации. Совместное присутствие более 20 макро- и микроэлементов в конкретном для каждого месторождения количестве и сочетании может вызвать вредные или неблагоприятные изменения в организме теплопокровных животных.

· Почему морденит и эрионит не рекомендуется использовать в сельском хозяйстве ?

· Какие вредные примеси содержатся в фосфорнокислом сырье ?

· Какие вредные соединения могут содержаться в минеральных удобрениях ?

Нетрадиционное минеральное сырье в современных технологиях и нанотехнологиях

Область исследований нанотехнологии и технологии наноматериалов охватывает неорганические и органические частицы и системы частиц, характерный размер которых находится в диапазоне от атома до 100 нанометров. Особенностью нанообъектов является наличие размерных эффектов, т.е. зависимость их свойств от размера и появление новых свойств. Наночастицы и наноструктурированные объекты обладают особыми, часто уникальными свойствами, отличающимися от свойств макрообъектов. Это позволяет создавать принципиально новые материалы и устройства.

Объектами исследований нанотехнологии могут быть фуллерены, нанотрубки, наночастицы металлов, аморфные неорганические наноструктуры, неорганические и органические композиционные материалы, молекулярные сита, супрамолекулярные ансамбли и устройства, тонкие пленки и поверхностные слои, мицеллярные системы и микроэмульсии, жидкие кристаллы, аэрозоли, золи, гели, ультрадисперсные порошки и др., а также липосомы, биомембраны и другие нанообъекты биологического происхождения.

Большие надежды в применении нанотехнологий обнаруживаются и в агропромышленном комплексе. Увеличение производства и качества переработки сельскохозяйственного сырья, увеличение ресурса работы спецтехники, повышения сроков хранения, получение высококачественной пищевой продукции и кормов - все эти задачи агробизнеса могут решить нанотехнологии.

Мониторинг разработанных нанотехнологических процессов и наноматериалов подтверждает, что применение нанопрепаратов в растениеводстве обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличение выхода готовой продукции. Почти для всех технических и продовольственных культур - картофеля, зерновых, овощных, плодово-ягодных, хлопка и льна показатели урожая увеличились в 1,5-2 раза. Нанотехнологии уже активно внедряются при послеуборочной обработке подсолнечника, табака и картофеля, хранении яблок в регулируемых средах, озонировании воздушной среды.

В свете последних открытий нанотехнологий была изучена биологическая роль кремния в живых организмах и изучена биологическая активность органических соединений кремния - силатранов. Силатраны, являющиеся клеточным образованием и содержащие кремний, оказывают физиологическое действие на живые организмы на всех этапах эволюционного развития от микроорганизмов до человека. Применение кремнеорганических биостимуляторов в растениеводстве позволяет повысить холодостойкость, выносливость к жаре и засухе, помогает благополучно выйти из стрессовых погодных ситуаций (возвратные заморозки, резкие перепады температуры и т. д.), усиливает защитные функции растений к болезням и вредителям. Препараты снимают угнетающее, седативное действие химических реагентов по защите растений при комплексных обработках.

В животноводстве нанотехнологии можно использовать в технологических процессах, где они дают вспомогательное превосходство. При формировании микроклимата в помещениях, где содержатся животные и птицы, их использование позволяет заменить энергоемкую приточно-вытяжную систему вентиляции электрохимической очисткой воздуха с обеспечением нормативных параметров микроклимата: температура, влажность, газовый состав, микробиообсемененность, запыленность, скорость движения воздуха, устранение запахов с сохранением тепловыделений животных. Российские ученые применяют на практике экологически чистую нанотехнологию электроконсервирования силосной массы зеленых кормов электроактивированным консервантом. Делается это взамен дорогостоящих органических кислот, требующих соблюдения строгих мер техники безопасности. Такая новая нанотехнология повышает сохранность кормов до 95%. В животноводстве и птицеводстве при приготовлении кормов нанотехнологии обеспечивают повышение продуктивности в 1, 5-3 раза, сопротивляемость стрессам, и падеж уменьшается в 2 раза. Наноустройства, которые могут имплантироваться в растения, животных, позволяют автоматизировать многие процессы и передавать в реальном времени необходимые данные.

Новая наноэлектротехнология комбинированной сушки зерна основана на том, что в нагретом зерне создается избыточное давление влаги при температуре ниже температуры кипения воды. Вследствие этого ускоряется фильтрационный перенос влаги из зерновки на поверхность в капельножидком состоянии. С поверхности влага выпаривается горячим воздухом. Расход энергии на сушку зерна по сравнению с традиционной конвективной сокращается в 1, 3 раза и более, снижаются микроповреждения семян до 6%, их посевные качества улучшаются на 5%. Для низкотемпературной досушки и обеззараживания зерна дополнительно использовали озон, что уменьшило количество бактерий в 24 раза и снизило в 1, 5 раза энергозатраты.

В России уже производится целый ряд нанопродуктов, востребованных на рынке: наномембраны, нанопорошки, нанотрубки. Однако, по мнению экспертов, по комммерциализации нанотехнологических разработок Россия отстает от США и других развитых стран на десять лет

Высокие технологии можно использовать и для повышения почвенного плодородия. Здесь уместно говорить не об использовании нанокомпозитов, а об использовании нанотехнологий. Технология экстракции гуматов (гуматы - действующие компоненты гумуса, который является основой плодородия почвы) основана на формировании наночастиц гуматов в процессе механо-химической обработки исходного сырья.

Биологически активные наночастицы железа, могут повысить урожайность некоторых зерновых культур от 10 до 40%. В свою очередь, биологически активные подкормки скота на основе нанотехнологий позволяют снизить заболеваемость животных, повысить их массу.

Американская компания NaturalNano нашла способ получения из природных глин - нанотрубок. Глинистый минерал галлуазит, имеющий трубчатую структуру, может стать натуральной альтернативой искусственным углеродным нанотрубкам. Среди прочего ученые предлагают заполнять трубки галлуазита медью и "замешивать" в полимеры, чтобы получить в результате пластмассу, проводящую электричество. Еще одно полезное свойство глины можно использовать при производстве красок. Если добавлять в них галлуазит, плесень им не страшна.

Перспективным направлением нанотехнологий является разработка микроудобрений. Разработанные учеными республики Казахстан наноматериалы-микробиоудобрения (серии МЭРС) в количестве 100--200 мг/га препарата, при снижении нормы минеральных удобрений втрое и более, обеспечивают дополнительный урожай сахарной свеклы на 150--300 ц/га; овощебахчевых культур на 100--400 ц/га; зерновых в северных регионах до десяти, а в южных -- до двадцати центнеров с гектара?

В Южном федеральном округе полученные на основе нанотехнологий полимерно-глинистые сорбенты, служат для очистки и обеззараживания питьевой воды или промышленных и бытовых стоков от нефтепродуктов и органики. Полимер и бентонитовая глина, которой богат регион, соединяясь на наноуровне, дают сорбент, внешне похожий на резиновую губку. Эта «губка» не только очищает воду от тяжелых металлов, органических загрязнителей типа фенола, красителей но и обеззараживает ее. Если сорбент впитывает соли тяжелых металлов, то окрашивается в разные цвета и может послужить пигментом при производстве тротуарной плитки. Например, медь окрашивает сорбент в голубой цвет.

На основе наноразмерных комплексов органосорбента, полученных по золь-гель-технологии из бентонитовых глин, получают бентонитовые порошки, с помощью которых можно создавать системы из компонентов, которые в обычных условиях несовместимы. Они способны, например, удерживать в воде или в масле специальные вещества или химические элементы -- носители определенных заданных свойств. Данные добавки представляют собой тонкодисперсную структуру частиц бентонитовых глин, предпочтительно монтмориллонитов, полученных в результате модификации этих глин различными соединениями поверхностно-активных веществ.

Для непрерывной и энергонезависимой очистки и обеззараживания воды используют насыщение природного цеолита наночастицами серебра. Природные цеолиты имеют развитую удельную поверхность, хорошие адгезионные, сорбционные и ионообменные свойства. Это дает возможность извлекать с их помощью из очищаемой жидкости взвешенные, коллоидные и растворенные загрязняющие вещества органического и неорганического происхождения. Высокая термостабильность и устойчивость в кислых средах природных цеолитов позволяет применять их в таких случаях, в которых использование синтетических материалов практически исключено. Стоимость природных цеолитов в несколько раз меньше стоимости синтетических материалов. Природный цеолит сам по себе является хорошим материалом, применяемым для очистки питьевых и сточных вод. Модификация его наночастицами серебра придает ему сильные бактерицидные свойства.

Вода, профильтрованная через композиционный материал, не поддается заражению бактериями в течение 5 часов. Наблюдается пролонгированный бактерицидный эффект. Данный эффект повышает ценность нового фильтрующего материала при использовании его для очистки и консервации воды в регионах с жарким климатом и неблагоприятной микробиологической обстановкой.

В перспективе этот новый композиционный материал может найти и другие применения. Например, при создании бактерицидных красок, воздушных бактерицидных фильтров, сухих бактерицидных строительных смесей, чистящих бактерицидных средств, бактерицидной косметики, кормовых бактерицидных добавок для птиц и животных и т. д.

· Какие размеры имеют наночастицы и их системы?

· Что может быть объектами исследований нанотехнологий?

· Что такое силатроны и их применение в сельском хозяйстве?

· Можно ли использовать нанотехнологии для повышения почвенного плодородия?

· Какие виды минерального сырья можно использовать в нанотнхнологиях?

Область располагает достаточными ресурсами почти всех видов полезных ископаемых, позволяющими удовлетворить как собственные потребности, так и обеспечивать вывоз некоторых материалов за ее пределы.

Область производит 1,8% всей добываемой нефти Поволжья, 17% природного газа, свыше 30% цемента, около 20% минеральных удобрений. В области известно 569 месторождений твердых полезных ископаемых, 420 проявлений, 340 участков и 53 перспективные площади, но разведано до промышленных категорий и учтено Госбалансом запасов 244 месторождения. Месторождение фосфоритов, минеральных солей, известняков, доломитов, мел-мергельных пород, различных глин, глауконитовых песков и других полезных ископаемых связаны в Саратовской области как с коренными (дочетвертичными) так и четвертичными отложениями.

Геологическая история региона

Территория нашей губернии имеет богатую геологическую историю, которая нашла свое отражение в месторождениях полезных ископаемых и в том числе агрономических руд.

Каменноугольный период назван так вследствие встречающихся в нём в большом количестве залежей каменного угля. В Заволжье каменноугольные породы обнажены по правому берегу Б. Иргиза между Пугачевом и Березово и в долине Б. Кушума у села Каменная Сарма. Небольшие островки этих же пород найдены в Правобережье, в Ново-Бурасском районе возле сел Тепловки и Ириновки.

Осадки этого периода состоят главным образом из серых известняков и доломитов мощностью до 1,4 километра. Пласты изогнуты в складки и в Заволжье разбиты сбросами. (В геологии под сбросами понимается перемещение одного участка земной коры относительно другого в вертикальном или наклонном направлении по трещине разрыва).

В слоях каменноугольного периода хранится 25% всех запасов каменных углей. На территории России месторождения Подмосковного, Карагандинского и других бассейнов относятся к каменноугольному периоду. Признаки углей этого периода отмечаются и в нашей области.

В истории Русской равнины, Урала, Сибири, Средней Азии каменноугольный период занял особое место как период пышного развития лесов. Эти леса были совсем не похожи на современные. Они состояли из древовидных растений сигиллярий, лепидодендронов, каламитов и зарослей гигантского папоротника. Теперь, установлено, что каменноугольные леса занимали заболоченные равнины у берегов морей, озер, рек, и тут накапливалась масса, древесины. Эта масса покрывалась сверху глинами и известняками, как бы консервировалась, и потом превращалась в пласты угля. Так рассматривается возникновение угольных пластов Донецкого, Подмосковного и других месторождений угля нашей страны.

Богатство растительного мира каменноугольного периода невозможно представить без соответствующих для него климатических: условий. Климат этого периода был теплый и влажный, теплые моря были заселены миллиардами беспозвоночных животных.

Каменноугольный период длился 50 миллионов лет. Количество поколений морских животных, которые сменяли друг друга, в это время было огромно. В конечном итоге скелеты этих животных пошли на формирование известняков. Правда, это не единственный путь создания пластов известняка. Они могли образоваться также и химическим способом.

На дне мелководных участков моря произрастала обильная травянистая растительность, обитала масса беспозвоночных животных. В таких местах скапливалось много органических веществ, из которых потом образовались нефть и газы. В Саратовской области породы каменноугольного периода содержат и газ и нефть.

Около Пугачева и Каменной Сармы имеются месторождения каменноугольного известняка. Известняки из Пугачевского района применяются для производства щебня. Красивые разновидности известняков (арагонит) используют как поделочный материал и для облицовки сооружений.

Пермский период -- последний период палеозойской эры. Осадки этого периода имеются в обрывах берегов Малого Иргиза. Кроме того, они были вскрыты при бурении около Озинок, в долинах Камелика и Чалыклы. В Правобережье Волги их нет. Пермские отложения заходят к нам в Заволжье со стороны Прикаспийской низменности и Самарского Заволжья, где они лежат сплошной подземной толщью. Состав пермских пород своеобразный. В нижней части разреза преобладают, гипс и поваренная соль, в середине -- серые доломиты и известняк вверху - пестро окрашенные глины. Гипс и соль отлагались в озерах и лагунах в условиях жаркого и сухого климата. При большом испарении воды гипс и соль выпадали из раствора на дно озера, примерно так же, как это сейчас происходит с поваренной солью в озерах Прикаспия.

Агромную роль для экономики Саратовской области может играть Озинская соляная залеж. Она подобна Соль-Илецкой, но преимущество Соль-Илецкой залежи в том, что она не закрыта, и потому разрабатывается с древних времен. Озинская закрыта, и чтобы добыть поваренную соль, необходимо иметь шахту глубиной больше 200 метров. Озинские соляные залежи хранят в себе не только чистейшую поваренную соль, но также калийную и магниевую соли и гипс (водная сернокислая соль кальция).

Имеются в Саратовской области и отложения мезозойской эры. Мезозойская эра соответствует среднему этапу в развитии жизни на Земле. Эру делят на три периода -- триасовый, юрский, меловой. Если палеозойская эра длилась 325 миллионов лет, то мезозойская значительно меньше, -- 115 миллионов лет. Мощность мезозойских пород уже другая, в несколько раз меньше палеозойских.

В триасовый период продолжали отлагаться красноцветные породы -- галечники, пески, песчаники, глины. Они были намыты реками Приуралья, сбегающими с Уральского хребта. Встречаются эти породы в оврагах Ивантеевского района. На большей части Заволжья триасовые породы находятся глубоко и обнаруживаются только при глубоком бурении скважин.

В юрский период море заняло восточную, южную и центральную часть Русской платформы. Территория Нижнего Поволжья была дном моря. Наступил новый этап в развитии истории нашей области.

В этот период наиболее ярко проявились особенности органического мира мезозойской эры. Многочисленные находки остатков морских животных в юрских породах позволяют определить виды животных и условия их обитания.

Водный режим юрского моря неоднократно менялся, изменялись вместе с ним и условия осадкообразования. Мелководное среднеюрское море образовало серые пески и глины. Они покрыли всю территорию нашей области. Дно моря сделалось ровным, спокойным, без впадин и возвышений.

Вслед за этим верхнеюрское море отложило толщу серых глин, мергелей и известняков.

Верхнеюрские породы можно видеть в обнаженных берегах Чардыма, Курдюма, Иловли, Б. Сакмы, Б. Чалыклы, Камелика (верховье). В них много ископаемых раковин аммонитов, белемнитов («чертовы пальцы»).

Растительный мир юры находился в расцвете. Появились на суше новые группы растений. Большое распространение имели голосеменные растения: хвойные, гинкговые, саговниковые и беннеттитовые.

Среди юрских слоев находятся горючие сланцы и фосфориты. Горючие сланцы добывались в Озинках и в поселке Горном и использовались как топливо. Из них можно получать разнообразные продукты перегонки: светлое моторное топливо, топливное и смазочное масло, дубильные вещества, лекарственные препараты для ветеринарии, вещество для консервации древесины.

Проблема их использования возникла еще в первой пятилетке. Уже тогда были определены запасы сланцев Орловки, Савельевки, Озинок, Перелюба и составлены первоначальные предложения о химико-технологической переработке этого ценнейшего сырья. В военные и послевоенные годы разведка бурением Заволжья принесла новые данные о распространении сланца. В настоящее время их западная граница проходит по линии Вольск -- Энгельс.

Фосфоритов достаточно много в разрезах верхней юры Озинок, Савельевки, Орловки и Перелюба.

Меловой период. На границе юрского и мелового периодов режим моря сильно изменился; поднятие Поволжья привело к обмелению моря. Поднятие шло неравномерно и наибольшей величины достигло в Правобережье. Приподнятое Правобережье начала энергично размываться водами нижнемелового моря. Размывом были уничтожены только что отложившиеся осадки верхней юры. Однако так шло недолго. Наступил обратный процесс -- погружение морского дна, углубление морского бассейна. С этого момента началось формирование серых и черных глин нижнемеловой эпохи, равномерно покрывших всю территорию Поволжья. Дальше возникли альбские и сеноманские пески, а за ними писчий мел, глины и опоки.

Состав верхнемеловых слоев, что перекрывают сеноманские пески, разный. От Базарного Карабулака на Вольск проходит солидная толща писчего мела, до 100 метров и более. В западной части области писчий мел сменяется опоками, глинами и песками. Крупнейшим месторождением мела является Вольско-Хвалынский массив и Заволжье (Озинский р-н и др.). В напластованиях земной коры писчий мел -- явление редкое, свойственное главным образом морям верхнемеловой эпохи. В Поволжье он строго приурочен к верхнему мелу и больше не встречается ни в предшествующих, ни в последующих за ним отложениях. Писчий мел Поволжья возник в открытом и теплом морском бассейне. Меловой бассейн занимал южную и восточную части Русской равнины. Это было обширное море, небольшой частью которого являлась территория Саратовской области.

Мел Поволжья состоит из углекислого кальция. Он сложен: из обломков и целых скелетов раковин. Главная масса этих раковин-- простейшие организмы, видимые только под микроскопом. Волжский мел содержит в себе много раковин, фораминифер. Пласты мела росли на дне моря в течение 40 миллионов лет. Жизнь простейших организмов коротка. Трудно представить, сколько поколений их сменилось за этот период.

Меловой период заканчивается датским веком. Отложения этого века обнаружены в районе Озинок. Они состоят внизу из мелоподобных маломощных известняков, в середине и вверху из серых, известковистых глин с пластами песчаников и мергелей (смесь известняка с глиной). В окрестностях Вольска к датским породам относятся разнозернистые пески с линзами белого фосфорита.

В начале датского времени заканчивается «великое вымирание» мезозойской морской фауны. «Великое вымирание» распространилось на многие виды животных. Причины столь необычайного явления пока что в науке не уточнены. На суше вымирание коснулось прежде всего большой группы наземных пресмыкающихся - динозавров. На смену им возникли новые, совершенно другие виды животных.

Слово «кайнозой» в переводе на русский язык означает новая жизнь. Такое название появилось не случайно. Продолжительность кайнозойской эры 70 миллионов лет. За это время лик Земли пережил глубочайшие изменения. В рельефе ее возникли новые горные системы -- Альпы, Карпаты, Кавказ, Гималаи и др., образовались глубокие океанические впадины. На поверхности Земли появились природные зоны: тундра, тайга, степь, пустыня, тропический лес. Внутри природных зон в свою очередь образовалось бесконечное множество местных своеобразий. Органический мир, приспосабливаясь к изменяющимся условиям, совершает в своем развитии резкие изменения.

Кайнозойская эра -- господство покрытосеменных растений и млекопитающих.

В кайнозойской истории выделяются третичный и четвертичный периоды. Третичный период в свою очередь подразделяется на палеогеновый и неогеновый.

В палеогеновый период территория области продолжала быть дном моря. Сначала существовал сызранский, а потом саратовский морские бассейны. Северный берег бассейнов находился вблизи линии Казань -- Горький, южная сторона морей была открыта и уходила на соединение с водным зеркалом палеогенового моря Мангышлака и Северного Кавказа.

Сызранское море оставило на всей территории Нижнего Поволжья довольно однообразную толщу серых и черных опок и опоковидных песчаников. В нашем крае опок много. Лучшие обнажения опок встречаются на склонах Лысой горы у Саратова, в обрывах Змеевых гор (ниже и выше Воскресенского)., возле сел Золотое, Красноармейск и в других местах области.

Опока признается важным полезным ископаемым Нижнего Поволжья. В ней 60--90% кремнезема (нерастворимая в воде природная двуокись кремния). Опока сильно - пориста и вследствие этого обладает малым весом. Некоторые куски ее даже не тонут в воде. Если тонкий порошок опоки смочить водой, он будет обладать вяжущими свойствами цемента и через известное время порошкообразная масса приобретет крепость.

Если пропустить через слой молотой опоки загрязненное машинное масло, то оно станет светлым и пригодным к вторичному использованию. В данном случае опоки имеют свойства отбеливающих земель. Опока считается и хорошим изолятором, она не пропускает звук, тепло и электрический ток. Указанный перечень технических свойств сызранских опок дает представление о возможностях их применения в промышленности и в строительстве.

Саратовское море названо по имени нашей области. Оно заметно отличалось от сызранского. Существовала разница и в глубинах и в режиме бассейнов. Оттого, что это море было мелководным, в нем накапливались огромные массивы песка, пласты которого позже цементировались и превращались в песчаники. Полагают, что сызранский бассейн относился к числу холодных морей. Саратовское море, наоборот, признается как море теплое, благоприятное для развития жизни. И в самом деле, в песках и песчаниках саратовского века нередко встречается большое скопление раковин, например в обрывах Лысой горы у Саратова или на склоне гряды у. села Непряхино, Озинского района.

Установлено, что животные организмы, населяющие саратовский водоем, относились к группе теплолюбивых организмов. Расцвет этих морских животных пал на первую половину саратовского века или на время, когда у Камышина и на площади Общего Сырта возникали «караваеобразные» скопления известковистого песчаника с массой раковин теплолюбивых. Во второй половине века море настолько обмелело, что многие участки дна сделались островами и были заселены вечнозелеными лиственными лесами субтропиков: магнолиями, камфорным лавром, вечно зелеными дубами и др.

Пески и песчаники саратовского бассейна широко используюется как строительный материал. Главное значение приобрели песчаники. Меньшая практическая значимость песков объясняется тем, что в них содержится много примесей глинистых частиц, в силу чего строительные качества песка сильно обесцениваются. Велики запасы песчаника Кумысной поляны и по гребню Хвалынской гряды.

В конце палеогенового времени территория области полностью освобождается от морских вод.

В неогеновое время территория Заволжья вновь захватывается сначала акчагыльским, а потом апшеронским бассейнами. Началу прихода этих морей в Поволжье предшествовали два важных события. Первое -- это огромный речной размыв Заволжья и образование на его территории долины Волги и ее притоков. Волга текла тогда не по тому месту, что теперь, а в глубине Узени-Иргизской степи. Затем произошло погружение территории Поволжья. Акчагыльское море заходит в долину древней Волги; но оно не ограничивается Заволжьем, а уходит дальше за Самару до Казани и проникает в долины Камы, Белой. Долины мелких рек Правобережья -- Терешка, Терса также превращаются в заливы моря. Однако уровень акчагыльского водоема не мог преодолеть высот Приволжской возвышенности. Приволжская возвышенность остается сушей.

Акчагыльское море наметало массу глин, песка, галечников с мощностью иногда до 300 и более метров. При такой мощности пород большинство впадин Заволжья выровнилось и Заволжье превратилось в плоскую равнину.

Акчагыльские воды, уходя из Нижнего Поволжья на юг, в Каспийское море, частично смыли свои же пески и глины и образовали крупные ложбины стока, которые могли бы дальше разрастись до речных долин, но это не осуществилось. В ходе дальнейшего погружения Заволжья, на его территорию пришла апшеронская морская вода. Возник залив протяженностью до Самары, в нем появились мощностью в 8-12 метров серые пески и красного цвета глины. Позднее в Заволжье происходило образование желто-бурых сыртовых глин. Образование их шло сравнительно долго, во всяком случае больше, чем предшествующих им песков и красных глин.

Пласты сыртовых глин распространены не только в Саратовском Заволжье. Они уходят отсюда в бассейн Самары, на Общий Сырт, а затем в долину Урала и т. д.

Последние страницы геологической истории нашей области приходятся на четвертичный период, к которому относится и современное время.

В четвертичный период Заволжье развивалось по одному пути, а Правобережье -- по другому. Природа запада и востока области оказалась различной.

В Заволжье протекали два самостоятельных процесса: во-первых, образовывались на Сыртовой равнине речные бассейны, а во-вторых, постепенно складывалась Прикаспийская низменность.

Морская береговая линия Каспия изменялась в четвертичное время три раза. Например, в подмывах берегов Б. Узеня выше и ниже поселка Александров Гай имеются осадки трех водоемов - бакинского, хазарского, хвалынского, омывавших главным образом юг Заволжья.

В хвалынский век Каспийское море достигает максимального разлива, а долина Волги и ее притоки превращаются в заливы этого моря. Его волны плескались на участке нынешней Чернышевской улицы Саратова и в устье Глебучева оврага, свободно гуляя в Терешкинском, Терсинском, Иргизских и других многочисленных морских заливах. Морской берег в это время достигал почти Самары, а в Заволжье - доходил до Ивантеевского района. Широкая полоса воды отделила Заволжье от Приволжской возвышенности.

Осадки хвалынского водоема сложили небольшой по мощности, но весьма характерный гаризонт из глин шоколадного цвета. Они покрыли Алгайскую, Торгун-Ерусланскую и Ровненскую части равнины, а внутри долины Волги и по ее притокам образовали широкую и прекрасно выраженную в рельефе террасу.

С уходом хвалынских вод Заволжье стало приобретать современный физико-географический облик. Реки восстанавливают свои прежние каналы стока, однако былого уровня донного размыва не достигли. Донный размыв дохвалынской Волги лежал на 10-15 метров ниже действующего сейчас. Волга протекала тогда несколько восточнее современного ее русла.

После хвалынского века начался современный, или собственно антропогенный век геологической истории Нижнего Поволжья. Нельзя сказать, что современный геологический век не дал никаких осадконакоплений. Прежде всего большую работу совершила Волга. Она соорудила величественную пойму из песка, ила и галечника.

Если в Заволжье и в долине Волги периодические наступания четвертичных морей являлись важнейшими событиями, то на западе пашей области географическая обстановка сложилась иначе. Никаких наступаний морей там не было. Но было нашествие ледника. Это произошло в годы Днепровского оледенения Русской равнины. Ледяное поле спустилось с севера в долину Хопра и своим панцирем закрыло ее поверхность. Восточный край ледяного поля проходил вдоль Приволжской возвышенности. Некоторый отрезок из краевой части ледникового покрова находился в долине Медведицы и по ее правым притокам - Аткаре, Баланде. Восточнее Аткарска признаков оледенения не замечается.

Соседство с ледяным полем не могло не сказаться на климате правобережной части территории Саратовской области. Он был холодный, суровый. Вследствие этого некоторые приволжские высоты имели на своих вершинах небольшие ледники или круглогодичные снежные шапки («вечные» снега).

В Турковском, Аркадакском, Балашовском и других районах северо-западной части Саратовской области имеются по оврагам разрезы ледниковой толщи, состоящие из бурых и красновато-бурых глин и суглинков. Среди них встречаются глыбы-валуны.

Валуны состоят из красных гранитов Скандинавии, красных и розовых песчаников и гранитогнейсов берегов Онежского озера. Во время движения масс льда из Скандинавии в Нижнее Поволжье шла транспортировка карельских и финских горных пород. Не всякая глыба пород могла выдержать расстояние в полторы тысячи километров. Рыхляки быстро истирались на пути следования движущегося льда и исчезали. Остались лишь валуны высокой механической крепости и высокой морозостойкости.