ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.09.2020
Просмотров: 142
Скачиваний: 2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «БАРАНОВИЧСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФАКУЛЬТЕТ ПЕДАГОГИКИ И ПСИХОЛОГИИ
УСР
по экологии ландшафтов на тему
“Ландшафтно-геохимические барьеры”
Подготовила
студентка 3 курса
группы ГЭ – 31
Бордюк Я. В.
Барановичи, 2017 г.
Классификация ландшафтно-геохимических барьеров
Начало разработке вопроса о геохимических барьерах было положено А.И. Перельманом (1961). Геохимические барьеры – это те части ландшафтно-геохимических систем, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов, и как результат, их накопление (концентрация).
Выделяют макро-, мезо- и микробарьеры. К макробарьерам относятся, например, дельты рек – зоны смешения пресных речных и соленых морских вод, ширина таких барьеров может достигать сотен и тысяч метров (но это небольшая величина по сравнению с протяженностью реки и акваторией моря). К мезобарьерам относятся краевые зоны болот, водоносные горизонты артезианских бассейнов. Ширина таких барьеров может достигать десятки и сотни метров. Микробарьеры встречаются гораздо чаще, в том числе в почвах. По сути, накопление в почвенных горизонтах таких новообразований как ортштейны, различные коры (солевые, латеритные) – результат изменения интенсивности миграционных потоков в почвенном профиле. Причина уменьшения скорости – изменение условий. Ширина таких барьеров может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Главная особенность барьера – резкое изменение условий и концентрация элементов. Это зона, где одна геохимическая обстановка сменяется другой.
В основу классификации геохимических барьеров положены различия в миграции. Выделяют два основных типа барьеров – природные и техногенные. В свою очередь, и в тех, и в других выделяют по 3 класса: механические, физико-химические и биогеохимические. В ландшафтно-экологических исследованиях, так же, как и в геохимии ландшафта наибольшее внимание уделяется физико-химическим барьерам.
Механические барьеры – это участки резкого уменьшения механической миграции. К ним приурочены различные продукты механической дифференциации осадков. Это наиболее простые геохимические барьеры. Биогеохимические барьеры обязаны уменьшению интенсивности биогенной миграции. Угольные залежи, торф, концентрация элементов в телах организмов и т.д. – следствие таких процессов. Физико-химические барьеры возникают в местах смены физических и химических условий миграции элементов. Это участки ландшафтов, где резко меняются температура, давление, окислительно-восстановительные, щелочно-кислотные и другие условия. Физико-химические барьеры классифицируются на виды по накоплению химических элементов. Последнее определяется во многом тем, в какой среде проходят миграционные процессы. Различают следующие десять основных классов: кислородный (окислительный), сероводородный, глеевый, щелочной, кислый, испарительный, сорбционный, термодинамический, сульфатный, карбонатный.
Образование окислительных (кислородных) барьеров связано с изменениями окислительно-восстановительных условий в ландшафте. Этот барьер возникает в ландшафтах при резкой смене восстановительной среды на окислительную. Например, грунтовые воды, обогащенные железом и марганцем, в виде бикарбонатов или органических комплексов вблизи поверхности почв, на окраинах болотных ландшафтов, в озерах образуют железо-марганцевые конкреции, болотные и озерные руды, залежи самородной серы.
Сероводородные (сульфидные) барьеры формируются в тех ландшафтах, где создаются условия для образования сероводорода. (Кислые или глеевые воды контактируют с сероводородной средой: рН>7, Еh<0). Сероводород, вступая в химическую реакцию с металлами, образует сульфиды металлов (железа, свинца, меди, цинка), выпадающие в осадок.
Глеевые барьеры образуются при смене окислительной среды на восстановительную (в тех условиях, где кислые воды встречаются с восстановительной средой). Эти барьеры накапливают выпадающие в осадок трудно растворимые соединения ванадия, селена, меди, урана, кобальта.
Щелочные барьеры образуются в почвенных горизонтах (на границе), где наблюдается резкое повышение рН и смена кислой и (или) слабо кислой среды на щелочную. Например, на контакте силикатных и карбонатных пород образуются горизонты, обогащенные кальцием, магнием, марганцем, барием, стронцием, ванадием, цинком, медью, кобальтом, свинцом, кадмием.
Кислые барьеры формируются в зонах ландшафта при резком понижении рН (щелочной или нейтральной) в более кислую сторону. На кислых барьерах задерживается миграция и осаждается мышьяк, молибден, селен, кремний, соединения, которых в кислой среде слаборастворимы.
Нейтральный (или кальциевый) барьер образуется при наличии карбонатных пород или жестких вод, насыщенных ионами СО32-. На барьере приостанавливается миграция кальция, железа, бария, стронция.
Сульфатные барьеры характерны для вод, обогащенных сульфатными ионами. Здесь концентрируются барий, стронций, кальций.
Испарительные барьеры проявляются в аридных ландшафтах. Вода с растворенными в ней элементами передвигается вверх, и по мере перехода в парообразное состояние происходит выпадение элементов из раствора с образованием хлоридных, сульфатных и карбонатных солей. Этот барьер прекращает миграцию всех растворимых в воде веществ. Есть две разновидности испарительных барьеров: а) верхние – на поверхности почвы; и б) нижние – на уровне грунтовых вод. Здесь наблюдается образование засоленных почв и накопление кальция, магния, калия, натрия, фтора, серы, стронция, хлора, свинца, цинка, ванадия, никеля, молибдена.
Сорбционные барьеры характерны для тех ландшафтов, в которых много коллоидных частиц (гумуса, глины). В основе сорбционного поглощения лежит поглотительная способность почвы. Этот барьер может осаждать практически все элементы, встречающиеся в растворе в ионной форме.
В зависимости от направления потоков миграции химических элементов в ландшафте, на пути которых возникают геохимические барьеры, последние делятся на две группы – радиальные (вертикальные) и латеральные. Радиальные барьеры формируются при вертикальной (снизу вверх или сверху вниз) миграции растворов. Во многом благодаря существованию этих барьеров наблюдается дифференциация химических элементов в почвенном профиле. Латеральные барьеры возникают при движении вод в субгоризонтальном направлении. Например, на границах фаций, в краевых зонах болот и т.д.
В ландшафтах происходит совмещение и комплексирование различных геохимических процессов в связи, с чем выделяют комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных химических процессов. Выделяются также двусторонние барьеры, которые формируются при движении различных элементов к барьеру с разных сторон. На двустороннем барьере происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов.
По форме геохимические барьеры разделяются на линейные и площадные. Линейные барьеры характерны для границ раздела различных ландшафтов. Примером линейного барьера является, например, граница болотного ландшафта и незаболоченной территории, на которой в почвах, водах и рыхлых отражениях резко изменяются окислительно-восстановительные условия, в пограничной полосе идет накопление болотных железо-марганцевых руд и ряда элементов группы железа. Площадные барьеры могут субгоризонтально простираться на большие расстояния.
Техногенные барьеры также разделяются на три класса – механические, физико-химические и биогеохимические. Более сложные процессы образования геохимических барьеров обычно включают в себя менее сложные. Например, в образовании техногенных барьеров могут участвовать механические, физико-химические и биогенные процессы, но сущность данных барьеров не может быть понята без учета особенностей социальной формы движения, техногенной миграции. Главное внимание исследователей до сих пор привлекали физико-химические барьеры (природные и техногенные).
Количественные характеристики ландшафтно-геохимических барьеров
Для характеристики ландшафтно-геохимических барьеров применяют ряд показателей: градиент, контрастность барьера и концентрация элементов.
Градиент барьера (G) характеризует изменение геохимических показателей в направлении миграции химических элементов.
G
= 
где m1 – значение геохимического показателя до барьера, m2 – его значение после барьера, l – ширина барьера.
Контрастность барьера (S) характеризуется отношением величины геохимических показателей в направлении миграции до и после барьера.
S
=
=
,
где m1 – значение данного геохимического показателя до барьера, m2 – после барьера.
Интенсивность накопления элемента, например, при рудообразовании, увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера.
Концентрация элементов (H) на барьере рассчитывается по формуле:
H
= K × 
,
где H – содержание элемента на барьере; K – коэффициент, зависящий от «инертной» массы породы; m1 - содержание изучаемого элемента в миграционном потоке; a1 – общее содержание всех веществ в миграционном потоке, поступающем к барьеру; a2 – содержание всех веществ в потоке после прохождения барьера.
Ландшафтно-геохимические барьеры Республики Беларусь
В настоящее время назрела необходимость в создании эколого- геохимических карт, которые отражают условия накопления и ассоциации концентрирующихся элементов, устойчивость территории к загрязненности, а также степень накопления загрязняющих веществ, выраженной количественным параметром. Необходимость в создании таких карт обусловлена усилением техногенного воздействия на природную среду и, особенно, на поймы рек, являющиеся ландшафтно-геохимическими барьерами на пути миграции техногенных потоков.
Для территории Беларуси созданы эколого-геохимические карты, которые отражают условия накопления и ассоциации концентрирующихся элементов, степень загрязненности территории. На картах выделены специфические контуры, в пределах каждого из которых территория может считаться условно однородной по геологической истории, характеру пород и почв, уровню хозяйственной освоенности. Детальные исследования позволяют выделять ландшафтно-геохимические системы в поймах, на делювиально-пролювиальных шлейфах, разграничивать места аккумуляции, транзита и выноса загрязнителей, связывать процессы загрязнения на водосборах с речной долиной. В экспликации карт зафиксированы следующие моменты: геохимический ландшафт, отражающий условия миграции; тип геохимического ландшафта, включающего особенности водной миграции, рельефа, литологического состава почвообразующих и подстилающих пород; ландшафтно-геохимические фации, которые определяются режимом увлажнения. Показана роль органического вещества и кислотно-щелочных условий в миграционных процессах в почвах геохимических ландшафтов. В пределах исследованной территории выделены типы геохимических барьеров (механический, сорбционный, глеевый, биогеохимический и другие).
Механические барьеры – это участки резкого уменьшения механической миграции. К ним приурочены различные продукты механической дифференциации осадков. Это наиболее простые геохимические барьеры. Биогеохимические барьеры обязаны уменьшению интенсивности биогенной миграции. Угольные залежи, торф, концентрация элементов в телах организмов и т.д. – следствие таких процессов. Физико-химические барьеры возникают в местах смены физических и химических условий миграции элементов. Это участки земной поверхности, где резко меняются температура, давление, окислительно-восстановительные, щелочно-кислотные и другие условия.
Сорбционные барьеры характерны для тех ландшафтов, в которых много коллоидных частиц (гумуса, глины). В основе сорбционного поглощения лежит поглотительная способность почвы. Этот барьер может осаждать практически все элементы, встречающиеся в растворе в ионной форме.
Восстановительные глеевые барьеры образуются в тех условиях, где кислые воды встречаются с восстановительной средой. Эти барьеры накапливают выпадающие в осадок трудно растворимые соединения ванадия, селена, меди, урана, кобальта.
В почвах геохимических ландшафтов и фаций определены ассоциации концентрирующихся элементов и их количественный показатель. Участки различной степени устойчивости к химическому загрязнению выделялись на основании суммарного коэффициента загрязнения. По предложенной схеме составления экспликации любой выдел и любая точка на карте может быть охарактеризована по 16 параметрам, включая ассоциации концентрирующихся элементов, уровень загрязнения ландшафта и его степень устойчивости к химическому загрязнению.
На территории Беларуси выделены геохимические ландшафты: элювиальные, трансэлювиальные, супераквальные и субаквальные.
К элювиальным ландшафтам относятся выровненные, местами бугристо-западинные террасы с абсолютными отметками 140-150 м, сложенные песками, подстилаемыми суглинками. Преобладают дерново-подзолистые песчаные почвы с содержанием Сорг – 1,5-3,0%. Типы миграции: окислительный [H+] и периодически слабовосстановительный [H+↔H+-Fe2+]. Уровень грунтовых вод залегает на глубине 3-5 м. Основные геохимические барьеры – кислородный и сорбционный. Отмечаются вышефоновые концентрации V и Pb, величина суммарного коэффициента загрязнения равняется 2,0. К трансэлювиальным ландшафтам относятся пологоволнистые I надпойменные террасы с дюнами и западинами, сложенные песками мощностью более 3 м. Содержание элементов в почвах находится в пределах или ниже фоновых концентраций. Эти геохимические ландшафты относятся к категории ландшафтов устойчивых к химическому загрязнению.
К супераквальным геохимическим ландшафтам относятся прирусловая пойма с прирусловыми валами и понижениями, центральная пойма с понижениями, старицами и вторичными водотоками, центральная пойма с повышениями, притеррасная пойма с понижениями, староречиями и устьевые участки притоков. Уровень залегания грунтовых вод в пределах этого ландшафта колеблется от 0,5 до 2,0 м. Эколого-геохимическая обстановка в пределах пойм неоднородная. Прирусловая и центральная поймы, сложенные аллювиальными песками, характеризуются как устойчивые к химическому загрязнению. В зонах распространения супесей и суглинков – среднеустойчивых. Для устьевых участков рек свойственны окислительный и восстановительно-окислительный типы миграции элементов. Почвенный покров представлен разновидностями дерново-аллювиальных. В них концентрируются V > Mn > Pb > Cu > Cr > Ni, величина суммарного коэффициента загрязнения 11,9 и устьевые участки в пойме можно классифицировать как слабоустойчивые к химическому загрязнению.