Проблемы охраны окружающей среды (геохимические аспекты).
Геологический факультет МГУ, кафедра геохимии, тел. 939-25-59 и лаборатория охраны геологической среды, тел. 939-24-44; Географический факультет МГУ, лаборатория экологической гидрохимии, тел. 939-54-70.
Авторы с.н.с. Алехин Юрий Викторович, в.н.с. Савенко Виталий Савельевич, в.н.с. Сергеев Валерий Иванович.
Курс читается в 7 семестре для студентов всех ГЕОХИМИЧЕСКИХ 011300 СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ
Объем курса - 42 часа лекций.
Форма контроля. Курс завершается зачетом.
Аннотация. Курс рассчитан на студентов - геологов с углубленной химической подготовкой (геохимики, минералоги, петрологи, кристаллографы, экогеологи). Основная направленность курса - глобальные проблемы экогеохимии с позиций анализа нарушений геохимических циклов элементов в результате геологических процессов и деятельности человека. Значительная часть курса посвящена проблемам устойчивости биогехимических циклов биофильных макроэлементов и различным природным механизмам поддержания гомеостаза в биосфере. В отношении техногенных загрязнений абиотическими микроэлементами и тяжелыми металлами рассматриваются конкретные способы уменьшения экологических рисков и методы борьбы с негативным влиянием токсикантов. Обосновывается концепция встраивания техногенных потоков загрязнителей и токсикантов в естественные геохимические циклы элементов с помощью природных и искусственных геохимических барьеров, а также резервуаров депонирования. 6 лекций посвящены процессам массопереноса в атмосфере, роли атмосферы в замыкании геохимических циклов, поддержании биотического гомеостаза и коэволюции составов атмосферы, биосферы и гидросферы. Подробно рассматриваются химические и фотохимические процессы в верхних слоях атмосферы, проблемы озонового слоя, а также роль ультрафиолетового излучения в эволюции биоты и глобальных экологических катастрофах. Глобальным проблемам экологии гидросферы посвящены 3 лекции, в которых рассматривается роль Мирового океана в процессах депонирования и межрезервуарного массообмена биофильными и биокосными элементами, циклы углерода, фосфора, серы и железа, а также представления о резервном и обменном фондах в глобальных и малых циклах. Для гидросферы и атмосферы детально рассмотрены соотношения природных и антропогенных факторов миграции ряда элементов, в особенности потенциальных токсикантов. Специфические биогеохимические черты биосферных процессов дополнительно рассмотрены в 3 лекциях на примере циклов кислорода, углерода и азота, а также геохимических циклов миграции других элементов в биосфере. Поверхностным водам суши, грунтовым водам и экзогенным геохимическим барьерам посвящено 6 лекций. В них, помимо причин и механизмов естественной эволюции состава вод, подробно рассмотрены методики и мероприятия по обеспечению очистки вод на адсорционных и адсорбционно-осадительных барьерах. Проблемы и методы промышленной экологии рассмотрены в двух лекциях. Завершает курс лекция,посвященная стратегическим принципам оптимальной коэволюции биоты и человечества, где рассматриваются концепция устойчивого развития и естественные пределы и ограничения экстенсивного развития в свете сложившейся структуры основных антропогенных процессов.
Содержание курса.
1. Структура, состав и физико-химические свойства атмосферы и глобальные экологические проблемы их изменения. Особенности геохимических циклов постоянных, переменных и случайных составляющих газового состава. Вода в атмосфере и энергетика глобального гидрологического цикла. Углекислота и другие парниковые газы.
2. Аэрозоли, их генезис и состав. Прозрачность атмосферы, проблемы глобального теплового загрязнения. Процессы самоочищения атмосферы. Соотношения между природными и антропогенными источниками эмиссии различных элементов и соединений в атмосферу. Роль атмосферы в замыкании геохимических циклов.
3. Процессы массопереноса и резервуарные модели геохимических циклов элементов. Главные виды процессов межрезервуарного массообмена исовременные проблемы прогноза эволюции состава резервуаров. Основные уравнения геохимического баланса вещества и следствия из них для направленной коррекции геохимических циклов.
4. Процессы в верхних слоях атмосферы. Космические лучи и космические частицы. Генетические аспекты воздействия ультрафиолетового излучения. Роль излучений в эволюции биоты. Озоновый защитный слой и основные процессы образования и разрушения озона. Фреоны, другие газы-озоноразрушители и эндогенная эмиссия восстановленных газов.
5. Роль атмосферы в поддержании биотического гомеостаза и коэволюции составов атмосферы, биосферы и гидросферы. Атмосфера и климат. Климатические эпохи. Гетерогенность геохимической среды и эволюция условий жизни. Космические процессы и ритмы земной жизни. Ядерные взрывы и атмосфера. Ядерная энергетика.
6. Локальные и региональные проблемы загрязнения атмосферы и промышленная экология. Кислотные дожди и продукты сгорания. Фотосмог. Способы очистки газовых выбросов и борьба с техногенным загрязнением атмосферы. Проблемы безотходных и малоотходных технологий.
7. Организация биосферы. Биогенные и биокосные элементы. Биогеохимические циклы элементов. Термодинамический базис циклической миграции. Сопряженные процессы в открытых градиентных системах. Круговорот кислорода и фотосинтетики. Роль сине-зеленых водорослей в эволюции биосферы. Круговорот азота и серы. Гомеостаз биоты и проблемы глобальных катастроф в истории Земли и на современном этапе.
8. Геохимические процессы в ландшафтах. Биогеохимические провинции и оптимальные интервалы содержаний элементов в почвах, обеспечивающие гомеостаз биотических сообществ. Термодинамика наземных экосистем и геохимия почвообразования. Влияние хозяйственной деятельности на геохимию ландшафтов.
9. Глобальные проблемы экологии гидросферы и геохимические процессы в океане. Биологическая и биогеохимическая структура океана. Биоассимиляция и биоседиментация. Соотношение биологических и физико-химических процессов миграции в океане. Седиментация.
10. Роль Мирового океана в процессах депонирования биофильных и биокосных элементов в глобальных геохимических циклах. Большие и малые геохимические циклы и время пребывания химических элементов в океане. Представления о резервном (недоступном) и обычном (доступном или обменном) фондах элементов в глобальных и малых циклах.
11. Циклы углерода,фосфора,железа и серы. Формирование донных отложений, процессы массобмена вода-дно и диагенез. Антропогенные изменения океанической миграции элементов. Общая характеристика геохимических циклов миграции элементов в биосфере. Циклы с резервным фондом в атмосфере и гидросфере и циклы с резервным фондом в литосфере. Устойчивость циклов биофильных макроэлементов.
12. Геохимия и экология природных вод суши. Выветривание и формирование состава вод первичной гидрографической сети. Речной сток. Краткие сведения о гидрохимии и гидробиологии вод суши. Соотношения природных и антропогенных факторов в формировании стока растворенных и взвешенных веществ.
13. Озера и водохранилища. Эвтрофикация, ее причины и меры борьбы с ней. Сине-зеленые водоросли и альготоксины. Термодинамика водных экосистем. Роль донных отложений в процессах самоочищения и вторичного загрязнения водоемов. Требования к качеству питьевых вод.
14. Причины эволюции состава подземных вод и геохимические барьеры как области депонирования геохимически парагенных групп элементов. Комплексообразование и формы существования переходных и тяжелых металлов в водах. Лигандный состав незагрязненных и загрязненных вод и способы разрушения комплексов и комплексообразователей.
15. Роль окислителей и восстановителей, ХПК вод и внутриклеточные Red-Ox - процессы c участием кислорода и перекиси водорода. Виды токсического воздействия загрязнителей на внутриклеточные процессы. ПДК загрязнителей вод, оценка экологических рисков и класса опасности. Биотестирование состояния окружающей водной среды.
16. Методики обеспечения экологической безопасности грунтовых вод на геохимических барьерах различного типа. Мероприятия по очистке промстоков и грунтовых вод в местах складирования токсичных отходов. Определение миграционных параметров выявленных загрязнителей и способы оценки поглощаюшей способности грунтовой толщи.
17. Оценка степени естественной защищенности подземных вод от загрязнителей. Концепция использования адсорбционных и адсорбционно-осадительных барьеров с минеральными фазами, устойчивыми в грунтовых водах зоны аэрации и в коре выветривания. Дополнительные меры по обеспечению экологической безопасности в районах складирования отходов и приемы промышленной экологии.
18. Значение инженерно-геологических материалов при оценке защищенности подземных вод. Роль противофильтрационных мероприятий. Прогноз распространения загрязнителей в пределах грунтовой толщи и расчеты предельно-допустимого времени эксплуатации мест складирования. Расчеты минимальной мощности и оптимизация строения и состава искусственных геохимических экранов.
19. Промышленная экология. Способы очистки газовых выбросов. Способы очистки почв. Характерные промышленные загрязнители вод и способы нейтрализации токсичных отходов. Современные технологии очистки оборотных, сбросовых и сточных вод. Поля фильтрации и поля орошения, биохимическая и фильтрационная очистка вод. Гумусирование бытовых отходов промышленные технологии окисления (применение хлора, озона, перекисей).
20. Утилизация и переработка твердых отходов. Вторичное сырье и вторичные ресурсы. Безотходные технологии - предельный случай реальных технологий, малоотходные и ресурсосберегающие технологии. Принципы и пути оптимизации хозяйственной деятельности человека. Структура (энергетическая и материальная) основных антропогенных процессов.
21. Стратегические принципы оптимального развития человечества. Естественные пределы и ограничения экстенсивного развития и концепция устойчивого развития. Энергетические и материальные балансы устойчивого развития, гомеостаз биосферы и сценарии развития человечества.
Литература.
1. Богдановский Г.А. Химическая экология. М., МГУ, 1994.
2. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. М., Недра. Кн.1 - 1994, кн.2 - 1994, кн.3 - 1996, , М., Экология,Кн. 4 1996. Книга может пригодиться при написании реферата об эколого-геохимических свойствах конкретного элемента. Другие тома в электронном виде смотрите на старничке курса общей геохимии
3. Ковальский В.В. Геохимическая среда и жизнь. XXI чтения имени В.И.Вернадского. М., Наука, 1982.
4. Савенко В.С. Природные и антропогенные источники загрязнения атмосферы. // Итоги науки и техн. Сер.Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов. М., ВИНИТИ, 1991.
5. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. М., Высшая школа, 1994.
6. Сывороткин В.Л. Озоновый слой, дегазация Земли, рифтогенез и глобальные катастрофы. М., АО Геоинформмарк, 1994.
Статья
Обсуждение