2015-04-17
481
Пожалуй, ни одна из наук, родившихся в наш XX век, не приобрела за короткий срок своего существования такой значимости, как экология – наука, изучающая взаимосвязи растений и животных между собой и с окружающей средой. Термин экология предложен немецким ученым Э. Геккелем в 1869 году и состоит из двух греческих слов oikos – дом, жилище и logos – учение, наука.
В 1875 году определение биосферы как основной оболочки Земли было дано видным австрийским геологом Э. Зюссом. Современные представления о биосфере и определение ее содержания и границ появились в классических исследованиях выдающегося натуралиста В.И. Вернадского (1863-1945 г.)
Биосфера – есть верхняя оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Таким образом, биосфера охватывает атмосферу, гидросферу, почву и верхние горизонты литосферы и имеет свою особую специфику взаимодействия и подчиняется определенным закономерностям своего развития (рис. 11.1.)
Современная картина распределения живого вещества занимает особое место и качественно резко отличается от всех других геосфер Земного шара. Биомасса организмов суши примерно в 800 раз превышает биомассу Мирового океана. На поверхности континентов растения по массе резко преобладают над животными. В океане мы наблюдаем обратное соотношение.
Живое вещество – все существующие растения, животные и микроорганизмы, образующие на Земле единое вещество – живое вещество биосферы.
Атомы химических элементов создают в живых организмах в сочетании с водой и минеральными солями сложные молекулярные постройки, представленные углеводами, липидами, белками и нуклеиновыми кислотами, которые характеризуются следующим составом.
Углеводы – органические вещества, состоящие из C, Н, О. Их общий состав может быть выражен формулой СnH2nOn. Простейший углевод представляет глюкозу: С6H12O6. Подразделяются углеводы на простые – моносахариды и сложные – полисахариды. Углеводы – основной источник энергии всех форм клеточной деятельности. Они строят прочные ткани растений (целлюлоза) и играют роль запасных питательных веществ в организмах. В химическом отношении углеводы можно представить как сочетание углерода и воды. Они являются первым продуктом фотосинтеза зеленых растений.
 |
Липиды, состоящие преимущественно из H и C, – это жироподобные вещества и жиры, плохо растворяющиеся в воде. Из них состоят клеточные перегородки (мембраны). Жиры ввиду малой теплопроводности выполняют защитную функцию, а также выполняют роль запасных веществ питания в организмах.
Белки – наиболее сложные химические соединения. Они представляют собой сочетание 20 различных аминокислот; молекулы белков имеют большие размеры и поэтому их иногда называют макромолекулами. Молекулы аминокислот состоят из специфической части или радикала (R) и части, одинаковой для всех аминокислот, включающей аминогруппу (NH2) и карбоксильную группу (COOH).
Многие белки выполняют в живых организмах роль естественных катализаторов – ферментов, ускоряющих химические реакции в десятки и даже сотни миллионов раз. В настоящее время известно около тысячи ферментов. В их состав, кроме белков входят металлы Mg, Fe, Mn и др.
Нуклеиновые кислоты – находятся в ядре клеток. Представлены они двумя типами кислот – дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК). Их биологическая роль исключительно велика, поскольку они регулируют естественный синтез белков в организмах и осуществляют передачу наследственной информации из поколения в поколение.
Атмосфера – газовая оболочка нашей планеты. Атмосферный воздух представляет собой естественную смесь газов. Физические свойства атмосферного воздуха: молекулярный вес сухого воздуха – 28,966; плотность при давлении 760 мм рт. ст. – 1,2928 кг/м3. Состав атмосферы Земли с градацией на разные компоненты даны в табл. 11.1.
Таблица 11.1
Состав атмосферы (гомосферы) Земли (без H2O)
| Элементы или соединения | Содержание | Общая масса, г | |
| об. % | вес. % | ||
| Главные компоненты | |||
| N2 | 78,084 | 75,51 | 3,865´1021 |
| O2 | 20,946 | 23,15 | 1,184´1021 |
| Второстепенные компоненты | |||
| Ar | 0,934 | 1,28 | 65,5´1018 |
| CO2 | 0,033 | 0,046 | 2,23´1018 |
| Всего | 99,997 | 99,986 | |
| Микрокомпоненты | |||
| Ne | 182´10-5 | 125´10-5 | 63,6´1015 |
| He | 53´10-5 | 7,2´10-5 | 3,7´1015 |
| Kr | 12´10-5 | 29´10-5 | 14,6´1015 |
| Xe | 0,9´10-5 | 3,6´10-5 | 1,8´1015 |
| H2 | 5´10-5 | 0,3´10-5 | 0,2´1015 |
| Ксенокомпоненты | |||
| CH4 | 15´10-5 | 9´10-5 | 4,3´1015 |
| N2O | 5´10-5 | 7,6´10-5 | 4,0´1015 |
| O3 | 4´10-5 | 6´10-5 | 3,1´1015 |
| Rn | 4,5´10-17 | 6´10-18 | 2,32´102 |
| Кроме указанных элементов в атмосфере присутствуют SO, H2S, F, Br, Hg; пары воды присутствуют в переменных количествах. Содержание озона увеличивается с высотой. |
Вредные вещества, попадающие в атмосферу, воздействуют на человека и их предельно допустимые концентрации приведены в табл. 11.2.
Выделяют следующие основные вещества, загрязняющие атмосферу, и их источники (табл. 11.3).
Таблица 11.2
Предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ в атмосфере, мг/м3
| Элементы или соединения | ПДК | Элементы или соединения | ПДК | ||
| max | ср. сут. | max | ср. сут. | ||
| Акролеин | 0,30 | 0,10 | Сероуглерод | 0,03 | 0,01 |
| Бензол | 2,40 | 0,80 | Сажа | 0,15 | 0,05 |
| Метанол | 1,50 | 0,50 | Серная кислота | 0,3 | 0,1 |
| Марганец | 0,03 | 0,01 | Свинец | - | 0,0007 |
| Моноксид углерода | 6,0 | 1,0 | Формальдегид | 0,035 | 0,012 |
| Оксид азота (II, IV) | 0,3 | 0,1 | Фтористые соединения | 0,03 | 0,01 |
| Мышьяк | - | 0,003 | Фенол | 0,01 | 0,01 |
| Пыль нетоксичная | 0,5 | 0,15 | Хлористый водород | 0,05 | 0,015 |
| Сернистый ангидрид | 0,5 | 0,15 | Ртуть металлическая | - | 0,0003 |
| Сероводород | - | 0,008 | Хлоропрен | 0,25 | 0,018 |
| Хлор | 0,10 | 0,03 | Хром (IV) | 0,0015 | - |
Продолжение таблицы 11.3
| Радиоактивные вещества | Атомные электростанции Ядерные взрывы |
| Частицы | |
| Тяжелые металлы и минеральные соединения | Вулканическая деятельность Космическая пыль Ветровая эрозия Водяная пыль Промышленное производство Работа двигателей внутреннего сгорания |
| Органические вещества, естественные и синтетические | Лесные пожары Химическая промышленность Сжигание топлива Сжигание отходов Сельское хозяйство (пестициды) |
Гидросфера – это совокупность природных вод нашей планеты. Значение воды, как мощного агента и первостепенного геохимического фактора миграции веществ в принципе известно, достаточно хорошо. Оно связано с ее физико-химическими свойствами – способностью находиться в пределах биосферы Земли в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Общее распределение воды на Земле показано в табл. 11.4.
Источники минерализации природных вод и их соединений показаны в табл. 11.5.
Таблица 11.4
