Круговорот веществ в природе закономерности распределения веществ в окружающей среде. Физико-химические свойства, определяющие перемещение веществ в окружающей среде, страница 7

Характер миграции (скорость, направление перемещения) ожжет измениться в результате трансформации вещества  - перехода в другие химические формы под действием внешних условий. Например, в водной среде, почве большое влияние на поведение веществ оказывают кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия, влияющие на растворимость вещества. Но если не принимать во внимание возможную трансформацию, то можно сделать вывод, что миграция конкретного в пределах одной среды определяется главным образом характеристиками переноса и физико-химическими условиями в данной среде. Влияние характеристик переносимого вещества при это незначительно.

II. Перемещение между сферами (через межфазные границы)

В этом случае основное значение имеют физико-химические свойства вещества (прежде всего те, которые определяют установление межфазного равновесия).

Коротко о процессах, определяющих межфазные переходы и основных факторах, которые имеют значение при определении возможности перемещения вещества через различные поверхности раздела фаз.

1.  вода ↔ почва – перемещение через эту границу раздела играет важную роль, например, в процессе загрязнения вод в результате применения химических препаратов на сельскохозяйственных землях (которые затем вымываются из почвы дождями), а так же в процессе загрязнения почв, контактирующих с загрязненными водами.

Для всех переходов химических веществ через границу вода почва основную роль играет адсорбционно-десорбционные процессы (протекающие по различным механизмам – физическая адсорбция, хемосорбция). Таким образом этот переход по существу процесс адсорбции-десорбции. Это равновесные процессы ________ которых зависит от:

·  растворимости вещества в воде;

·  от свойств вещества, определяющих адсорбцию на твердой поверхности

2.  вода ↔ воздух

Переход вещества из водного раствора в воздух – испарение – осуществляется в результате диффузии.  Обратный процесс называется сухое осаждение в воду. Оба этих процесса относятся к динамическим (а не равновесным), имеют одинаковые закономерности, но противоположно направленные. На границе раздела фаз вода-воздух имеют значение прежде всего:

· 

Определяют закономерности процесса

давление насыщенных паров вещества

·  растворимость его в воде

3.  почва ↔ воздух.

Переход из почвы в атмосферу – испарение из почвы, обратный переход – сухое осаждение в почву.

Миграционные процессы между этими средами наиболее сложны в силу сложности строения почвы. Почва – многофазная система, включая твердую фазу, жидкую и газообразную фазу. В свою очередь твердая фаза так же по химическому составу неоднородна и состоит из органических и минеральных составляющих. Таки образо здесь большое значение имеют обменные процессы ж/ТВ фаза, ж/газ, тв. фаза/газ.

Очевидно перенос вещества между средами почва ↔ воздух зависит:

·  от свойств вещества, определяющих адсорбцию на часицах почвы

·  давление насыщенных паров

·  присутствие воды в почве, которая влияет на перемещение вещества на границе раздела фаз

4.  физическая система ↔ биологическая система

граница раздела между этими системами существенно отличается от рассматриваемых систем. Здесь вещество, проникая в организм, проходит через биологическую (клеточную) мембрану, структура которой играет главную роль в переносе.

Геохимические барьеры

Миграция вещества в окружающей среде может привести в конечном итоге к его рассеянию или накоплению. Накопление вещества происходит в так называемых геохимических барьерах.

Геохимические барьеры – участки (части) биосферы, где происходит резкое замедление скорости миграции и, соответственно, накопление вещества, удерживание токсичных химических веществ в геохимических барьерах очищает потоки вещества и ограничивает сферу загрязнения.

Геохимические барьеры биосферы разделяет на 2 основных типа:

·  Природные

·  техногеные

Те и другие разделяются на участках изменения геохимической обстановки. В случае природных барьеров смена геохимической обстановки обусловлена природными особенностями конкретного участка биосферы, где формируется барьер. Техногенный барьер возникает при смене геохимической обстановки в результате антропогенной деятельности.

Оба типа барьеров разделяют на 3 класса:

·  биогеохимические

·  механические

·  физико-химические.

Биогеохимические – возникают при интенсивном закреплении химических веществ живыми организмами. Примером биогеохимического барьера может быть накопление в высоких концентрациях сельскохозяйственными культурами веществ, используемых при отработке сельскохозяйственных земель. Обычно такое накопление происходит при внесении чрезмерных доз удобрений или ядохимикатов (средств защиты растений).

Механические барьеры – участки с резким уменьшением интенсивности механического перемещения химических веществ. Они возникают при изменении скорости воздушных или водных потоков, например, при изменении направления русла реки, при наличии плотины на реке.

Механический барьер может возникнуть вследствие фильтрационного эффекта – таким барьером могут быть пористые породы. Механическим барьером для дисперсных частиц в приземном слое атмосферы являются лесополосы, на которых откладывается, большое количество пыли, выдуваемой из почв при обработке сельскохозяйственных земель.

Физико-химические барьеры – возникают при изменении физико-химических условий среды, в которой перемещается вещество. В них подвижность веществ уменьшается за счет, например, адсорбция, изменение степени окисления, образование гидроксидов (или др. нерастворимых форм) и т.п.

Распространенным типом физико-химических барьеров является щелочные барьеры в роли которых выступают карбонатные породы, концентрирующие многие элементы. Примером техногенного физико-химического барьера могу служить часто встречающие сероводородные барьеры. Они формируются в водных объектах при наличии сульфат-ионов в воде и поступление значительного количества органических веществ, например, со сточными водами населенных пунктов. Органические вещества, разлагаясь, поглощают растворенный в воде свободный кислород, так что формируются анаэробные условия и в роли окислителя выступает ион SO₄^2-   При этом сульфатная сера (S⁶⁺) восстанавливается до сульфидной, а сульфид-ион связывает многие элементы (сульфиды большинства металлов нерастворимы). Это ведет к остановке миграции элементов в водной среде и их накопление в таком сероводородном барьере.