Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
Составляя единую гигантскую биогеосистему, атмосфера, гидросфера и поверхностный слой земного шара находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и каждый из них - с биосферой. Такая система обладает огромной буфериостью, т.е. способностью противостоять внешним воздействиям. Однако многолетние наблюдения показывают, что отдельные звенья биогеосистемы поддаются воздействию антропогенных факторов. Такое влияние не всегда очевидно, и наука призвана дать объективные представления о тех изменениях, которые происходят в биогеосистеме под действием конкретных антропогенных нагрузок.
Для более надежного прогнозирования будущего Земли необходимо иметь хотя бы приближенное представление о ее прошлом. Предполагают, что атмосфера Земли на начальном этапе ее эволюции была совсем иной, чем в настоящий период. При остывании раскаленной земной оболочки выделялись газы, сходные, вероятно, с продуктами вулканической деятельности. Их состав: около 80 % паров H2O5 примерно 10 % CO2, 5...7% H2S, 0,5...1,0 % H2, N2 и СО, а также следы CH4, HCl, Ar и других благородных газов. В составе этих газов отсутствовал свободный кислород.
Океан сформировался на Земле 3,8...4,2•1O9 лет тому назад. По оценкам специалистов зарождение первых бактерий произошло около 3,5-Ю9 лет до нашего времени. Полагают, что в отсутствии кислорода синтез органических веществ происходил с участием сероводорода:
С02(г) + 2H2S(D CH2OfTB, + 2S(K) + Н20(ж), (6.1)
282
В. В. Вольхин. Общая химия
где CH2O - условное обозначение органических веществ (углеводов).
На последующем этапе эволюции Земли появились организмы, способные осуществлять процесс фотосинтеза
С02(г) + Н20(ж), + Av -» CH2O(K) + 02(г), (6.2)
где /7V - фотон света. В ходе этого процесса начал вырабатываться молекулярный кислород. Первоначально он растворялся в водах Мирового океана, где и протекал, в основном, процесс фотосинтеза. Но по мере того, как океаническая вода насыщалась кислородом, последний начал выделяться в атмосферу. Поступление O2 в стратосферный слой атмосферы привело к образованию озона O3 и появлению защиты земной поверхности от губительного ультрафиолетового излучения Солнца, что создало условия для формирования высокоорганизованных живых организмов.
Примерно 1,0...1,5 млрд лет потребовалось на формирование современной атмосферы, в составе которой содержание O2 достигло 21 %. Если в «докислородный» период на Земле существовали только бактерии и сине-зеленые водоросли, то за последние 1,5 млрд лет возникли все виды животных, а также водоросли, грибы и растения. Однако по мере изменения состава атмосферы и связанных с ней условий жизни происходило преобразование форм и видов живых организмов, одни из них исчезали, а новые - появлялись. В конечном итоге сформировалась та природная среда, которая окружает нас сегодня.
При знакомстве с процессами эволюции жизни на Земле снова возникает вопрос: насколько опасны для природной среды результаты деятельности человека, если естественные глобальные изменения в ней происходят неизбежно? Но даже не имея хорошо обоснованного ответа на этот вопрос, следует признать, что изменения в природной среде под влиянием человеческой деятельности пока по масштабам относительно небольшие, но по скорости своего протекания они заметно отличаются от тех изменений, которые вызваны естественными причинами. Как говорилось выше, увеличение концентрации кислорода от 1 до 21 % в атмосфере Земли происходило в течение 1,5 млрд лет, и для живых организмов сохранялась возможность генетически приспособиться к этому изменению. Скорость возрастания антропогенной нагрузки значительно выше, о ней можно судить на примере роста выбросов в атмосферу CO2. В период с I860 по 1978 г. ежегодный прирост выделяемого углерода составлял около 1 млрд т. Известно также, что за 200 лет концентрация CO2 в воздухе возросла с 0,028 до 0,034 %. Эти изменения состава атмосферы происходят в совсем ином масштабе времени, чем те, которые протекают естественным путем.
Для более детального ответа на вопрос о возможных последствиях антропогенной нагрузки на окружающую среду важно знать состояние последней в естественных условиях, определить изменения в ней в результате влияния конкретных антропогенных факторов, установить формы и механизмы связей между живыми организмами и антропогенными факторами. Казалось бы, многие из указанных взаимосвязей не являются предметом обсуждения в данной главе, посвященной знакомству с отдельными аспектами химии окружающей среды. Но невозможно обособленно изучать химические процессы в окружающей среде, т.к. они нередко протекают с участием живых организмов. Поэтому неизбежно их обсуждение в свете общих проблем экологии и, следовательно, целесообразно ознакомление с некоторыми экологическими терминами.
Химия окружающей среды
283
При изучении окружающей среды в ее составе выделяют биоты - совокупности видов организмов, свойственные тем или иным крупным территориям или природным сферам (биота моря, биота почвы, биота тундры и т.п.). По отношению к ним другие части окружающей среды можно представить как а б но ты. Условия среды существования и движущую силу жизнедеятельности организмов относят к экологическим факторам. Различают биотические экологические факторы, связанные с отношениями организмов между собой, и абиотические экологические факторы, порождаемые неживой природой, это факторы климатические (свет, температура, влажность и др.) и эдафические (плодородие, минерализация и др.). Условно выделенная из окружающей среды система, в которой между биотическими и абиотическими компонентами происходит обмен энергией и веществом, называется экосистемой. Взаимоотношения организмов и образуемых ими сообществ с биотическими и абиотическими экологическими факторами являются предметом изучения экологии.
