ЛЕКЦИЯ 1 Понятие о предмете «Химия окружающей среды

ЛЕКЦИЯ 1
1.
2.
Понятие о предмете «Химия окружающей среды», связь с
другими науками.
Современные представления о возникновении Вселенной и
жизни на планете Земля
В основе жизни, как и в основе изменения химического состава
биосферы, лежат химические процессы. Для описания и управления
динамическим равновесием в биосфере необходимо знание химических
механизмов взаимодействия между отдельными подсистемами. Эти
проблемы лежат в основе дисциплины «Химия окружающей среды» (ХОС), в
которой изучаются химические взаимодействия и химизм процессов в
атмосфере, гидросфере и литосфере. В задачи ХОС входят вопросы о степени
влияния отдельных видов антропогенных воздействий на живую природу,
изучение качественного и количественного состава антропогенных
загрязнений биосферы в результате производственной и сельскохозяйственной деятельности человека и механизмов химических превращений
веществ в окружающей среде, предсказания возможных экологических
последствий химических загрязнений. Доминирующим аспектом здесь
является биологический.
Проблемы охраны окружающей среды сложны и многоплановы. Они
включают не только чисто научные аспекты, но и экономические,
социальные, политические, правовые, эстетические.
Для решения проблем охраны окружающей среды необходимы
исследования того, как ведут себя в ней, к каким последствиям приводят
новые виды химических соединений, попадающих в круговорот веществ в
биосфере в результате человеческой деятельности, то есть требуется
качественно новый подход к оценке взаимодействия человека с окружающей
средой и его влиянию на скорость и направление антропогенных и
природных факторов. Наряду с констатацией происходящих в природе часто
негативных изменений нужно переходить к прогнозированию и управлению
качеством среды обитания.
Современные представления о возникновении Вселенной и жизни
на планете Земля
Происхождение и эволюция Земли. Принято считать, что Вселенная
возникла в одни момент в результате огромного взрыва, обычно называемого
Большим взрывом. Планеты нашей Солнечной системы образовались, повидимому, из облака горячих газов, остатков взрыва сверхновой звезды.
Сконденсировавшиеся пары образовали твердые частицы, объединившиеся в
небольшие тела, в результате срастания которых возникли плотные
внутренние планеты (от Меркурия до Марса). Крупные внешние планеты,
будучи более удаленными от Солнца, состояли из газов меньшей плотности,
конденсация которых происходила при гораздо более низких температурах.
1
Когда молодая Земля выросла примерно до своей современной массы,
она нагрелась, в основном за счет радиоактивного распада нестабильных
изотопов и частично путем улавливания кинетической энергии от
столкновений крупных осколков. В результате такого нагрева расплавились
железо и никель, а их высокая плотность позволила им погрузиться в центр
планеты, образовав ядро. Последующее охлаждение способствовало
затвердеванию оставшегося материала в виде мантии.
Образование земной коры и атмосферы. Земная кора, гидросфера и
атмосфера образовались в основном в результате высвобождения веществ из
верхней мантии молодой Земли. За счет этих процессов сформировалась
оболочка из породы толщиной менее 0,0001% объема всей планеты (рис.1).
Состав
этой
оболочки,
образующей
континентальную
кору,
эволюционировал во времени прежде всего за счет возгонки элементов из
мантии в результате частичного плавления на глубине примерно 100 км.
Можно предположить, что летучие элементы выделились (дегазировались) из мантии в результате извержений вулканов, сопровождавших
образование коры. Некоторые из этих газов удержались и образовали
атмосферу, когда поверхностные температуры стали достаточно низкими,
гравитационное притяжение достаточно сильным.
Средний химический состав современной коры (рис. 2) показывает, что
кислород содержится в ней в наибольшем количестве, сочетаясь в разных
видах с кремнием, алюминием и другими элементами с образованием
силикатов.
Рис. 1. Схематичный разрез Земли
Рис. 2. Процентный состав основных элементов коры Земли
Аккреция вещества Земли привела к временному его разогреву и
образованию легких молекул первичной атмосферы, прежде всего водорода
и гелия, рассеянных в космическом пространстве. Последующее понижение
2
температуры в результате сильного излучения тепла привело к образованию
твердой коры. Активный вулканизм мешал этому процессу, но в то же время
поставлял большие количества газов, из которых образовалась вторичная
атмосфера. В ней, кроме Н2 и Не, есть и другие газы (СН4, NH3 и H2O (рис.3).
Рис. 3. Схема образования органических соединений из газов первичной
атмосферы под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца
На рисунке 4 представлены возможные схемы и направления
химической эволюции на планете Земля.
3
Рис. 4. Возможности химической эволюции на Земле
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что изучает предмет «Химия окружающей среды» ?
2. .В результате какого процесса возникла Вселенная и как
сформировались планеты нашей Солнечной системы ?
3. Как происходило образование земной коры, гидросферы и атмосферы ?
4. Каков средний химический состав современной земной коры ?
5. Назовите состав первичной и вторичной атмосферы.
4