Глава 28 ВОЗДУШНЫЕ МИГРАНТЫ

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Азот — (7; 14,0067)

Кларк азота в земной коре 1,9.10"3%, т.е. значительно ниже многих литофильных элементов. В магме, гидротермах азот в основном рассеян, и только в биосфере он концентрируется (28.5). По исключительному значению биогенной миграции азот занимает первое место среди всех элементов периодической системы. Важнейшим его источником для систем биосферы является молекулярный азот атмосферы N2, содержание которого составляет 78,09 об.%. Из атмосферы N поступает в поверхностные воды, почвенный воздух, более глубокие горизонты биосферы, где часто преобладает среди других газов. Резко сокращается содержание N только в газах

нефтяных, газовых и каменноугольных месторождений (28.6).

В биосфере газообразный N малоактивен (инертен), все же при грозах он соединяется с кислородом, образуя оксиды N0 и N02- Последний, взаимодействуя с водой и окисляясь, дает азотную кислоту. В конце XIX столетия были открыты микроорганизмы, поглощающие молекулярный N из воздуха и строящие из него белки.

Важнейшим источником N для растений служат его растворимые минеральные формы в почвах и водоемах — NH4"1" и NO3. В растениях они претерпевают сложные превращения, N входит в состав разнообразных органических соединений, среди которых важнейшими являются белки, содержащие 16 — 18% N. Растения — главный его источник для животных.

После смерти растений и животных их остатки в почвах и водоемах разлагаются микроорганизмами с превращением органического N в аммиачный (реакция аммонификации). Далее аммиак окисляется сначала до азотистой, а затем и до азотной кислот. Эти реакции нитрификации выполняются лишь особыми видами микроорганизмов.

Но в ландшафтах минерализуется не весь N — часть его содержится в гумусе, битумах и других компонентах почв и осадочных пород. Количество органического N в почвах достигает 0,1%, в углях — 1 — 2,5; в нефтях — 0,02 — 1,5; в осадочных породах в целом — 0,06%. Эти азотистые органические вещества постепенно минерализуются микроорганизмами, которые обогащают подземные воды аммиаком, нитратами, элементарным N, более простыми органическими соединениями.

Хотя NO3-, NO2-, NH4"1" подвижны и образуют легкорастворимые соединения, этап водной миграции N краток и вне пустынь его растворимые минеральные соединения эфемерны, т.к. из почв и вод они снова жадно захватываются растениями, азот вновь "организуется", входя в состав белков и других соединений. Поэтому содержание нитратов, нитритов и аммиака в водах биосферы мало. Только в пустынях возможна испарительная концентрация нитратов и накопление в солончаках чилийской селитры (NaNC>3). Однако, как правило, этот процесс не интенсивен и содержание нитратов в солончаках значительно уступает хлоридам и сульфатам. Лишь в пустынных долинах Чили на протяжении 720 км "селитряный пояс" содержит огромные запасы NaN03, концентрация которой в почве достигает 62%. В парагенезисе с селитрой находятся поваренная соль, сульфаты натрия, магния, кальция, бура, минералы йода. Образование залежей селитры связывают с сильными электрическими разрядами в атмосфере и вулканизмом, характерным для прилегающих Анд, миграцией оттуда нитратов с поверхностными и подземными водами в пустынные депрессии, испарительной концентрацией. Возможно, сыграла роль и длительная сухость климата (с мелового периода). До первой мировой войны чилийская селитра была главным источником азотных удобрений. Конец ее монополии наступил с изобретением способа связывания N атмосферы.

Пустынный климат способствовал и другому процессу накопления нитратов: на островах у западного побережья Южной Америки скапливаются огромные количества ценного удобрения гуано — продукта разложения помета птиц. Воды Тихого океана здесь исключительно богаты рыбой, которая привлекает птичьи стаи. Гуано богато нитратами (до 17% азота) и фосфатами, которые практически не выщелачиваются в условиях пустыни.

Важную роль в геохимии азота N играет и денитрификация — микробиологическое разложение нитратов с выделением элементарного азота.

При недостатке кислорода в водах эта реакция осуществляется особыми микроорганизмами. В результате подземные воды обогащаются элементарным N. Если бы не было денитрификации, то бактерии, связывающие N, удалили бы его из атмосферы за несколько миллионов лет.

Как и для других элементов, круговорот азота не замкнут и значительная часть его захоронена в углях, нефтях и других горючих ископаемых. В то же время в биосферу постоянно поступает глубинный N с термальными водами, в которых он растворен (азотные термы). В газах вулканов содержание N достигает десятков процентов. Все это звенья круговорота N, охватывающего не только биосферу, но и земную кору, верхнюю мантию.

Входя в состав органических соединений, N заряжается энергией, в то время как нитрификация сопровождается ее выделением. Таким образом, в биосфере N, как и О, Н, S, С, является геохимическим аккумулятором солнечной энергии.

Техногенез изменил круговорот N азота, усилил процессы, обогащающие ноосферу неорганическим, в том числе молекулярным N за счет сжигания угля, нефти, торфа, дров и т.д. В результате миллионы лет неподвижный в биосфере N активно включается в круговорот. На заводах при высоких температуре и давлении из N воздуха синтезируется аммиак, производятся удобрения. Грандиозна миграция N от центров их производства к полям культурных растений. В дальнейшем с продукцией сельского хозяйства эмигрирует уже органический N, главным образом входящий в состав растительных и животных белков. На тысячи километров эмигрирует и N нефтей, углей. Вырубка лесов, орошение степей и пустынь, осушение болот, агрохимия, селекция — все это изменяет круговорот N в ноосфере. С позиции геохимии ландшафта эти процессы еще недостаточно осмыслены.

Детально изучена проблема N в сельском хозяйстве, так как в азотных удобрениях нуждаются культурные растения от тундры до тропиков. Повышение урожайности во многом зависит от применения именно этих удобрений. Дефицитен N и в животноводстве. Агрогеохимия N в ландшафтах детально изучена В.Н. Башкиным и др.

Дефицит N в питании населения приводит к белковому голоданию, особенно характерному для ряда стран Азии, Африки и Латинской Америки. Из всех видов голода — белковый самый опасный. Разработаны многие пути улучшения белкового питания — использование одноклеточных водорослей, нерыбной продукции моря, применение синтетических веществ в животноводстве и т.д.

Загрязнение окружающей среды соединениями N исключительно опасно. По данным ЮНЕП, антропогенная эмиссия N02 за последние 50 лет ежегодно увеличивалась на 3 — 4% и достигла в 80-х годах 75 — 80 миллионов тонн в год. Это примерно половина от общего поступления N в биосферу. По В.Н. Башкину (1987), с атмосферными осадками поступает около 250 млн. т N, что сопоставимо с его биологической и техногенной фиксацией.

Основными техногенными источниками поступления в атмосферу соединений N служат минерализация и сжигание ископаемого топлива, выхлопы автотранспорта, производство аммиака и азотных удобрений. В воздухе агроландшафтов типично содержание 1 — 40 мг/м^ NO2, в городах оно колеблется от 20 до 90 мг/м^. В почвах, растениях и снеге вблизи азотных заводов образуются техногенные аномалии аммония, нитратов и нитритов (28.7). По данным         ВОЗ,            ПДК    NO2    в          воздухе          для  одного часа составляет 400 мг/м^,

Поступая в атмосферу из труб предприятий, соединения азота N затем выпадают с кислотными дождями. Избыточное применение азотных удобрений с целью достижения максимальной урожайности приводит к нежелательному накоплению нитратов в овощах и фруктах. Часть азотных удобрений, поступая из почв в водоемы, приводит к их эвтрофикации — взрыву продуктивности сине-зеленых водорослей, ухудшению качества воды, условий существования рыб. В грунтовых водах нитраты частично переходят в соли азотистой кислоты — нитриты, особенно вредные для здоровья.

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов