География и геология/ 6. Природопользование и экологический  мониторинг

Д.ф.-м.н. А.А.Байрамов

Азербайджанская Высшая Военная Школа им. Г.Алиева, Азербайджан

ул.Нахимова 18, AZ1018, Баку

С.М.Байрамова

Институт Геологии Азербайджанской Национальной Академии Наук

пр.Г.Джавида 29, AZ1143 Баку Азербайджан

Мониторинг состава природных газовых смесей в биосфере

Газовые смеси целиком составляют атмосферу, значительное количество газов заполняет пустоты и полости в почвах, в осадочных и магматических породах. Кроме того, газы находятся в литосфере в сорбированном состоянии и в включениях в минералах. Общая их масса составляет свыше 5×10¹⁵ т, порядка 80-90% сосредоточено в тропосфере до высот 5-17 км.

Процессы образования газов объединяют в три группы: физико-химические, биогенные и техногенные. В процессе образования газовой оболочки Земли, несомненно, главная роль принадлежит физико-химическим процессам. Они не только господствуют в глубоких частях земной коры, Но и широко распространены в биосфере. К ним относятся и радиоактивный распад (образование Ar, He, Rh), и радиолиз воды (Н, О), и ядерные реакции в атмосфере (¹⁴С, ³Н), и разрушение минералов при выветривании (газы включений), и различные окислительно-восстановительные реакции (CO₂, H₂S), и т.д. О составе газов атмосферы, их устойчивости и основных реакциях, определяющих неустойчивость, можно судить по данным таблицы. Кроме перечисленных в таблице в состав тропосферы входят 0,021-4% находящихся в виде молекул паров воды, до n×10^-4–SO₂, n×10^-4–NO₂, а также I₂, NH₃, CO.

В атмосфере присутствует также озон, он занимает объем (2-5)×10^-5 %. Распределен он неравномерно: у поверхности земли его содержание не превышает 10^-4 %, наибольшая концентрация наблюдается на расстоянии 20-25 км. Мощность озонового слоя при обычных условиях составляет 1,7-4 мм. Для озона характерна сильная абсорбция света с длиной волн 2000-3000 ангстрем, т.е. ультрафиолетовых лучей. Задерживая коротковолновую радиацию солнца. Озоновый слой делает возможным существование биосферы. В результате рассматриваемого процесса увеличивается тепловая энергия газовых молекул и повышается температура в верхней части атмосферы.

Таблица. Постоянные компоненты атмосферного воздуха.

Элемент	Содержание, %	Устойчивость	Химические реакции, определяющие неустойчивость
N2	78,084	Устойчив	-
O2	20,946	Неустойчив	Медленно реагирует с FeO и соединениями углерода
Ar	0,934	Устойчив	-
CO2	0,033	Неустойчив	Медленно реагирует с силикатами
Ne	18,18×10^-6	Устойчив	-
He	5,24×10^-6	-	-
CH4	2×10^-6	Неустойчив	CH4+2O2®CO2+2H20
Kr	1,14×10^-6	Устойчив	-
H2	0,5×10^-6	Неустойчив	2H2+O2®2H2O
N2O	0,5×10^-6	-	2N2O®2N2+O2
Xe	0,087×10^-6	Устойчив	-

По всей видимости, образование озона связано с фотохимическими реакциями, его масса в течении различных времен года примерно одинакова, а его относительная неравномерность распределения объясняется перемещениями как в пределах полушарий, так и в меридиальном направлении.

Газы являются важной составной частью и почв. Их состав существенно отличается от состава газов атмосферы, а занимаемый ими объем определяется степенью увлажнения почв. Общий объем пор и пустот в почвах колеблется от 25 до 60%, заполняются они газом и почвенными растворами. Основными компонентами почвенных газов являются азот (78-80%), кислород (0,1-20%) и углекислый газ (0,1-15%).

По сравнению в атмосферным воздухом в почвенном резко (в среднем в 10 раз) повышено содержание СО₂. Он выделяется корневыми системами высших растений и аэробными организациями, которые энергично поглощают почвенный кислород. Таким образом, увеличение содержания СО₂ контролируется интенсивностью биологических процессов, протекающих в почве. Это определяет неравномерность и непостоянство содержания диоксида углерода и кислорода: максимум СО₂ отмечается в теплое время года и в более глубоких горизонтах, у которых затруднен обмен с атмосферой. На содержание СО₂ (а соответственно и на процентное содержание О₂ и N₂) оказывает влияние ландшафтно-геохимические особенности. Его высокое содержание характерно для лесостепных ландшафтов. Если затруднен газообмен почв и атмосферы, то в составе газов почв резко уменьшается содержание О₂ и появляются СН₄, H₂S, NH₂, что связано с развитием анаэробных микробиологических процессов.

Над некоторыми месторождениями полезных ископаемых и над разрывными нарушениями в почвы из более глубоких горизонтов Земли поступают газы – углеводорода, среди которых чаще преобладают CH₄, He, N₂, H₂S, CO, H₂, Ar, Hg, Rn, Xe, Kr. На этом явлении основаны геохимические методы поисков полезных ископаемых.

Рассматривая содержание газов в горных породах, следует в первую очередь отметить газы нефтяных и газовых месторождений. Основными из них являются углеводородные газы (СН₄ и др.), CO₂, N₂, H₂S, He, Ar. Среди каменноугольных газов преобладают CH₄, CO₂, H₂, N₂. Газы, поступающие с больших глубин, состоят главным образом из CO₂, H₂, SO₂, H₂S, HCl, Hf.

Что касается газов включений в минералах, то имеющиеся к настоящему времени данные позволяют считать, что из этих газов преобладают, кроме паров воды, CO₂, CO, N₂, H₂, H₂S, а также большая группа углеводородных и инертных газов.

Литература

1. В.А.Алексеенко Экологическая геохимия. М., Логос,2000.
2. М.А.Глазовская Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М., Высщая школа, 1988.

3. А.И.Перельман Геохимия. М., Высшая школа, 1989.

4. Химическое загрязнение почв и их охрана /Д.С.Орлов и др. М., Агропромиздат, 1991.