4. Структура и содержание дисциплины 4.1. Распределение трудоемкости дисциплины по видам работ по семестрам
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 3 зач.ед. (108 часов), их распределение по видам работ по семестрам представлено в таблице 2.
Таблица 2
Распределение трудоемкости дисциплины по видам работ по семестрам
Вид учебной работы
|
Трудоемкость
|
|
зач.
ед.
|
час.
|
в т.ч. по
семестрам/модулям
|
|
|
|
5
|
Общая трудоемкость дисциплины по
учебному плану
|
3
|
108
|
108
|
Аудиторные занятия
|
1,5
|
54
|
54
|
Лекции (Л)
|
0,5
|
18
|
18
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
1,0
|
36
|
36
|
Самостоятельная работа (СРС)
|
1,5
|
54
|
54
|
Поиск литературы для написания реферата
|
0,33
|
12
|
12
|
Реферат
|
0,28
|
10
|
10
|
Подготовка к зачету
|
0,89
|
32
|
44
|
Зачет
|
0,25
|
9
|
9
| 4.2. Содержание дисциплины
Тематический план учебной дисциплины
Таблица 3
Наименование разделов и тем дисциплин (укрупнёно)
|
Всего
|
Аудиторная работа
|
Внеаудиторная работа СР
|
|
|
Л
|
ПЗ
|
ЛР
|
|
Раздел 1 «Химия атмосферы»
|
15
|
6
|
-
|
4
|
15
|
Раздел 2 «Химия гидросферы»
|
43
|
6
|
-
|
32
|
15
|
Раздел 3 «Химия литосферы»
|
12
|
6
|
-
|
-
|
24
|
Всего за 5 семестр
|
72
|
18
|
-
|
36
|
54
|
Итого по дисциплине
|
108
|
18
|
-
|
36
|
54
|
Раздел 1 «Химия атмосферы»
Тема 1 «Строение атмосферы»
Спектр излучения Солнца и спектр поглощения атмосферы. Температурный профиль и структура атмосферы как следствие воздействия солнечной радиации. Изменение давления и химического состава воздуха по высоте: постоянные и переменные компоненты воздуха, поллютанты. Основные механизмы циркуляции воздушных масс в тропосфере и стратосфере. Вертикальные воздушные переносы, их скорости и роль в переносе поллютантов.
Экзосфера и ионосфера. Их переменный химический состав. Фотохимическая диссоциация молекул кислорода и азота. Экзотермические реакции диссоциативной рекомбинации и переноса электронов. Высокие температуры в экзосфере и поглощение жесткой ультрафиолетовой компоненты солнечной радиации. Ионосфера как защитный экран от жесткого ультрафиолетового излучения.
Стратосфера, ее состав. Фотохимическое поглощение мягкого ультрафиолетового излучения озоновым слоем стратосферы. Изменение содержания озона по высоте. Широтные и сезонные изменения содержания озона. Основные циклы реакций образования и разрушения молекул озона. Катализаторы разложения озона. Международное законодательство о веществах, способных разрушать озоновый слой.
Тропосфера. Постоянство ее состава по высоте. Природные и антропогенные поллютанты тропосферы. Диоксид серы, оксиды азота, летучие органические соединения. Их природные и антропогенные источники. Типы и мощности этих источников.
Тема 2 «Поллютанты атмосферы»
Диоксид серы и оксиды азота. Фотохимические механизмы их окисления и фотоокислители. Окисление на поверхности частиц аэрозолей. Скорости окисления диоксида серы и оксидов азота в атмосфере и возможные расстояния их переноса ветрами. Реакции образования серной и азотной кислот и их солей. Кислотные дожди и туманы, инверсионный смог. Их воздействие на почвы, экосистемы, растения. Регионы с высокой опасностью выпадения кислотных дождей.
Летучие органические соединения. Химические механизмы их окисления и разложения в атмосфере. Фотохимические смоги в природе и городах, их специфика. Условия, механизмы и суточная динамика их образования. Пероксиацилнитрат и его аналоги. Воздействие смогов на экосистемы, растения, животных и человека.
Озон и пероксид водорода как токсичные компоненты приземных слоев воздуха. Их источники и условия образования. Их воздействие на растения, животных, человека.
Другие токсичные поллютанты тропосферы: монооксид углерода, фтороводород и т.д. Их источники и стоки, воздействие на животных и человека.
Тема 3 «Роль диоксида углерода и аэрозольных примесей»
Диоксид углерода, его источники, стоки и круговорот. Рост его содержания в атмосфере. Спектр поглощения диоксида углерода. Парниковый эффект. Международное законодательство о парниковых газах.
Взаимосвязь атмосферных циклов химических превращений кислорода, азота, углерода и воды.
Естественные радионуклиды в атмосфере.
Аэрозоли в тропосфере и стратосфере. Их классификация, источники и стоки. Масштабы и расстояния переносов природных и антропогенных аэрозолей. Их роль в загрязнении природных сред.
Процессы и механизмы самоочистки воздуха в природе, их физические и химические факторы. Перенос с нисходящими потоками воздуха, гравитационное осаждения аэрозолей. Атмосферные осадки и их роль в захвате и переносе загрязнителей разной химической природы на земную поверхность. Эффективность самоочистки атмосферы дождями и снегом от газообразных и аэрозольных загрязнителей. Сезонные и погодные характеристики самоочистки атмосферы.
Раздел 2 «Химия гидросферы»
Тема N 1 «Общая характеристика гидросферы: ее структура и функции»
Составляющие гидросферы.
Аномальные физические и химические свойства воды. Роль воды в атмосферных и гидросферных переносах тепла и воздушных масс. Гидрологический цикл воды, специфические круговороты воды. Дисперсный состав природных вод. Формирование химического состава природных вод. Основные параметры гидрохимической оценки природных вод: температура, давление, водородный показатель, окислительно-восстановительный потенциал, минерализация, интенсивность миграции химических элементов, комплексообразующая способность ионов. Поля устойчивости ионов в природных водах.
Тема N 2 «Закономерности миграции химических элементов в гидросфере»
Источники главных компонентов (катионов и анионов) природных вод, биогенных элементов, органических веществ, микроэлементов, газовых составляющих. Роль геохимических барьеров в миграции химических элементов. Кривые миграции главных компонентов.
Классификация природных вод. Условия и механизмы образования и выпадения атмосферных осадков, их состав. Выпадение с атмосферными осадками минеральной пыли, частиц почвы, растворенных солей, кислот, органических веществ. Растворение в атмосферных осадках углекислого газа. Взаимодействие атмосферных осадков с силикатными и карбонатными поверхностными породами, трансформация пород и минерализация вод. Пресные, солоноватые и соленые воды. Среднестатистический состав вод мирового океана. Естественные радионуклиды в природных водах. Выпадение из поверхностных вод в осадок минеральных и органических веществ. Илы и сапропели. Процессы разложения детрита в природных водоемах.
Тема N 3 «Загрязнение природных вод»
Первичное и вторичное загрязнение природных вод. Виды сточных вод. Ассимиляционная емкость гидросистемы по определенному загрязнителю. Коэффициент накопления и коэффициент дискриминации. Нормирование уровня загрязнения по величинам предельно допустимых концентраций, взаимодействие загрязнителей в смеси. Тепловое загрязнение. Антропогенная эвтрофикация водоемов.
Основные токсиканты гидросферы. Тяжелые металлы, нефть и нефтепродукты, детергенты, пестициды, радионуклиды. Их источники, пути миграции и стоки. Самоочищение водных экосистем.
Типы водопользования. Требования, предъявляемые к питьевой воде, воде хозяйственно-бытового назначения, воде для орошения, полива, для использования на животноводческих фермах. Виды промышленного водопользования: вода как охлаждающее средство, транспортирующая среда, как растворитель.
Анализ и контроль качества воды. Стандартные методы анализа воды: определение органолептических свойств природных вод (цветности, мутности, наличия осадка, прозрачности, запаха, вкуса и привкуса), определение биохимического потребления кислорода (БПК), определение окисляемости (ХПК), колориметрическое определение содержания фосфора, железа, меди, определение рН и жесткости воды, ионометрическое определение нитратов, определение сухого солевого остатка и кондуктометрическое определение солености природных вод, определение содержания катионов натрия и калия методом пламенной фотометриии, определение содержания тяжелых металлов методом атомно-абсорбционной спектроскопии, хроматографическое определение содержания остатков пестицидов. Стратегия борьбы с загрязнением природных вод. Предотвращение загрязнения вод при применении рациональных технологий, при контроле технологических условий, применении эффективных очистных систем, при переработке бытовых и промышленных отходов.
Раздел 3 «Химия литосферы»
Тема N 1 «Химический состав земной коры»
Средний химический состав (кларки) верхних слоев земной коры континентального типа, доступных для измерения: осадочного слоя (платформ и орогенных областей), гранитно-метаморфического (щитов древних платформ). Средний химический состав осадочного (осадочно-эффузивного) слоя земной коры океанического типа.
Геохимическая систематика элементов: по Гольдшмидту (литофилы, халькофилы, сидерофилы, атмофилы), по Вернадскому (благородные газы, благородные металлы, циклические, рассеянные, сильно радиоактивные элементы и элементы редких земель) и по Заварницкому (благородные газы, элементы горных пород, магматических эманаций, группы железа, редкие, радиоактивные металлические рудные, металлоидные и металлогенные, платиновые, тяжелые, галогены). Биофильные элементы: макро- и микроэлементы, несущественные элементы, их токсичность при превышении некоторых пределов. Биофобные элементы.
Минералы – основная форма нахождения химических элементов в земной коре. Химические особенности главных процессов минералообразования: магматического, гидротермального, метаморфического, осадочного, диагенетичского, гипергенного. Распространение разных минеральных видов и их классов. Изоморфизм и адсорбция – факторы, увеличивающие разнообразие химического состава минералов.
Безминеральные виды нахождения химических элементов в земной коре: расплавы, растворы, газы, органическое вещество. Концентрированные и рассеянные формы нахождения химических элементов в земной коре.
Горные породы как итог концентрации элементов в минералах. Распространение в земной коре континентов и особенности среднего химического состава основных разновидностей магматических, метаморфических и осадочных горных пород. Подвижные и инертные формы нахождения элементов в земной коре.
Местный геохимический фон («нормальное» среднее содержание химических элементов) и геохимические аномалии. Мгновенные (катастрофические) и медленные (эволюционные) изменения в геохимическом балансе вещества биосферы.
Антропогенные изменения природных геохимических потоков в балансе вещества и их последствия для биологических объектов.
Тема N 2 «Миграция токсикантов в системе литосфера-почва-растение-животное человек»
Взаимосвязи между химическими, биологическими и геологическими процессами. Представления о геохимии и биогеохимии. Основной геохимический закон (В.М. Гольдшмидта). Коцентрация и рассеяние химических элементов как результат их миграции. Биогенная миграция. Роль живого вещества биосферы в миграции химических элементов. Закон В.И. Вернадского. Биогеохимические провинции и эндемические болезни.
Техногенная миграция химических элементов. Техногенные геохимические аномалии в почвах, водах, организмах, в городах и строениях.
Тяжелые металлы. Их ранжирование по токсичности, их кларки в земной коре, почве и биомассе растений и животных. Индексы их накопления в донных осадках и факторы обогащения в атмосферных аэрозолях. Их источники и пути миграции в природных средах.
Кадмий. Распространенность кадмия в горных породах и его содержание в почвах. Техногенные источники кадмия: цветная металлургия, производство химических источников тока, фосфорные удобрения. Зависимость подвижности кадмия в почвах от рН. Эффективное поглощение кадмия растениями.
Сродство кадмия к сульфгидрильным группам, его фитотоксичность, токсичность для животных и человека. Коррекция содержания кадмия в почве. Методы определения кадмия: колориметрия, полярография, атомно-абсорбционная спектроскопия. Предельно допустимые концентрации кадмия.
Ртуть. Распространенность ртути в горных породах и ее содержание в почвах. Техногенные источники ртути: цветная металлургия, производство хлора и гидроксида натрия, применение ртутьсодержащих пестицидов, бытовые приборы, содержащие металлическую ртуть. Наиболее важные химические свойства ртути: образование прочных связей с серой, образование устойчивых в водной среде ртутьорганических соединений, летучесть элементной ртути. Взаимодействие ртути с органическим веществом почвы, биометилирование. Поглощение ртути растениями, ее фитотоксичность. Миграция и увеличение концентрации ртути в пищевых цепях. Ртутные отравления. Методы определения ртути. Предельно допустимые концентрации ртути.
Свинец. Распространенность свинца в горных породах и его содержание в почвах. Техногенные источники свинца: использование этилированного бензина (тетраэтилсвинец), цветная металлургия, производство химических источников тока, охотничья свинцовая дробь. Малая подвижность свинца в почвах, его накопление в поверхностном слое почв и торможение микробиологических процессов.
Цинк и другие тяжелые металлы. Источники рассеяния цинка в окружающей среде. Подвижность катиона цинка в кислой окислительной среде. Доступность цинка растениям. Роль цинка в метаболизме растений. Влияние цинка на метаболические равновесия других металлов в организмах животных и человека. Канцерогенное и аллергическое действие никеля. Токсичность соединений хрома. Предельно допустимые концентрации цинка, никеля и хрома. Методы обнаружения и анализа этих металлов.
Нитраты. Условия превращения нитратов в нитриты и нитритов в нитрозамины. Токсичность нитратов и нитритов для человека и животных. Канцерогенность нитрозаминов. Поступление нитратов и нитритов в организм человека с питьевой водой, овощами, мясными продуктами. Восстановление нитратов в нитриты при хранении пищевых продуктов. Факторы, приводящие к увеличению содержания нитратов в питьевой воде и овощах. Предельно допустимые концентрации нитратов и нитритов в овощной и бахчевой продукции. Экспресс-методы обнаружения нитратов в воде и плодоовощной продукции. Ионоселективные электроды для количественного определения нитратов и нитритов.
Пестициды. Физико-химические процессы рассеяния, перераспределения и переноса пестицидов в природных средах. Растворение в воде и перенос с нею, испарение с поверхности почвы и растений, распространение ветрами и дождями. Сорбция минеральными и экстракция липидсодержащими фракциями почвы. Реакции окислительной деградации пестицидов под действием фотоокислителей в воздухе и воде. Реакции их гидролитического расщепления. Деградация пестицидов в результате деятельности почвенных микроорганизмов. Пути попадания пестицидов в организм человека, их действие на ткани, органы и системы организма. Мутагенные, канцерогенные и тератогенные последствия. Ранжирование пестицидов по токсичности и предельно допустимые концентрации пестицидов в различных продуктах питания. Методы отбора, концентрирования и определения пестицидов в продуктах питания, воде и воздухе.
Диоксины. Их образование в промышленности и при уничтожении бытовых отходов сжиганием. Биологическое действие диоксинов и меры защиты от диоксинового загрязнения.
|
