ebook Geochemia środowiska Zdzisław Migaszewski, Agnieszka Gałuszka

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2016

Geochemia środowiska odgrywa istotną rolę w naukach o środowisku przyrodniczym. Jej korzenie sięgają geochemii prospekcyjnej, tej klasycznej dyscypliny nauk o Ziemi, ściśle związanej z poszukiwaniem złóż surowców mineralnych. Głównym celem geochemii środowiska jest badanie mechanizmów obiegu pierwiastków w zewnętrznych warstwach Ziemi, interakcji między elementami biotycznymi i abiotycznymi środowiska oraz wpływu stresu antropogenicznego na procesy zachodzące na powierzchni Ziemi.
Książka „Geochemia Środowiska” autorstwa Zdzisława M. Migaszewskiego i Agnieszki Gałuszki stanowi rozszerzoną wersję poprzedniego wydania „Podstawy geochemii środowiska” i jest przeznaczona dla specjalistów, doktorantów i studentów z zakresu nauk o Ziemi, nauk o środowisku przyrodniczym, nauk biologicznych, chemicznych, rolniczych i medycznych. Powstała ona na podstawie licznych publikacji i materiałów archiwalnych autorów oraz realizacji polskich i amerykańskich projektów badawczych z zakresu geochemii środowiska. Autorzy niniejszej książki prezentują „geologiczny” punkt widzenia, uwypuklając tym samym rolę elementów abiotycznych w interakcjach geochemicznych zachodzących w biosferze. Ten nieco odmienny od tradycyjnego w ochronie środowiska sposób przedstawienia przedmiotowego zagadnienia będzie z pewnością dla wielu czytelników impulsem do dalszych przemyśleń, studiów lub badań.

Spis treści ebooka Geochemia środowiska

Wstęp 11

Część I. Interdyscyplinarne podstawy geochemii środowiska 15

1. Od klasycznej geochemii do geochemii i analityki środowiska – rys historyczny 17

2. Geochemia środowiska – przegląd problematyki 27
2.1. Geochemia środowiska na tle innych dyscyplin geochemii 27
2.2. Charakterystyka i zakres badań geochemii środowiska 32
2.3. Podstawowe cele i kierunki rozwoju geochemii środowiska 35

3. Charakterystyka geochemiczna stref kuli ziemskiej 40
3.1. Najważniejsze wydarzenia w dziejach Ziemi – wyzwanie dla geochemika 40
3.2. Budowa Ziemi i Księżyca 44
3.3. Zewnętrzne strefy Ziemi 47
3.3.1. Hydrosfera 47
3.3.2. Pedosfera 52
3.3.3. Atmosfera 55
3.3.4. Biosfera 57

4. Tektonika płyt – klucz do zrozumienia wielkoskalowego obiegu pierwiastków 64
4.1. Uwagi wstępne 64
4.2. Granice płyt tektonicznych 66
4.3. Znaczenie tektoniki płyt w naukach przyrodniczych 68

5. Oceaniczne źródła hydrotermalne – miejsca występowania złóż metali i unikatowych ekosystemów 71
5.1. Uwagi wstępne 71
5.2. Skład chemiczny i izotopowy oceanicznych źródeł hydrotermalnych 73
5.3. Ekosystemy oceanicznych źródeł hydrotermalnych 77

6. Czynniki geochemiczne i klasyfikacje pierwiastków 84
6.1. Podstawowe pojęcia z zakresu krystalografii, mineralogii i petrologii 84
6.2. Podstawowe parametry i czynniki geochemiczne 91
6.2.1. Klarki a współczynniki zawartości pierwiastków 91
6.2.2. Zawartości naturalne i modyfikujący wpływ antropogeniczny 94
6.2.3. Znaczniki geochemiczne 98
6.2.4. Koncepcja gradientu i bariery geochemicznej 98
6.2.5. pH a rozpuszczalność 100
6.2.6. Potencjał oksydacyjno-redukcyjny 107
6.2.7. Przewodnictwo elektrolityczne właściwe 111
6.2.8. Sucha pozostałość 111
6.2.9. Temperatura 112
6.2.10. Rozpuszczony tlen 112
6.2.11. Zasadowość i kwasowość 113
6.2.12. Twardość 114
6.2.13. Roztwory 114
6.2.14. Koloidy 116
6.2.15. Naturalne przemiany promieniotwórcze 123
6.3. Klasyfikacje pierwiastków 124

7. Środowiska i procesy geochemiczne w litosferze 128
7.1. Uwagi wstępne 128
7.2. Procesy magmowe i pomagmowe 128
7.3. Wietrzenie 131
7.3.1. Podstawowe procesy wietrzenia 131
7.3.2. Wietrzenie pirytu i innych minerałów siarczkowych 135
7.4. Erozja, transport i sedymentacja 145
7.5. Diageneza 147
7.6. Metamorfizm 148

8. Znaczenie biosfery w obiegu pierwiastków 151
8.1. Podstawowe pojęcia stosowane w biogeochemii 151
8.2. Terminologia i problematyka badań biogeochemicznych roślin 154
8.3. Blaski i cienie interpretacji wyników badań biogeochemicznych roślin 162

9. Globalne cykle geochemiczne 165
9.1. Uwagi wstępne 165
9.2. Obieg azotu 166
9.3. Obieg fosforu 168
9.4. Obieg siarki 170
9.5. Obieg tlenu 174
9.6. Obieg węgla 175
9.7. Obieg wodoru 177

10. Charakterystyka geochemiczna i toksykologiczna wybranych pierwiastków 178
10.1. Uwagi wstępne 178
10.2. Antymon 181
10.3. Arsen 182
10.4. Bar 184
10.5. Beryl 185
10.6. Bizmut 186
10.7. Bor 187
10.8. Brom 187
10.9. Chlor 188
10.10. Chrom 189
10.11. Cyna 190
10.12. Cynk 191
10.13. Fluor 193
10.14. Glin 194
10.15. Jod 195
10.16. Kadm 196
10.17. Kobalt 197
10.18. Krzem 199
10.19. Lantanowce (pierwiastki ziem rzadkich) 200
10.20. Lit 204
10.21. Magnez 204
10.22. Mangan 205
10.23. Miedź 207
10.24. Molibden 209
10.25. Nikiel 210
10.26. Niob i Tantal 211
10.27. Ołów 212
10.28. Platyna 214
10.29. Potas 214
10.30. Rtęć 215
10.31. Rubid 218
10.32. Selen 218
10.33. Sód 220
10.34. Srebro 221
10.35. Stront 222
10.36. Tal 223
10.37. Tellur 223
10.38. Tor i uran 224
10.39. Tytan 226
10.40. Wanad 227
10.41. Wapń 228
10.42. Wolfram 229
10.43. Żelazo 230
10.44. Wykorzystanie pierwiastków śladowych w badaniach źródeł zanieczyszczeń 232

11. Występowanie izotopów w środowisku przyrodniczym 235
11.1. Podstawy geochemii izotopowej 235
11.2. Zarys geochemii wybranych izotopów w środowisku przyrodniczym 239
11.2.1. Siarka 239
11.2.2. Tlen 242
11.2.3. Węgiel 244
11.2.4. Wodór 247
11.2.5. Inne izotopy 248
11.3. Przykłady zastosowania izotopów w badaniach środowiskowych 251
11.3.1. Izotopy trwałe 251
11.3.2. Radioizotopy 261

Część II. Podstawowe trendy metodyczne i badawcze w geochemii środowiska 265

12. Zarys metodyki badań próbek środowiskowych 267
12.1. Badania terenowe i pobieranie próbek 267
12.1.1. Uwagi wstępne 267
12.1.2. Znaczenie badań terenowych 270
12.1.3. Pobieranie próbek 274
12.2. Przygotowanie próbek 284
12.2.1. Uwagi wstępne 284
12.2.2. Preparatyka mineralogiczna i petrograficzna 285
12.2.3. Preparatyka chemiczna 285
12.2.4. Preparatyka izotopowa 290
12.3. Metody i techniki analityczne 291
12.3.1. Uwagi wstępne 291
12.3.2. Badania mineralogiczne i petrologiczne 291
12.3.3. Analizy chemiczne 298

13. Statystyczna interpretacja wyników badań środowiska przyrodniczego 321
13.1. Uwagi wstępne 321
13.2. Podstawowe pojęcia statystyki opisowej 322
13.3. Statystyka w geochemii 327
13.3.1. Korelacja i regresja 327
13.3.2. Zastosowanie analizy wariancji (ANOVA) w badaniach geochemicznych 328

14. Teledetekcja – nowe wyzwanie dla geochemii środowiska 331
14.1. Uwagi wstępne 331
14.2. Zastosowanie fotografii lotniczej i teledetekcji 332
14.3. Perspektywy rozwoju teledetekcji 335

15. Zmiany globalne i ich wpływ na środowisko 336
15.1. Uwagi wstępne 336
15.2. „Kwaśne opady” – rzeczywistość i mity 336
15.3. „Dziura ozonowa” 338
15.4. Efekt cieplarniany (szklarniowy) 340

16. Rola geochemii środowiska w ochronie geosfery 347
16.1. Uwagi wstępne 347
16.2. Geomonitoring 347
16.3. Litosfera 349
16.3.1. Wpływ wydobycia surowców mineralnych na środowisko przyrodnicze 349
16.3.2. Kwaśne wody kopalniane 352
16.4. Wody powierzchniowe i podziemne 355
16.4.1. Jakość i degradacja wód powierzchniowych i podziemnych 356
16.4.2. Uzdatnianie i racjonalne wykorzystanie wody 360
16.5. Osady wodne 361
16.6. Gleby 366
16.7. Obszary podmokłe i torfowiska 369
16.8. Powietrze 373
16.9. Gospodarka odpadami a ochrona środowiska 382
16.10. Inżynieria, technologia, zasoby naturalne, energia i środowisko 388

17. Wykorzystanie roślin w prospekcji geochemicznej oraz rekultywacji i remediacji biologicznej 393
17.1. Uwagi wstępne 393
17.2. Prospekcja geochemiczna 395
17.2.1. Wyznaczanie przebiegu uskoków 395
17.2.2. Poszukiwanie złóż i stref mineralizacji 395
17.3. Rekultywacja biologiczna obszarów pogórniczych 397
17.4. Bioremediacja terenów skażonych 399

18. Wykorzystanie organizmów żywych w wydobyciu metali – biogórnictwo i fitogórnictwo 403
18.1. Uwagi wstępne 403
18.2. „Bakteryjni górnicy” i ich wymagania ekologiczne 404
18.3. Biochemiczne podstawy biogórnictwa 405
18.4. Technologie biogórnictwa 405
18.5. Rośliny a wydobycie metali – fitogórnictwo 407
18.6. Przyszłość bio- i fitogórnictwa 408

19. Biomonitoring środowiska przyrodniczego 410
19.1. Uwagi wstępne 410
19.2. Porosty 412
19.2.1. Występowanie i ekologia porostów 412
19.2.2. Składniki szkodliwe a rozwój porostów 413
19.2.3. Zastosowanie porostów 421
19.3. Sosna 426
19.3.1. Uwagi wstępne 426
19.3.2. Występowanie i ekologia sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris) 427
19.4. Mchy 435

20. Rola geosfery w toksykologii środowiska 441
20.1. Uwagi wstępne 441
20.2. Podział źródeł zanieczyszczeń 442
20.3. Charakterystyka źródeł zanieczyszczeń 442
20.3.1. Naturalne źródła zanieczyszczeń 443
20.3.2. Geoantropogeniczne i antropogeniczne źródła zanieczyszczeń 447
20.4. Ogólna charakterystyka geotoksyn 450
20.5. Czynniki warunkujące obieg geochemiczny geotoksyn 450

21. Zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego związkami organicznymi 453
21.1. Uwagi wstępne 453
21.2. Źródła związków organicznych w środowisku przyrodniczym 453
21.3. Procesy sorpcji i biodegradacji 456
21.4. Przegląd ważniejszych grup toksycznych związków organicznych 458
21.5. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w środowisku przyrodniczym 465
21.6. Przykłady badań zanieczyszczeń środowiska związkami organicznymi 470

22. Znaczenie geochemii medycznej w naukach o środowisku przyrodniczym 475
22.1. Cele geomedycyny i geochemii medycznej 475
22.2. Podstawowe pojęcia z zakresu toksykologii 476
22.3. Minerały stanowiące zagrożenie dla zdrowia i życia człowieka 479
22.4. Czynniki fizykochemiczne decydujące o rozwoju chorób geochemicznych 482
22.5. Środowisko geochemiczne a zasięg chorób 485
22.6. Perspektywy rozwoju geochemii medycznej 490

23. Geochemia miast 492
23.1. Miasta jako specyficzne środowiska geochemiczne 492
23.2. Rola źródeł zanieczyszczeń w kształtowaniu środowiska miejskiego 493
23.3. Wpływ środowiska miejskiego na zdrowie mieszkańców 496

24. Geochemia sądowa 498
24.1. Historia i ważniejsze postacie w geologii sądowej 498
24.2. Metody badań geochemii sądowej 499
24.3. Geochemia sądowa w praktyce 501

Literatura 505
Skorowidz terminów ogólnych 569
Skorowidz minerałów 583
Skorowidz nazw łacińskich gatunków i rodzajów roślin i zwierząt 591
Ilustracje kolorowe 595