Экологическая геохимия - Институт геологии и минералогии СО

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева
Сибирского отделения Российской академии наук
(ФГБУН ИГМ им. В.С. Соболева СО РАН)
УТВЕРЖДАЮ
Директор Института
академик____________ Н.П. Похиленко
«__2_»_декабря_2014 г.
М.П.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Б.1. В.ОД.4
Экологическая геохимия
(наименование дисциплины)
основной образовательной программы подготовки научно-педагогических кадров высшей
квалификации (аспирантура)
по направленности
25.00.09 – Геохимия, геохимические методы поисков полезных
ископаемых
(шифр и наименование специальности)
Новосибирск
2014
Рабочая программа составлена на основании требований Федерального
государственного образовательного стандарта высшего образования «Направление
подготовки 05.06.01 Науки о Земле» к структуре основной образовательной программы
подготовки научно-педагогических кадров высшей квалификации (аспирантура),
утвержденного приказом Минобрнауки РФ от 30.07.2014 г. № 870; паспорта специальностей
научных работников, учебного плана подготовки аспирантов ИГМ СО РАН по основной
образовательной программе по направленности 25.00.09 – геохимия, геохимические методы
поисков
полезных
ископаемых,
программы-минимум
кандидатского
экзамена,
утвержденного приказом Минобрнауки РФ от 08.10.2007 г. № 274.
Составитель рабочей программы
Старший научный сотрудник,
доктор геолого-минералогических наук
(должность, ученое звание, ученая степень)
_____________
(подпись)
В.Д. Страховенко
(Ф.И.О.)
Рабочая программа утверждена на заседании Ученого Совета
«_1_» _декабря_ 2014 г.,
Председатель Ученого Совета
академик
протокол №_10_
_________________
Н.П. Похиленко___
(подпись)
(Ф.И.О.)
2
1. Цели освоения дисциплины
Цель преподавания дисциплины – получение общих мировоззренческих знаний по
геохимии и подготовка специалистов с углубленным знанием геохимических процессов
окружающей среды, умением дать оценку состояния окружающей среды и прогноза ее
негативных изменений в условиях существующих и планируемых антропогенных
воздействий.
В целом дисциплина нацелена на формирование у студентов системного подхода к
геологическому познанию мира, представлений о единстве и взаимосвязи материи на Земле
и в космосе, слагающих ее природных и природно-антропогенных геосистем, на глубокое
понимание сущности геологических процессов на уровне атомов, молекул и их соединений.
(Указываются цели освоения дисциплины)
2. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы
аспирантуры
Данная дисциплина является обязательной
дисциплиной образовательной
компоненты ООП по направленности 25.00.09 «Геохимия, геохимические методы поисков
полезных ископаемых» в соответствии с ФГОС ВО.
Курс "Экологическая геохимия" входит в состав дисциплин цикла подготовки
аспирантов по специальности 25.00.09 «Геохимия, геохимические методы поисков полезных
ископаемых». Курс "Экологическая геохимия опирается на освоенные знания и умения,
полученные при изучении дисциплин математического, естественнонаучного и
профессионального
циклов
«Общая
геология»,
«Минералогия»,
«Литология»,
«Петрография», «Гидрогеология», «Петрология», Теория рудообразования», «Тектоника и
геодинамика», Эволюция биосферы».
Кореквизитами для дисциплины "Экологическая геохимия" являются дисциплины:
«Современные проблемы кристаллохимии», «Генетическая минералогия: современные
проблемы минералообразования», «Основы металлогении», «Эндогенные флюиды и их роль
в рудообразовании». Знания и умения, полученные при освоении данного предмета,
являются основой для изучения ряда дисциплин профессионального цикла.
3. Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной
дисциплины
Аспиранты, освоившие данную дисциплину, должен обладать следующими обладать
профессиональными компетенциями, определяемыми направленностью (профилем)
программы аспирантуры 25.00.09 «Геохимические методы поисков полезных ископаемых»:
способностью формировать диагностические решения профессиональных задач путем
интеграции фундаментальных разделов геологических наук и специализированных знаний,
полученных при освоении программы аспирантуры (ПК 1);
способностью самостоятельно проводить научные эксперименты и исследования в
профессиональной области, обобщать и анализировать экспериментальную информацию,
делать выводы, формулировать заключения и рекомендации (ПК 2);
способностью создавать исследовать модели изучаемых объектов на основе
использования углубленных теоретических и практических знаний в области геологии (ПК
3).
- знать общие законы геохимии; геохимические классификации химических элементов;
основные закономерности формирования природных и техногенных геохимических
ландшафтов; основные закономерности поведения химических элементов в геологических
процессах; условия миграции и концентрирования элементов, информацию о современных
аналитических методах, применяемых в экологической геохимии;
- знать теоретические основы методов аналитической геохимии; их возможности и
ограничения;
3
- уметь: грамотно отбирать образцы для экогеохимических исследований, оптимально
выбирать методы и объекты для геохимических исследований; решать экогеохимические
прикладные задачи; анализировать и интерпретировать полученную информацию; излагать в
устной и письменной форме результаты своего исследования и аргументировано отстаивать
свою точку зрения в дискуссии.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет _2_ зачетных единицы __72_____ часа.
Объем часов /
зачетных единиц
Вид учебной работы
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)
24
в том числе:
лекции
24
семинары
практические занятия
Самостоятельная работа аспиранта (всего)
48
Вид контроля по дисциплине: экзамен, реферат
5. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/
п
1
2
3
Название раздела
дисциплины
Основы геохимии окружающей
среды. Предмет, история,
методология и значение
геохимии
Происхождение элементов и их
распространенность в природе.
Изотопная геохимия
Общие особенности
миграционных процессов и их
характеристика. Основной
геохимический закон В.М.
Гольдшмидта. Зависимость
поведения химического элемента
в геохимической системе от
формы нахождения
Объем часов / зачетных единиц
Всего
из них
Самостоят.
ауд.
практич.
работа
лекции семинары
часов
занятия
2
2
4
2
2
4
4
4
4
4
4
5
6
7
8
Аналитические методы,
применяемые в геохимии;
современные методы обработки,
систематизации и интерпретации
геохимических данных
Геохимия геосфер: геохимия
атмосферы,
гидросферы,
литосферы.
Геохимия
биосферы.
Биогеохимические процессы и их
связь
с
геологическими
процессами.
Геохимия ноосферы, геохимия
техногенеза.
Геохимические циклы отдельных
элементов.
4
4
8
4
4
8
2
2
4
2
2
4
4
4
8
24
24
48
6. Содержание дисциплины:
(Раздел, тема учебного курса, содержание лекции)
1. Определение геохимии, ее место в системе наук о Земле. Основные проблемы и
направления геохимии, геохимии окружающей среды, геохимической экологии,
экогеохимии. Возникновение
геохимии:
работы
Ф.У.Кларка,
В.И.Вернадского,
В.М.Гольшмидта, А.Е.Ферсмана, А.П.Виноградова. Методы геохимии: химические и
физические методы изучения распределения и форм нахождения элементов. Методы
эколого-геохимических исследований. Этапы и задачи эколого-геохимических работ.
Внемасштабные исследования, эколого-геохимические съемки, мониторинг состояния
окружающей среды. Эколого-геохимическое изучение почв и почвообразующих пород,
донных осадков, природных вод, воздушной среды. Принципы составления экологогеохимических карт на ландшафтно-геохимической основе. Комплексные показатели,
характеризующие интенсивность загрязнения и техногенную нагрузку на окружающую
среду.
2. Основные концепции происхождения химических элементов. Строение ядра атома и
его оболочек как важнейшие факторы, определяющие распространенность и геохимические
свойства элементов. Прочность ядер. "Магические числа" протонов и нейтронов.
Радиоактивность. Изотопы. Типы химических связей: ионная, ковалентная, металлическая,
молекулярная, водородная. Электроотрицательность атомов.
3. Общие особенности миграционных процессов и их характеристика. Основной
геохимический закон В.М. Гольдшмидта. Основные факторы миграции по А.Е.Ферсману.
Внутренние факторы миграции (термические, гравитационные, химические, радиационные).
Внешние факторы миграции (термодинамические условия, химическая обстановка).
Дифференциация химических элементов и геохимическая зональность. Миграционные
потоки и геохимические барьеры в природно-техногенных и техногенных ландшафтах.
Концентрация элементов на геохимических барьерах. Два основных типа геохимических
барьеров - природные и техногенные. Три класса барьеров: - механические; - физикохимические; - биогеохимические.
4. Аналитические методы, применяемые в экологической геохимии. Химикоаналитические, физико-химические и физические методы изучения содержания и состояния
элементов в природных объектах. Виды и масштабы эколого-геохимических съемок. Связь
между источниками загрязнений, средой опробования и масштабом съемок. Наземные,
воздушные, подземные, наводные, подводные, снеговые съемки. Опробование почв.
5
Опробование поверхностных и подземных вод, режимные гидрологические,
гидрогеологические и гидрохимические наблюдения. Опробование снегового покрова.
Проведение пылевых смывов с растительности. Особенности эколого-геохимического
изучения различных типов территорий и ландшафтов. Геохимический мониторинг
окружающей среды. Многоцелевое геохимическое картирование. Геохимическая карта как
основа прогноза загрязнения окружающей среды.
5. Геохимия атмосферы. Строение, физическая характеристика и химический состав.
Происхождение и эволюция атмосферы. Проблема загрязнения атмосферы. Геохимия
гидросферы. Основные особенности воды, определяющие её геохимические свойства.
Основные черты геохимии природных вод (морских, атмосферных, речных, озёрных,
подземных, поровых, горячих и минеральных источников). Происхождение и эволюция
океана.
Антропогенные изменения химического состава природных вод. Геохимия
литосферы. Земная кора, геохимические кларки. Исследования Д.И. Менделеева, правило
Оддо-Гаркинса, труды Кларка и Вашингтона. Геохимия основных типов изверженных,
осадочных, метаморфических пород. Редкие и рассеянные элементы в горных породах.
Происхождение и эволюция Земной коры.
6. Геохимия биосферы. Важнейшие биогеохимические свойства жизни. Основные идеи
В.И. Вернадского по изучению биосферы. Классификация и характеристика биосферы.
Живая материя, среда существования живой материи, основные биогеохимические
функцииживого вещества. Биогенные породы и минералы. Внешние и внутренние факторы
формирования и развития биосферы. Биологический круговорот атомов и круговорот воды.
Энергетическая роль живого вещества. Дифференциация химических элементов в биосфере.
Биофильность элементов. Роль форм нахождения элементов в биологической миграции.
Вариации химического состава организмов. Биогеохимические провинции. Биокосные
системы.
7. Понятие ноосферы. Геохимия техногенеза. История получения и использования
химических элементов. Определения ноосферы и техногенеза по А.Е. Ферсману и А.И.
Перельману. Зависимость размера добычи металла от кларка. Характеристика процессов
техногенной миграции. Технофильность элемента. Добыча и последующее рассеяние
металла при переработке руд. Оптимизация техногенеза. Типы техногенных аномалий: глобальные и локальные. Показатели, используемые при оценке загрязнения компонентов
окружающей среды. Токсичность и классы опасности химических элементов. Предельно
допустимые концентрации химических элементов (ПДК). Основные источники загрязнения
и их характеристики: горнодобывающие предприятия, промышленное производство,
производство энергии, коммунально-бытовые отходы, сельское хозяйство. Загрязнение
окружающей среды радиоактивными элементами.
8. Взаимосвязь процессов миграции отдельных элементов с геологическими и
космогенными процессами. Циклы миграции элементов. Глобальные и локальные циклы.
Длительность циклов, большие и малые круговороты. Влияние техногенеза на циклы
миграции элементов.
7. Самостоятельная работа аспирантов
Подготовка обзоров литературы по актуальным проблемам геохимии окружающей
среды, геохимической экологии, экогеохимии с использованием новых отечественных и
зарубежных публикаций.
(Приводятся виды самостоятельной работы обучающегося, порядок их выполнения
и контроля, учебно-методическое обеспечение (возможно в виде ссылок) самостоятельной
работы по отдельным видам дисциплин)
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
8.1. Основная и дополнительная литература
а) основная литература
6
Добровольский В.В. Основы биогеохимии. Учебное пособие для геогр., биол., геолог., с-х
спец. вузов. М.: Высш. шк., 1998, 413с.
Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: учебник. – М.: Логос, 2000, 627с.
БРАУНЛОУ А.Х. Геохимия. М.: Недра, 1984, 460 стр.
Ковальский В.В. Геохимическая экология. – М.: Наука, 1974, 281с.
Перельман А.И. Геохимия элементов в зоне гипергенеза. – М.:, Недра, 1972, 288с.
Титаева Н.А. Ядерная геохимия. М.: Изд-во МГУ, 2000. 336 с.
Панин М.С. Химическая экология: Учебник для вузов. Семипалатинск, 2002, 852с.
Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. – М.: Наука, 2003, 351с.
Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. – М.: Наука, 1965,
364с.
Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости
почв и техногенным воздействиям: Метод. пособие.-М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987, 102с.
ПЕРЕЛЬМАН А.И. Геохимия. 2-е изд. М.: Высшая школа, 1989, 420 стр.
САЕТ Ю.Е., РЕВИЧ Б.А., ЯНИН Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990, стр.
СТРАХОВ Н.М. Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли. М.: Госгеолтехиздат,
1963, 530 стр.
СТРАХОВ Н.М. Проблемы геохимии современного океанского литогенеза. М.: Наука,
1976, 293 стр.
ТЕЙЛОР С.Р., МАК-ЛЕННАН С.М. Континентальная кора. Ее состав и эволюция. М.:
Мир, 1988, 376 стр.
б) дополнительная литература
ВЕРНАДСКИЙ В.И. Очерки геохимии. 8-е изд. В книге: Библиотека трудов академика
В.И.Вернадского. Труды по геохимии. М.: Наука, 1994, стр. 159-468.
ВЕРНАДСКИЙ В.И. Биосфера. 5-е изд. В книге: Библиотека трудов академика
В.И.Вернадского. Живое вещество и биосфера. М.: Наука, 1994, стр. 315-401.
ВЕРНАДСКИЙ В.И. Проблемы биогеохимии. Тр.Биогеохимической лаборатории
ГЕОХИ АН СССР, т.XVI. М.: Наука, 1980, 320 стр.
Денисов В.В., Гутенев В.В., Луганская И.А. Экология. – М.: Вузовская книга, 2002,
728с.
Рихванов Л.П., Язиков Е.Г. и др. Эколого-геохимические особенности природных
сред Томского района и заболеваемость населения. Томск, ТПУ, 2006, 216с.
Экогеохимия Западной Сибири тяжелые металлы и радионуклиды / РАН СО ОИГГМ,
Новосибирск, 1996, 248с.
Экология человека в изменяющемся мира. // Колл. авторов, Екатеринбург: УрО РАН,
2006, 828с.
Безель В.С., Панин М.С. Экотоксикология: Учебник для вузов / Под ред.
А.Г.Сармурзинан – Алматы: Раритет, 2008, 344с.
ВИНОГРАДОВ А.П. Закономерности распределения химических элементов в земной
коре. В книге: А.П.Виноградов. Избранные труды. Проблемы геохимии и космохимии. М.:
Наука, 1988, стр.20-90.
ВИНОГРАДОВ А.П. Атомные распространенности химических элементов Солнца и
каменных метеоритов. В книге: А.П.Виноградов. Избранные труды. Проблемы геохимии и
космохимии. М.: Наука, 1988, стр.91-97.
ВИНОГРАДОВ А.П. Химическая эволюция Земли. В книге: А.П.Виноградов. Избранные
труды. Проблемы геохимии и космохимии. М.: Наука, 1988, стр.118-143.
ВИНОГРАДОВ А.П. Атмосферы планет солнечной системы. В книге: А.П.Виноградов.
Избранные труды. Проблемы геохимии и космохимии. М.: Наука, 1988, стр.172-181.
ВИНОГРАДОВ А.П. Введение в геохимию океана. В книге: А.П.Виноградов. Избранные
труды. Геохимия океана. М.: Наука, 1989, стр.36-216.
7
ВИНОГРАДОВ А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. 2-е изд. М.:
Изд-во АН СССР, 1957, 235 стр.
ВИНОГРАДОВ А.П. Биогеохимические провинции. В книге: А.П.Виноградов.
Избранные труды. Геохимия изотопов и проблемы биогеохимии. М.: Наука, 1993, стр.145166.
ВИНОГРАДОВ А.П. Биогеохимические провинции и их роль в органической эволюции.
В книге: А.П.Виноградов. Избранные труды. Геохимия изотопов и проблемы биогеохимии.
М.: Наука, 1993, стр.166-179.
ГАРРЕЛС Р., МАККЕНЗИ Ф. Эволюция осадочных пород. М.: Мир, 1974, 271 стр.
ГАРРЕЛС Р.М. Круговорот углерода, кислорода и серы в течение геологического
времени. М.: Наука, 1975, 46 стр.
ГОЛЬДШМИДТ В.М. Геохимические законы распределения и частота элементов в
космосе. В книге: Основные идеи геохимии, вып.I. Ред.А.Е.Ферсман. Л.: Госхимтехиздат,
Ленингр.отд., 1933, стр.250-276.
ГОЛЬДШМИДТ В.М. Основы количественной геохимии. Успехи химии, 1934, т.III,
вып.3, стр.448-483.
ГОЛЬДШМИДТ В.М. Геохимические принципы распределения редких элементов. В
книге: Редкие элементы в изверженных горных породах и минералах. Ред.В.В.Щербина. М.:
Изд-во иностранной литературы, 1952, стр.9-16.
ГОЛЬДШМИДТ В.М. Сборник статей по геохимии редких элементов. М.-Л.: ГОНТИ,
1938, 244 стр.
КАБАТА-ПЕНДИАС, ПЕНДИАС Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989,
436 стр.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
8.2. Перечень вопросов и заданий (аттестации) и/или тем рефератов
1. Основные геохимические классификации элементов.
2. Методы оценки фона при геохимических исследованиях.
3. Основные источники загрязнений окружающей среды.
4. Геохимические циклы углерода в условиях техногенеза.
5. Основные черты геохимии радиоактивных элементов в экзогенных процессах.
6. Радиоактивные элементы в среде обитания человека.
7. Биогеохимия макроэлементов.
8. Внутренние и внешние факторы миграции химических элементов.
9. Геохимические циклы кислорода в условиях техногенеза..
10. Эволюция атмосферы и проблемы её загрязнения.
11. Факторы формирования и развития биосферы.
12. Основные геохимические особенности техногенеза.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины ИГМ СО РАН располагает
необходимыми помещениями для проведения лекционных, семинарских и практических
занятий. Имеются библиотечные и Интернет ресурсы для самостоятельной работы.
________________________________________________________________________________
(Указывается материально-техническое обеспечение данной дисциплины)
8
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ
за _________/_________ учебный год
В рабочую программу ____________________________________________________________
(наименование дисциплины)
Для специальности (тей) __________________________________________________________
(номер специальности)
Вносятся следующие дополнения и изменения:
Дополнения и изменения внес _____________________________________________________
(должность, ФИО, подпись)
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании Ученого совета Института
«___» _______________ 20___ г.
Председатель Ученого совета
__________________ _____________________
(подпись)
(ФИО)
9