Геохимия биосферы

МИНИCTEPCTBO НАУКИ И Высшего обрАзоВАНИя  
россИЙсКоЙ ФеДерАЦИИ

ФеДерАльНое госУДАрстВеННое АВтоНоМНое  
обрАзоВАтельНое УчрежДеНИе Высшего обрАзоВАНИя
«сеВеро-КАВКАзсКИЙ ФеДерАльНыЙ УНИВерсИтет»

ГЕОХИМИЯ БИОСФЕРЫ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 
(лаБОРатОРНЫй ПРактИкУМ)

Направление подготовки 
05.03.06 Экология и природопользование 

Профиль подготовки 
«Природопользование»

бакалавриат

ставрополь
2021

УДК  550.4 (075.8)
ббК  26.308 я73
 
г 35

Печатается по решению 
редакционно-издательского совета 
северо-Кавказского 
федерального университета

© ФгАоУ Во «северо-Кавказский 
федеральный университет», 2021

г 35 
Геохимия биосферы : учебное пособие (лабораторный практикум) /  И. В. бегдай, Ю. В. Пелихович. – ставрополь : Изд-во 
сКФУ, 2021. – 135 с.

Пособие (лабораторный практикум) рассматривает приемы и методы 
обработки геохимической информации и предназначено для лабораторно-практических занятий, содержит лабораторные работы, контрольные 
вопросы и тестовые задания, задания для самостоятельной работы и 
словарь терминов. 
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование. Может быть полезно 
при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ, а также 
представлять интерес для специалистов по рациональному природопользованию.

УДК 550.4 (075.8)
ббК 26.308 я73

Авторы-составители:
канд. техн. наук, доцент И. В. Бегдай,
канд. географ. наук, доцент Ю. В. Пелихович

Рецензенты:
канд. географ. наук, доцент т. В. Дегтярева,
канд. с.-х. наук, доцент а. В. лошаков 
 (ФгбоУ Во «ставропольский государственный аграрный университет») 

СОДЕРЖаНИЕ

Предисловие ......................................................................................... 4

 
1.  Изучение геохимических свойств элементов ........................... 6

 
2.  Кларки концентрации и рассеяния. 
 
 
геохимические спектры ..........................................................15
 
 
3.  Водная миграция. Коэффициент водной миграции ................29

 
4.  обработка результатов химического анализа 
 
 
подземных вод .......................................................................39

 
5.  Коэффициент биологического поглощения ............................54

 
6.  геохимические барьеры. Коэффициенты радиальной 
 
 
и латеральной дифференциации  ...........................................64

 
7.  общая пылевая нагрузка ........................................................76

 
8.  суммарный показатель загрязнения почвы ............................81

 
9.  суммарный показатель загрязнения снега. 
 
 
Временной показатель загрязнения .......................................93

 
10.  технофильность и деструкционная активность элементов ......99

 
11.  оценка экологической обстановки территории 
 
 
по геохимическим показателям ............................................108

темы докладов ...................................................................................115

словарь  .............................................................................................117

литература .........................................................................................130

справочные таблицы ..........................................................................132

- 4 
Геохимия биосферы 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель дисциплины – формирование у студентов фундаментальных основ геохимии биосферы, основных закономерностей 
миграции и накопления химических элементов в природных процессах, закономерностей формирования геохимических ландшафтов; освоение методов системного геохимического анализа 
природных объектов и процессов.
«Входными» знаниями, компетенциями, умениями и навыками 
дисциплины являются знания, основанные на курсах: «Химия», 
«геоэкология», «Учение об атмосфере и гидросфере». 
знания, полученные в результате изучения данной дисциплины, требуются для усвоения таких дисциплин, как: «Практика по 
получению профессиональных умений и навыков», «Прикладная 
экология».
При проведении занятий формируются следующие компетенции:
• 
ОПк-2 – обладание базовыми знаниями фундаментальных разделов физики, химии и биологии в объеме, необходимом для освоения физических, химических и биологических основ в экологии и природопользовании; владеть 
методами химического анализа, а также методами отбора 
и анализа геологических и биологических проб; владение 
навыками идентификации и описания биологического 
разнообразия, его оценки современными методами количественной обработки информации;
• 
ОПк-4 – владение базовыми общепрофессиональными 
(общеэкологическими) представлениями о теоретических 
основах общей экологии, геоэкологии, экологии человека, социальной экологии, охраны окружающей среды;
• 
ОПк-5 – знание основ учения об атмосфере, о гидросфере, о биосфере, ландшафтоведения и почвоведения.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
знать: 
• 
основные формы нахождения химических элементов в 
земной коре;
• 
закономерности пространственного распределения химических элементов в земной коре

- 5 
Предисловие

• 
методологические 
принципы 
эколого-геохимической 
оценки состояния окружающей среды; основы методики проведения эколого-геохимических исследований на 
суше и в пределах аквальных ландшафтов;
• 
основные закономерности миграции и накопления химических элементов в природных процессах; 
• 
основы геохимии атмосферы и гидросферы;
• 
геохимическую классификацию ландшафтов;
• 
основы геохимического изучения ландшафтов;
• 
основные группы загрязнителей, пути их миграции, трансформации и накопления в окружающей среде; 
уметь: 
• 
анализировать распределения кларковых содержаний 
элементов в земной коре в целом и в отдельных природных объектах;
• 
охарактеризовать особенности формирования различных 
классов геохимических барьеров;
• 
оценить изменение интенсивности миграции химических 
элементов в биосфере под воздействием антропогенных 
факторов;
• 
дать геохимическую характеристику техногенных ландшафтов;
владеть: 
• 
методами обработки анализа и синтеза геохимической информации;
• 
методами геохимических исследований;
• 
навыками чтения и анализа ландшафтно-геохимических 
карт.

- 6 
Геохимия биосферы 

1.  ИЗУЧЕНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 
 
ЭЛЕМЕНТОВ

Цель работы – закрепить знания о геохимических свойствах 
отдельных элементов и групп элементов с близкими свойствами.
При проведении занятия формируются следующие компетенции: оПК-2, студенту необходимо
ЗНАТЬ:
• 
основные формы нахождения химических элементов в 
земной коре;
УМЕТЬ: 
• 
анализировать распределения кларковых содержаний 
элементов в земной коре в целом и в отдельных природных объектах; 
ВЛАДЕТЬ:
• 
методами обработки анализа и синтеза геохимической информации.
       
Теоретическая часть

История открытия и область применения. Материалы по 
истории открытия практически всех химических элементов и их 
применению содержатся в огромном количестве доступной справочной и научно-популярной литературы. В связи с этим особый 
акцент в данном разделе необходимо сделать на том, в какой минеральной (или неминеральной) форме был впервые обнаружен 
химический элемент и с какими свойствами элемента связаны 
трудности его обнаружения и области применения. Некоторые 
элементы (например, представители группы редких земель) открывались и «переоткрывались» под разными именами. Для таких 
случаев желательно составить блок-схему последовательности 
открытия химических элементов.
основные физические характеристики и химические свойства. В этом разделе особое внимание необходимо уделить нахождению элементов в Периодической таблице и вытекающей 
из этого информации: особенности электронного строения, возможные валентности, положение в рядах электроотрицательности, атомные и ионные радиусы и т. п. Нужно сделать акцент на 
тех химических свойствах, которые наиболее часто проявляются 

- 7 
Лабораторная работа 1

в природных объектах (минералах, породах, природных водах и  
т. д.). желательно указать наиболее близкие по физическим и химическим свойствам элементы, с которыми возможны изоморфные замещения или схожее поведение в геохимических процессах. также необходимо разобраться с химической (щелочные, 
щелочноземельные и т. п.) и геохимической (литофильный, халькофильный, сидерофильный, атмофильный) классификационной 
принадлежностью элемента.
Распространенность химического элемента. Данные по 
средним уровням содержаний химических элементов (кларкам)  
в различных геосферах и природных объектах имеются в соответствующей справочной и специальной литературе. Для наглядного 
представления этих цифровых данных, кроме таблиц содержаний, 
необходимо построить сравнительные графики или диаграммы. 
Диаграммы строятся с использованием программных пакетов 
Excel или Statistica и затем помещаются непосредственно в нужный слайд презентации PowerPoint стандартным копированием 
через буфер обмена Windows или другим привычным способом.
Удобной для восприятия уровней содержаний является столбчатая диаграмма. При наличии определенных данных на нее дополнительно могут быть вынесены пределы содержаний элемента и другая статистическая информация.
Для изображения процентов распространенности (например, 
60 % элемента сосредоточено в осадочных породах, 20 % – в метаморфических и 10 % – в магматических) рекомендуются круговые диаграммы.
При необходимости могут быть использованы тройные, точечные и другие типы диаграмм.
Независимо от вида диаграмм все они в обязательном порядке, должны иметь заголовки, обозначения осей и единиц измерения (% масс., ‰, % об., г/т, г/л и т. п.) и условные обозначения. 
Предпочтительные единицы измерения содержаний: породообразующие элементы в горных породах – % масс., второстепенные и редкие элементы в горных породах – г/т, элементы в природных водах – г/л.
основные минералы – носители элемента. большинство химических элементов имеют собственные минералы, т. е. входят 
в виде формульных компонентов в состав определенных минеральных видов. Для них должны быть указаны названия этих  

- 8 
Геохимия биосферы 

видов (с соответствующими формулами) и наличие существующих изоморфных рядов и схем изоморфизма. если количество 
минеральных видов у химического элемента достаточно велико 
(больше десятка), то необходимо указать их общее количество и 
информацию об основных типах минералов (например, сульфидов – 40 минералов, оксидов – 20, силикатов – 60 и т. п.) и подробно перечислить только самые распространенные. При наличии 
соответствующей информации желательно специально отметить 
самые редкие виды.
Кроме собственных минералов, все химические элементы 
входят в другие минералы в виде элементов-примесей, а для некоторых элементов, например рубидия, это вообще единственная форма существования. Поэтому в этом разделе обязательно 
необходимо указать, в каких основных минералах и в каком количестве может содержаться данный химический элемент в виде 
примеси.
Поведение в геологических процессах. Информацию данного раздела необходимо проиллюстрировать специально построенными диаграммами, показывающими степень изменения 
содержаний и форм нахождения элемента при переходе от одной 
геологической обстановки к другой. Например, изменение содержания элемента при переходе от неизмененных магматических 
пород к глинистым корам выветривания, разница содержаний элемента в породах разной степени метаморфизма. Необходимые 
данные для построения таких диаграмм в большом количестве содержатся в специальной геологической литературе – журналах и 
монографиях по геохимии, минералогии и полезным ископаемым.
Формы нахождения и поведение в водной и воздушной средах, 
участие в биологическом круговороте. следует указать, в каких 
формах может находиться и мигрировать химический элемент в 
водной и воздушной средах (в составе микровзвесей, в растворенном состоянии – в виде простых ионов, в составе комплексных 
ионов – указать, каких, в составе недиссоциированных молекул – 
указать, каких, и т. п.). обратить внимание на типичное соотношение указанных форм нахождения и миграции в природных средах. 
Кратко указать по имеющимся на сегодняшний день сведениям, 
насколько необходим данный элемент для живых организмов и с 
чем связана эта потребность, а также токсичность элемента и его 
соединений.

- 9 
основные типы месторождений. Необходимо перечислить основные типы месторождений химического элемента и увязать их 
с особенностями его поведения в геологических процессах (например, переменная валентность и легкая окисляемость приводят к формированию повышенных концентраций на окислительных барьерах и появлению определенного типа месторождений). 
желательно построить столбчатые или круговые диаграммы, 
показывающие распределение месторождений по типам, объему запасов и географическому положению. Необходимо знать 
названия наиболее крупных и известных месторождений (как отечественных, так и зарубежных) и их географическое местоположение, которое может быть вынесено на соответствующую карту.

Оборудование и материалы

1. 
Ноутбук. 
2. 
Проектор.

Указания по технике безопасности

 студенты должны приходить за несколько минут до начала занятия, чтобы заблаговременно подготовиться к нему; быть 
осторожными при подключении аппаратуры (ноутбук, проектор)  
в электросеть; бережно относиться к компьютерной технике и 
другому оборудованию учебной аудитории. Во время занятий 
запрещается ходить по аудитории, громко разговаривать. Выполнять следует только указанные преподавателем задачи. После окончания занятия на рабочем месте запрещается оставлять 
лишние предметы (методические материалы, личные вещи и пр.).

Вопросы и задания

Задание 1. Подготовить компьютерную презентацию в формате PowerPoint с соответствующим устным докладом продолжительностью 7–10 минут, в ходе которой должны быть освещены 
следующие вопросы.
1) 
 общие сведения об элементе:
• 
история открытия и область применения; 
• 
основные физические характеристики; 
• 
основные химические свойства.

Лабораторная работа 1

- 10 
Геохимия биосферы 

2) 
распространенность химического элемента:
• 
в земной коре;
• 
в магматических горных породах;
• 
в осадочных горных породах;
• 
в метаморфических горных породах;
• 
в других природных объектах (гидросфера, атмосфера, биосфера); 
• 
основные минералы-носители.
3) 
поведение в геологических процессах (уровни концентрации, валентные состояния, формы нахождения, переноса 
и осаждения):
• 
магматическом; 
• 
осадочном;
• 
метаморфическом (включая выветривание).
4) 
формы нахождения, поведение в водной и воздушной 
средах, участие в биологическом круговороте;
5) 
основные типы месторождений.
Вариант для выполнения работы выбирается студентом по согласованию с преподавателем, либо назначается преподавателем (табл. 1).
Таблица 1
Вариант для выполнения работы

Номер варианта
Химические элементы
Номер варианта
Химические элементы

1
Fe, Mn, Cr;
11
Zr, Hf;

2
Ni, Co;
12
рзЭ;

3
Cu, Ag;
13
U, Th;

4
Zn, Cd;
14
F, Cl, Br, I;

5
Pb, Hg;
15
S, Se, Te;

6
Au;
16
As, Sb;

7
Pt, Pd, Ru, Rh, Os, Ir;
17
Bi, Tl;

8
W, Mo;
18
Be, Sn;

9
Li, Rb, Cs;
19
Ti, V;

10
Nb, Ta;
20
Sr, Ba.

Содержание отчета

отчет оформляется индивидуально каждым студентом в виде 
компьютерной презентации в формате PowerPoint.