Аннотационное описание дисциплин кафедры химии почв. Профиль «Химия почв» в рамках направления 021900 «Почвоведение».

Глинистые минералы в почвах. Строение кристаллических решеток , свойства и происхождение отдельных групп глинистых минералов. Методы изучения глинистых минералов. Принципы идентификации глинистых минералов методами рентгеновского фазового и термического анализов. Образование, трансформация, разрушение и перераспределение глинистых минералов в почвах. Термодинамический подход к оценке устойчивости глинистых минералов в почвах разных природных зон.

Сорбционные свойства почв. Функциональные группы на поверхности минеральных и органических компонентов почв. Типы поверхностных комплексов. Строение поверхности раздела между твердыми частицами почвы и почвенным раствором. Заряд поверхности твердых частиц. Точка нулевого заряда и другие электрохимические характеристики почв. Типы и уравнения изотерм адсорбции. Сорбция с участием специфических и неспецифических органических соединений. Адсорбция катионов. Адсорбция анионов. Изотермы обмена. Уравнения для расчета коэффициентов селективности при бинарном обмене. Расчет термодинамической константы обмена.

Химия гуминовых веществ. Гумусное состояние почв. Состав и строение гуминовых кислот. Методы определения содержания различных групп и фракций Сорг. в почвах, их модификация, применимость для различных почв.  Определение углерода по Тюрину и на экспресс-анализаторе.  Определение коэффициентов экстинции гуминовой кислоты.  ИК-спектроскопия гуминовых кислот. Потенциометрическое титрование гуминовых кислот.  Фракционирование металл-гумусовых комплексов на ионообменной матрице. Определение молекулярных масс гуминовых кислот методом гель-фильтрации.  Фракционирование гуминовых веществ методом гидрофобной хроматографии.

Трансформация органического вещества почв. Номенклатура органического вещества почвы. Органические вещества в почвах: углеводороды, карбоновые кислоты, спирты, альдегиды, жиры, воска, смолы, ароматические соединения,  природные фенольные соединения, полимерные фенольные соединения, пигменты, углеводы; фульвокислоты и индивидуальные органические соединения почвенного гумуса; органические соединения азота и фосфора. Взаимодействие ионов металлов с низко- и высокомолекулярными органическими соединениями почвенного раствора. Взаимодействие органических соединений с минеральными фазами почвы. Сорбция ионов на модифицированных органо-минеральных поверхностях твердой матрицы почв. Роль металл-органических и органо-минеральных взаимодействий в формировании и функционировании почв.

Устойчивость почв к внешнему химическому воздействию. Устойчивость природных систем. Организация и функционирование почвы как системы соединений химических элементов -  фактор и результат устойчивости почвы к химическому воздействию. Учение о биогеохимических барьерах -  теоретическая основа устойчивости химического состояния почв. Механизмы устойчивости почв к загрязняющим веществам различной природы.  Буферная способность почв и ее значение в формировании устойчивости  почв к загрязнению. Использование показателей устойчивости почв к загрязняющим веществам при экологическом мониторинге.

Почвенный экологический мониторинг. Экологический мониторинг: теоретические основы, задачи, методы. Почвенно-химический мониторинг и его место в системе экологического мониторинга. Основы методологии почвенного экологического мониторинга. Оценка качества и нормирование состояния загрязненных почв. Экологическое состояние почв России по результатам почвенного экологического мониторинга. Методы определения показателей состояния почв при почвенном мониторинге и требования к ним. Оценка качества почв при проведении экологической экспертизы и определения экологического и экономического ущербов от загрязнения почв. Пути совершенствования почвенного экологического мониторинга.

Почвенная кислотность и кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе.  Естественные и антропогенные факторы подкисления почв. Формы и показатели почвенной кислотности. Основы мелиорации кислых почв. Кислотно-основная буферность почв и методы ее изучения и количественной оценки. Основные буферные реакции, протекающие при взаимодействии почв с кислотой и основанием. Концепция буферных зон. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе, методы определения,  растворимость, влияние на кислотно-основные свойства. Токсичность  растворенных соединений алюминия.

Загрязнение почв тяжелыми металлами. Источники соединений металлов в почвах.  Техногенные источники загрязнения почв металлами. Современные представления о процессах и химических реакциях с участием ионов металлов в почвах. Формы поступления и формы нахождения соединений металлов в почвах. Трансформация техногенных соединений металлов в почвах. Методы определения различных форм соединений металлов. Загрязнение почв соединениями металлов:  вокруг промышленных предприятий, связанное с работой автомобильного и железнодорожного транспорта, в городах и прилегающих к ним территориях.

Нефтяное загрязнение почв. Состав нефти, технологии ее добычи, транспортировки и сопутствующие проблемы. Аналитические методы контроля содержания нефти в почвах. Воздействие нефти на почву. Закономерности миграции и сорбции углеводородов в почвах и ландшафтах. Нормирование остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в природных средах. Восстановление загрязненных нефтью территорий.

Методы атомной спектроскопии и масс-спектрометрии в химическом анализе почв. Основы метода атомно-эмиссионной спектрометрии. Источники возбуждения спектров, способы монохромирования и детектирования излучения в АЭС. Эмиссионная фотометрия пламени. Теоретические основы метода атомно-абсорбционной спектрометрии, спектры поглощения и аналитические линии. Источники и детекторы излучения в ААС. Приборы и аппаратура, применяемые в АЭС и ААС. Применение методов ААС, АЭС и фотометрии пламени в химическом анализе почв, возможности и ограничения. Основы метода масс-спектрометрии. Способы ионизации и фрагментации в масс-спектрометрии. Типы масс-анализаторов и принципы детектирования. Хромато-масс-спектрометрия и тандемная масс-спектрометрия. Применение масс-спектрометрии в химическом анализе и почв почвенно-экологическом мониторинге.

Методы исследования твердой фазы почвы. Особенности методов пробоподготовки в химическом анализе почв и грунтов, сложности и артефакты. Экстенсивные и инструментальные методы пробоподготовки. Методы извлечения минеральных соединений из почвы, современное аппаратурное обеспечение. Методы извлечения органических соединений из почвы, типы экстракции. Методы концентрирования и очистки проб. Рентгеновский фазовый анализ. Принцип работы рентгеновского дифрактометра. Основные приемы пробоподготовки при рентгендифрактометрии, приготовление препаратов. Основные принципы диагностики минералов методом рентгендифрактометрии, базальные и общие рефлексы. Методы количественного рентгендифрактометрического анализа, использование компьютерных программ.

Методы молекулярной спектроскопии и люминесценции. Основы молекулярной спектроскопии. Электронные спектры поглощения. Фотометрические методы количественного анализа, применяемая аппаратура. УФ- и видимая спектрофотометрия в анализе объектов окружающей среды. Инфракрасные спектры поглощения. Основы Фурье-спектрометрии. Аппаратура и методы ИК-спектрометрии, способы подготовки образцов. Природа и виды люминесценции, типы флуорофоров. Люминесцентный анализ, аппаратура для флуоресцентной спектроскопии. Области применения флуориметрии в анализе объектов окружающей среды.

Методы хроматографического анализа. Особенности хроматографии как аналитического метода. История развития и области применения хроматографии. Основы теории хроматографического процесса. Классификация хроматографических методов. Типы колонок и фаз. Задачи и приемы хроматографического анализа. Способы идентификации разделяемых компонентов, возможности гибридных методов. Газохроматографические системы, современное аппаратурное обеспечение. Способы ввода пробы в газовый хроматограф. Детекторы для ГХ, строение и возможности применения. Основные узлы высокоэффективного жидкостного хроматографа. Система подачи элюента и детекторы для ВЭЖХ. Подвижная и неподвижная фаза в жидкостной хроматографии. Особенности различных типов жидкостных хроматографических систем, используемое оборудование. Применение хроматографии в экологическом анализе и почвоведении.

Спектральная отражательная способность почв. Природа и свойства световых волн. Природа окраски органических и неорганических соединений. Показатели и способы оценки цвета. Взаимодействие света с почвой. Влияние физических факторов и компонентного состава  почв на спектральную отражательную способность. Спектральная отражательная способность почв разных генетических типов. Дистанционные методы исследования спектральной отражательной способности почв и их практическое применение при картографировании, мониторинге засоления, нефтезагрязнения и  для количественной оценки некоторых почвенных свойств.

Окислительно-восстановительные процессы в почвах. Реакции с переносом электронов в почвах.  Показатели Eh, pe, rH2. Компоненты почвы, способные к реакциям окисления-восстановления (оксиды и гидроксиды железа и марганца, соединения азота и серы, железосодержащие слоистые алюмосиликаты). Факторы, определяющие ОВП в почвах: температура, содержание кислорода, влажность, функционирование биоты.  Влияние  свободных  радикалов  на скорость окислительно-восстановительных реакций. Ферменты как переносчики электронов. Методы определения Eh в лабораторных и полевых исследованиях. Влияние ОВП на геохимию железа и марганца в ландшафте. Способы количественной оценки окислительно-восстановительного состояния почв. Окислительно-восстановительные режимы почв.

 

Аннотационное описание дисциплин кафедры химии почв. Профиль «Экологическая безопасность» в рамках направления 022000 «Экология и природопользование»

Неорганические загрязняющие вещества в техногенных экосистемах. Классификация неорганических загрязняющих веществ. Природные и техногенные источники неорганических загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Современные представления о процессах и химических реакциях с участием ионов металлов в почвах и сопредельных средах. Формы нахождения химических элементов в почвах и сопредельных средах  и формы поступления загрязняющих веществ. Экспериментальные методы изучения. Особенности загрязнения почв некоторыми специфическими группами неорганических загрязняющих веществ.

Органические загрязняющие вещества в экосистемах промышленных зон и урбаэкосистемах. Понятия «промышленная зона» и «урбоэкосистема». Производственные, отраслевые и бытовые источники органических загрязняющих веществ (ОЗВ).Поведение ОЗВ в воздушной и в водной средах, в почвах. Особенности эколого-аналитического мониторинга ОЗВ.

Нормирование антропогенных воздействий и качества окружающей среды. Основные принципы и проблемы формирования системы экологического нормирования. Теоретические основы формирования техногенных нагрузок. Практические подходы к оценке качества природной среды. Правовые основы экологического нормирования и стандартизации. Виды экологических стандартов. Экологическое нормирование воздействий на атмосферу, в сферах водопользования, землепользования, обращения с отходами и использования объектов флоры и фауны. Зарубежный опыт оценки качества окружающей среды.

Методы контроля качества окружающей среды. Специфика контроля  качества различных природных сред.  Принципы деятельности аккредитованных аналитических лабораторий. Основы химической метрологии. Контроль качества анализов. Инструментальные методы определения тяжелых металлов в природных объектах. Определение валового содержания тяжелых металлов в почвах и растениях. Формы соединений тяжелых металлов в почвах и методы их выделения из почв. Тяжелые металлы в природных водах и в воздухе. Методы и способы оценки качества воды. Методы контроля качества окружающей среды, связанного с загрязнением органическими веществами.

Экологическая безопасность производств в России: технологические и региональные аспекты. Промышленная экология: основные понятия, значение, принципы. Общие и специфические виды влияния различных видов производств на природные среды. Технологические и региональные аспекты безопасности производственной деятельности  в РФ. Экологическая безопасность производств энергетических, топливно- технологических отраслей, металлургических предприятий, транспортных средств, предприятий машиностроения,  химической, легкой, пищевой, строительной, полиграфической промышленности. Обеспечение экологической безопасности ландшафтов, нарушенных твердыми бытовыми отходами разных отраслей производства. Опыт и эффективность применения практических мер по обеспечению экологической безопасности различных видов производственной и коммунально-бытовой деятельности.

Анализ экологических ситуаций в зонах аварий и техногенных катастроф . Понятие аварии и техногенной катастрофы. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. Классификация экологической обстановки по возрастанию степени экологического неблагополучия. Принципы организации контроля за состоянием окружающей среды на предприятиях металлургической, энергетической, нефтедобывающей и горной отраслей. Последствия аварий на производствах одного типа, расположенных в разных природных зонах. Требования к организации системы охраны окружающей среды на производствах  одного типа, расположенных в разных природных зонах. Методологические подходы к оценке экологического ущерба в зонах аварий и техногенных катастроф.

Проблемы экологической безопасности при газо- и нефтедобыче. Состав нефти. Основные блоки технологического процесса добычи нефти, элементы инфраструктуры нефтепромысла. Аварийные разливы нефти. Аналитические методы контроля содержания нефти в природных средах. Воздействие нефти на компоненты экосистем суши. Закономерности миграции и сорбции углеводородов в почвах и ландшафтах. Нормирование остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в природных средах.

Экологическая опасность и риск применения пестицидов, ядохимикатов и удобрений. Поведение пестицидов в объектах окружающей природной среды. Экологические проблемы использования пестицидов. Экологическая опасность и экологический риск при использовании пестицидов. Моделирование поведения пестицидов: модели, входные сценарии, прогноз. Российские стандартные сценарии (регионы, типы  и свойства почв, климат, сельскохозяйственные культуры; параметры свойств пестицида). Модель PETE. Нормирование содержания пестицидов в водах, почвах и сельскохозяйственной продукции. Системы регулирования обращения пестицидов в России и мире.

Расчет критических нагрузок поллютантов на экосистемы. Концепция критических нагрузок. Эмпирические критические нагрузки. Критические нагрузки кислотобразующих соединений ,  критические нагрузки для процесса эвтрофикации. Статические модели.  Простая модель материального  баланса. Химические критерии и критическое значение снижения величины кислотонейтрализующей способности. Расчет критических нагрузок  подкисляющих и эвтрофицирующих соединений на наземные и на водные экосистемы. Расчет  критических нагрузок кадмия, свинца и ртути  на наземные и водные экосистемы. Задачи динамического моделирования. Динамические модели (VSD, SMART, SAFE, MAGIC): основные понятия и уравнения.

Рекультивация и ремедиация загрязненных и нарушенных территорий и акваторий. Современные технологии рекультивации нефтезагрязненных земель и водных объектов: приемы технической рекультивации, методы микробиологической очистки, методы реагентного обезвреживания, агротехническая рекультивация, фитомелиорация; технологии рекультивации шламовых амбаров; оценка качества проведения рекультивации, критерии приемки рекультивированных земель и водных объектов . Нормативно-правовая база проведения природовосстановительных работ

Использование природных и модифицированных глинистых минералов для ремедиации природных сред и создания изоляционных барьеров. Строение кристаллических решеток и сорбционные свойства глинистых минералов. Способы модификации и активации глин. Использование природных и модифицированных глинистых наноматериалов для очистки природных сред от тяжелых металлов, органических поллютанов, радионуклидов и для создания барьеров при захоронении токсичных отходов. Использование природных и модифицированных глинистых наноматериалов как катализаторов биохимических реакций разложения сорбированных токсичных веществ.