4.3. трансформация геохимического состава природных растворов на контакте речных и океанических вод

4.3. трансформация геохимического состава природных растворов на контакте речных и океанических вод

С суммарным речным стоком в океан поступают огромные массы химических элементов. Ежегодно с речным стоком выносится в составе взвесей и растворенных форм соответственно (млн т): железа — 963 и 27; марганца — 20,5 и 0,41; цинка — 5,86 и 0,82; меди— 1,51 и 0,28; свинца — 2,8 и 0,04; никеля — 1,58 и 0,12; кобальта — 0,34 и 0,01. Согласно данным А. П. Лисицина и др. (1983), из этого количества более 92 \% выпадает в краевых морях и особенно в устьях рек, лишь 7,8 \% достигает глубоководных областей океана.

Вместе с осаждением значительной части взвесей и соединений главных химических элементов осаждаются и рассеянные металлы, часто образующие крупные месторождения. Значительная часть запасов руд марганца, меди, ванадия и других металлов имеет осадочное происхождение.

Еще большее количество металлов выпадает в рассеянном состоянии, осаждаясь с распространенными соединениями. Например, быстрое разрушение комплексных железоорганических соединений в щелочной морской воде и энергичное осаждение образовавшихся сгустков гидроксидов железа сопровождаются сорбционным захватом скандия, кобальта, никеля, меди, ванадия и др

При осаждении фосфатов накапливается другой комплекс рассеянных элементов.

Таким образом, периферийная зона Мировою океана служит глобальной геохимической ловушкой, задерживающей большую часть вещества, сносимого с континентов. Тем не менее значительные массы рассеянных элементов проходят этот фильтр и поступают в открытый океан.

Проблема геохимии океана рассмотрена в монографии В.Коржа (1991). Для выяснения влияния океана на некоторые биогеохимические процессы, протекающие на суше, необходимо отметить следующее. Геохимическая структура состава океанических и континентальных вод принципиально различается. Если в речных водах преобладающая часть рассеянных элементов сосредоточена в материале взвесей, то в океане возрастает удельное значение растворенных форм. Количество форм элементов в составе взвесей в океанической воде в сотни и тысячи раз меньше их растворимых форм. Даже такие не склонные к нахождению в растворе элементы, как свинец, скандий, иттрий, цирконий, титан, хром, присутствуют в океане преимущественно в растворенном состоянии.

Кроме того, состав Мирового океана формируется под воздействием не только речного стока, но и поступлений из недр Земли в результате вулканической деятельности и процессов формирования океанической коры в тектонически активных зонах дна.

Сопоставление состава континентальных и океанических вод также выявляет их различие. В речной воде в тысячи раз меньше хлора, брома, натрия, в сотни раз — бора, сульфатной серы, магния, калия, в десятки — стронция, кальция, лития, рубидия, фтора, иода. В то же время, в речных водах в десятки раз больше марганца, иттрия, свинца, тория, значительно больше кремния, титана, цинка, меди. Следовательно, при поступлении речных вод в Мировой океан происходит существенная перегруппировка растворимых масс рассеянных элементов. Это наглядно представлено на графиках (рис. 4.1). Столь сильное различие в составе воды океана и суши в значительной мере обусловливает неодинаковую концентрацию химических элементов в живом веществе океана и суши, отмеченную в гл. 2.

Современный состав Мирового океана является итогом длительной истории. Как показано в подразд. 4.1, основную массу солей морской воды составляют хлориды и сульфаты натрия, магния, кальция и калия. Такое соотношение катионогенных и анио-ногенных химических элементов с позиций геохимии парадоксально. Первые содержатся в земной коре в количестве нескольких процентов каждый, вторые — в сто раз меньше (кларк хлора1,7×10-2 \%, кларк серы 4,7×10-2 \%).

Так как катионы и анионы находятся в морской воде в эквивалентных количествах, то они не могли поступать из одного источника, в частности за счет выщелачивания из земной коры континентов. Расчеты показывают, что из того количества хлора, который в настоящее время имеется в океане в форме ионов, всего лишь 1 — 2 \% могли быть извлечены из земной коры. Следовательно, катионы и анионы морской воды имеют разное происхождение. Помимо упомянутых хлора и серы к анионогенным элементам океана относятся азот, бром, иод, бор, мышьяк, селен, некоторые металлы, в частности ртуть. Есть все основания предполагать, что поступление основной массы этих элементов связано с дегазацией вещества мантии Земли.

Соотношение масс гидросферы и земной коры близко к соотношению паров воды и силикатного расплава при излиянии базальтов. Очевидно, выплавление первичной земной коры базальтового состава сопровождалось выносом паров воды, из которых после конденсации был образован древний океан. Одновременно в газообразной форме выносились перечисленные выше анионо-генные элементы. В дальнейшем в результате выветривания и почвообразования, при нарастающем воздействии биогеохимических процессов происходило выщелачивание катионогенных элементов из земной коры и в океане постепенно установилось существующее ныне равновесие анионов и катионов.

Рис. 4.1. Соотношение средних концентраций рассеянных

химических элементов в океанических и речных водах:

Рекомендуемая литература

Биогеохимия океана / Под ред А. С. Монина, А.П.Лисицина. — М • Наука, 1983. 368 с.

Вернадский В. И. Живое вещество в химии моря // Избр. соч.: В 5 т. — М.: Изд-во АН СССР, 1960. — Т. 5. — С. 160-183.

Виноградов А. П. Введение в геохимию океана. — М.: Наука, 1967 — 213с.

Гордеев В. В. Речной сток в океан и черты его геохимии. — М.: Наука 1983. -160с.

Корж В. Д. Геохимия элементного состава гидросферы. — М.: Недра 1991. -243 с.

Контрольные вопросы

1. Как изменялся состав Мирового океана под влиянием биогеохимической деятельности организмов на протяжении геологической истории?

2. Изложите основные положения биофильтрационной теории А.П.Лисицина.

3. Какие биогеохимические факторы влияют на состав речных вод?

4. Перечислите главные формы нахождения химических элементов в речных водах.

5. Какова роль продуктов метаболизма живых организмов и их остатков в миграции тяжелых металлов в поверхностных водах суши?

6. Как оценивается, согласно Б.Б.Польшову, интенсивность водной миграции химических элементов?

7. Как группируются (классифицируются) химические элементы по значениям коэффициента водной миграции К6 Полынова — Перельмана?

8. Изложите существо теории биорексистазии Г. Эрара.

9. Почему ионная концепция недостаточна для объяснения закономерностей водной миграции химических элементов?

10. Каково соотношение масс элементов, мигрирующих в растворимой форме и в составе взвесей в речных водах в настоящее время?

Темы для самостоятельной работы

1. По опубликованным материалам гидрохимических ежегодников Гидрометеорологической службы для выбранного района рассчитайте вынос Са2+, С1и Fеобщ с единицы площади.

2. Используя литературные данные о концентрации нескольких химических элементов в воде, значении сухого остатка и средней концентрации этих же элементов в почвообразующих породах выбранного района, определите значения коэффициента водной миграции КВ элементов. Полученные значения сравните с группировкой (классификацией) химических элементов по интенсивности вовлечения их в водную миграцию.