Тема: геохимия ландшафтов и биогеохимие эндемии.

В настоящее время известно около 30 элементов, избыток или недостаток в организме которых приводит к различным заболеваниям. Те, районы к которым они приурочены называют биогеохимическими провинциями, а болезни – биогеохимическими эндемиями.

Наиболее удовлетворяют основным требованиям растений и животных ландшафты черноземной зоны, в пределах которой неизвестны эндемии, вызываемые недостатком или избытком элементов – эту зону принимают за эталонную.

Севернее – в ландшафтах с серым лесными почвами ощущается недостаток иода – здесь у животных наблюдается увеличение щитовидной железы

Еще севернее – в зоне развития дерново-подзолистых и торфяно-болотных почв, наряду с иодом, отмечается еще недостаток Со и Сu. Поэтому здесь распределены эндемичные окобальтозы и авитаминозы В₁₂, который вызван недостатком Со. Недостаток меди приводит у животных к анемии (недостаток гемоглобина в крови), а у растений к невызреванию и полеганию злаков.

Помимо зональных факторов выветривания и почвообразования геохимические провинции могут быть вызваны аномальным содержанием элементов в коренных породах.

Например в Актюбинской области, где развиты Ni коры выветривания – т.е. никелевой биогеохимической провинции – в роговицу глаз телят и ягнят происходит накопление никеля и развития «никелевой слепоты». Избыток молибдена вызывает заболевание подагрой. Повышенное содержание Pb – к поражению нервной системы.

 

Но не всегда повышенное содержание элемента в почвах ведет к развитию эндемических заболеваний. Важны ландшафтные условия и химическая форма нахождения элемента.

Так содержание Se повышено во многих районах мира. Но в большинстве случаев эти провинции содержат карбонаты, они обладают щелочной реакцией и в них велико значение Eh. В этих условиях железо окисляется до Fe³⁺, селен мигрирует вместе с S и образует доступные растениям селениды Se⁶⁺. В кислых почвах, где много Fe, селен становится недоступным растениям. Он сорбируется Fe и глинами.

В.В. Ковалевским введено понятие о «критических» (пороговых) концентрациях элементов в среде. (ПДК)

Но животные, растения, человек – обладает адаптивным реакциями.

Пример: Иссык-Кульская котловина (Кыргызия) является урановой геохимической

провинции.

По сравнению с эталоном (Курская область) – почвы там обогащены U – в 9 раз, растения в среднем в 50.

Суточный рацион овец содержит 400-1300 мкг урана, а у овец черноземной зоны Европейской части 50 мкг. Но он у многих не влияет на жизненные функции. т. к. у них выражена адаптация, которая заключается в том, что уран усиленно выделяется почками и не задерживается внутренними органами. Кроме того уран накапливается в шерсти и периодически удаляется при линьке.

 

Географический ландшафт – есть конкретная территория, однородная по своему происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов и закономерным набором морфологических частей и урочищ.

В основе геохимической классификации территории по опасности возникновения биохимических эндемии лежат следующие принципы:

1) типы ландшафтов выделяют по наиболее интенсивной миграции химических элементов в ландшафте, биологическому круговороту, биомассе и ее химическому составу, ежегодной продукции и опаду;

2) семейства ландшафта выделяют в соответствии с зональными подтипами почвенного и растительного покрова. Динамика содержания макро- и микроэлементов в грунтовых водах;

3) классы геохимических ландшафтов по особенностям водной миграции в автономных ландшафтах – почвах, коре выветривания, континентальных отложениях;

4) роды геохимических ландшафтов – по интенсивности водообмена, соотношению химической и механической денудации, контрастности между автономными и подчиненными ландшафтами;

5) виды (и группы видов) геохимических ландшафтов – по геологическим формациям

 

 

РАЗДЕЛ: ГЕОХИМИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ТЕМА ПЕРВАЯ ГРУППАЭЛЕМЕНТОВ

К этой группе относятся элементы, для которых характерна газообразная форма не только в земных глубинах, но и в биосфере (в отличие от щелочных металлов и др. элементов, которые образуют газообразные соединения только при высоких температурах). Водная миграция для них так же характерна.

1. Элементы образующие химически активные газы, - O, H, S, C. N. Эти элементы благодаря химической активности и высоким кларкам играют особо важную роль в земной коре. Они типоморфны во многих системах, определяют окислительно-восстановительные и щелочно- кислотные условия растворов, расплавов, формирование важнейших геохимических барьеров. Это главные элементы живого вещества, их роль исключительна в биосфере и ноосфере. Они геохимические аккумуляторы солнечной энергии, для них характерна как ионная, так и не ионная миграция в растворах и расплавах.

 

Кислород O. Это самый распространенный элемент земной коры (46 %), гидросферы (85,7%) и живого вещества (70%). Большая действующая масса сочетается с его высокой активностью, что делает его геохимическим диктатором. В земной коре преобладают кислородные минералы.

Эволюция магматизма направлена в сторону увеличения содержания О, в биосфере происходит его резкая дифференциация, обязанная биологическому круговороту. Об этом говорят кларки концентрации О

В земной коре протекают различные реакции образования свободного кислорода. Флора земли это – (благодаря фотосинтезу) огромная фабрика по производству О. Переходя в свобождное состояние О аккумулирует солнечную энергию. Это определяет его высокую химическую активность (геохимический аккумулятор). Кислород расходуется в реакциях окисления (их огромное количество) они в основном имеют биохимическую природу. При окислении выделяется энергия, поглощенная при фотосинтезе. В почвах, илах, водоносных горизонтах и т.д. где имеются органические вещества развивается деятельность микроорганизмов окисляющих органические соединения. Следовательно общая схема круговорота О в биосфере складывается из противоположных ветвей – образования свободного О при фотосинтезе и его поглощения в окислительных реакциях. Для земной коры и для отдельных ее систем характерна окислительно-восстановительная зональность, обусловленная солнечной энергией, приводящей к накоплению сильных окислителей (О) и сильных восстановителей (С органический, Fe). Кроме О₂ в атмосфере при электрических разрядах образуется еще более сильный окислитель озон – О₃ и пероксид водорода Н₂ О₂

 

Водоро H. Это главный элемент космоса, но в планетах земной группы его не много. В земной коре большая часть атомов Н входит в состав воды, углей, нефти, горючих газов, эживых организмов, глинистых и других минералов. Геохимия Н тесно связана с историей воды и жизни.

В земной коре известен глубинный Н, поступающий в зонах разломов. Предпологается его присутсвие в мантии и ядре. Исключительно велика в земной коре роль воды, водородного (Н⁺) и гидрогсильного ионов (ОН^-).

Сера S Поливалентность серы (-2, 0,+4,+6), способность давать газообразные (SO₂, H₂ S) и легкорастворимые (SO₄^2- ) соединения в сочетании с относительно большим кларком (4,7 х 10 ^-2)% определили важную роль серы в земной коре, ее влияние на миграцию многих элементов. – халькофилов. По числу минералов (369) сера занимает пятое место после О, Н, Si, Ca, а по величине кларка – пятнадцатое. Это свидетельствует о способности серы к минералоообразованию, как у таких элементов ().

В земной коре важное значение имеют две валентности серы (-2) и (+6).

Для серы характерны как ионные, так и неионные сязи. Сульфаты щелочных металлов, М хорошо растворимы, а - плохо. Это имеет большое геохимичесое значение. Огромную роль играет плохая растворимость сульфидов тяжелых металлов.

В магме сера в основном в рассеянном состоянии, из гидротермальных источников сера осаждается в виде сульфидных руд.

Сера это элемент земной коры в мантии ее в 5 раз меньше. Она концентрируется в биосфере, осадочных породах, соленых озерах, углях, нефти. Кларк серы в живом веществе 5 х 10 ^-2%, она является важнейшим биоэлементом, входит в состав белков и др. органических соединений. Известны организмы концентраторы серы (водоросли, бактерии). Для биосферы характерны круговороты Серы разных масштабов – от круговорота в пределах ландшафтов, до большого круговорота, связывающего океан и материки (сера приносится на материки с атмосферными осадками и возвращается в океан со стоком).

Важнейший концентратор серы – мировой океан, в котором ее содержание достигает 8,9 х 10^-2%

В течение всей геологической эпохи источником серы для биосферы были в основном продукты извержения вулканов, содержащие Н₂S и SO_2. Образование кислородной атмосферы в докембрии привело к коренным изменениям в геохимии серы – возникла сульфатная форма ее миграции, стали возможны и процессы восстанавливания сульфатов. Появились сульфатные воды, гипсы в озерах, лагунах

 

В ноосфере миграция серы ускорилась. То технофильности (4 х 10⁸) сера сильно уступает углероду и хлору. Окисление сульфидов (в основном пирита) привело к загрязнению окружающей среды (кислые дожди)

 

УглеродС. При кларке земной коры 2,3 х 10^-2%, С сильно накапливается в биосфере, в чистых известняках его – 12 % живом веществе – 18, древесине 50, каменном угле – 80, нефти – 85 и т.д. Преобладающая часть атомов С земной коры сосредоточена в известняках и доломитах. Огромная геохимическая роль его в том, что он – аккумулятор солнечной энергии, которая освобождается в ходе его круговорота и совершает большую работу. Число собственных минералов С – 112, исключительно велико число различных органических соединений – углеводородов и их производных. С историей С связано накопление многих элементов – сорбированных органическим веществом, осаждающихся в виде нерастворимых карбонатов, или на воссвтановительном барьере, создаваемом разлагающимся органическим веществом. Большую геохимическую роль в земной коре играют СО₂ и угольная кислота. С – четвертый по распространенности элемент в космосе (после Н, Не и О) Атмосфера Марса и Венеры богаты СО₂, планет – гигантов СН₄. Все метеориты содержат С, им обогащены углистые хондриты, содержащие органические соединения.

В ноосфере С энергично извлекается из недр (уголь, нефть, горючий газ, которые служат пока основным источником энергии).

 

Азот В земной коре разновалентен (-3,0,+2,+3,+4, +5), что определяет искулючительное разнообразие его миграции. Ведущее значение имеет биогенная миграция, хотя он образует газообразные и растворимые соединения. По исключительной роли биогенной миграции азот занимает первое место среди элементов периодической системы. Кларк азота в земной коре 1,9 х 10 ^-3%, его история связана преимущественно с биосферой. Азот накапливается в почвах (0,1%), в живом веществе (0,3), каменном угле (1-2,5), нефти (0,02-1,5) %. Больше всегог азота в атмосфере, где его содержание составляет 78,09 % по объему или (75,6 % по массе). При электрических разрядах в атмосфере азот окисляется и с осадками поступает в почвы и воды (в виде NO^-₃). Атмосферный азот поглащается с некоторыми микроорганизмами. Природные минеральтные соединения азота – аммиак и различные нитраты (селитры0 – растворимы и легко мигрируют (ЭК NO^-₃ очень низок _{– 0,19)}. Ферсман отметил, что NO^-₃ – ион исключительной подвижности и дискретности. Однако главное значение в истории азота в биосфере принадлежит живому веществу, в котором азот находится в виде различных органических соединений.

В биосфере осуществяется круговорот азота, главную роль в котором играют растения и микроорганизмы – нитрифицирующие, денитрофицирующие, азотофиксирующие и др.

В пустынях нираты накапливаются при испарении грунтовых вод, разложении гуано. Крупные соединения натриевой селитры (NaNO₃)

По распространенности азот – пятый элемент космоса, он обнаружен в туманностях, кометах, атмосферах звезд, углистых хондритах.

Дефицит азота характерен для земледелия, и животноводства. Азотные удобрения и белковая подкормка животных – важнейшее средство для подъема сельского хозяйства. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот азота; сжигание топлива, взрывчатые вещества обогащают им атмосферу, а заводы производящие удобрения, связывают азот воздуха. Транспорт удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет азот в ноосфере.

 

2. Инертные газы. Строение атомов инертных газов определяет их неспособность к химическим реакциям в земной коре. (но лабораториях получены фториды родона и др.) Химическая инертность и низкие кларки определяют малое влияние их на химические процессы в земной коре. В космосе, напротив распространенность инертных газов значительна. Не занимает второе место, Неон – пятое или шестое в атмосферах некоторых звезд.

Изучение изотопов инертных газов позволяют решать многие вопросы истории атомов земной коры и мантии, начиная с глубокого докембрия. Велико значение инертных газов для определения абсолютного аозраста пород (гелиевый, калиево – аргоновый и др. методы) Значение их в ноосфере тоже значительно особенно нелия аргона и неона.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6

ЭЛЕМЕНТЫ ВТОРОЙ ГРУППЫ.

 

Ко второй крупе относятся элементы, образующие простые ионы типа благородных газов. При изучении их геохимии особенно применимы понятия об ионных радиусах. Элементы данной группы во многом определяют щелочно-кислотные свойства растворов и расплавов.

.Типичные щелочные металлы – Na, K, Rb,Cs. – наиболее электроположительные элементы, характерные катионогены. Их атомы леко отдают единственный валентный электрон и превращаются в шароыфе ионы типа благородных газов. Подобные особенности определяют ионные связи в минералах и нахождение их в водах в основном в виде простых катионов. Цвет солей – белый.

Натрий по радиусу иона он ближе всего к Са, чем кК. Радиус Na 0,092 нм. Он определяет его изоморфизм с Са²⁺ в гипогенных условиях, образование кальциево – натриевых плагиоклазов. В зонах гипергенеза этот изоморфизм не характерен. Общее число минералов -222. болшенство из них гипогенные. Кларк натрия в земной коре 2,5%, большая часть атомов входит в состав полевых шпатов, нефелина, амфибиолов и др. силикатов. Натрий – типичный литофил, концентрируется в гранитном слое. В ультрооосновных породах его 0,57%, в основных – меньше, чем в средних и кислых. В биосфере происходит резкая дифференциация натрия, осадочные породы им обеднены (в глинах и сланцах 0,66%) но в соленосных породах натрий накапливается. Натрий – ведущий элемент многих гидротерм.

В биосфере по многим особенностям миграции натрий напоминает хлор, он одновалентный, образует легкооастворимые соли, учавствует в атмосферной миграции, накапливается в конечных водоемах стока – мировом океане, бессточных озерах, артезианских бассейнах. Поэтому во многих случаях необходимо говорить об истории NаСl.Основной источник натрия в биосфере разрушенные изверженные породы а не вулканизм, как у хлора.

 

 

В живом веществе в среднем 2 х10^-2, т.е меньше чем Са, К, М Натрий выходит из биологического круговорота и в условиях влажного климата уносится за пределы ландшафта. Воды так же бедны натрием он среди катионов занимает третье место после кальция и магния. Растения тоже бедны натрием, Животным такде необходим натрий (доказана необходимость подкормки солью) С натриевым обменом связаны заболевания сердечно-сосудистой сисетмы.

В сухом климате натрий – характерный испарительной концентрации. Он занимает первое место среди катионов грунтовых и озерных вод и накапливается в солончаковатых посвах и растениях, определяя многие геохимические особенности пустынь. Для истории азота в ландшафтах характерна сравнительно слабая роль биологического круговорота и больое значение водной миграции. В этом отношении он тоже напоминает хлор. В целом натрий теряется ландшафтами и накапливается в морях и океанах. В океанической воде 1,035 %. Он характерный талассофил. Значительно перевосходит в этом отношении магний, кальций и калий и др. катионы.

В ноосфере история натрия также анологична хлору. Особое значение имеет добыча поваренной соли, в менбшей мере мирабилита, соды.Человек в основном рассейвает натрий, извлекая его из месторождений солей.

 

Калий Его кларк такой же как и у натрия 2,5 % В магматических процессах они аналоги – накапливаются в кислых породах, в которых калий входит в состав полевых шпатов и слюд. Большие размеры иона калия определяют возможности его изоморфизма с Rb⁺,Sr²⁺, Ba²⁼ Pb²⁺, Tl⁺ Эта характерная парагенная ассоциация в магматических минералах.

Калий – важнейший биоэлемент, его кларк вс живом веществе 0,3 %, в отдельных видах до 1-2 %. Хотя почти все соли К легкорастворимые, в биосфере К мигрирует слабо, чем он резко отличается от натрия. При выветривании калий переходит в воды, но он часто захватывается организмами и поглощается глинами. Поэтому реки бедны калием и в океан его поступает меньше чем натрий. И в океане он поглощается организмами и донными илами (например входит в состав минерала глауконита). В результате океанические воды содержат калия в 25 раз меньше калия чем натрия.

В ноосфере история калия связана в основном с сельских хозяйством (калийные удобрения).

 

Рубидий. Это типичный рассеянный элемент. Несмотря на относительно высокий кларк – 1,5 х10^-2 (больше, чем у меди, рубидия, цинка) он не образует собственных минералов. В живом веществе 2 х 10 ^-4%. В водах мигрирует анологично калию, но еще легче сорбируется глинами и илами. В ноосфере используется слабо.

 

Цезий. Это саамы электроположительный элемент из извуестных на земле. Кларк 3,7 х 10^-4 % он незначительно концентрируется в гранитодоидах, более рассеян в в основных породах. Известно 2 минерала цезия, оба крайне редкие. Большая чась крупных ионов цезия изоморфно замещает ионы калия и рубидия в полевых шпатах и слюдах. Цезий слабый водный мигрант, не накапливается в живом веществе (6 х 10^-5)%. Основное значение в концентрации играет изоморфизм и сорбция. Технофильность незначительна. В ноосфере используется его электроположительность. При ядерных взрывах образуется радиоактивный ¹³⁷ Сs опасный для здоровья.

 

4.Типичные щелочноземельные металлы и литий – кальций, магний, барий, стронций, литий, радий. Как и типичные щелочные металлы, это характерные катиогеннные элементы, которые теряя валентные электроны, превращаются в ионы типа благородных газов.. Для них характерен белый цвет солей., ионные связи в минералах, нахождение в водах в виде простых катионов. Но в отличие от щелочных металлов они образуют как легкорастворимые, так и труднорастворимые соли, что определяет меньшую интенсивность водной миграции.

 

Кальций По распространенности занимает пятое место в земной коре после кислорода, кремния, алюминия, железа, кларк его 2,96 %. Са энергично мигрирует и накапливается в различных системах, образует 385 минералогов (по числу минералов – 4 место) Это характерный элемент земной коры, в мантии его мало. В магматических системах характерна связь кальция и натрия, определяемая близостью размеров ионов. Отсюда изоморфизм альбита и анортита. В анортите сосредоточена главная масса атомов кальция. Важную роль кальций играет при контактово-метаморфических процессах, когда магма взаимодействует с известняками и доломитами (скарнирование). Кларки концентрации кальция свидетельстует о его сильном дифференциации.

В биосфере дифференциация кальция во много связана с карбонатным равновесием

 

Поэтому при высоком содержании в водах кальций находится в растворе, а при низком выпадает в осадок в виде кальцита. Огромную роль в история кальция играет биогенная миграция, он – главный металл живого вещества (кларк 0,5%). Известны «кальциевые организмы» содержащие более 10% (кальция больше С), строящие свой скелет из Са СО₃ (известковые водоросли, многие моллюски, иглокожие, кораллы, корненожки и т.д.) Среди растений и животных известны кальциефилы (например бобовые, моллюски), так и кальциефобы (сфагновые мхи, насекомые, грибы, хвощи и плауны) У позвоочных животных скелет состоит из фосфата кальция (в организме человека 1,5 % Са). С захоронением останков морских животных и растений связано накопление колоссальных масс водорослевых, коралловых и прочих известняков, которые, погружаясь и метоморфизуясь, превращаются в мрамора.

Для огромных территорий с влажным климатом характерен дефицит кальция, который легко выщелачивается из почв. С дефицитом Са связано низкое плодородие почв, низкая продуктивность домашних животных, их малые размеры, болезни скелета. Дикие животные также испытывают дефицит кальция, птицы несут мало яиц, у моллюсков тонкие раковины, млекопитающие меньших размеров, поэтому большое значение имеет обогащение ландшафта кальцием – известкование почв, подкормка кальцием домашних животных, в сухом климате Са СО₃ трудно растворим, поэтому ланшафты степей и пустынь богаты Са СО₃ в солончаках и соленых озерах, часто накапливается гипс.

Реки приносят в океан много кальция, но он не задерживается в океанической воде, входит в состав скелетов организмов, осаждается на дно преимущественно в форме Са СО₃. Известковые илы широко распространены во всех океанах на глубинах до 4 км (на больших глубинах происходит растворение Са СО₃, организмы там нередко испытывают дефицит кальция, особенно энергично кальцита идет в морях тропиках, где теплые воды содержат мало СО₂.

Важную роль в истории кальция играют подземные воды в известковых массивах они энергично выщелачивают Са. С этим процессом связано развитее карста, образование пещер.

Помимо кальцита, в морях прошлых геологических эпох были широко распространены отложения фосфатов кальция (фосфориты), доломиты, в лагунах – гипса.

Геохимия кальция изменялась в ходе геологической истории: росло биогенное карбонатообразование, хемогенное уменьшалось.

Технофильность Са 2 х 10⁸ больше чем железо, магний, натрий, алюминий. Он важный элемент строительства (известняки, мрамора и гипсы). В сельском хозяйстве фосфориты и известняки играют большую роль в подкормке полей и животных. В металлургии важен плавиковый шпат Са F₂ гидротермальные происхождения которого известны во многих районах.

 

Магний (Mg) геохимия магния отличается пародоксальными чертами. С одной стороны, это элемент глубин, накапливающися в мантии и базальтовом слое (кларк ультрооосновных породах – 25,9%, основных 4,5% в земной коре 1,87%). Характерана связь магния с железом и его семейством, с другой стороны магний накапливается в самых низкотемпературных и дисперсных системах – в океане и соленых озерах. И здесь миграция магния резко отличается от () она аналогична миграции наиболее подвижных элементов () Эта особенность связана с размерами иона Мg²⁺ -0,074нм, который намного меньше (). По размерам Мg²⁺ близок () это определяет изоморфизм () в гипогенных силикатах. Поэтому в ультрооосновных и основных породах магний тесно связан с железом () он входит в состав оливина и пироксенов. В кислых породах он входит в состав слюд и амфибиолов. Магний не очень характерен для гидротермальных систем, хотя известны гидротермальные доломитизации, серпентизация. Кларки концентрация магния подтверждают его энергичную миграцию и дифференциацию

 

 

Гипергенная миграция магния во многом связана с хорошей растворимостью его сульфатов и хлоридов.

Магний – важный биоэлемент, его биофильность меньше кальция. Известны болезни животных и растений связанных с избытком и дефицитом магния. В гумидных ланшафтах история магния анаоглогична истории кальция, но магний менее подвижен. На путях его миграции возникают 3 основных геохимических барьера: 1) биогеохимический (поглощение живым веществом) 2) силикатный (образование вторичных силикатов 3) сорбционный (поглощение коллоидами глин и гумуса). Одна барьеры не способны задерживать весь магний и он частично выносится со стоком. Интенсивность выноса магния меньше, чем у кальция, для которого не действует силикатный барьер и слабее проявлен сорбционный, поэтому в грунтовых и речных водах магний занимает второе мест после кальция, Кх – ниже – менее 5.

По миграции в аридных ланшафтах магний схож с кальцием, но внекоторых из них и значительно отличается, местами он ближе к натрию, частично и к алюминию. Здесь резко проявляется способность магния входить в решетку глинистых минералов и легкая растворимость сульфатов. В результате грунтовые воды обогащаются (), которые осаждаются при испарении вод. Эти процессы наблюдаются приемущественно в пустынях.

При испарении осолоняющихся лагун выпадение солей магния происходит на позних стадиях их развития, после осаждения поваренной соли. При этом сначало осаждаются сульфаты магния а позднее и хлориды магния. Поэтому и магнезиальные соли обнаруживаются в верхних частях соляных куполов в ассоциации с калийными солями ()

В целом аридные ландшафты богаче магнием, чем гумидные, - его больше в почвах, водах, континентальных отложениях, растениях. На путях водной миграции возникает больше геохимических барьеров 1) испарительный, 2) карбонатный (доломитизация), 3) силикатный, 4) сорбционный.

 

В океане в среднем 1,3 х 10 ^-1 % магния. Его талассофильность 0,07. Значительно выше чем Са Ва, и других щелочных и тяжелых металлов, (кроме натрия 0,42). Воды океана не насыщены из океанической воды не происходит химического осаждения солей магния. Основной поставщик магния в океан – выветривание на материках, которое за время геологической истории поставило 12,6 г магния на каждый кг океанической воды, однако в одном кг современной океанической воды содержится 1,3 г магния т.е почти в 10 раз меньше. Это объясняется отложением доломитов и других осадочных пород, сорбция магния коллоидами, многократным участием одно и того же атома магния в большом круговороте веществ, т.е гранитизацией, полигенезом и другими процессами.

За геологическую историю миграция магния изменилась. Предпологают, что основная масса магния поступила в океан в ранние геологические эпохи, так как в архее и протерозое на материках были шире распространены богатые магнием базальты. Для докембрия характерно осаждение доломитах в морях – это доломитные эпохи. В докембрийских известняках Русской платформы, в среднем содержится 12,6 5 магния, а в современных 1 %. За геологическую историю понизилось содержание магния в глинистых породах.

Технофильность магния 1,5 х 10⁶, такая же как и у алюминия и значительно меньше, чем у (). Это свидетельствует о слабом использовании магния в ноосфере; в будущем оно вероятно сильно увеличится, это связано в все возрастающем применении металлического магния в промышленности (особенно важно его легкость он в 1,5 раза легче алюминия). Известны сплавы содержащие до 90 % магния. Магний также используется в металлургии () Источником магния служиат залежи доломитов и магнезитов, морская вода, соляные месторождения с корнолитом и бишофитом, рассолы соляных озер. Дефицит магния на легких почвах потребывал применения магниевых удобрений. Магний в организмах растений является антогонистом К. Использования калийных удобрения может привести к дефициту магния. В целом в ноосфере происходит рассеяние магния и в меньшей степени его накопление в ланшафтах, бедных этим элементов (удобрениях).

Барий

 

Стронций

 

 

Литий

 

 

Радий Самый стабильный изотоп ²²⁶Ra Имеет период полураспада 1590 лет. На земле давно бы небыло радия если бы он не возникал постоянно в результате радиактивного распада. В породах и минералах радий часто находится в равновесии с ураном, который отвечает отношению радий/уран = 3,36 х 10^-7. Нередко наблюдается нарушение этого равновесия как и в сторону радия, так и урана.

Вслед за своими продителями урана и тория – радий аккумулируется в верхней части земной коры: кислых породах (1,2х 10^-10) его больше чем в основных (2,7 х 10^-11). Наиболее бедны радием ультрооосновные породы (1 х 10^-12) и кменные метеориты(3,4х10^-12). По химическим свойствам радий – типичный щелочноземельный метал, причем растворимость меньше чем Са. Радий вообще не образует самостоятельных минералов, что связано с его крайним рассеянием, сверхнизким кларком. При столь низких концентрациях действуют особые геохимические законы также, как «особая химия» управляет поведением радия в лабораторных условиях. И в природе и в лабораториях осаждение радия подчиняется закнам сорбции, сокристализацией и соосаждением. Своеобразие геохимии радия связано с тем, что он химически он щелочноземельный элемент (особенно близок к барию) но в основном его образование связано с ураном. В результате его миграция и осаждения подчиняется разным законам – в одних случаях основное значение приобретает аналогия с кальцием и барием, в других связь с ураном.

 

Технофильность радия приблизительно составила 1,6 х 10 ⁵, она не очень сильно отличалась от V (на 2 х 10⁵), магний (1,5 х 10 ⁶). Интерес к практическому применению радия упал, когда были найдены способы использования ядерной энергии. Радий принадлежит к числу элементов, которые природа рассеивает, а человек концентрирует.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7 Галогены

Галогены наиболее электроотрицательные, типичные анионигенные элементы, присоединяя электрон они превращаются в крупные ионы, типа благородных газов. Это определяет малые ЭК, хорошую растворимость большинства солей, интенсивную водную миграцию за исключением фтора. Все галогены концентрируется в гранитном слое и биосфере, учавствуют в испарительных концентрациях. Главным источником галогенов для биосферы в истории Земли служил вулканизм.

Фтор – значительно отличается от других галогнов, эти отличия двойственны с одной стороны фтор самый электроотрицательный элемент, химически очень активный, взаимодействующий даже с инертными газами. С другой стороны фториды мене растворимы чем хлориды и бромиды. Кларк фтора 6,5 х 10^-2 %, его в больше в кислых изверженных породах (8 х 10^-2) чем в основных (3,7 х 10^-2%) и особенно ультороосновных (1 х 10^-2 %). Фтор энергично мигрирует при вулканизме и газообразной форме, в гидротермах и водах биосферы (в ионной форме). В эндогенных процессах сродство к фтору – фторофильность имеет большое геохимическое значение. Важнейшим осаджителем фтора является кальции, с которым он образует труднорастворимый флюорит. Извесны 86 минералов фтора. Часть атомов фтора, изоморфно входит в решетку апатита и других минералов, сорбируется осадками, поглащается живым веществом. Фтор важный биоэлемент, его кларк в живом веществе 1,4 х 10^-4 %. Известы болезни людей и животных, обязанных дефициту и избытку фтора. В геологической истории важным источником фтора в биосферу были вулканические дымы. Технофильность фтора 2 х 10⁷ –много ниже, чем у хлора, но такаяже как и у натрия.

Хлор – в лабораторных условиях хлор разновалентен (от -1 до +7), но в земной коре преобладающе значение имеет Сl^- , для которого характерно большое сродство к электрону и большая электроотрицательность. Большой радиус этого аниона (0,181 нм) в сочетанием с одновалентностью определяет низкий Эк 0,25, хорошая растворимость солей. Отрицательный заряд почти полностью исключает поглощает хлора-аниона коллоидами, заряженными как правило отрицательно (глины, гумус и др.) Поэтому для хлора в зоне гипергенеза не характерны физико-химические барьеры, он очень энергичный водный мигрант. Только в сухом климате хлор накапливается на испарительном барьере. Важнейшим минералом хлора в изверженных породах является хлорапатит-). В гидротермах хлор образует растворимые комплексы со многими металлами (хлорофильность) возможна их миграция в газообразной форме. Газово-жидкие включения минералов представляют собой в основном хлоридные рассолы.

В биосфере самый распространенный минерал хлора – галит, реже встречаются хлориды кальция, калия, магния. Хлориды другим металлов редки. Общее число минералов хлора 97.

Кларк хлора в живом веществе 2 х10^-2 %, биофильность его высокая – 1,1 и близка к кислороду 1,5, сера 1, форфор – 0,75, бор – 0,83, бром – 0,71. Она почти на порядок выше биофильности важнейших металлов Са – 0,17, К – 0,12.

В гумидные ландшафты хлор поступает из горных пород и с атмосферными осадками. В биологическом круговороте и на физико-химических барьерах он не задерживается и с речным стоком он выносится в моря (циклический элемент). Реки и озера таких районов бедны хлором. Обогащение ланшафта хлором здесь возможна в результате его привноса с атмосферными осадками с ближайших морей. Однако большинство гумидных ландшафтов бедно хлором, воды им не насыщены, минералы не образуются. Дефицит хлора у растений не известен, но животные испытывают его недостаток. В аридных ландшафтах хлор нередко является ведущим элементов. Большую роль в его миграции играет ветер, переносящий солоеную пыль с солончаков и акватории морей и соленых озер. Огромен вынос хлора с поверхности Каспийского моря, сухого русла Узбой и других засоленных территории. Хлор учавствует в испарительной концентрации и накапливается в озерах и грунтовых водах степей и пустынь. При жнергичном испарений (особенно в пустынях) он выходит на первое место среди анионов, воды приобретают хлоридный и хлоридно сульфатный состав (до 100 г/л хлора) В депрессиях рельефа образуются солончаки. В этих ланшафтах растут солянки, поглощающие хлор, он преобладает в водах, в воздухе много соленой пыли – это не только натриевые, но и хлоридные ланшафты. Круговорот хлора в аридных ландшафтах часто не замкнут, он не возвращается в океан, а накапливается в местных конечных водоемах стока, типа Аральского и Каспийского морей, озер Балхаш и Алакуль. Важнейшим концентатором хлора служит Мировой океан, где его содержание составляет 1,93 %. Хлор наиболее талассофильный элемент. Периодически в геологической истории были эпохи соленакопления. Общая тенденция исторической геохимии хлора состоит в его резкой пространственной дифференциации: во все большем накоплении в морях и океанах, соленых отложениях, аридных ландшафтах.

Основным поставщиком хлора для биосферы на протяжении геологической истории быль вулканизм. В биосфере хлор концентрируется, в ноосфере - рассеивается. Ежегодно в мире добывают миллиарды тонны хлора. Хлор добывают с залежей хлор и калийных солей, и с подземных рассолов, морской воды. В отличие от земной коры в ноосфере важнейшую роль играют не ионные связи хлора, характерные для хлорорганических продуктов, растворителей, ядохимикатов и другие. Известен и свободный хлор. В продуктах питания и водах большинства ландшафтов мало хлора, и человечество издавана пополняет его дефицит употреблением поваренной соли. Во многих странах можно говорить об избытке хлора, так как исторически сложившиеся нормы потребления пищевой соли не всегда оптимальны (благоприятствует гипертонии). В корма домашних животных натрий хлор часто дефицитен, в связи с чем в животноводстве вводят подкормку. При неправильном орошении сухих степей и пустынь возникает вторичное засоление. Технофильность хлора высокая 3 х 10 ¹⁰. В целом в ноосфере хлор рассеивается, его миграция усложняется, создаются соединения, которые в природе отсутствовали (хлооорганические и другие)

 

Бром