Главные миграционные потоки металлов

 

Металл	Биологический круговорот на суше	Масса металла, 1 0^6 т/год
Речной сток	Перенос - с пылью с континентов на акваторию	Перенос с акватории на сушу с атмосферными осадками	Биологический круговорот фотосинтетиков океана
растворимых форм	фиксированных на взвесях
Fe	34,0	27,4	963,0	65,0	0,132	47,3
Мn	35,0	0,41	20,5	4,0	0,176	0,99
Zn	5,2	0,82	5,86	0,90	0,240	4,40
Сu	1,3	0,28	1,51	0,11	0,141	0,77
Ni	0,34	0,12	1,58	0,18	0,057	0,33
Сг	0,31	0,041	2,46	0,19	—	0,16
V	0,26	0,040	2,30	0,25	—	0,33
Рb	0,21	0,041	2,87	0,040	0,44	0,011
Со	0,086	0,011	1,51	0,038	—	0,110
Мо	0,085	0,037	0,057	0,004	—	0,220
Cd	0,008	0,009	0,013	0,0006	—	0,055
Hg.	0,002	0,003	—	0,0008	—	0,017

 

Наибольшее количество металлов мигрирует в системе большого биологического круговорота, происходящего благодаря фотосинтезу растительности суши и деструкции отмирающего органического вещества беспозвоночными и микроорганизмами педосферы. Значительные массы металлов выносятся в составе речных взвесей, но этот материал почти полностью уходит в осадки при поступлении пресных вод в систему Мирового океана.

Вовлечение тяжелых металлов в биологический круговорот на суше сопровождается селективной дифференциацией их масс. Пропорциональность между количеством металлов в земной коре и относительной интенсивностью их поглощения растительностью при этом отсутствует. Коэффициент биологического поглощения К₆ растительности суши для большинства металлов составляет от 1 до 9, для цинка, молибдена и серебра — больше 9, для железа, ванадия и хрома — меньше 1. В результате селективного поглощения металлов в биомассе растительности заметно изменяются соотношения металлов, существующие в земной коре. Особенно сильно уменьшается соотношение железа с другими металлами. Биологический круговорот и дифференциация металлов, осуществляемые фотосинтетиками океана, имеют свои особенности. Массы металлов, проходящие в течение года через биологические круговороты на суше и в океане, соизмеримы, но их соотношение неодинаково. Растительность Мировой суши захватывает больше марганца и свинца, фотосинтезирующие организмы океана — больше молибдена и кобальта.

С суши в океан с речным стоком выносятся крупные массы водорастворимых и фиксированных во взвесях форм металлов. Значения коэффициента водной миграции К_В металлов указывают, что наиболее активно вовлекаются в водную миграцию растворимые формы серебра, ртути, цинка (К_В > 10), а также молибдена, кадмия и меди, К_В которых от 2 до 9. Фиксированные во взвесях формы железа, марганца, хрома, ванадия, свинца, кобальта выносятся в количестве 97— 98% общей массы выносимых с речным стоком металлов. Кроме того, в океан выносятся ветром значительные массы металлов, фиксированных на пылевых частицах.

В свою очередь, с акватории воздушными массами переносятся водорастворимые формы металлов. Этот процесс недостаточно изучен, и данные по переносу масс отдельных металлов отсутствуют. Тем не менее очевидно, что миграционный поток масс тяжелых металлов с океана на сушу значительно меньше, чем в обратном направлении. По этой причине годовые циклы металлов в системе суша — океан сильно незамкнуты. Значительные массы металлов накапливаются в воде морей и океанов и уходят в осадки. Повторное вовлечение металлов из осадочных толщ в циклы массообмена происходит по мере развития тектонических циклов. При этом мобилизация металлов из осадочных пород часто более затруднена, чем из глубинных кристаллических пород.

С поверхности океана в атмосферу выделяются газообразные органические соединения металлов. Как отмечено в гл. 3, высшие растения выделяют летучие органические соединения (терпены, изопрены), содержащие металлы. Еще большие массы металлов выделяются в воздух в составе газообразных метаболитов бактерий. Особо важную роль играют процессы биометилизации металлов. Ветром в тропосферу захватываются мелкие почвенные частицы, также содержащие металлы. Все перечисленные формы металлов входят в состав аэрозолей и вымываются атмосферными осадками.

В системе массообмена в биосфере педосфера играет роль глобального регулятора движения масс тяжелых металлов. В процессе трансформации органического вещества поступившие в почву металлы входят в состав легкоподвижных комплексных соединений и одновременно прочно закрепляются в устойчивых компонентах почвенного гумуса. Наиболее прочно закрепляется ртуть, которая образует весьма устойчивые комплексы с функциональными группами гумусовых кислот. Прочно связывается свинец, менее прочно медь, слабее — цинк и кадмий.

Тесная сопряженность миграционных циклов тяжелых металлов, а также регулирующая роль педосферы обеспечивают высокую устойчивость биосферы по отношению к поступлению дополнительных масс металлов природного или техногенного происхождения.

Рекомендуемая литература

Добровольский В. В. Глобальные циклы миграции тяжелых металлов // Развитие идей В.И.Вернадского в геологических науках. — М.: Наука, 1991.-С. 86-96.

Свинец в окружающей среде / Отв. ред. В.В.Добровольский — М.: Наука, 1987. - 180с.

Цинк и кадмий в окружающей среде / Отв. ред. В. В.Добровольский — М.: Наука, 1992. - 199с.

Контрольные вопросы

 

1. Каковы роль и особенности тяжелых металлов в биосфере?

2. Перечислите основные процессы миграции тяжелых металлов в окружающей среде. Какова роль в этих процессах живых организмов⁷

3. Какими причинами можно объяснить повышенную концентрацию металлов в аэрозолях по сравнению с развеиваемыми ветром горными породами?

4. Какое значение для массообмена металлов в биосфере имеют процессы биометилизации⁹

5. Рассмотрите биогеохимию свинца и цинка. Чем они отличаются?

6. Перечислите общие черты глобальных циклов и распределения масс тяжелых металлов в биосфере.

Темы для самостоятельной работы

 

1. Рассчитайте отношения масс элементов, вовлекаемых в биологический круговорот и выносимых в растворимой форме с суши (см. табл. 7.8).

2. Постройте ряд по убыванию значений и сделайте выводы об избирательности захвата масс разных элементов живым веществом суши.

Часть III

БИОГЕОХИМИЯ ПРИРОДНЫХ ЗОН

Глава 10

ЗОНАЛЬНОСТЬ

БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

Главным источником энергии для всех, в том числе биогеохимических, процессов на поверхности Земли служит лучистая энергия Солнца. Закономерное уменьшение энергии от экватора к полюсам создает предпосылки для образования системы циркумполярных термических поясов, различающихся энергообеспеченностью и соответственно распределением масс живого вещества и его годовой продукции. Однако на эту тенденцию накладывается влияние разнообразных факторов, осложняющих структуру природной зональности.