Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Своеобразие миграции элементов в биосфере и, в частности, в ландшафтах потребовало разработки особой их геохимической классификации (табл. 27.1). В ее основе формы, интенсивность и контрастность миграции элементов, их концентрирование на геохимических барьерах. В биосфере многие элементы обладают переменной валентностью, что усложняет их миграцию: атомы ведут себя как разные элементы. Так, двухвалентное железо (Fe2+) по интенсивности миграции напоминает кальций и другие двухвалентные катионы, трехвалентное железо (Fe3+), напротив, малоподвижно и напоминает А1 и Сг. Как разные элементы ведут себя пяти- и трехвалентный V: первый похож на Р, второй — на Fe^"1". Резко различна миграция шести- и четырехвалентного U, двух-, четырех- и шестивалентного Se, двух- и четырехвалентного Мп и т.д. На миграцию таких элементов огромное влияние оказывают окислительно-восстановительные условия среды.

 Поэтому геохимическая классификация должна учитывать особенности поведения элементов в различных окислительно-восстановительных обстановках. Наконец, напомним, что в живых организмах элементы ведут себя иначе, чем в водах или атмосфере. Следовательно, при определении места каждого химического элемента в классификации необходимо учитывать его поведение и в организмах, и в водах, а для некоторых и в воздушной среде.

Каждая группа классификации представляет собой парагенную ассоциацию элементов, совместно мигрирующих и концентрирующихся на геохимических барьерах. В пределах групп элементы расположены по величине кларков, так как при сходных химических свойствах чем выше кларк, тем больше роль данного элемента в ландшафте.

Основным в классификации является разделение элементов на воздушные и водные мигранты. Для первых характерно газообразное состояние — миграция в виде летучих соединений, что накладывает резкий отпечаток на их поведение в ландшафте. Воздушные мигранты мигрируют и с водными растворами, например, О и Н в воде и солях, С в виде Са (НСОз)2

Таблица 27.1.

Геохимическая классификация элементов по особенностям миграции в биосфере и ландшафтах (по А.И. Перельману)

Воздутпы.в мигрантпы

Активные      П асс-и&иыв

(образуют химические соединения} (не образуют химических соедшазний)

О Н С N J       Аг Не Ne Кг Хе Rn

Водные мигранты

КатионогеиныЕ элементы  Анионсгеннме элементы

Очень подвижные (коэффициент водной миграции Кх = 10п — 100п) С постоянной валентностью (концентрация на испарительном барьере)     С1 В г С переменной валентностью (концентрация на испарительном

и восстановительном барьерах)     S

Подвижные (Кх = п — 10п) С постоянной валентностью Са Na Mg Sr Ra        FB

Слабоподвижные (Кх = 0,п — п) С постоянной валентностью К Ва Rb Li Be Cs          Si P

С переменной валентностью TI     Sn Ge As Sb

Подвижные и слабоподвижные в окислительной и глеевой обстановке (Кх = 0,п — п) и инертные в восстановительной сероводородной обстановке (Кх < 0,п). Осаждаются на сероводородном барьере Хорошо мигрируют в кислых водах окислительной и глеевой обстановки и осаждаются на щелочном барьере

Zn Си Ni Pb Cd Мигрируют и в кислых, и в щелочных водах окислительной обстановки Hg Ag Bi.

Подвижные и слабоподвижные в окислительной обстановке (Кх = 0,п — п) и инертные в восстановительной обстановке (глеевой и сероводородной). Осаждаются на сероводородных и глеевых барьерах

У U Мо Se Au Re

Подвижные и слабоподвижные в восстановительной глеевой среде (Кх = 0,п — п) и инертные в окислительной и восстановительной сероводородной средах. Осаждаются на кислородных и сероводородных барьерах Fe Мп Со

Элементы малоподвижные в большинстве обстановок (Кх = 0,п — 0, On и менее), а также малоизученные элементы (Кх = ?)

Очень редкие элементы, геохимия которых в биосфере почти не изучена

Характерно самородное состояние Os Pd Ru Pt Rh Jr

Примечание. Полужирным шрифтом выделены элементы, для которых особенно характерно накопление в живых организмах.

В общей геохимии широко распространено разделение химических элементов на 4 группы — атмофильную, литофильную, халькофильную и сидерофильную. Эта классификация разработана В.М. Гольдшмидтом в 1924 г. и основана на его гипотезе об образовании оболочек Земли и представлениях о строении атомов. Ученый исходил из предположения, что наша планета первоначально находилась в расплавленном состоянии и дифференциация элементов происходила аналогично выплавке металлов из руд. При этом на дно металлургической печи опускается тяжелый металл с плотностью около 7 (аналог земного ядра), а на поверхность всплывает легкий силикатный шлак — аналог земной коры. Между ними располагается слой сульфидов железа с примесью сульфидов других металлов ("штейн").

Так, по гипотезе Гольдшмидта, образовалось металлическое ядро Земли (сидерофильные элементы), земная кора и верхняя мантия, в которой сконцентрировались элементы, обладающие большим сродством к кислороду (литофильные элементы), и основная часть мантии из элементов с высоким сродством к сере (халькофильные элементы). Инертные газы и азот, сосредоточенные в атмосфере, он отнес к атмофильной группе. Эти построения ученый увязал с особенностями строения атомов. Так, инертные газы имеют атомы с 8-электронной оболочкой (кроме гелия) — 6 элементов, литофилы образуют ионы с 8-электронной оболочкой (54 элемента), халькофилы — ионы с 18-электронной оболочкой (19 элементов), а у сидерофилов ионы с 8 — 18- электронной оболочкой (11 элементов). Ныне гипотеза Гольдшмидта об образовании оболочек Земли имеет лишь исторический интерес, но его геохимическая классификация элементов не утратила своего значения и применяется широко. Понятия о литофильных, халькофильных и сидерофильных элементах используются и в геохимии ландшафта.

Контрольные вопросы

1.         Почему необходима особая геохимическая классификация элементов и недостаточно использование с этой целью периодической системы Менделеева?

2.         Каковы критерии, используемые в геохимической классификации элементов по особенностям их миграции в биосфере и ландшафтах?

3.         Почему в пределах выделенных групп в этой классификации элементы располагаются в порядке уменьшения кларков?

4.         Какое значение при разработке классификации придано геохимическим барьерам?

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов