 |
|
|
ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА |
Глава 28 ВОЗДУШНЫЕ МИГРАНТЫ
|
Смотрите также:
История атомов и география - Перельман
Биографии геологов, почвоведов
|
Водород — Н (1; 1,0079)
Этот самый легкий элемент преобладает в космосе (около 75%), но в планетах земной группы его немного. В широко распространенных горных породах — гранитах около 0,1% водорода и только в гидросфере и живом веществе его более 10% (28.2). В земной коре большая часть атомов водорода входит в состав воды, углей, нефти, горючих газов, живых организмов, глинистых и других минералов. Главные атомы-спутники водорода — О, С и S, с которыми во многом связана его история в биосфере.
Кларки концентрации водорода
В биосфере свободный водород продуцируют многие бактерии, разлагающие органические вещества. Эти процессы "водородного брожения" идут без свободного кислорода (маслянокислое, пропионовокислое и др.). Свободный водород образуется и в земных глубинах: в магматических очагах, в зоне метаморфизма, возможно, в мантии и земном ядре. По зонам разломов такой глубинный водород поступает в биосферу, в ландшафты.
Свободный водород — сильный восстановитель, и в местах его поступления формируется глеевый геохимический барьер С. На нем осаждаются Си, Ag, U, Se, Мо, Аи.
Свободный водород возникает, и при действии радиоактивных излучений на воду — "радиолизе воды", наиболее энергичном в местах скопления радиоактивных элементов, например на месторождениях U и Th. Известны и другие процессы образования свободного водорода. Однако в истории самого легкого элемента подобные процессы играют второстепенную роль, так как большее значение имеет история связанного водорода, в первую очередь воды.
Вернадский подчеркивал, что химические особенности воды определяются свойствами атомов водорода, а не кислорода. В биосфере преобладает соленая вода морей и океанов, пресная вода составляет около 3% общего запаса воды. Три четверти ее содержится в полярных льдах и горных ледниках, значительная часть остатка — в грунтовых водах и озерах. В атмосфере очень немного воды (в виде водяных паров), но она является важным переносчиком энергии, определяет погоду.
В биосфере и в земной коре в целом вода участвует в круговоротах разных масштабов — от грандиозного процесса, связывающего материки и океаны, до локального круговорота в ландшафте, когда сильное испарение в летний день приводит к образованию облаков и дождю.
В ландшафтах и верхних горизонтах морей и океанов при фотосинтезе вода разлагается, ее водород участвует в образовании органических соединений, а свободный кислород поступает в атмосферу и гидросферу. C.J1. Шварцев важное значение придает разложению воды в земной коре, в ходе которого ее компоненты (например, ионы водорода Н+ и гидроксила ОН-) соединяются с разными минералами, начинают самостоятельную миграцию. Это происходит при образовании карбонатов, глинистых минералов. Грандиозна геохимическая роль воды в качестве среды миграции большинства элементов. Особенно велика роль водородного иона, хотя лишь незначительная часть атомов водорода природных вод находится в ионизированной форме.
Там, где энергично разлагаются органические вещества, образуются кислоты гумусового ряда, а также угольная кислота. В ландшафтах влажного климата под влиянием органических кислот в почвах и корах выветривания развивается кислое выщелачивание, многие металлы выносятся (преимущественно в комплексах с органическими соединениями). Разложение органических веществ здесь нередко протекает в бескислородной среде, например, в болотах, на дне озер, где развивается кислое глеевое выщелачивание. В водах, богатых органическими веществами, легко мигрируют Fe и Мп. Зоны кислого глеевого выщелачивания характерны и для водоносных горизонтов осадочных пород.
В местах резкого увеличения кислотности вод возникает кислый геохимический барьер Е, на котором концентрируются многие элементы. Наиболее контрастны эти барьеры при большом перепаде рН — от щелочного к кислому. На таком барьере осаждаются Si, U, Мо, Se и другие элементы, так как их подвижность уменьшается в кислой среде. Кислый барьер характерен и для окисляющихся сульфидных руд и пород, для водоносных горизонтов на участках захоронения растительных остатков (в результате их биохимического окисления и выделения углекислого газа). К проявлениям кислого барьера относятся окремнение древних кор выветривания, зон окисления сульфидных руд, стволов деревьев в водоносных горизонтах и другие явления, широко распространенные в биосфере.
Например, окремнелые стволы деревьев встречаются в красноцветных пермских песчаниках Приуралья. Они были водоносными горизонтами как в период отложения песков на пермских аллювиальных равнинах, так и позднее, когда осадочные породы погрузились на значительные глубины и стали вместилищем подземных вод артезианского бассейна. Есть доказательства, что эти воды имели сильнощелочную реакцию, т.е. относились к содовому типу, очень благоприятному для миграции кремнезема. В местах захоронения стволов деревьев происходило бактериальное разложение органических остатков с выделением углекислого газа и, возможно, органических кислот. Поэтому здесь возникал кислый геохимический барьер Е4 или Е8, благоприятный для осаждения Si, который постепенно, клеточка за клеточкой (метасоматически) замещал древесину (А.П. Перельман).
Интересные геохимические проблемы связаны с изотопами водорода — стабильным дейтерием (^Н) и радиоактивным тритием (^Н). В природных водах дейтерия около 0,0147 ат.%. Изучая его распределение в поверхностных и подземных водах, можно решать многие задачи гидрогеологии и геохимии.
Радиоактивный тритий (Зн — Т) с периодом полураспада 12,262 года обладает мягким b-излучением и превращается в ^Не. Содержание трития в атмосфере ничтожно — 4.10~15ат.%, в атмосферных осадках еще меньше — 3.10"^ат.%, в поверхностной океанической воде — 1.10"^ат.%, в сотни раз меньше в глубинах океана. В природе тритий образуется из азота в высоких слоях атмосферы под влиянием нейтронов космических лучей. Возможны и другие ядерные реакции его образования. Общее содержание природного трития на Земле до 1954 г. составляло 12 кг, к 1958 г. оно удвоилось за счет ядерных взрывов. Изучение распределения трития позволяет решать многие задачи гидрологии, метеорологии,геофизики, геохимии.
Миллиарды лет назад свободный водород, вероятно, содержался в первичной атмосфере. Однако масса Земли недостаточна, чтобы удержать в атмосфере такой легкий газ. Поэтому часть свободного водорода утеряна Землей в результате диссипации в мировое пространство. В то же время какое-то количество водорода поступает из мирового пространства с метеоритами. Баланс этих противоположных процессов не известен. Многие проблемы исторической геохимии водорода, в том числе связанные с историей воды, ждут своего решения.
Хозяйственная деятельность внесла большие изменения в миграцию водорода. В первую очередь это касается круговорота воды, таких его составляющих, как орошение пустынь, вырубка лесов и распашка почв, осушение болот, водоснабжение городов и т.д.
|
|
|
|
К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов
|
Последние добавления:
Шаубергер Виктор – Энергия воды
Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы