Глава 29. ПОДВИЖНЫЕ И СЛАБОПОДВИЖНЫЕ ЛИТОФИЛЬНЫЕ ВОДНЫЕ МИГРАНТЫ

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

Подвижные катионогенные элементы с постоянной валентностью — Са, Na, Mg, Sr, Ra

Для геохимии этих щелочных и щелочноземельных металлов большую роль сыграла ионная концепция, так как свойства ионов определяют многие особенности данных элементов — хорошую растворимость некоторых солей, их белый цвет, щелочно-кислотные свойства растворов и др.

Кальций — Са (20; 40,078).

Это широко распространенный злемент земной коры с кларком 2,96 (29.6). В биосфере миграция Са особенно разнообразна — это главный металл живого вещества (кларк 0,5%). В золе растений континентов содержится в среднем 3% Са, в почвах — 1,3—1,5 , что дает средний коэффициент биологического поглощения близкий к 2. Известны кальциевые организмы, в которых его содержание превышает 10 (больше углерода). К ним относятся известковые водоросли, моллюски, иглокожие, кораллы, корненожки и другие организмы, строящие скелет из СаСОз. Среди растений и животных выделяются кальциефилы — бобовые, моллюски и кальциефобы — сфагновые мхи, насекомые, грибы, хвощи, плауны и др. У позвоночных животных скелет состоит из фосфата Са, в организме человека около 1,5% Са.

Кальциевая геохимическая функция растений и животных исключительно велика. Достаточно напомнить о мощных пластах известняков, сложенных остатками водорослей, фораминифер, кораллов, моллюсков и т.д. Наиболее интенсивны процессы в морях и океанах, но и на континентах разложение остатков организмов обогащает почвы и континентальные отложения Са. Поэтому воды в ландшафтах, богатых живым веществом, всегда имеют кальциевый состав -Са2+ занимает первое место среди катионов. Чаще всего это гидрокарбонатно- кальциевые воды, в которых СаСОз не насыщает речную воду и большая часть металла выносится стоком в океан. В результате почвы и воды огромных территорий с влажным климатом бедны Са. С этим связаны низкое плодородие почв, низкая продуктивность домашних животных, их малые размеры, нередко болезни скелета. Испытывают здесь его дефицит и дикие животные — птицы несут мало яиц, у моллюсков тонкие раковины, размеры млекопитающих относительно малы.

Таковы ландшафты кислого класса умеренного и тропического поясов, сформировавшиеся на бескарбонатных породах. В подобных ландшафтах большое значение приобретает известкование почв, подкормка домашних животных СаСОз. Любое включение в бик гумидных ландшафтов недостающего Са приводит к "взрыву биологической продуктивности, увеличению видового разнообразия, т.е. к росту самоорганизации ландшафта. Особенно это наглядно при формировании гумидных ландшафтов на карбонатных породах: и в тропиках, и в умеренном поясе энергичная миграция и аккумуляция типоморфного Са производит подлинную "геохимическую революцию". Такие плодородные ландшафты осваивались в первую очередь — леса вырубались, быстро росло население, возникали города, развивалась культура. Резко изменялся даже внешний облик местности: например, в лесной зоне умеренного пояса техногенный ландшафт кальциевого класса (на карбонатных породах) носит открытый характер и по сравнению с окружающей "кислой тайгой" производит впечатление далекого юга. В европейской России — это Силурийское плато южнее Петербурга, район города Каргополя в Архангельской области, ландшафты на пермских красноцветах Приуралья и многие другие. Здесь проявляется общий геохимический закон: кислое выщелачивание почв уменьшает самоорганизацию, а поступление в ландшафт Са и других биологически важных элементов ее увеличивает.

Кларки концентрации кальция.

Обогащение гумидных ландшафтов Са характерно также для дельт рек и районов вулканизма. Во влажных тропиках, например, эти ландшафты отличаются высоким плодородием почв, плотным населением, эффективным сельским хозяйством. В дельтах Са и другие питательные для растений вещества доставляются регулярно с плодородным илом, и далеко не случайно в дельтах Хуанхэ и Янцзы в Китае, Меконга и Красной реки в Индокитае, Ганга в Индостане еще в древности возникли государства с плотным населением. Велика и роль вулканизма: несмотря на опасность извержений, приводящих нередко к гибели больших масс людей, эти ландшафты отмечены исключительной населенностью. Причина заключается в постоянном обновлении почв за счет вулканического пепла, который легко выветривается и определяет поступление Са и других элементов в ландшафт. В результате высоко плодородие почв, способных прокормить огромное население. Классический пример — остров Ява в Индонезии, для которого характерен энергичный вулканизм, развитое сельское хозяйство, высокая плотность населения.

В аридных ландшафтах кальцит труднорастворим, им богаты почвы степей и пустынь, в солончаках и соленых озерах часто накапливается и гипс. Это преимущественно ландшафты Са и Са — Na классов.

Большое влияние на миграцию Са оказывает содержание в водах углекислого газа. При высоком его содержании Са находится в растворе, а при низком — выпадает в осадок на термодинамическом барьере Н в виде кальцита:

СаС03 + Н20 + С02 Са2 + 2НСО-3

Так, при понижении в водах давления углекислого газа образуются кальцитовые жилы в породах, известковые туфы на выходах углекислых источников, карбонатные горизонты в почвах, сталактиты и сталагмиты в пещерах.

В пресных водах Са находится или в растворенном (свободном) незакомплексованном состоянии (Са2+), или он образует гуматные и фульватные комплексы (в водах, обогащенных органическим веществом). Реки приносят в океан много Са, но и здесь он не задерживается: входит в состав скелета животных, осаждается на дно, обогащая илы СаСОз.

Важную роль в истории кальция играют подземные воды, в известняковых массивах они местами энергично его выщелачивают, с чем связан карст, образование пещер.

Среди архейских пород мало известняков, а среди пород старше 3 млрд. лет они практически отсутствуют. По мере развития фотосинтеза и выветривания реки стали доставлять в океан много Са, который в связи с уменьшением содержания углекислого газа в атмосфере стал насыщать и пересыщать воду. Поэтому А.П. Виноградов полагал, что известковый скелет был "навязан организмам океанической средой".

В ноосфере роль кальция исключительно велика. О кальциевых ландшафтах, их роли в истории цивилизации уже сказано выше, здесь же отметим, что этот металл входит в состав строительных материалов. Применение известняка и мрамора, ангидрита и гипса, гашеной и негашеной извести насчитывает много столетий. В этих процессах, как и при известковании почв, человек рассеивает Са, нередко уничтожая целые горы, сложенные известняками и мрамором. Все большую роль в ноосфере играет металлический Са, неизвестный в биосфере и неустойчивый в ней. Металлический Са используется в металлургии, в химической промышленности (изготовляются его сплавы с Pb, Al).

Высокое содержание кальция в золах некоторых углей и выбросах цементных производств приводит к подщелачиванию почв вокруг цементных заводов и тепловых станций, работающих на угле. Особенно ярко техногенная карбонатизация и подщелачивай не проявляются на фоне кислых почв, когда рН возрастает до 7 — 8. Тем самым меняется среда миграции многих химических элементов, возрастает роль щелочного геохимического барьера для тяжелых металлов, активизируется миграция анионогенных элементов. Техногенное подщелачивание почв хорошо изучено в Канско-Ачинском районе (B.C. Волкова и Н.Д. Давыдова, Ю.М. Семенов), в Тольятти (О.В. Моисеенков).

Итак, и для сельского хозяйства, и для здоровья человека наиболее благоприятны ландшафты Са-класса. Поэтому человечество стремится ослабить вынос из ландшафтов Са, известкуя кислые почвы, подкармливая домашних животных кальцитом.

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