 |
|
|
ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА |
Глава 31. МАЛОПОДВИЖНЫЕ И СЛАБОИЗУЧЕННЫЕ ЛИТОФИЛЬНЫЕ И СИДЕРОФИЛЬНЫЕ ВОДНЫЕ МИГРАНТЫ
|
Смотрите также:
История атомов и география - Перельман
Биографии геологов, почвоведов
|
Редкие земли — TR, РЗЭ (лантаноиды — La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm Yb, Lu) и иттрий.
Химически и геохимически лантаноиды очень близки друг другу, что связано с особенностями электронной структуры их атомов: от лантана к лютецию увеличение числа электронов происходит не в наружном (валентном) слое Р и не в следующем слое О, а в еще более глубинном, третьем слое. Для геохимии этих элементов существенно, что с увеличением порядкового номера уменьшаются размеры ионных радиусов (так называемое "лантаноидное сжатие"), определяющее возможность их разделения в земной коре. Так, выделяют "легкую" цериевую подгруппу РЗЭ (La — Gd) и "тяжелую" иттровую (Tb — Lu). По величинам ионных радиусов первая ближе к Sr+2? Ва+2? Th+4? а вторая — к Y+3? Sc+3? Mn+2? Zr+4, Кальций близок к обеим группам.
Другая важная особенность редких земель и иттрия Y — способность к комплексообразованию, особенно с ионом F (высокая фторофильность). Иттриевая группа способна образовывать относительно мобильные карбонатные и органические комплексы, а цериевая — нет. Эти и некоторые другие химические особенности также создают возможность разделения редких земель в биосфере.
Известно примерно 300 минералов, обогащенных редкими землями, из которых только 50 — собственно редкоземельные. Кларки РЗЭ меняются от 0,7.Ю'^ у тербия до ЗД.Ю-3 у церия. Кларк Y 2,9.10"3% (по Ю.А. Балашову 2,3.10"3%). Главная область миграции редких земель и Y — магматические системы (карбонатиты), в биосфере они в целом малоподвижны, содержание в водах и в организмах низкое, их водная и биогенная миграция изучена плохо. Установлено накопление редких земель в глинах (1,5 — 2,0 КК), в корах выветривания щелочных пород, в осадочных фосфоритах, в ископаемых костях.
Значительное влияние на поведение редкоземельных элементов в биосфере оказывают щелочно-кислотные условия. Реакции гидролиза ограничивают их миграцию в нейтральных и щелочных водах, но образование растворимых карбонатных комплексов ведет к расширению диапазона миграции иттровой группы (Tb — Lu) в сильнощелочных содовых водах. Для многих редкоземельных элементов установлено два максимума растворимости — в сильнокислой и сильнощелочной (содовой) обстановке (С.Р. Крайнов). Особенно обогащены РЗЭ карбонатные воды щелочных массивов, осаждения РЗЭ из вод являются кислые геохимические барьеры Е.
Другая важная черта геохимии редкоземельных элементов — их сродство к органическому веществу, сорбция гумусом и глинами. Поэтому органогенные и иллювиальные горизонты многих почв часто слабо обогащены отдельными РЗЭ (О.А. Самонова). Учитывая низкую биофильность этих элементов, это связано в основном с их осаждением на сорбционных геохимических барьерах. Особенно благоприятно совмещение кислых и сорбционных (сорбция гумусом) геохимических барьеров на общем щелочном фоне. Поэтому в степных и сухостепных ландшафтах особенно с содовым засолением (солонцы) установлены эффекты миграции РЗЭ и иттрия с их накоплением (L = 1,5 — 3) в более кислых солодях и торфянисто-глеевых почвах под березовыми колками юга Западной Сибири, Казахстана и Алтая. Сходно с РЗЭ и Y ведут себя Sc и Zr (31.2).
Растения поглощают РЗЭ слабо. Эти элементы относятся к группе слабого и очень слабого биологического захвата (0,1 — 0,2 КК в золе), но имеются виды — концентраторы РЗЭ — лещина, гикорь, а также некоторые полыни и солянки, растущие на щелочных почвах (0,6 — 0,8 КК).
Иттрий и редкие земли долго не находили практического применения, но в современную эпоху стали важными металлами новой техники. Их добывают из магматических, гипергенных (коры выветривания) и месторождений других типов. В месторождениях в основном накапливаются элементы цериевой группы, а практически более важны тяжелые лантаноиды — иттриевая группа. Технофильность данных металлов пока низкая (особенно у Y).
Скандий — Sc (21; 44,9559) Этот металл был предсказан Д.И. Менделеевым в 1871 г. и назван экабором. Через восемь лет шведский химик J1. Нильсон открыл новый элемент со свойствами, предсказанными Менделеевым, и назвал его в честь своей родины скандием. В силу крайнего его рассеяния — очень слабой способности к концентрации, геохимия Sc долгое время почти не изучалась, несмотря на сравнительно высокий кларк — 1.10"3% (выше, чем у Sn, почти как у РЬ). Три известных минерала Sc очень редки, большая часть атомов этого металла в горных породах находится в виде изоморфных примесей или адсорбирована.
Биогенная и водная миграция Sc скандия изучены плохо, хотя его талассофильность больше, чем у Fe, Si. Установлено слабое накопление Sc в фосфоритах, бокситах, каменных углях. В ландшафтах его миграция во многом сходна с Y. Характерны комплексы Sc с СОз^~ (миграция в содовых водах).
В ноосфере скандий стал играть роль лишь в последние десятилетия — это элемент новой техники.
Торий — Th (90; 232,0381) Хотя по современной классификации Th относится к группе актиноидов, "редкоземельные" его свойства, как и U, в земной коре практически не проявляются — он четырехвалентен и более похож на другие элементы четвертой подгруппы Периодической системы, чем на актиноиды.
В земной коре этого радиоактивного металла примерно в 5 раз больше, чем U, его кларк в литосфере 1,3.10"3%. Торий, как и уран, накапливается в кислых изверженных породах (1,8.10"3%), рассеян в основных (3.10"4%) и особенно в ультраосновных породах (5.10"^%). В глинах и сланцах его содержание (1.10"3%) близко к кларку.
В земной коре Th в основном участвует в магматических и высокотемпературных гидротермальных процессах. Способность к концентрации у него низкая, известно лишь 12 минералов Th (у U более 100). Важнейшие из них торианит (ThC>2) и торит (ThSi04).
Геохимическая роль тория в земной коре связана с его радиоактивностью (выделение тепла, образование различных продуктов радиоактивного распада, вплоть до "ториевого свинца" и гелия).
В биосфере Th малоподвижен, его мало в живом веществе и водах, в морской воде лишь 1.10"9%. Малой подвижностью в биосфере и ландшафтах он резко отличается от U. Однако представления об инертности Th нуждаются в коррективах. Так, Т.М. Шипулиной в мерзлотной тайге Витимского плоскогорья установлена его миграция в почвах, вероятно, в форме органических комплексов. Все же Th гораздо менее подвижен, чем U, особенно в аридных ландшафтах.
Низкая растворимость соединений тория Th определяет и малое его участие в биологическом круговороте, слабое поглощение растительностью. Но на одном месторождении радиоактивных руд осины с очень крупными листьями содержали повышенные количества Th.
В ноосфере Th используется пока слабо, но после освоения его руд в качестве ядерного горючего добыча Th может повыситься. Источник металла — россыпи монацита, высокотемпературные гидротермальные месторождения.
Галлий — Ga (31; 69,72) Этот металл был предсказан Д.И. Менделеевым в 1871 г. и открыт через несколько лет французским химиком Лекон де Буарбодраном. И химически, и геохимически, как и предвидел Менделеев, Ga похож на А1.
Кларк галлия довольно высок — 1,9.10"3%, но способность к минералообразованию очень низка и известен лишь единственный его минерал — галлит (CuGaS2) в гидротермальных рудах. Слабая способность к минералообразованию при сравнительно высоком кларке (больше, чем у Мо, W, Pb и других металлов, образующих значительное число собственных минералов) говорит о том, что Ga — типичный рассеянный элемент. В биосфере Ga мигрирует слабо, примерно так же, как А1 — его содержание в живом веществе и гидросфере низкое. Все же водная миграция этого металла несколько интенсивнее, чем у А1. Для почв характерны околокларковые содержания Ga (1,5 — 1,7.10~3%).
Галлий нашел применение в технике, но пока его технофильность одна из самых низких.
|
|
|
|
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