Воздушная миграция

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

Газовый состав атмосферы

Роль газов в ландшафте зависит от их кларков и химической активности. Активные элементы с высокими кларками образуют ведущие газы — О2, СО2, водяной пар Н2О, H2S. Растворяясь в водах, они определяют условия миграции многих элементов, становятся "геохимическими диктаторами". Поэтому по составу ведущих газов именуются важнейшие геохимические обстановки в водах — окислительная, сероводородная и т.д. Большинство газов в силу химической инертности (N2, Аг) или низкого содержания (G2, H2Se и т.д.) не относятся к ведущим. Геохимическая классификация газов биосферы и ландшафтов учитывает их геохимическую активность, роль в ландшафте, распространенность (табл. 4.1).

Таблица 4.1.

Геохимическая классификация газов биосферы (по А.И. Перельману)

А. Активные газы

1.         Неорганические газы.

Окислители (некоторые влияют и на щелочно-кислотные условия):

2,         0з,Ж)2,Н202,Ж).

Восстановители (некоторые влияют и на щелочно-кислотные условия): H2S, Н2, H2Se, NH3, N2, N20, СО, Hg.

Полярные газы, влияющие преимущественно на щелочно-кислотные условия (некоторые влияют и на окислительно-восстановительные условия): СО2, Н2О, НС1, HF, S02, SO3.

Органические газы.

Углеводороды и их производные: СН4, C2Hg, С4Н10, С2Н4 и другие органические соединения (в том числе элементоорганические).

Б. Пассивные газы (инертные): Ar, Не, Ne, Кг, Хе, Rn.

Газы образуются в результате физико-химических, биогенных и техногенных процессов. Хотя происхождение современной атмосферы в основном обязано биогенной миграции (см. гл. 3), а тропосфера и атмосфера — это биокосные системы, все же ведущую роль в ней играют физико-химические и механические процессы, особенно круговорот воды и движение воздушных масс. Постоянный приток солнечной энергии определяет исключительную динамичность и неравновесность атмосферы.

К физико-химическим процессам относится огромное число реакций образования СО2, водяного пара, H2S и других газов. К этой группе процессов относятся и радиоактивный распад U, Th и К, генерирующий Не, Аг и Rn, а также ядерные реакции, возникающие в атмосфере под действием космических лучей. С последними связано образование нейтронов (п) и последующие реакции:

+ п Ф 12С + Зн (радиоактивный изотоп водорода — тритий Т).

Под влиянием космических лучей в атмосфере протекают и другие ядерные реакции с образованием радиобериллия (10В е), радионатрия (22Na), радиоалюминия (26А1), радиохлора (36С1) и других радиоактивных изотопов.

Почти весь С>2, N2, СН4, а также часть СО2, H2S, многие другие газы — био- генны. С техногенезом связано образование большого количества СО2, SO2, NO2 и прочих газов.

На уровне моря сухой воздух (за вычетом паров воды) содержит 78,09% N и 20,95 объемных процентов О, т.е. атмосфера имеет азотно-кислородный состав, и этим она принципиально отличается от атмосфер других планет. Третий главный компонент тропосферы — Аг (0,93%). В тропосфере также содержится водяной пар (0,021 — 4%), СС>2 (0,03%). Значительно меньше оксидов N, NH3, О3, Н2,СН4, Не, Кг, Хе, Rn, Hg и т.д. Так, содержание Ne равно 1.10"3, СН4 — 2.10"3, Не —  5,2.10"4, Н2 — 5.10"5, Rn — 10"21 объемных процента. Очень мало содержание трития — Т (3Н).

Т претерпевает b — распад и превращается в изотоп Не с массовым число 3 (^He). За 12,262 лет распадается половина его атомов. Интенсивность синтеза Т мала, и его атомный кларк в атмосфере близок 4.10" 15%, в атмосферных осадках—            3.10" 18%. Казалось бы, при столь ничтожных кларках Т не представляет практического интереса. Однако, изучая содержание Т в природных водах, можно установить скорость проникновения атмосферных осадков в земные недра, решать другие проблемы наук о Земле. Под влиянием космических лучей N атмосферы превращается не только в Т, но и в радиоактивный изотоп l^C. В этом случае в ядерной реакции участвуют и нейтроны, и протоны. Содержание 14с в атмосфере больше, чем Т, но все-таки ничтожно — около 2.10" (а нерадиоактивного С, входящего в состав СО2, в 40 миллионов раз больше).

Радиоактивные излучения, космические лучи и другие факторы частично ионизируют тропосферу, приводят к образованию положительно и отрицательно заряженных частиц — групп молекул размером около 10"^ см. Это так называемые легкие аэроионы.

Взвешенные частицы воды и пыли размером около 10"5 см также несут электрические заряды — это тяжелые аэроионы. Их обычно значительно больше, чем легких ионов

(п. 102 — п. 105 в 1 см3 против п. 10 — п. 103 легких ионов). Легкие, отрицательно заряженные ионы полезны для здоровья, чем объясняют благотворность пребывания на морском берегу, у водопадов, фонтанов, на берегу бурных горных рек, где образуется много таких аэроионов. Высокое содержание положительно заряженных легких ионов для здоровья вредно.

Существенное влияние на состав атмосферы оказывает вулканизм. Вулканы поставляют Н20 и С02, а также Н2, СО, N2, S02, Cl2, H2S, НС1, В(ОН)3, NH3, СН4 и другие газы. В течение года действующие вулканы выделяют в атмосферу миллионы тонн HF и НС1. В вулканических ландшафтах идут "кислые дожди" с рН 2,4—2,5 и минерализацией до 250 мг/л.

В стратосфере и мезосфере в результате фотохимических реакций образуется озон: О2 + О = О3. Его общая масса невелика и при нормальном давлении (10^ Па) составила бы слой мощностью лишь 1,7—4,0 мм. Но и такое количество задерживает губительную коротковолновую радиацию Солнца. Поэтому жизнь на земной поверхности могла развиться только после образования озонового экрана (в начале PZ?). Рост антропогенных выбросов оксида углерода, метана, оксидов азота ведет к увеличению концентрации озона в приземной атмосфере. Учитывая сезонную и суточную изменчивость, В.И. Егоров и В.А. Павлов считают, что концентрация озона в нижних слоях атмосферы равнинных районов изменяется от 2 до 160 мкг/мЗ, увеличиваясь в горных районах до 200 мкг/м^. В последние десятилетия установлен и противоположный процесс — уменьшение концентрации озона над Антарктидой на площади в миллионы квадратных километров. Менее выражено данное явление в Арктике. Происхождение "озоновой дыры" не полностью ясно: ведущую роль отводят фреонам (хлористым соединениям, входящим в состав антропогенных аэрозолей), вулканизму, изменению солнечной активности, изменению атмосферной циркуляции.

Химический состав атмосферных осадков

Основные ионы — НСО3, S042", С1-,Са2+, Mg2+, Na+ поступают в осадки за счет растворения газов воздуха, приноса ветром солей с моря, растворения солей и пыли континентального происхождения, вулканических эксгаляций и других источников. Общее количество растворенных веществ, как правило, не превышает 100 мг/л, часто оно меньше 50 мг/л. Это ультрапресные воды, но местами минерализация осадков повышается до 500 мг/л и более. Дождевая вода содержит также некоторое количество перекиси водорода (вблизи Москвы в грозовом дожде около 1 мг/л, в затяжных дождях — 0,On мг/л).

В результате физического испарения солей, а также разбрызгивания морской воды при волнении в зоне прибоя и последующего испарения водяных капель морской воздух обогащен элементами морской воды, а ветры, дующие с моря, приносят на сушу морские соли. Большая часть CI, Li, Na, Rb, Cs, В в речных водах, вероятно, имеет морское происхождение. Это "циклические соли", которые на сушу попадают с атмосферными осадками и затем со стоком снова поступают в океан. J1.K. Блинов рассчитал, что ветры с поверхности Каспийского моря выносят 30% ионного стока его бассейна. При этом соли переносятся на тысячи километров (пример отрицательной обратной связи, стабилизирующей солевой баланс ландшафта). По В.Д. Корж и B.C. Савенко, в среднем до 15% солей речного стока привнесены в реки из океана через атмосферу. Не отрицая роли циклических солей в солевом балансе суши, следует признать, что формирование химического состава поверхностных и подземных вод в большинстве ландшафтов происходит за счет химических элементов горных пород, поступающих в воды при выветривании, разложении растительных остатков и других процессах, и только для некоторых элементов основным источником служит океан.

Важное геохимическое значение имеет близость моря. Так, по А.А. Колодяж- ной, на Черноморском побережье ежегодно с осадками выпадает 60 т солей на 1 км2, большая часть которых имеет морское происхождение. В атмосферных осадках морских побережий содержание С1 может превышать 100 мг/л. Однако уже на небольшом расстоянии от берега содержание морских солей резко снижается до 1-3 мг/л (В.П. Зверев). Все же по сравнению с морской водой дождевые осадки в прибрежных районах относительно обогащены кальцием, калием и сульфатным ионом, образующими менее растворимые и менее гигроскопические соли, обеднены натрием и хлором (Я. Мияки).

В атмосферных осадках внутриконтинентальных районов преобладают не "морские ионы" — С1- (не более 2—3 мг/л) и Na+, а "континентальные" — Са^+, НСО3" и SO^-. По Г.А. Максимовичу, минерализация осадков европейской России колеблется от 25 до 206 мг/л, причем морские соли составляют 3—7 мг/л, а континентальные — 23—200 мг/л. Только в прибрежной зоне количество морских солей возрастает до 200 мг/л. Особенно высоко содержание "континентальных солей" в степях и пустынях, где почвы легко развеваются. В гумидных внутри- континентальных областях минерализация осадков (без учета роли техногенеза) низкая, около 20—30 мг/л, в них преобладают НСО3" и Са2+. Вода в туманах обычно более минерализована, чем дождевые осадки.

Кроме главных ионов в дождевой воде растворены серная, азотная кислоты, перекись водорода, органические вещества, микроэлементы, пестициды, углеводороды и др., содержание которых возрастает в промышленных районах и крупных городах.

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