 |
|
|
Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ |
КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА, УГЛЕРОДА И АЗОТА В КОРЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ
|
Смотрите также:
Элювиальные коры выветривания...
Борис Борисович Полынов. Геохимия ...
Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
§ 10. Вопросы, которыми мы займемся в этой и следующих главах, можно поставить в следующей форме: в каких соединениях тот или иной элемент поступает в зону выветривания, какие изменения претерпевают его соединения в этой зоне и в каких состояниях они ее покидают? К сожалению, для исчерпывающего решения этих задач мы еще не располагаем необходимым материалом. Судьба многих элементов не только в коре выветривания, но и в земной коре остается для нас темной или неясной. Даже сосредоточивая свое внимание на наиболее распространенных элементах, мы часто не имеем возможности проследить все формы и стадии превращения их соединений.
До настоящего времени нам известно 90 химических элементов, принимающих участие в составе земной коры. Это число, однако, не является окончательным, и есть основание предполагать, что оно может увеличиться. Что касается количественного участия каждого из этих элементов в массе, слагающей земную кору, то в этом отношении между ними, как известно, наблюдается громадное различие.
Первое место принадлежит кислороду, который составляет около 50% (49.2%) массы всей земной коры, а на втором стоит кремний, составляющий 25.67% этой массы.
Далее следует группа из шести элементов, весовое количество каждого из которых не превышает 10 у0 и не опускается ниже 1%- Эта группа располагается в следующем убывающем порядке: алюминий (7.50 /0), железо (4.70%), кальций (3.39%), натрий (2.63'/0), калий (2.40 /0) и магний (1.93у0). Третья группа элементов, принимающих участие в земной коре в количестве от 1 до 0;10yo ее массы, слагается также из шести членов: водорода (0.87%), титана (0.58%), хлора (ОЛ9у0), углерода (0.10%), марганца (0.10%) и фосфора (0.10%); наконец, четвертая группа имеет пять представителей: серу (0.06%), барий (0.04%), азот (0.03 у0), фтор (0.03%) и с т р о н ц и й (0.02 '/0). Очевидно, что количество всех остальных (в том числе и неизвестных) элементов в совокупности не составляет 0.5 % всей массы земной коры.
Несколько иные получаются отношения при сравнении объемов (правильнее количеств атомов) этих элементов между собой. В этом случае они располагаются в следующем порядке: кислород (53.8%), водород (17.18%), кремний (16.85 /о), алюминий (4.76%)» натрий (1.80 '/„), магний (1.6770), кальций (1.44%), железо (1,30у0), калий (1.01 у0), углерод (0.58/0), титан (0.18%), хлор (0.10%), фосфор (0.05%), сера (0.05%), марганец 0.03%). -
Таким, по приблизительным подсчетам, представляется нам средний современный в широком геологическом смысле, состав земной коры. Как мы уже отмечали выше, состав коры выветривания количественно должен несколько отличаться от состава всей земной коры/ Некоторые отличия можно предвидеть уже a priori.
Несомненно, в коре выветривания возрастает содержание кислорода, водорода и хлора, благодаря ее непосредственному соприкосновению с гидросферой и атмосферой; значительно возрастает количество углерода, благодаря ее частичному совмещению с биосферой, богатой углеродом, н надо думать, что азот здесь явится также значительно более заметным элементом. Само собою разумеется, что относительное повышение в содержании этих элементов должно неминуемо отразиться в понижении содержания других, и из этих последних более заметно повизят, пови- димому, свое содержание железо и магний, скопления которых свойственны более глубоким зонам земной коры.1 Если исходить из предположения, что относительное количество элемента в массе или объеме той или иной оболочки определяет в большей или меньшей степени и его роль в превращениях и движениях материи в ее пределах, то первое место в коре выветривания так же, как и в земной коре, придется оставить за кислородом. Поэтому и иаш обзор мы начнем с соединений кислорода.
§ 11. Ювенильиые формы кислорода, в которых он поступает в пределы зоны выветривания, гидросферы и атмосферы, следует искать в составе газообразных, парообразных, жидких вулканических и поствулканических выделений, лав, излившихся и глубинных изверженных пород. Не лишнее отметить с самого начала, что во всех этих внедряющихся в зону выветривания телах кислород приходит в форме его соединений с другими элементами. Свободный ювенильный кислород нам до настоящего времени достоверно неизвестен, и есть основание думать, что эта его форма — 02 — свойственна исключительно верхним оболочкам земной коры.2
Ювенильные соединения кислорода можно разделить на четыре главные группы: 1) углекислоту вулканических и поствулканических эманаций, 2) воду такого же происхождения, 3) окислы металлов и металлоидов в форме твердых минералов изверженных пород и 4) солеобразные соединения также в форме минералов изверженных пород.
Присутствие ювенильной углекислоты, как и окиси углерода, в составе газообразных вулканических выделений общеизвестно. В некоторых случаях обнаружено, что она составляет более 90°/о всей массы выделяющихся газообразных продуктов (вулканы Санторина). Известно также, что особенно заметным выделение С02 является не в моменты наиболее интенсивной вулканической деятельности и не в центре наибольшего ее проявления, где выделяются другие газы и пары, но в более отдаленных от центра (главного кратера) пунктах и в последующие стадии более спокойной вулканической деятельности. Сюда относятся явления так называемых мофет (углекислых фумаролл) и особенно углекислых испарений в области древних (третичных) вулканических провинций. Пример знаменитой „Собачьей пещеры", приводившийся в старых учебниках географин и оставлявший у школьников моего времени представление о выделении землей углекислоты, как о чуде, приуроченном чуть ли не к единственному пункту земной поверхности, в действительности всего лишь частный случай широко распространенного процесса. Этот современный процесс длится в течение времени, охватывающего миллионы лет, и наблюдается во многих местах как материка Евразии, так и Америки. Флегрийские поля в Италии, Овернь во Франции и Северный Кавказ в нашем Союзе далеко не исчерпывают всех месторождений ювенильной углекислоты Европы. Многочисленные отдельные пункты ее выделений в форме свободного газа или газа, насыщающего воду источников, несомненно до сих пор остаются неизвестными.
Выделяющаяся таким путем ювенильная углекислота, распространяясь в воздушной оболочке земли, поглощаясь водой гидросферы и циркулируя вместе с воздухом и растворами в области зоны и коры выветривания, является могучим фактором и органической жизни и разрушения горных пород и минералов. Этой двоякой роли углекислоты в пределах зоны выветривания соответствуют и две категории знаменательных в цикле кислорода процессов : 1) процессы питания зеленых растений и 2) процессы образования углекислых -солей.
Важнейшим моментом питания зеленых растений является, как известно, синтез органических соединений типа углеводов (крахмал) — процесс, механизм которого скрыт в хлорофиллоносных клетках растительного организма.
Именно в этих клетках при участии энергии солнечных лучей совершаются реакции синтеза, в которых принимает участие углерод поглощенной из воздуха углекислоты и вода, доставляемая корнями из почвы. Образовавшиеся таким путем органические соединения в дальнейших своих превращениях внутри организма зеленых растений дают начало и всем другим органическим соединениям (др. углеводы, жиры, белки и пр.), необходимым для построения тканей и органов растений. Если принять во внимание, что все другие организмы (животные, сапрофиты и паразиты растительного происхождения) источником своей пищи имеют органические соединения растительного происхождения, то становится очевидным, что углекислота является единственным первоисточником углерода всех вообще органических соединений живого вещества.
В данном случае, однако, мы заняты судьбою не углерода, а кислорода, и углекислота нас должна интересовать, как кислородное соединение. С этой точки зрения нам необходимо вспомнить, что в тех же хлорофиллоносных клетках совершается процесс разложения углекислоты, и в то время как углерод входит в состав органических соединений организма растений, кислород освобождается и выделяется растением в свободном состоянии т. е. поглощенная СОа=С орг. соед.-|-02 Это чрезвычайно важное обстоятельство и приводит нас к выводу, что свободный кислород атмосферы имеет своим единственным источником поглощаемую зелеными растениями углекислоту воздуха, и никаких других процессов его образовании в зоне выветривания нам неизвестно.
Количество свободного кислорода, заключающегося в современной атмосфере земли, по исчислениям Арре- н и у са, достигает 1216 биллионов метр, тонн. В. И. Вернадский полагает, что количество всего свободного кислорода, т. е. распространившегося не только в атмосфере, но и гидросфере и зоне выветривания, немногим превышает 1500 биллионов тонн и составляет приблизительно /и>ооо всего кислорода земной коры. Во всяком случае относительное содержание свободного кислорода в земной атмосфере значительно выше, чем в атмосфере солнца. И мы поэтому имеем основание полагать, что известные моменты в существовании земли отмечены накоплением в ее атмосфере свободного кислорода.
Свободный кислород при условиях земной поверхности является химически устойчивым в среде инертного азота и благородных газов—его спутников. Однако, в сред биосферы и коры выветривания тот же кислород является не менее могучим деятелем, чем углекислота, и так же, как она, принимает непосредственное, активное участие и в жизни организмов и в разрушении горных пород. И в тех и в других случаях в результате действия кислорода получаются окислы различных металлов и металлоидов. Вадозная углекислота из всех этих окислов получает особенно важное значение. Если теоретически и можно допустить возможность чисто химического образования вадозной углекислоты (например, окисление ювенильной окиси углерода), то в подавляющем большинстве случаев она является результатом биологических процессов.
Сюда относится, прежде всего: кислородное дыхание организмов, тление их трупов и остатков и их гниение. В первом случае (дыхание) сгорание углерода органических соединений и образование углекислоты проводится непосредственно мириадами механизмов отдельных индивидов как растений так и животных, населяющих сушу, моря и атмосферу Что кзсаеся тления органических остатков, то в некоторых случаях можно допустить возможность непосредственного окисления их кислородом воздуха, но в подавляющем большинстве этот процесс протекает при участии различных микроорганизмов тления.
Даже процесс самовозгарания скоплений органических остатков вызывается термогенными бактериями, хотя дальнейшее течение его является чисто химическим взаимодействием.
Несомненно микробиологический процесс гниения органических остатков дает в результате собственно продукты неполного окисления, т. е. углеводороды и окись углерода. Однако, эти продукты в пределах коры выветривания нестойки и эфемерны. Они быстро окисляются, причем и этот процесс, как мы увидим ниже, носит микробиологический характер. Если гниение, таким образом, само по себе и не дает углекислоты, то во всяком случае подготавливает соединения углерода к легкому и быстрому окислению. Во всяком случае, для того чтобы углероду органических остатков избегнуть этой участи — окисления, он должен успеть уйти из области биосферы, как это и происходит в случае угле- образования.
Мы встречаемся здесь, таким образом, с широко распространенным процессом, прямо противоположным образованию свободного кислорода. Углекислота, давшая начало свободному кислороду путем своего разложения в организмах зеленых растений, здесь образуется снова из кислорода и углерода и опять-таки при участии организмов. Однако, на этот раз в процессе принимают непосредственное участие не только зеленые растения, но и животные организмы и органические остатки вообще. И этот процесс можно выразить уравнением: 02 + С орган. соедин. = СОа
Нетрудно притти к заключению, что оба эти взаимно противоположные процесса являются необходимыми частями одного и того же более сложного оборота кислородных соединений — оборота, который обусловливает жизнь, охватывает наиболее активные в коре выветривания формы
Само собой разумеется, что вадозная углекислота принимает участие н этом цикле так же, как и новые эманации ювенильной. Этот круговой процесс, очевидно, охватывает всю биосферу. Он совершается и в водах океана, где среди планктона, т. е. свойственных водной среде пассивно плаваюших организмов, мы встречаем бесконечное множество обладающих хлорофиллом и одноклеточных и более сложно организованных поглотителей энергии. Совершается этот цикл в большей или меньшей степени и в атмосфере. В коре же выветривания он, строго говоря, имеет место лишь в самой верхней ее части — в почве. Но так как непосредственные факторы и продукты этого процесса: углекислота и кислород распространяются и в более глубокие части коры выветривания и так как обширная, заселенная зеленой растительностью часть поверхности коры выветривания принимает самое непосредственное участие в'продукции и обороте кислорода и углекислоты, то очевидно, что и этот цикл кислорода для коры выветривания и кора выветривания для этого цикла приобретают исключительно крупное значение.
Для более правильной оценки этого значения полезно напомнить, что содержание С02 в так наз. почвенном воздухе, т. е. воздухе, который циркулирует меж частицами рыхлых обогащенных органическими остатками поверхностных наносов, достигает иногда 10°/о, между тем как в воздухе атмосферном оно колеблется в небольших сравнительно пределах около 0.05% •
|
|
|
|
К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков