 |
|
|
Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ |
Процессы прямого окисления
|
Смотрите также:
Элювиальные коры выветривания...
Борис Борисович Полынов. Геохимия ...
Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
§ 13. Процессам окисления, т. е. соединения с кислородом в зоне выветривания подвергается, как это хорошо известно, не только углерод, но и целый ряд других соединений и самородных элементов.
К этим элементам относятся: водород, сера, азот, фосфор, железо, марганец, медь, свинец, цинк, ртуть и др. менее распространенные металлы и металлоиды. Среди этих особенно характерных для коры выветривания процессов особое место по своему значению получают сложные взаимодействия микробиологического характера. Классическим их примером является так называемая нитрификация.
В то время как азот атмосферного воздуха, находясь в непосредственном соприкосновении с кислородом, не вступает с ним во взаимодействие и не дает прямых соединений, если не считать некоторого количества окислов азота, получающихся при действии электрических разрядов (гроз) в атмосфере, азот органических соединений, переходя в процессе разложения их в форму аммонийных солей, окисляется сначала в соли азотистой кислоты, а эти последние окисляются в соли азотной.
Процесс протекает по схеме: 1) 2NH3+ 302-»2HN02 + 2Ha0 2) 2HN02 + 0,-2HN03.
Первая стадия проходит при участии специфических, нитрозных микробов (роды: Nitrosomonas, Nitrosococcus), вторая обусловливается деятельностью представителей другого рода бактерий Nitrobacter. Эти совершаемые микроорганизмами процессы окисления являются источником энергии, необхрдимой им для ассимиляции свободной углекислоты, т, е., иначе говоря, являются своеобразным процессом их дыхания.
В данном случае, однако, важно отметить, что эти процессы являются источником образования в коре выветривания природных соединений кислорода с азотом, к которым относятся как те нитраты и нитриты, которые мы в небольших количествах обнаруживаем в самых разнообразных почвах, так и те богатые залежи натриевой селитры в Чили и Перу, калиевой селитры в Индии (Бенгальская селитра), в Алжире и менее значительные месторождения в других местах. Всюду и везде окисление инертного азота происходит за счет применения энергии живых существ: микроорганизмов—нитрификаторов.
Аналогичным оиисаиному является микробиологический процесс окисления серы, которому подвергаются как ювенильная и вадозная самородные серы, так и сера сернистых соединений, например, двусернистого железа в форме пирита или коллоидного сернистого железа — гидротроилита (FeSnH30) — типичного спутника лечебных минеральных грязей. И в этом случае, если мы будем исходить из вадоз- ного соединения серы — H3S, мы обнаружим две стадии окисления: 1) 2 H2S + 02-+2 НаО -+- S2 2) S2 + 2 Н20 + 2 0-2 H,S04.
Первая заключается в окислении водорода и выделении серы, которая отлагается в виде капель в протоплазме серобактерий (Beggiatoa, Thioploca, Thiothrix, Chromatium, Rabdochromalium, Amoebobacter и др.), вторая в окислении этой серы — процессе, опять-таки играющем роль дыхания у серобактерий. Образующаяся при окислении серная кислота, как и азотная в случае нитрификации, понятно, действует на всякого рода содержащие основания соединения, хотя бы силикаты или карбонаты, и дает сернокислые соли металлов. Такие кислоты в свободном состоянии могут существовать в коре выветривания, вообще говоря, лишь весьма кратковременно, являясь своего рода минеральными эфемерами. Однако, в особых условиях, когда они не встречают достаточного количества оснований для образования солей, они могут получать и более длительное существование. Во всяком случае, нам уже известны природные месторождения свободной серной кислоты, образовавшейся, повидимому, путем микробиологического окисления серы и последующей аккумуляции.
Окисление водорода, как и метана, постоянно присутствующих как в атмосферном, так тем более и в почвенном воздухе (по определениям Готье в 100 л воздуха содержится около 20см3 водорода), совершается также посредством микроорганизмов (Bact. pentatrophus, В. methanicus, В. руо- cyaneus), благодаря которым, повидимому, ни новые вулканические эманации водорода и углеводородов, ни природные процессы водородного и метанового брожения, сопровождающие разложение органических соединений, не увеличивают заметно содержание в воздухе водорода и углеводородов. Особенно важно отметить, что эти процессы окисления протекают именно в почве.
Есть основание предполагать, что и окисление фосфора органических соединений при их разложении является также микробиологическим процессом.
В результате этого окисления и последующих взаимодействий фосфорной кислота с соединениями коры выветривания в ней получается целый ряд вадозных фосфатов, свойственный болотным образованиям вивианит (Fe3(Po4)j8Н20), фосфаты, характерные для залежей гуано: брусгит (НСаР04.2Н20), ньюберит (HMgP04.3H20), для клоачных стоков: струвит [(NHJ Mg РО46Н3О] и мн. др.
Наконец, достоверно установлено, что и окисление природных соединений закиси железа, равно как и окислов марганца в высшие степени окисления, совершается в коре выветривания во многих случаях при посредстве микроорганизмов (Leptothrix ochracea, L. crassa, Crenothrix polyspora, Gallionella ferruginea и др. железобактерии). Этот процесс также играющий роль дыхательного акта у железобактерий, совершается по схеме: 2FeC03 4- ЗНаО 4- О—>2Fe(OH)3 + 2С02.
Болота, пруды, озера и железистые источники являются очагами, где такие процессы протекают с особенной интенсивностью и где в результате скопляются некоторые массы железо-марганцевых гидратных окислов в форме так называемых озерных, болотных и дерновых руд.
Однако, далеко не все процессы окисления в зоне выветривания носят микробиологический характер. Ряд широко распространенных случаев образования кислородных соединений является, повидиму, результатом прямого взаимодействия кислорода с различного рода минералами. Сюда относится прежде всего выветривание силикатов железа и марганца. Эти силикаты являются обычно солями закиси железа и двухвалентного марганца изоморфно примешанными к силикатам магния, кальция и др.
Их разрушение при выветривании идет по схеме, при которой они проходят стадию карбоната. 1) RSi03 + H20+ C0a-*RC0a + Si02 + H20 2) 2RCOa + Ю + H?tf> — R203. К,О + 2С03.
Образование таким путем гидратов окиси железа и манганита (Мп203.Н20), который далее окисляется в высшую степень окисления (Мп02), является широко распространенным процессом, хотя продукты этого процесса большей частью не представляют каких-либо скоплений, но смешаны с другими обычными продуктами выветривания алюмосиликатиых и силикатных пород. Более обычного для землистых продуктов выветривания содержания марганцевых окислов мы получаем понятно там, где выветриванию-подвергаются первичные силикаты, особенно богатые марганцем, например, родонит (MnSi03).
Независимо от микробиологических процессов протекает в зоне выветривания и окисление самородных железа и меди, причем поелейнее взаимодействие дает новый вадозный минерал— куприт 2Cu + 0—+CusO.
Такого же характера окисление охватывает и многие вадозные минералы, причем и в этом случае процесс проходит нередко несколько стадий. Прекрасный пример таких превращений показывает вивианит. Об этом минерале мы только что говорили как о примере образования вадозного фосфата. Однако, оставаясь таковым, он претерпевает ряд последующих степеней окисления, переходя в конце концов в форму окисно-железной соли фосфорной кислоты бераунит (3Fe203. 2Р305.17НО). Хотя само образование вивианита — закисной соли железа — так или иначе связано с биологическими процессами или хотя бы с разложением органических остатков, но дальнейший процесс перехода вивианита вбераунит через ряд промежуточных закисно- окисных форм («-керченит, p-керченит, оксикерченит) протекает несомненно вне зависимости от прямого участия организмов и микроорганизмов, и все стадии этого превращения, как начальные, промежуточные, так и конечная, сохраняют во время процесса кристаллические формы минерала.
Вне всякого сомнения, превращения в коре выветривания вивианита—только один из многочисленных процессов окисления, свойственных этой оболочке. В то время, когда микробиологическое и биологическое окисление сосредоточено по преимуществу в почвенной оболочке, т. е. в зоне частичного совмещения биосферы с корой выветривания, явления прямого окисления охватывают всю зону выветривания и сообщают ей и ее соединениям особенный характер.
Процессы прямого окисления не ограничиваются, однако, золой выветривания, но протекают и в верхних, оболочках: гидросфере и атмосфере, причем последней свойственны такие высшие степени окисления, как, например, перекись водорода или озон, которые получаются при действии электрических разрядов, солнечного света, ультрафиолетовых лучей. Надо думать, что они интенсивно протекают также и в атмосферной пыли, всегда присутствующей в том или ином количестве в воздухе.
В данном случае нам приходится считаться с ними, так как, попадая с атмосферными осадками в зону выветривания, продукты этих процессов становятся ее элементами и могут довершать работу окисления, которая свойственна этой оболочке. Озон и перекись водорода, очевидно, должны играть такую роль. Здесь будет уместно также упомянуть, что по свидетельству некоторых ученых во влажных тропических странах атмосферные ЪЪ осадки доставляют гораздо больше азотной кислоты, нежели процессы нитрификации, протекающие в местных почвах.
Все это еще более ярко подчеркивает характер зоны и коры выветривания, как оболочек пропитанных кислородом, и как области интенсивного и многостороннего процесса окисления.
|
|
|
|
К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков