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 анионогенные элементы с постоянной валентностью — фтор и бор

Фтор — F (9; 18,9984)

Кларк фтора — 6,5.10"2%. Важнейшие особенности геохимии F состоят в резко выраженной литофильности, связи с гранитным слоем (29.10) и низкой талассофильности не только по сравнению с С1 и Вг, но и с его характерным спутником в земной коре и биосфере Са, с которым он образует труднорастворимый минерал флюорит — CaF2- Кальций — главный осадитель F из вод. Этим фтор сильно отличается от С1 и других галогенов. Тесно он связан и с Р, входя в состав фтор-апатита [Ca2o(P04)gF2], самого распространенного минерала фтора. Одна из важнейших особенностей F — он является универсальным аддендом для комплексообразования многих злементов- гидролизатов — Al, Be, Nb, Sn, Zr, Sc и др. (С.P. Крайнов).

Кларки концентрации фтора

Несмотря на исключительную химическую активность F, интенсивность его водной и биогенной миграции значительно ниже, чем у ближайшего соседа по периодической системе — С1.

Среднее содержание фтора в почвах земного шара, по Кабата-Пендиас и Пендиас, 3,2.10"2%, т.е. почти в 2 раза ниже кларка. Однако в тяжелых почвах на основных породах его содержание достигает 0,1%. На миграцию F в ландшафтах влияют щелочно-кислотные условия, сорбенты, кальциевые и фосфатные геохимические барьеры. В кислых гумидных ландшафтах F подвижен и выносится из почв, подщелачивание среды до рН 6 — 7 способствует его адсорбции минеральными компонентами. Щелочная реакция и карбонатность степных и пустынных почв неблагоприятны для миграции F.

Растениям фтор F в целом малодоступен и его коэффициент биологического поглощения о,п-п. По Кабата-Пендиас и Пендиас, в сухой массе растений фоновых ландшафтов обычно не более 0,3.10"2% F, что в расчете на золу близко к кларку литосферы. Коэффициент биологического поглощения F у растений Сибири, по A.J1. Ковалевскому, в среднем равен 0,5.

В биосфере история F тесно связана с вулканизмом. При вулканических извержениях выделяются кислые дымы, содержащие фтористый водород. В таких ландшафтах F часто избыточен, им обогащены воды (> 1 мг/л), с чем связано тяжелое заболевание костной системы — флюороз (быстро разрушаются зубы, страдают и другие органы). Флюороз также развит в районах распространения пород, обогащенных F, — фосфоритов, апатитов, некоторых гранитов.

Дикие и домашние животные также болеют флюорозом — изменяются кости, копыта, рога, снижается продуктивность. В Исландии флюороз резко усиливается после очередного вулканического извержения и постепенно ослабевает по мере выщелачивания почв и сброса избыточного F со стоком в океан. В гумидных ландшафтах известны болезни людей, домашних животных, обязанные дефициту F в питьевой воде (менее 1 мг/л), что приводит к кариесу зубов. Морская пища богаче F, чем пища материков, и этим, например, объясняют слабое развитие кариеса у эскимосов Канады, основной пищей которых является морская рыба. В аридных ландшафтах воды содержат больше F, кариес там встречается реже. Фторирование питьевой воды — одно из средств борьбы с дефицитом этого элемента.

Палеогеохимия фтора — интересная научная проблема. В эпохи горообразования, вулканизма, развития аридных климатов ландшафты обогащались F, а эпохи слабого вулканизма, преобладания суши, гумидных климатов были отмечены низким его содержанием. Так как в ходе геологической истории наблюдалось общее ослабление вулканизма, можно предположить, что и поступление F в биосферу постепенно ослабевало. Однако со временем он накапливался в осадочных породах.

Технофилъностъ F невысокая (2.107). Основным его источником для промышленности служат гидротермальные месторождения плавикового шпата (CaF2), меньшую роль играют другие минералы. Человечество рассеивает F, усиливает те тенденции его геохимии, которые проявились уже в биосфере.

Главный потребитель плавикового шпата — металлургия. Используются и плавиковая кислота, фторид Na и другие соединения F. В XX в. стали производить синтетические фторорганические соединения, не известные в биосфере.

В связи с огромной химической активностью F не может существовать в свободном состоянии ни в биосфере, ни в земной коре, ни в мантии, но эти же его свойства обусловили возможность использования свободного фтора в ракетном топливе.

Ноосфера загрязняется фтором при выплавке А1, стали, сжигании угля, производстве фосфорных удобрений, кирпича, стекла. Контрастны техногенные аномалии F в снеге, почвах, растениях, водах, вокруг заводов по производству алюминия (Братск и др.). Химическая активность фтора, его ядовитость, особенно фтористоводородной кислоты (HF) создают экологические проблемы также при производстве и применении фосфорных удобрений — фосфоритов и апатитов.

Отрицательно влияют на экологию ландшафта и фторуглеводороды, используемые в холодильных камерах, различных распылителях. Они способствуют уменьшению содержания озона в стратосфере.

Бор — В (5; 10,81)

 Это самый легкий элемент третьей группы Периодической системы, который, несмотря на валентность +3, не проявляет металлических свойств и более похож на кремний, чем на алюминий. Бор единственный кислотный элемент и единственный неметалл данной группы. Высокое сродство к кислороду определяет преобладание в земной коре кислородных соединений В — боратов, производных различных борных кислот. Большинство этих соединений труднорастворимо, и только некоторые бораты щелочных металлов легкорастворимы. В качестве осадителей борат-ионов из вод важную роль играют Са и Mg. По структуре бораты во многом напоминают силикаты (тетраэдры ВО4 аналогичные Si04, могут объединяться через общие атомы кислорода, образуя цепи, слои и каркасы).

В космосе бор — дефицитный элемент, с чем связан его относительно низкий

кларк в земной коре — 1,2.10"3%.

В биосфере миграция бора во многом сходна с подвижными анионогенными элементами — CI, Br, S. В его истории также большое значение имеют вулканизм, миграция в атмосфере, испарительная концентрация, накопление в конечных водоемах стока — морях и океанах, соленых озерах, ионная миграция в природных водах (преимущественно в форме анионов борных кислот ВО33-, ВО2-, Н2ВО3-) (29.11). Однако В сильнее сорбируется глинами.

В гумидных ландшафтах бор мигрирует энергично и легко выщелачивается из почв, в которых его содержание 1 — 2.10"3%. Культурным растениям здесь недостает В. В результате, например, сахарная свекла заболевает "гнилью сердечка", которая ликвидируется борными микроудобрениями, они также повышают урожайность льна, бобовых растений, моркови и других культур.

Реки выносят В в океан, где он концентрируется. Однако в историческом аспекте главным поставщиком В служил не речной сток и выветривание пород материков, а вулканизм. Талассофильность В высокая. Из морской воды часть его атомов поглощается илами, а часть вместе с С1 и S переносится на материки с атмосферными осадками ("циклические соли"). Так в регионах с влажным климатом осуществляется круговорот В: океан — атмосфера — ландшафт — речной сток — океан. В связи с хорошей растворимостью соединений он почти не задерживается в ландшафтах. Подвижность В определяет его доступность и относительно высокие содержания в деревьях. По Г. Шаклетту и др., зола деревьев и кустарников содержит в среднем 5 — 50.10"3% бора — п-10п кларков концентрации. Это в 2 — 10 раз больше, чем в травах и овощах.

В аридных ландшафтах В мигрирует иначе. Так как почвы и континентальные отложения здесь богаты Са, а бораты кальция труднорастворимы, то на пути его миграции возникает кальциевый барьер. Поэтому из степных почв В выносится слабо, его здесь в 2 — 3 раза больше, чем в лесных почвах (3 — 5.10"3%).

При испарении грунтовых и озерных вод В накапливается, его много в некоторых солончаках, соленых озерах. Особенно эффективны эти процессы в районах современного и древнего вулканизма, где породы и термальные воды обогащены бором. Горячие бороносные подземные воды, связанные с вулканизмом, в прошлом неоднократно испарялись в депрессиях рельефа пустынь или же реагировали с осадочными карбонатами. В результате на испарительном или кальциевом барьерах осаждались бораты. Подобные вулканогенно-осадочные их месторождения неогенового возраста известны в США и других странах. Этот процесс наблюдается и в современную эпоху в соленых озерах аридных вулканических районов Южной Америки (месторождения вблизи действующих вулканов — Салинас в Перу, Аскатан в Чили и др.). Так как бор особо подвижен в содовых водах, то в солончаках часто наблюдается зависимость содержания В от рН. Минерализация прямо влияет на его содержание в водах лишь до содержания солей 20—30 г/л.

Испарение морской воды в лагунах аридных районов также приводит к концентрации бора и при определенных условиях к осаждению боратов (преимущественно магния). Такие процессы были особенно характерны для пермского периода.

Сильно обогащены В аридные ландшафты на морских засоленных глинах, на участках борных месторождений и на выходах подземных бороносных вод. Подобные "борные солончаки" с содержаниями В до 25 — 30 КК формируются на грязевых вулканах Азербайджана (А. Ахмедов), соляных куполах Прикаспия. Меньшие концентрации (12 — 13 КК) установлены в содовых солончаках Кулунды и хлоридно-сульфатных солончаках Бадхыза. В большинстве засоленных почв содержание В колеблется от 2 до 5 КК (В.Б. Ильин, Н.С. Касимов и др.).

Растения аридных ландшафтов по-разному относятся к бору: злаки поглощают его слабо (5 — 8 КК) и почти не реагируют на повышенные содержания в почвах, маревые (10 — 15 КК) и особенно полыни (20 — 30 КК) — активные аккумуляторы. Характерны глубокие изменения физиологии и даже морфологии: у некоторых пустынных полукустарников при умеренном борном засолении развивается гигантизм, а при сильном — карликовость. Наблюдаются изменения в окраске листьев, происходит массовое преждевременное их опадание, возникают болезненные формы. Грунтовые воды в подобных ландшафтах обогащаются В, в связи с чем у домашних животных развиваются тяжелые борные токсикозы — поражается желудочно-кишечный тракт, легкие, почки, мозг. Медь — антагонист бора, поэтому медная подкормка ослабляет болезни. Как и в гумидных ландшафтах, наибольшие содержания В характерны для деревьев (березы, ивы) — 30 — 40 КК (Н.С. Касимов).

Технофилъностъ В значительна (1.10^). В отличие от биосферы для ноосферы характерны не только его кислородные соединения, но и бороводороды (бораны), фториды и другие богатые энергией соединения, чуждые биосфере и неустойчивые в ней. Ценность карбида — В4С связана с его исключительной твердостью и тугоплавкостью. Загрязнены бором фосфорные удобрения, компосты бытового мусора, осадки сточных вод и растения, выращенные на удобряемых ими почвах (Ю.Е. Сает и др.).

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