СВОБОДНЫЙ КИСЛОРОД в воде. Источник кислорода — разложение воды на водород и кислород под влиянием радиоактивных излучений

Свободный кислород В. И. Вернадский назвал самым могущественным деятелем из всех нам известных тел земной коры. Это ведущий газ многих природных вод, подлинный их геохимический диктатор. Кислород растворен почти во всех поверхностных водах, куда он поступает из атмосферы и за счет фотосинтеза водных растений.

В подземные воды свободный кислород проникает на различную глубину, называемую в геохимии кислородной границей. Ранее полагали, что такой границей служит горизонт грунтовых вод. В научные труды и учебные руководства даже проникла соответствующая «схема Финча».

Однако она оказалась весьма далекой ог действительности. Прямыми наблюдениями Б. А. Бедера, А. И. Германова, Я. Б. Смирнова и других гидрогеологов доказано, что кислородные воды могут проникать из областей питания, например из горных массивов, в водоносные горизонты артезианских бассейнов на глубины в сотни и даже тысячи метров. Так, в При- ташкентском артезианском бассейне кислород был обнаружен в водах на глубине до 2000 м. Но кислородная граница может находиться и почти на земной поверхности.

На заболоченных равнинах тундры и тайги кислород местами отсутствует даже в почвенных водах. Все же общая тенденция состоит в уменьшении содержания кислорода с глубиной, и для глубинных вод кислород не характерен. Об этом говорит его отсутствие в газожидких включениях гидротермальных минералов, в современных гидротермах, вскрываемых скважинами. Однако генерирование этого газа па больших глубинах полностью не исключается.

Важнейший процесс образования свободного кислорода— фотосинтез, химическая схема которого такова:

С02 + на0 + световая энергия хлорофилл-> [СН20] + 02.

При фотосинтезе за счет энергии солнечного света из простых минеральных соединений — С02 и Н20 при участии зеленого пигмента хлорофилла , играющего роль катализатора, растение синтезирует углеводы й другие органические соединения, услоппо изображаемые как [CH2OJ. Поглощая из почвы и воды кальций, магний, калий, железо и другие элементы, растопил также используют их для синтеза органических соединений. Одновременно в окружающую среду выделяется свободный •кислород — продукт разложения воды.

Свободный кислород, а также углерод, водород и азот, входящие в состав органических соединений, являются аккумуляторами солнечной энергии. Действительно, входя в состав Н20 и С02, кислород, водород и углерод связапы п не обладают химической активностью. Когда же эти связи в зеленом листе за счет солнечной энергии разрываются (в ходе фотосинтеза), данные элементы, по выражению академика Н. В. Белова, становятся геохимическими а кку мул я тор а м и и приобретают высокую химическую активпость.

В поверхностных водах свободный кислород (02) образуется за счет фотосинтеза водных растений, главным образом водорослей. В реках и озерах в летние дни вода местамп даже пересыщается кислородом, и он выделяется в виде пузырьков (спонтанный газ). Ночью фотосинтез, отсутствует, кислород расходуется на дыхание растений и яшвотных, содержание его понижается. Грандиозна генерация кислорода в Мировом океане, в его верхней зоне, доступной для солнечного света. Здесь кислород, который продуцируют водоросли, частично выделяется в атмосферу, а частично растворяется в воде. Генератором- кислорода для атмосферы служат и лесные массивы,'степи, луга, тундры, саванны.

По некоторым представлениям, фотосинтез протекает -свыше 3 млрд. лет, т. е. в течение почти всей геологической истории. За это время растения создали современную кислородную атмосферу31. Воздух, которым мы дышим, писал В. И. Вернадский, есть создание жизни. Таким образом, в историческом аспекте практически весь кислород природных вод имеет биохимическое (по В. В. Белоусову) происхождение.

В подземных водах существует еще один источник кислорода — это разложение воды на водород и кислород под влиянием радиоактивных излучений — так называемый радиолиз воды. Само явление физиками открыто давно, одпако его анализ с геохимических позиций значительно более молод. Современные представления в данной области обобщены в монографии гидрогеохимика И. Ф. Вовка (1979). По его гипотезе, кислород на больших глубинах образуется в результате радиолиза воды. Еслп во вмещающих породах пет восстановителей, то этот газ накапливается, причем тем интенсивнее, чем выше радиоактивность пород.

К содержанию книги: Геохимия природных вод