3 роки тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Мы рассмотрели две группы процессов, происходящих с рас­сеянными металлами на поверх­ности Земли. Во-первых, освобож­дение металлов из кристалличе­ских структур минералов, переход их в подвижное состояние и уча­стие в водной миграции. Во-вто­рых, перераспределение метал­лов в продуктах выветривания. У читателя может сложиться впечатление, что эти две группы процессов и определяют поведе­ние рассеянных металлов на по­верхности Земли. Но это далеко не так.

Огромное количество металлов захватывается живым веществом в особый вид миграции. Под жи­вым веществом В. И. Вернадский подразумевал суммарное коли­чество всех живых организмов на нашей планете, производящих в совокупности геохимическую работу.

Общая масса живого вещества на Земле выражается величиной h•1012т. Основная часть живого вещества сосредоточена на суше, где его суммарный вес, по данным советского геохимика-почвоведа Н. И. Базилевич, составляет 2,5•1012 т (в пересчете на сухое органическое вещество). Живое вещество Мирового океана, согласно подсчетам академика А. П. Виноградова, равно 5•109 т (сухого органического вещества).

Общее количество живого ве­щества на суше слагается тремя главными группами организмов: фитомассой, образованной высши­ми растениями, зоомассой и массой микроорганизмов. Основное значение имеет фитомасса, вес которой Н. И. Базилевич оценивает в 2,5 триллиарда сухого органи­ческого вещества. Вес животных и микроорганизмов, вместе взя­тых, не превышает 1 % от веса растительности. Таким образом, именно высшие растения опре­деляют масштабы биологической миграции химических элементов на суше.

Высшие растения являются мощным генератором органиче­ского вещества. Растительность суши синтезирует более 230 млрд. т сухого органического вещества ежегодно. При этом 74% продуцируется наземной растительностью, а остальные 26% — растительными организ­мами моря, преимущественно планктоном.

Вещество растений в основном состоит из углерода, водорода и кислорода. В меньшем коли­честве, но совершенно обязатель­ной частью является азот, а также многочисленные химические эле­менты, которые после сгорания органического вещества остаются в виде золы. Их так и называют — зольные элементы.

Хотя растения на протяжении всей жизни поглощают из почвы определенные химические эле­менты, их накопление не беспре­дельно. Значительная часть этих элементов концентрируется в от­мирающих органах растений, ко­торые опадают на почву. Количе­ство отмирающего растительного материала (опада) не так мало, как это может показаться. Если бы отмирающие части растений не разрушались, то уже через сот­ню лет величина мертвого орга­нического вещества могла бы превысить величину живой массы самых густых лесов. Вся расти­тельность оказалась бы погребен­ной под продуктами опада. Этого не происходит вследствие энер­гичного микробиологического разрушения растительных остат­ков.

При разрушении растительных остатков поглощенные химиче­ские элементы освобождаются и значительная их часть вновь захватывается растениями. Так происходит закономерная цикли­ческая миграция зольных элемен­тов в системе почва — растение — почва, получившая название био­логического круговорота. Конеч­но, в биологический круговорот захватывается не все количество химических элементов, поступив­ших с опадом. Частично они за­держиваются в почве и удаляются с фильтрующими водами. В свою очередь, растения поглощают химические элементы из поч­венных и грунтовых вод. Таким образом, биологическая и водная миграция тесно связаны.

Как велик биологический кру­говорот? Какое количество золь­ных элементов ежегодно вовлека­ется в миграцию в системе поч­ва — растение — почва? Лучший способ ответа на этот вопрос — сравнение. Для создания годовой продукции наземной раститель­ности поглощается 2,7 млрд. т зольных элементов. Если вспом­нить, что годовой ионный сток со всей суши составляет 2,5 млрд. т, то можно сделать вывод, что суммарный итог гео­химической деятельности живых организмов не только не успевает, но и превышает водную мигра­цию.

Интенсивность участия химиче­ского элемента в биологическом круговороте оценивается величиной коэффициента биологическо­го поглощения (Кб). Этот коэф­фициент равен отношению со­держания химического элемента в золе растений к его содержа­нию в почвообразующей породе, в которой сосредоточен исходный запас минеральных веществ.

Для растительности всей суши в целом коэффициенты Кб можно рассчитать, исходя из среднего содержания металлов в золе на­земной растительности и величи­ны их кларков. Эти данные при­ведены в табл. 4.

Ознакомившись с приведенны­ми данными, нетрудно заметить некоторые особенности рассеяния металлов в живом веществе.

Прежде всего отметим, что ме­таллы, играющие роль главных элементов, то есть содержащиеся в земной коре в количестве более 1 % каждый, характеризуются не­высокой интенсивностью биологи­ческого поглощения. Величина Кб железа 0,21, алюминия — еще меньше. Это, по-видимому, свя­зано с тем, что этих металлов так много, что их поступление в расте­ния в необходимом количестве хо­рошо обеспечено.

Что касается металлов, находя­щихся в горных породах в рассеян­ном состоянии, то интенсивность их поглощения очень неодинакова и изменяется в 1000 раз. Наиболее интенсивно поглощаются расте­ниями и, следовательно, активно вовлекаются в биологический кру­говорот цинк, молибден, марга­нец и медь. В золе растений они содержатся в большем количест­ве, чем в земной коре. Некоторые рассеянные металлы умеренно по­глощаются растительностью. Тако­вы никель, кобальт, ванадий и свинец. Их содержание в золе при­мерно такое же, как в земной коре. Наконец, есть металлы, кото­рые поглощаются слабо (титан) и очень слабо (цирконий, ртуть). Они содержатся в золе в 100 раз меньше по сравнению с земной корой.

Разумеется, данные табл. 4 да­ют обобщенное представление об интенсивности биологического поглощения металлов. Мы рас­сматривали условную «среднюю» золу и средний состав земной ко­ры. В действительности условия произрастания растений много­образны и столь же разнообразны растительные группировки. Чис­ленная величина коэффициента биологического поглощения одно­го и того же металла в разных биоценозах неодинакова. Однако в любом случае такие металлы, как цирконий и титан, будут по­глощаться значительно менее интенсивно, чем молибден и цинк. Эта закономерность может нарушаться лишь тогда, когда тот или иной металл присутствует не в рассеянном состоянии, а скон­центрирован в сотни и тысячи раз больше кларка.

Чтобы сравнить теоретические данные из табл. 4 с реальными значениями коэффициента биоло­гического поглощения, приведем конкретный пример. Автор изучил геохимию рассеянных металлов в ландшафтах закаспийских пу­стынь. Годовое количество осад­ков здесь редко превышает 200 мм. Невысокое плато, ровное как стол, покрыто редкой по­рослью кустиков полыни и соленосного растения биюргуна. В этих условиях выпадающие осадки не могут промывать почвенно-грунтовую толщу, она едва промачивается на глубину около метра. Исследования позволили установить, что интенсивность по­глощения рассеянных металлов как растениями-солянками, так и полынью подчиняется определен­ной закономерности. Наиболее интенсивно поглощаются молибден, марганец, медь, никель. Очень слабо поглощаются цирко­ний, а также ванадий и титан. Кри­вые коэффициента биологическо­го поглощения рассеянных метал­лов этой крупной пустынной рас­тительностью приведены на рис. 3. Важно подчеркнуть, что величи­ны Кб рассчитаны исключительно на конкретных данных, путем оп­ределения содержания металлов не только в местных растениях, но и в местных почвообразующих по­родах.

Интенсивность биологического поглощения рассеянных металлов растительностью закаспийских пустынь...

Интенсивность биологического поглощения рассеянных металлов растительностью закаспийских пустынь…

Совсем иные условия в карель­ской тайге. Здесь выпадает более 500 мм атмосферных осадков в год. Вода насыщает весь ланд­шафт: она сочится по коре де­ревьев, хлюпает под ногами, на­полняет лужи на поверхности почвы, энергично промывает ее на большую глубину. Раститель­ность представлена еловым лесом, под которым расстилается покров мха и поросль кустиков черники.

Трудно найти что-нибудь более непохожее, чем закаспийская пу­стыня и северотаежный лес! Но интенсивность поглощения рассе­янных металлов растительностью принципиально одинакова. Так, например, растения карель­ской тайги слабо поглощают те же металлы, что и растения пустыни: цирконий, титан, ванадий. Интен­сивно поглощают, как и в Закаспии, марганец, медь, никель.

Рис. 4 интересен также тем, что в нем сопоставлена интенсивность поглощения рассеянных металлов одними и теми же растениями, но произрастающими на горных по­родах, которые заметно отлича­ются своим составом и содержа­нием этих металлов. В диабазах значительно больше меди, цинка, никеля, чем в гнейсах, а в послед­них больше циркония и титана, но это принципиально не меняет на­правленность поглощения метал­лов, и в первом, и во втором слу­чае она остается однотипной.

Формирование элементарного состава почвы как результат совмещения биологического и геологического круговоротов химических элементов

Формирование элементарного состава почвы как результат совмещения биологического и геологического круговоротов химических элементов

Рассеянные металлы с неодина­ковой интенсивностью вовлекают­ся в биологический круговорот. Имеется определенная законо­мерность поглощения металлов, общая для всех типов наземной растительности. В то же время геохимическая специфика каждого биоценоза неповторима. Это проявляется в неодинаковой чис­ленной величине Кб одного и того же металла в разных растениях и растительных группировках. Так, например, Кб меди в таежных мхах на диабазах около 4, а на гнейсах несколько менее 3, в тра­вах подмосковных лугов — 2, а тропических саваннах Восточной Африки — 1,5. Изучая процессы рассеяния металлов в раститель­ном покрове суши, мы снова и снова встречаемся с диалектиче­ским единством общих законо­мерностей и четких индивидуаль­ных особенностей каждого типа растительности, каждого растения.