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.

Распространение рассеянных элементов не ограничивается маг­матическими горными породами. Эти элементы присутствуют повсюду — в водах, почвах, живых организмах, пронизывают всю биосферу в целом. Так, например, большая часть атомов золота на­ходится в рассеянном состоянии. Они обнаружены в глубинных магматических породах и осадках на дне морей, в воде и растениях, даже в майских жуках! Кларк зо­лота очень мал — 0,000 00043 %. В каждой тонне горных пород со­держится около 5 мг, в каждом кубометре морской воды — 0,004 мг этого благородного ме­талла. Золото присутствует в рас­тениях, в частности, в кукурузе. Если проанализировать золу куку­рузных зерен, то можно обнару­жить до 60 мг золота. Конечно, миллиграммы и их доли — нич­тожные цифры. Но представим себе, сколько кубометров воды в Мировом океане и каков сум­марный вес всех растений земно­го шара, и мы поразимся тому, какое огромное количество рас­сеянного золота на поверхности нашей планеты.

Один из основных законов при­роды — стремление к равновесию между строением вещества и со­стоянием окружающей его среды. Минералы и горные породы, воз­никшие при больших давлениях и температурах в недрах Земли, оказываются неустойчивыми на поверхности суши.

Гранит служит символом проч­ности. «Несокрушимый, как гра­нит», — говорят, когда хотят под­черкнуть твердость и устойчи­вость. Но минералы, слагающие гранит, в обычных для нас усло­виях оказываются удивительно неустойчивыми. Если их очень сильно измельчить, то они раство­ряются в простой воде при ком­натной температуре. Так как в земной коре после кислорода наиболее распространены крем­ний и алюминий, то основная масса минералов состоит из этих элементов. Минералы глубинных горных пород — это силикаты и алюмосиликаты, в состав кото­рых входят железо, кальций, магний, калий и натрий. Кристалли­ческие структуры этих минералов, оказавшись в неравновесных усло­виях на поверхности Земли, раз­рушаются или чаще перестра­иваются. В результате перестрой­ки образуются также силикаты, но совсем другие. Они обладают осо­бой слоистой структурой; каль­ций, натрий, железо, значительная часть калия и магния из них уда­лена; их размеры небольшие — от 0,001 мм и меньше. Эти ми­нералы образуют глины. Устой­чивость разных минералов глу­бинных пород неодинакова и зависит от их кристаллической структуры. Наиболее устойчива структура кварца, благодаря чему этот глубинный минерал хорошо сохраняется на поверхности. Про­дукты выветривания горных пород состоят преимущественно из об­ломков кварца и глинистых мине­ралов.

На поверхности суши происхо­дит глубокое преобразование твердого вещества земной коры. При этом освобождается большое количество элементов, — около 20—25% веса исходных горных пород. Эти элементы переходят из неподвижного состояния в кри­сталлических структурах в актив­ное и начинают энергично мигри­ровать. Часть их с речным стоком покидает сушу и поступает в моря и океаны. Одновременно движу­щейся водой захватывается еще большее количество твердых обломков. Это также сопровожда­ется закономерной пересортиров­кой химических элементов и ча­стичным их удалением за пределы континентов.

В процессе перестройки кри­сталлических структур глубинных минералов освобождаются не только главные, но и малораспространенные элементы, в том числе металлы. Частично они входят в структуры новых минералов, но очень большое их количество во­влекается в различные виды миг­рации на поверхности Земли.

Миграция химических элемен­тов связана прежде всего с дви­жением воды. На протяжении года на поверхность континентов вы­падает 109 тыс. км3 атмосферных осадков, а испаряется 72 тыс. км3. Остальные 37 тыс. км3 стекают в моря и океаны. Металлы, рас­сеиваясь при выветривании гор­ных пород, содержатся в поверх­ностных водах в незначительном количестве — 10-6 — 10-7%. Но в результате круговорота воды в миграции участвуют большие массы атомов. Достаточно сказать, что ежегодно в Мировой океан выносится 2,5 млрд. т растворен­ных веществ.

В табл. 2 приведены ориентиро­вочные количества металлов, вы­носимые речными водами на протяжении года со всей суши. Конечно, наши расчеты имеют приближенный характер, но полу­ченные цифры верно отражают порядок величин. Кроме того, в таблице учтены лишь те массы металлов, которые удаляются за пределы суши. Следует иметь в виду, что значительно большие количества перемещаются в пре­делах суши и, не достигая океана, задерживаются в бессточных кот­ловинах, озерах, многочисленных «геохимических ловушках».

В какой форме находятся метал­лы в природных водах? Долгое время ученые предполагали, что металлы образуют ионные (или, как их еще называют, «истинные») растворы. Действительно, ионная форма нахождения рассеянных металлов в поверхностных водах распространена довольно широко. Однако на поверхности суши часто возникают условия, не способству­ющие нахождению иона в раство­ре.

Так, например, двухвалентный ион железа, находящийся в раст­воре, под действием свободного кислорода окисляется, переходит в трехвалентную форму и пре­кращает миграцию, выпадая в оса­док.

В то же время многочисленные факты показывают, что железо в ряде районов активно мигрирует в речных водах, богатых кислородом. Ученые обнаружили, что многие металлы находятся в виде не простых, а комплексных ионов, то есть химических соеди­нений, очень прочно связанных и несущих определенный электри­ческий заряд. В некоторых типах поверхностных вод распростра­нены внутрикомплексные металлоорганические соединения, так называемые хелаты. Примером может служить соединение двух­валентного металла, в частности никеля, с органическим соедине­нием трилоном — б.

Соединения этого типа очень распространены. Например, в воде Днепра больше половины количества металлов (железа, марганца, никеля, меди) присут­ствует в виде металлоорганических соединений. Входя в состав таких соединений, металл может находиться в растворе и мигриро­вать в таких условиях, в которых миграция простых ионов этого металла невозможна, так как они выпадают в осадок. Комплексные соединения способствуют рас­сеянию металлов.

Одинакова ли интенсивность водной миграции разных метал­лов? Исходя из представлений академика Б. Б. Полынова, совет­ский геохимик А. И. Перельман предложил для оценки интенсивности водной миграции химиче­ских элементов использовать спе­циальный показатель — коэф­фициент водной миграции. Его можно определить следующим образом. Если речную воду на­лить в химическую чашку и осто­рожно испарить, то на дне чашки останется налет соединений, кото­рые были растворены в воде. Под­вергнув твердый осадок анализу, можно определить в нем содер­жание интересующего нас хими­ческого элемента. Этот же эле­мент так же определяют в горной породе, которая омывается вода­ми реки. Когда же данные полу­чены, то коэффициент водной миграции рассчитывают, как отно­шение содержания элемента в сухом остатке к содержанию этого же элемента в горной по­роде.

Проведенные исследования показали, что рассеянные металлы обладают неодинаковой интен­сивностью водной миграции. На рис. 1 показаны величины коэф­фициента водной миграции неко­торых тяжелых металлов, которые были изучены автором в Карелии. Для сравнения в левой части гра­фика приведены величины коэф­фициентов главных химических элементов — кремния, натрия, ка­лия, магния и кальция. Как видно, диапазон интенсивности миграции металлов велик: величина коэф­фициента меняется от десятых долей до почти 100. Некоторые тяжелые металлы в реках Карелии мигрируют интенсивнее, чем та­кие подвижные главные химиче­ские элементы, как кальций и нат­рий. Наиболее интенсивно мигри­руют цинк и молибден, несколько меньше — медь. Наименьшая ин­тенсивность миграции у главно­го тяжелого металла — железа. Конечно, в других ландшафтах, в иных условиях абсолютная ве­личина коэффициента водной миграции этих металлов будет другой, но порядок, характери­зующий интенсивность рассеяния металлов в воде, будет выдер­живаться.

Интенсивность водной миграции рассеянных металлов (справа) и распространения химических элементов (слева) в Карелии

Интенсивность водной миграции рассеянных металлов (справа) и распространения химических элементов (слева) в Карелии

Важную роль в перераспреде­лении рассеянных металлов игра­ют высокодисперсные частицы. Процесс выветривания сопровож­дается измельчением массивных горных пород и минералов. Когда обломки минералов достигают размеров менее 0,001 мм, то скопления таких обломков при­обретают свойство притягивать ионы металлов из раствора. Это связано с тем, что ионы, входящие в кристаллическую структуру, находясь на поверхности обломка минерала, обладают некоторой, правда очень небольшой, свобод­ной энергией. В результате прояв­ления этой энергии положитель­но заряженные ионы металлов притягиваются к поверхности об­ломка. Чем больше частиц мельче 0,001 мм, тем больше суммарная поверхность и тем интенсивнее происходит захват ионов метал­лов из раствора. Притяжение ио­нов из растворов к поверхности твердого тела называется сорб­цией или поглощением.

Выше мы уже отмечали, что минералы глубинных горных пород на поверхности Земли не могут существовать в виде очень мелких обломков, их кристалличе­ская структура разрушается. По­этому среди частиц меньше 0,001 мм присутствуют главным образом глинистые минералы и отчасти оксиды железа. Благода­ря своим малым размерам глини­стые частицы легко переносятся водой и переносят поглощенные ионы металлов. Вместе с осаждаю­щимися глинистыми частицами прекращают миграцию и погло­щенные металлы.

Согласно данным советского ученого А. П. Лисицина, с конти­нентов в Мировой океан выносит­ся в год более 20 млрд. т облом­ков. Среди них значительную часть составляют частицы меньше 0,001 мм, которые несут погло­щенные металлы. А какие громад­ные массы этих частиц перемеща­ются на суше, способствуя ниве­лированию рельефа! К сожале­нию, пока невозможно учесть количество рассеянных металлов, мигрирующих в поглощенном состоянии. Можно лишь только предполагать, что это количество соизмеримо с величиной метал­лов, рассеивающихся в виде раст­воров или даже больше.