- •Оглавление
- •1 Предмет и задачи экологической геохимии
- •2 Геохимия геосфер
- •2.1 Литосфера
- •2.1.1 Общие сведения о строении и составе Земли
- •2.1.2 Кларки литосферы
- •2.1.3 Геохимические аномалии
- •2.1.4 Природная эколитохимия
- •2.1.5 Антропогенное воздействие на геохимические процессы
- •2.2 Атмосфера
- •2.2.1 Происхождение и кларки атмосферы
- •2.2.2 Антропогенное воздействие на химический состав атмосферы
- •2.3 Гидросфера
- •2.3.1 Природная экогидрохимия
- •2.3.2 Антропогенное воздействие на гидросферу
- •2.4 Педосфера
- •2.4.1 Природная экопедохимия
- •2.4.2 Антропогенное воздействие на почвенный покров
- •2.5 Биосфера и ландшафты Земли
- •2.5.1 Геохимическая организация биосферы
- •2.5.2 Организмы и антропогенная деятельность
- •3 Миграция химических элементов в биосфере
- •3.1 Геохимические циклы миграции химических элементов
- •3. 2 Типы и виды миграции химических элементов
- •3.3 Факторы миграции химических элементов в земной коре
- •3.3.1 Внутренние факторы
- •3.3.2 Внешние факторы
- •3. 4 Эволюция процессов миграции химических элементов
- •4 Геохимические барьеры и концентрация химических элементов
- •4. 1 Количественные характеристики геохимических барьеров
- •Физико-химические барьеры
- •4.3 Механические барьеры
- •4.4 Биогеохимические барьеры
- •4.5 Социальные геохимические барьеры
- •4.6 Комплексные геохимические барьеры
- •Геохимия ландшафтов
- •5.1 Ландшафтно-геохимические системы
- •II. Каскадные ландшафтно-геохимические системы
- •5.2 Геохимическая классификация ландшафтов
- •5.2.1 Ландшафты суши
- •5.2.2 Селитебные ландшафты
- •5.2.3 Аквальные ландшафты
2.1.4 Природная эколитохимия
В литосфере самостоятельные минеральные виды являются наиболее распространенной косной (неживой) природной формой нахождения химических элементов. Существует около 2000 видов минералов. Наибольшее число минералов (свыше 1500) образовано при участии кислорода. Более 1000 минералов содержит водород и более 500 — кремний. Еще 16 элементов (Са, S, Fe, Al, Na, Mg, Сu, Pb и др.) входят в состав более чем 100 минералов (каждый). Именно твердые минералы представляют собой среду, в которой и за счет которой развивается основная масса живых организмов материков. При этом составляющие их химические элементы становятся доступными для организмов либо в процессе, либо после разрушения минералов. Поэтому большое значение имеет не только состав минералов, но и их прочность и особенно растворимость. К числу важнейших, с точки зрения экологии, свойств относят и радиоактивность, тепло- и электропроводимость, цвет.
Основная часть минералов, образовавшихся в глубинных слоях Земли, попав в условия биосферы, начинает разрушаться, т.к. сочетания составляющих их элементов должны соответствовать изменившимся условиям (возросшая роль свободного кислорода и низкотемпературных водных растворов, появление нового и чрезвычайно сильного по своему воздействию геохимического фактора — деятельности живых организмов). Происходят следующие реакции:
• Растворение
• Окисление — процесс передачи электронов от атомов, входящих в минерал, к кислороду. Реакция идет преимущественно в водной среде. Часто этот процесс идет ступенчато, с образованием промежуточных минералов: FeS2 FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe(ОН)3
• Гидролиз (разложение водой) — один из наиболее распространенных процессов изменений минералов в биосфере - реакция между ионами воды (Н+ и ОН-) и ионами минералов. Например, гидролиз полевых шпатов с образованием каолинита:
2KAlSi3О8 + 3H2O 2KOH + H2Al2Si2O8 • H2O + 4SiO2 .
• Гидратация — процесс присоединения воды к минералам: 2Fe2O3 + 3H2O 2Fe2O3 • Н2О
В биосфере может происходить самостоятельно, а может сопровождать другие реакции.
• Карбонатизация — процесс взаимодействия ионов [СО3]2- и [НСО3]- с минералами - растворение вступающих в реакцию минералов с образованием карбонатов. Карбонатизацию труднорастворимых силикатов можно рассмотреть на примере анортита, когда в результате образуются каолинит и кальцит: Ca2Al2Si2O8 + 2H2O + CO2 H2Al2Si2O8 • Н2О + СаСО3.
• Восстановление минералов — в условиях биосферы относительно редкий процесс, т.к. идет при отсутствии свободного кислорода. Такие условия иногда возникают в донных отложениях (этому может способствовать техногенная деятельность) и почвенных горизонтах. Восстановление контролируется главным образом наличием органического вещества и бактериальной деятельностью: 2Fe2O3 • ЗН2О + С 4FеО + СО2+ ЗН2О; FeO + CO2 FeCO3
• Диализ — процесс разделения раствора на коллоидный и истинный. В лабораториях для этого используются специальные мембраны, непроницаемые для коллоидных частиц. В при-родных условиях своеобразными мембранами являются поверхности самих глинистых частиц. При этом ионы металлов из коллоидов глинистых минералов могут отделяться в виде истинных растворов. Явление получило распространение в мелководных пресных водоемах с большими объемами глинистого геля.
В результате всех этих процессов разрушаются ранее существовавшие минералы и образуются новые, более устойчивые в условиях биосферы. При этом часть составлявших их элементов переходит в другие формы: водные растворы, коллоидную, биогенную, газовую.