Геохимический цикл миграции.
Геохимическая миграция магния сложная и охватывает все геосферы. В глубинных геосферах мы имеем преимущественно силикаты, в гипергенной – карбонаты, фосфаты, арсенаты. Почти весь магний выпадает в ранних стадиях кристаллизации изверженных пород. Входит в состав глубинных ультраосновных и основных пород. Простые соли магния с SO4, Cl, Br, J легко растворимы и трудно растворимы карбонаты и силикаты. Обнаруживается в глубинных оливиновых породах и поздних осадках морских и озерных бассейнов. В метасоматических замещениях и при перекристаллизации известняков надо искать доломиты и магнезиты.
Миграционная способность магния сравнима с подвижностью калия и натрия, поскольку сульфаты и хлориды этих трёх металлов хорошо растворимы. Из-за небольшого размера иона магний входит в состав глинистых минералов.
В гумидном климате в профиле выветривания Mg вымывается из минералов и поглощается живыми организмами, гумусом, входит вместе с калием в решётку новообразованных силикатных минералов.
В аридных ландшафтах на распределение магния влияет высокая растворимость его хлоридов и сульфатов. В результате наблюдается накопление этих солей на испарительных барьерах и затем – формирование солончаков. Кларк магния в океане 0.13%. Его талассофильность (0.07) значительно выше, чем у кальция, бария, стронция, но ниже, чем у натрия. В океан магний попадает из выветривающихся горных пород, и масштабы его поступления в прошлом были значительны
По миграции в аридных ландшафтах Mg сходен с Са, но в некоторых из них и значительно отличается. Местами он ближе к Na, частично и к А1. Здесь резко проявляется способность Mg входить в решетку глинистых минералов и легкая растворимость сульфатов. В результате грунтовые воды обогащаются MgCU и MgS04, которые осаждаются при испарении вод. Эти процессы наблюдаются преимущественно в пустынях. При испарении осолоняющихся лагун выпадение солей Mg происходит на поздних стадиях их развития после осаждения поваренной соли. При этом сначала осаждаются сульфаты Mg, а позднее и хлориды. Поэтому магнезиальные соли обнаруживаются в верхних частях соляных куполов в ассоциации с калийными солями ( К- Mg-стадия галогенеза, по Н. М Страхову).
В целом аридные ландшафты богаче Mg, чем гумидные, — его больше в почвах, водах, континентальных отложениях, растениях. На путях водной миграции Mg здесь возникает больше геохимических барьеров: 1) испарительный; 2) карбонатный (доломитизация); 3) силикатный (образование палыгорскита и других минералов); 4) сорбционный. В океане в среднем 1,3- Ю-1 % Mg. Его талассофильность (0,07) значительно выше, чем у Са, Sr, Ba, других щелочных и тяжелых металлов (кроме Na — 0,42). 422 Воды океана не насыщены MgC03 и Mg (OH)2, из океанической воды не происходит химического осаждения солей Mg. Основной поставщик Mg для океана — выветривание на материках, которое, по рассчетам В. М. Гольдшмидта, за время геологической истории поставило 12,6 г. Mg на каждый килограмм океанической воды. Однако в 1 кг современной воды содержится лишь 1,3 г Mg, т. е. почти в 10 раз меньше. Это объясняется отложением доломитов и других осадочных пород, сорбцией Mg коллоидами, многократным участием одного и того же атома Mg в большом круговороте веществ, т. е. гранитизацией, палингенезом и другими процессами.
Значительные количества магния вместе с кальцием выносятся речным стоком в океан, где его содержание составляет 1,35 г/л, тогда как содержание кальция в водах океана равно 0,4 г/л. Магний входит в состав осадочных доломитов и других магнезиальных пород, в которых его количество в современную эпоху около 1%.
В то же время в докембрийских карбонатных отложениях количество магния доходит до 13%, то есть в докембрии происходило океанское осадконакопление магнезиальных пород, тогда как сегодня отлагаются кальциевые карбонаты.
Магний жизненно важный элемент, он входит в состав хлорофилла и очень важен в процессе фотосинтеза. Листья растений и деревьев выделяют кислород, и при этом поглощается солнечная энергия, которая как бы консервируется в органических соединениях растений. Хлорофилл, в составе которого до 2% магния, разлагает углекислый газ воздуха на углерод и кислород. Углерод поступает в клетчатку растений, а кислород в атмосферу.
Магний контролирует энергетический баланс, регулирует жизнедеятельность клеток, синтез белков организма, свёртываемость крови. При нехватке магния листья растений желтеют, имеет место заболевания животных. Большинство людей испытывают дефицит магния, при этом возникают мышечные судороги. В теле человека около 40 грамм магния. Суточная потребность в магнии для взрослого человека от 300 до 400 мг.
Минерал бишофит широко используется в медицине
Используется магний в составе различных сплавов в авиации и автомобилестроении, в металлургии как раскислитель при выплавке высокопрочного чугуна и стали, при получении Ti, V, Zr, U, Cr. Применяется также в пиротехнике, фотографии, медицине, в военном деле.
Магний вспыхивает при поджигании. Горящий Mg тушат железной стружкой, но не водой или песком (водяной пар и кремнезём реагируют с Mg).
Технофильность – это отношение ежегодной добычи элемента (Д) к его кларку в земной коре (К).
.Технофильность магния значительно ниже, чем у кальция и натрия. До начала 20-го столетия использовались только соединения магния - доломит, магнезит. В последнее время в промышленности стали применять сплавы, содержащие металлический магний, но говорить о влиянии техногенеза на биохимический цикл магния не приходится. Только в обеднённых магнием ландшафтах наблюдается некоторое его накопление за счёт внесения магниевого удобрения, известкования с помощью доломита. В целом для биогеохимических циклов щелочных и щелочноземельных и щелочноземельных металлов характерна незамкнутость глобальных годовых циклов. В результате наблюдается аккумуляция этих элементов в осадках Мирового океана: до 99% Са, 98% К, свыше 60% Na сосредоточено в осадочных породах.
Мировое производство магния достигает 350 тысяч тонн в год.
ПДК на MgSO4 – 2 мг/м3 .
Главные месторождения магния представляют из себя жильные гнездообразные тела аморфного магнезита в коре выветривания ультраосновных пород, пластообразные и линзообразные залежи кристаллического магнезита среди карбонатных толщ и галогенные отложения.
Основные реакции на магний:
1. Порошок минерала растирают с хинализарином (С14Н8О6), добавляют немного КОН
или NaOH и растирают снова. При наличии магния появляется синий цвет. Если магния нет, то цвет смеси будет синефиолетовый.
2. Светлый минерал смачивают раствором азотнокислого кобальта – Co(NO3)2 и затем сильно прокаливают. Должен быть красный цвет.
3. К капле раствора соли магния добавляют каплю раствора хлористого аммония – NH4Cl и каплю раствора аммиака – NH4OH, а затем капают 5% раствор оксихинолина (C9H7ON). При наличии магния образуется зеленовато- жёлтый осадок. 4. Смешивают в пробирке 2 капли раствора соли магния с 2 каплями 2N раствора двухзамещённого фосфата натрия Na2HPO4. Затем при интенсивном перемешивании добавляют по капле 2N раствор NH4OH. При наличии магния выпадают моховидные дендриты кристаллов MgNH4PO4.
Список использованной литературы
Геохимическая таблица ВИМСа, 1973
Перельман А.И. Геохимия, 1989.
Портнов А.М. Общая геохимия. Учебное пособие. Москва, МГГРУ, 2014.
Справочник по геохимии. Войткевич Г.В. и др., 1990.
Магний (Mg). Геохимия Mg отличается парадоксальными чертами.
С одной стороны, — это элемент глубин, накапливающийся в мантии
и базальтовом слое (кларк в ультраосновных породах — 25,9,
основных — 4,5, земной коре — 1,87). Характерна связь Mg с Fe и его
семейством. С другой стороны, Mg накапливается в самых
низкотемпературных и дисперсных системах — океане и соляных озерах. И здесь
миграция Mg резко отличается от Fe, Ca, Sr, Ba, она аналогична
миграции наиболее подвижных элементов — Na, C1, К, Вг, I. Эту
двойственность подчеркивал А. Е. Ферсман. Она связана с размерами иона
Mg2+ (0,074 нм), который намного меньше, чем ионы Са, Sr, Ba, К, Na.
По размерам Mg2+ идентичен Ni2+, близок к Fe2+ и Со2+. Это
определяет изоморфизм Mg2+ с Fe2+ и Ni2+ в гипогенных силикатах.
Поэтому в ультраосновных и основных породах Mg тесно связан с
железом (Fe2+), он входит в состав оливина и пироксенов. В кислых
породах Mg входит в состав слюд, отчасти амфиболов. Mg не очень
характерен для гидротермальных систем, хотя известны гидротермальные
доломитизация, серпентинизация, оталькование.
Кларки концентрации Mg подтверждают его энергичную миграцию
и дифференциацию:
Каменные метеориты 7
Изверженные породы земной коры и
верхней мантии:
ультраосновные 13
основные 2,4
средние 1,1
кислые 0,3
Биосфера и ее производные:
глины и сланцы 0,7
доломиты 5
гидросфера 0,07
глубинные рассолы 2
живое вещество . 0,02
грунтовые и речные воды в гу-
мидных ландшафтах /г-10~3—п-10~4
то же, в аридных ландшафтах ~0,1
соляные озера <2
421
Гипергенная миграция Mg во многом связана с хорошей
растворимостью его сульфатов и хлоридов. Как и для Са, для него важно
карбонатное равновесие:
Mg2+ + 2HCO^ *± MgC03 + HX> + C02
Однако из вод, как правило, осаждается не MgC03 (магнезит), а
основные или двойные карбонаты, среди которых наиболее
распространен доломит CaC03-MgC03 (40% всех осадочных карбонатных пород).
Малые размеры позволяют Mg2+ входить в решетку глинистых
минералов. Этим он резко отличается от других щелочноземельных и
щелочных металлов и близок к А1 (образование магнезиальных силикатов
и алюмосиликатов; подобных минералов нет ни уСа, ни у Na). Хотя
Mg — важный биоэлемент, его биофильность меньше Са. Известны
болезни растений и животных, обязанные дефициту и избытку Mg.
В гумидных ландшафтах история Mg аналогична истории Са, но
Mg менее подвижен. На путях его миграции возникают три основных
геохимических барьера: 1) биогеохимический (поглощение живым
веществом); 2) силикатный (образование вторичных силикатов) и 3)
сорбционный (поглощение коллоидами глин и гумуса). Однако
барьеры не в состоянии задержать весь Mg и он частично выносится со
стоком. Интенсивность выноса Mg меньше, чем у Са, для которого не
действует силикатный барьер и слабее проявлен сорбционный. Поэтому
в грунтовых и речных водах Mg занимает второе место после Са, его
Кх вдвое ниже — менее 5.
По миграции в аридных ландшафтах Mg сходен с Са, но в некоторых
из них и значительно отличается. Местами он ближе к Na, частично и
к А1. Здесь резко проявляется способность Mg входить в решетку
глинистых минералов и легкая растворимость сульфатов. В результате
грунтовые воды обогащаются MgCU и MgS04, которые осаждаются при
испарении вод. Эти процессы наблюдаются преимущественно в
пустынях.
При испарении осолоняющихся лагун выпадение солей Mg
происходит на поздних стадиях их развития после осаждения поваренной
соли. При этом сначала осаждаются сульфаты Mg, а позднее и хлориды.
Поэтому магнезиальные соли обнаруживаются в верхних частях
соляных куполов в ассоциации с калийными солями ( К- Mg-стадия га-
логенеза, по Н. М Страхову).
В целом аридные ландшафты богаче Mg, чем гумидные, — его
больше в почвах, водах, континентальных отложениях, растениях. На
путях водной миграции Mg здесь возникает больше геохимических
барьеров: 1) испарительный; 2) карбонатный (доломитизация); 3)
силикатный (образование палыгорскита и других минералов); 4)
сорбционный.
В океане в среднем 1,3- Ю-1 % Mg. Его талассофильность (0,07)
значительно выше, чем у Са, Sr, Ba, других щелочных и тяжелых
металлов (кроме Na — 0,42).
422
Воды океана не насыщены MgC03 и Mg (OH)2, из океанической
воды не происходит химического осаждения солей Mg. Основной
поставщик Mg для океана — выветривание на материках, которое, по рас-
счетам В. М. Гольдшмидта, за время геологической истории поставило
12,6 г. Mg на каждый килограмм океанической воды. Однако в 1 кг
современной воды содержится лишь 1,3 г Mg, т. е. почти в 10 раз
меньше. Это объясняется отложением доломитов и других осадочных
пород, сорбцией Mg коллоидами, многократным участием одного и того
же атома Mg в большом круговороте веществ, т. е. гранитизацией,
палингенезом и другими процессами.
За геологическую историю миграция Mg изменилась.
Предполагают, что основная масса Mg поступила в океан в ранние геологические
эпохи, так как в архее и протерозое на материках были шире
распространены богатые Mg базальты. Для докембрия характерно осаждение
доломитов в морях, это доломитные эпохи, В докембрийских
известняках Русской платформы, по А. Б. Ронову и др., в среднем содержится
12,6 % Mg, а в современных — 1 %. За геологическую историю
понизилось содержание Mg и в глинистых породах. Образование доломитов
в открытых морях прекратилось в конце палеозоя, в мезозое оно
сильно уменьшилось и в лагунах. В современную эпоху доломит осаждается
лишь в некоторых озерах. Причины этого явления вызывают
дискуссии.
В былых морях Mg концентрировался одновременно не только в
доломитах, но и в магнезиальных силикатах, так как в доломитовых
породах часто встречаются палыгорскит и сепиолит.
Вплоть до XX столетия практическое применение находили только
соединения Mg, главным образом магнезит и доломит. Технофильность
магния 1,5- 10е, такая же, как у А1, и значительно меньше, чему Са, Na,
О, Си, Pb, Zn, Ni, Mo, Sb, Hg, и других металлов. Это свидетельствует
о слабом использовании Mg в ноосфере; в будущем оно, вероятно,
сильно увеличится. На это указывает все возрастающее значение
металлического Mg в промышленности (особенно важна его легкость — в 1,5
раза легче А1). Известны сплавы, содержащие до 90 % Mg . Mg такж-
используется в металлургии V, Ti, Zr, U и других металлов.
Источником служат залежи доломитов и магнезитов, морская вода, соляные
месторождения с карналлитом и бишофитом, рассолы соляных озер.
Дефицит Mg на легких почвах потребовал применения магниевых
удобрений. Mg в организмах растений является антагонистом К и поэтому
использование калийных удобрений может привести к дефициту Mg.
В целом в ноосфере происходит рассеяние Mg и в меньшей степени его
накопление в ландшафтах, бедных этим элементом (удобрения).