ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
химических элементов в земной коре
Особенности распределения химических
2.3. Биологический круговорот химических
2.4. Природные вариации концентраций
химических элементов в организмах
БИОГЕОХИМИЯ ГАЗОВОЙ ОБОЛОЧКИ ЗЕМЛИ
3.1. Биогеохимическая эволюция состава
организмов в массообмене газов
3.2. Геохимия и биогеохимия аэрозолей
3.3. Значение атмосферного массопереноса
водорастворимых форм химических
4.1. Состав Мирового океана — результат
4.3. Трансформация геохимического состава
природных растворов на контакте речных и
5.1. Планетарное значение педосферы
5.2. Органическое вещество педосферы
5.3. Роль почвы в регулировании
углерод-кислородного массообмена
5.4. Биогеохимическая трансформация
минерального вещества педосферы
5.5. Проблема возникновения почв и
эволюция почвообразования в истории
5.6. Распределение рассеянных элементов
биогеохимических циклов тяжелых
ГЛОБАЛЬНЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ
7.2. Влияние живого вещества на
геохимию кислорода и водорода в биосфере
7.5. Общие черты циклов и распределения
В БИОСФЕРУ В РЕЗУЛЬТАТЕ МОБИЛИЗАЦИИ ИЗ ЗЕМНОЙ КОРЫ
8.5. Общие черты циклов и распределения
9.3. Общие черты циклов и распределения
масс тяжелых металлов в биосфере
10.1. Биогеохимическая зональность
10.2. Геохимическая неоднородность
10.3. Элементарный ландшафт (элементарная
хорологическая единица биосферы Мировой
11.1. Биогеохимия арктических ландшафтов
12.1. Биологический круговорот элементов
12.3. Водная миграция элементов в зоне
бореальных и суббореальных лесов
13.1. Биологический круговорот элементов
в аридных растительных сообществах
13.2. Особенности биологического
круговорота в экстрааридных пустынях
13.3. Биогеохимические особенности
13.4. Взаимосвязь биогеохимических
процессов с водной и атмосферной
миграцией элементов в аридных условиях
БИОГЕОХИМИЯ ТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСА
14.1. Биологический круговорот химических
элементов в распространенных тропических
14.2. Биогеохимические особенности
15.2. Поступление тяжелых металлов
в экогеосистемы островов из атмосферы
биогеохимических циклов хозяйственной
деятельностью человеческого общества
16.2. Локальные (импактные) антропогенные биогеохимические аномалии тяжелых металлов
Рис. 12.4 Распределение молибдена по профилю
дерново-подзолистой почвы (Ярославская область)
Дифференциация рассеянных элементов по профилю почв — суммарный итог перераспределения их разных форм. Последние достигают наибольшего разнообразия именно в почвах благодаря различным биогеохимическим процессам. В почве к формам, унаследованным от исходных почвообразующих пород, добавляются биогенные, поступившие с отмершими органами и метаболитами высших растений, почвенной мезофауны и образованные в процессе жизнедеятельности микроорганизмов.
Разные формы в неодинаковой мере способны к миграции и перераспределению по профилю почвы Элементы, содержащиеся в обломочных минералах, практически стабильны. Элементы, связанные с высокодисперсными глинистыми минералами, перемещаются вместе с ними или принимают участие в процессах сорбции —десорбции. Часть элементов находится в конкрециях и тончайших пленках гидроксидов железа, а также входит в состав специфических почвенных органических соединений.
Определение всех форм рассеянных элементов весьма трудоемко. Тем не менее имеющиеся данные позволяют ориентировочно оценить соотношение главных форм в некоторых почвах
В ландшафтах смешанных лесов Восточно-Европейской равнины наиболее распространены дерново-подзолистые почвы суглинистого состава. В них во фракции в < 1 мкм в наибольшем количестве находятся элементы, активно вовлекающиеся в биологический круговорот и относительно накапливающиеся в лесных подстилках. Медь и молибден в этой фракции составляют 60 — 70 % от общего количества каждого из этих металлов, содержащихся в почве. Металлы, слабо поглощаемые растениями, например хром и ванадий, находятся в высокодисперсной массе почв в меньшем количестве, около 20 — 30%.
В табл. 12.9 использованы данные А.А.Титовой (1970) и Е. Г. Журавлевой (1970) для иллюстрации изменения содержания главных форм меди и кобальта в профиле дерново-подзолистых почв Подмосковья. Содержание легкорастворимых и обменных форм металлов незначительно, всего несколько процентов от их общего количества в почве. Содержание различных органических соединений металлов довольно большое в верхней части профиля, где много гумусовых соединений, но в минеральных горизонтах резко снижается. Очень активно вовлекается в биологический круговорот в ландшафтах Подмосковья медь, менее активно — кобальт. В результате в почвенном гумусе содержание меди в два раза выше по сравнению с более инертным кобальтом. Значительная доля элементов (особенно меди) связана с оксидами железа. Это характерно не только для металлов, но также для мышьяка и некоторых других рассеянных элементов с переменной валентностью.
Таблица 129
Распределение некоторых форм кобальта и меди в дерново-подзолистых почвах Подмосковья, % от общего содержания металла
Горизонт | Концент- рация в почве, 10 4 % | Легкораст- воримые и обменные формы | Формы, связанные | ||
с органическим веществом | с оксидами железа | с минеральной частью почв | |||
Медь | |||||
А1 | 7,4 | 3,1 | 32,4 | 51,3 | 13,2 |
А1/А2 | 7,4 | 3,6 | 24,3 | 45,9 | 26,2 |
A2 | 6,0 | 3,2 | 26,7 | 55,0 | 15,1 |
А2/В | 16,8 | 2,7 | 3,6 | 40,5 | 53,2 |
B1 | 20,6 | 3,8 | 4,4 | 43,2 | 48,6 |
В2 | 19,4 | 3,9 | 4,6 | 54,1 | 37,4 |
В/С | 19,8 | 3,6 | 4,5 | 47,0 | 48,5 |
Кобальт | |||||
А1 | 5,5 | 4,2 | 12,7 | 30,9 | 52,2 |
А2 | 4,5 | 3,7 | 13,3 | 24,4 | 58,6 |
B1 | 5,8 | — | 3,4 | 34,5 | 62,1 |
С | 5,3 | — | 3,8 | 34,0 | 62,8 |
Избыточное грунтовое увлажнение способствует формированию разного рода глеевых почв. Условиям слабой заболоченности соответствуют подзолисто-глеевые почвы с несколько увеличенной массой лесной подстилки. При более сильном заболачивании на поверхности почвы образуется горизонт торфа, который в болотных почвах достигает значительной мощности. В лесной подстилке подзолов в 2 — 3 раза больше фульвокислот, чем гуминовых, а в торфяном горизонте болотных почв, наоборот, преобладают гуминовые кислоты. Это отражается на более низком значении рН водной экстракции из лесной подстилки подзолов и более энергичной миграции из них элементов.
Концентрации многих металлов в торфяно-болотных почвах часто больше, чем в подзолистых. В болотных почвах также значительно выше относительное содержание элементов, связанных с гуминовыми кислотами, а меди — с фульвокислотами. Соединения меди с фульвокислотами легко вымываются, поэтому в почвенном профиле ниже гумусового горизонта их больше, чем соединений с гуминовыми кислотами. Концентрация металлов, связанных с разными типами органических соединений, в торфяно-болотных и подзолистых почвах соизмерима, но общая масса этих соединений в болотных почвах значительно больше.
12.3. Водная миграция элементов в зоне
бореальных и суббореальных лесов
Почвенные (лизиметрические) воды таежных лесов содержЛ значительное количество растворимых гумусовых кислот. В часг ности, величина рН лизиметрических растворов иллювиально-мусовых подзолов северной части Карелии и Кольского полуострова колеблется от 3,8 до 5,5. Концентрация органического углерода максимальна в лизиметрических растворах из подстилок: по данным Н.В.Лукиной и В.В.Никонова (1998) до 100 м/л и выше.
Элементы, мобилизованные благодаря биогеохимическим процессам, происходящим в почве, вовлекаются в водную миграцию поверхностным и грунтовым стоками. Низкая минерализация и присутствие значительного количества растворимых органических соединений особенно отчетливо выражены в таежно-мерзлотных ландшафтах, где зона активного водообмена представлена над-мерзлотными водами и таликовыми участками по долинам рек.
Некоторое количество металлов поступает в грунтовые над-мерзлотные воды с атмосферными осадками. В области распространения таежных хвойных лесов в пределах 60 — 70° с.ш. в месячных пробах атмосферных осадков содержится (мкг/л): марганца — 12; свинца — 4,4; меди — 4,0; никеля — 3,0. В южной части лесной зоны в границах 50 — 60° с.ш. концентрация слабо возрастает (мкг/л): марганца — 20; свинца — 6,0; меди — 5,0; никеля — 3,5. Указанные количества играют скромную роль в массообмене элементов в экогеосистемах южной половины лесной зоны, но ощутимы в ее наиболее северных районах, особенно в области развития многолетней мерзлоты.
Н.Б.Никитина (1973) установила, что в таежно-мерзлотных ландшафтах кристаллических плато и нагорьях Восточной Сибири широко распространены ультрапресные воды. Их минерализация составляет всего 16 — 85 мг/л, а растворенных органических соединений больше, чем минеральных. В составе первых преобладают фульвокислоты. С ними связано присутствие меди, ванадия, никеля, кобальта, свинца, иттрия, бериллия в виде металлоорга-нических комплексных соединений. Концентрация перечисленных элементов повышается с увеличением растворимого органического вещества (рис. 12.5).
Рис. 12.5. Зависимость концентрации меди от концентрации растворимого
органического вещества в ультрапресных водах таежно-мерзлотных ландшафтов
Восточной Сибири (по Н.Б.Никитиной, 1973)
На обширной площади лесной зоны Евразии в направлении с севера на юг подзолистые и мерзлотно-таежные почвы под хвойными лесами сменяются дерново-подзолистыми под лесами смешанного состава, затем серыми и бурыми лесными почвами под лиственными лесами. Соответственно возрастает минерализация поверхностных вод и уменьшается содержание растворимых органических кислот. Отмеченная закономерность — только общая тенденция, которая нарушается изменением состава прчвообразую-щих пород. Биогеохимические процессы, протекающие в подзолистых почвах, сформированных на песчаных водно-ледниковых и древнеаллювиальных отложениях, способствуют понижению минерализации вод и относительному обогащению их фульво-кислотами. Такая ситуация, в частности, характерна для песчаных низменностей Восточно-Европейской равнины — Мещеры, Белорусского Полесья и др. Распространение покровных суглинков, наоборот, влечет за собой повышение величины рН природных вод и увеличение их минерализации. Тем не менее тенденция к возрастанию концентрации рассеянных элементов в водах по мере уменьшения бореальности ландшафтов хорошо прослеживается в отдельных регионах, в частности в Сибири (табл. 12.10). Возрастание концентрации разных элементов неодинаково, поэтому по мере увеличения общей минерализации изменяется их соотношение. Например, в водах тундровых и северотаежных ландшафтов в наибольшем количестве присутствует цинк, но в ландшафтах смешанных лесов он отступает на третье место после стронция и марганца. Отношение стронций: барий в водах тундровых ландшафтов равно 2,3, в северотаежных — 2,9, в ландшафтах смешанных лесов — 5,5. Отношение медь : галлий соответственно 4,9; 6,1; 8,1.
Таблица 12.10
Средняя концентрация рассеянных элементов в грунтовых водах бореальных и суббореальных ландшафтов Сибири, мкг/л
(по С.Л.Шварцеву, 1978)
Ландшафты__Химический_элемент'>Химический элемент | Ландшафты | Химический элемент | Ландшафты | ||||
тундры | северной тайги | смешанных лесов | тундры | северной тайги | смешанных лесов | ||
Zn | 23,0 | 31,8 | 39,5 | As | 0,73 | 0,99 | 4,15 |
Sr | 21,3 | 26,3 | 163,0 | Zr | 0,68 | 1,28 | 2,27 |
Mn | 12,3 | 17,9 | 55,6 | Mo | 0,64 | 0,92 | 1,28 |
Ва | 10,04 | 9,1 | 29,4 | V | 0,50 | 0,88 | 1,45 |
Li | 3,97 | 6,09 | 19,0 | Ga | 0,35 | 0,49 | 0,63 |
Cr | 2,52 | 2,16 | 4,02 | Sn | 0,22 | 0,50 | 0,77 |
Ti | 2,34 | 4,64 | 21,9 | Co | 0,40 | 0,24 | 0,61 |
Ni | 1,91 | 1,63 | 5,29 | U | 0,30 | 0,34 | 0,01 |
Pb | 1,88 | 1,16 | 2,88 | Ag | 0,21 | 0,37 | 0,20 |
Cu | 1,70 | 2,98 | 5,11 | Be | 0,02 | 0,04 | 0,18 |