ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 174
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
Из данных табл. 9.1 видно, что в осадочной оболочке относительное содержание масс рассеянных тяжелых металлов превышает относительное содержание железа, поступившего в биосферу только благодаря выветриванию. Массы рассеянных металлов, как правило, больше 20 % от суммы масс в осадочной оболочке и гранитном слое. Это дает основание предполагать, что металлы поступали в биосферу не только в результате их мобилизации при выветривании горных пород Мировой суши, но и некоторое их количество было вынесено в результате дегазации. Особенно активно дегазировался наиболее легко возгоняемый металл — ртуть, масса которого в осадочной оболочке превышает его количество в гранитном слое и составляет более 70 % от суммы масс в осадочной оболочке и гранитном слое коры континентов.
Полученные данные позволяют сделать вывод, что на протяжении всей геологической истории природные воды характеризовались насыщенностью тяжелыми металлами, постоянный избыток которых непрестанно удалялся в осадки. По этой причине живые организмы существовали и эволюционировали в условиях насыщения природных вод металлами, концентрация которых поддерживалась в системе вода — осадок.
Основная масса растворенных форм металлов находится в воде океана, небольшая часть — в живом веществе планеты (главным образом в составе растительности Мировой суши) и органическом веществе педосферы. Данных о массах металлов, связанных в растворенном органическом веществе океана, пока недостаточно для количественной оценки. Можно лишь предполагать, что в растворенном органическом веществе содержится металлов значительно больше, чем в биомассе всех организмов океана. Распределение масс тяжелых металлов в биосфере обобщено в табл. 9.2. Для сравнения приведены массы металлов, содержащиеся в гранитном слое земной коры континентов.
Таблица 9.2
Распределение масс тяжелых металлов в биосфере
Металл__Масса_металла'>Металл | Масса металла | |||
в растительности Мировой суши, 106 т | в океане (растворенные формы), 10" т | в осадочной оболочке, 10>2 т | в гранитном слое земной коры, 1012 т | |
Fe | 500,0 | 4658 | 60720 | 295 000 |
Мn | 600,0 | 548 | 1752 | 5740 |
V | 3,75 | — | 171 | 623 |
Сг | 4,50 | 274 | 132 | 278 |
Zn | 75 | 6850 | 129 | 418 |
Сu | 20 | 1233 | 56 | 164 |
Рb | 3,13 | 41,1 | 32 | 131 |
Ni | 5 | 685 | 92 | 213 |
Со | 1,3 | 41,1 | 22 | 60 |
Мо | 1,2 | — | 3,3 | 11 |
Cd | 0,09 | 151 | 0,4 | 1,3 |
Hg | 0,03 | 206 | 0,6 | 0,26 |
Структура глобального массообмена тяжелых металлов полностью не выяснена, поэтому в табл. 9.3 показаны лишь главные, наиболее изученные миграционные потоки, охватывающие Мировую сушу. Для сравнения приведены данные о круговороте металлов, обусловленном жизнедеятельностью фотосинтезирующих организмов океана. Для расчетов использованы средние значения концентрации металлов в фитопланктоне, определенные английским биогеохимиком Г. Брайеном (1976).
Таблица 9.3
Главные миграционные потоки металлов
Металл | Биологический круговорот на суше | Масса металла, 1 06 т/год | ||||
Речной сток | Перенос - с пылью с континентов на акваторию | Перенос с акватории на сушу с атмосферными осадками | Биологический круговорот фотосинтетиков океана | |||
растворимых форм | фиксированных на взвесях | |||||
Fe | 34,0 | 27,4 | 963,0 | 65,0 | 0,132 | 47,3 |
Мn | 35,0 | 0,41 | 20,5 | 4,0 | 0,176 | 0,99 |
Zn | 5,2 | 0,82 | 5,86 | 0,90 | 0,240 | 4,40 |
Сu | 1,3 | 0,28 | 1,51 | 0,11 | 0,141 | 0,77 |
Ni | 0,34 | 0,12 | 1,58 | 0,18 | 0,057 | 0,33 |
Сг | 0,31 | 0,041 | 2,46 | 0,19 | — | 0,16 |
V | 0,26 | 0,040 | 2,30 | 0,25 | — | 0,33 |
Рb | 0,21 | 0,041 | 2,87 | 0,040 | 0,44 | 0,011 |
Со | 0,086 | 0,011 | 1,51 | 0,038 | — | 0,110 |
Мо | 0,085 | 0,037 | 0,057 | 0,004 | — | 0,220 |
Cd | 0,008 | 0,009 | 0,013 | 0,0006 | — | 0,055 |
Hg. | 0,002 | 0,003 | — | 0,0008 | — | 0,017 |
Наибольшее количество металлов мигрирует в системе большого биологического круговорота, происходящего благодаря фотосинтезу растительности суши и деструкции отмирающего органического вещества беспозвоночными и микроорганизмами педосферы. Значительные массы металлов выносятся в составе речных взвесей, но этот материал почти полностью уходит в осадки при поступлении пресных вод в систему Мирового океана.
Вовлечение тяжелых металлов в биологический круговорот на суше сопровождается селективной дифференциацией их масс. Пропорциональность между количеством металлов в земной коре и относительной интенсивностью их поглощения растительностью при этом отсутствует. Коэффициент биологического поглощения К6растительности суши для большинства металлов составляет от 1 до 9, для цинка, молибдена и серебра — больше 9, для железа, ванадия и хрома — меньше 1. В результате селективного поглощения металлов в биомассе растительности заметно изменяются соотношения металлов, существующие в земной коре. Особенно сильно уменьшается соотношение железа с другими металлами. Биологический круговорот и дифференциация металлов, осуществляемые фотосинтетиками океана, имеют свои особенности. Массы металлов, проходящие в течение года через биологические круговороты на суше и в океане, соизмеримы, но их соотношение неодинаково. Растительность Мировой суши захватывает больше марганца и свинца, фотосинтезирующие организмы океана — больше молибдена и кобальта.
С суши в океан с речным стоком выносятся крупные массы водорастворимых и фиксированных во взвесях форм металлов. Значения коэффициента водной миграции КВметаллов указывают, что наиболее активно вовлекаются в водную миграцию растворимые формы серебра, ртути, цинка (КВ > 10), а также молибдена, кадмия и меди, КВкоторых от 2 до 9. Фиксированные во взвесях формы железа, марганца, хрома, ванадия, свинца, кобальта выносятся в количестве 97— 98% общей массы выносимых с речным стоком металлов. Кроме того, в океан выносятся ветром значительные массы металлов, фиксированных на пылевых частицах.
В свою очередь, с акватории воздушными массами переносятся водорастворимые формы металлов. Этот процесс недостаточно изучен, и данные по переносу масс отдельных металлов отсутствуют. Тем не менее очевидно, что миграционный поток масс тяжелых металлов с океана на сушу значительно меньше, чем в обратном направлении. По этой причине годовые циклы металлов в системе суша — океан сильно незамкнуты. Значительные массы металлов накапливаются в воде морей и океанов и уходят в осадки. Повторное вовлечение металлов из осадочных толщ в циклы массообмена происходит по мере развития тектонических циклов. При этом мобилизация металлов из осадочных пород часто более затруднена, чем из глубинных кристаллических пород.
С поверхности океана в атмосферу выделяются газообразные органические соединения металлов. Как отмечено в гл. 3, высшие растения выделяют летучие органические соединения (терпены, изопрены), содержащие металлы. Еще большие массы металлов выделяются в воздух в составе газообразных метаболитов бактерий. Особо важную роль играют процессы биометилизации металлов. Ветром в тропосферу захватываются мелкие почвенные частицы, также содержащие металлы. Все перечисленные формы металлов входят в состав аэрозолей и вымываются атмосферными осадками.
В системе массообмена в биосфере педосфера играет роль глобального регулятора движения масс тяжелых металлов. В процессе трансформации органического вещества поступившие в почву металлы входят в состав легкоподвижных комплексных соединений и одновременно прочно закрепляются в устойчивых компонентах почвенного гумуса. Наиболее прочно закрепляется ртуть, которая образует весьма устойчивые комплексы с функциональными группами гумусовых кислот. Прочно связывается свинец, менее прочно медь, слабее — цинк и кадмий.
Тесная сопряженность миграционных циклов тяжелых металлов, а также регулирующая роль педосферы обеспечивают высокую устойчивость биосферы по отношению к поступлению дополнительных масс металлов природного или техногенного происхождения.
Рекомендуемая литература
Добровольский В. В. Глобальные циклы миграции тяжелых металлов // Развитие идей В.И.Вернадского в геологических науках. — М.: Наука, 1991.-С. 86-96.
Свинец в окружающей среде / Отв. ред. В.В.Добровольский — М.: Наука, 1987. - 180с.
Цинк и кадмий в окружающей среде / Отв. ред. В. В.Добровольский — М.: Наука, 1992. - 199с.
Контрольные вопросы
1. Каковы роль и особенности тяжелых металлов в биосфере?
2. Перечислите основные процессы миграции тяжелых металлов в окружающей среде. Какова роль в этих процессах живых организмов7
3. Какими причинами можно объяснить повышенную концентрацию металлов в аэрозолях по сравнению с развеиваемыми ветром горными породами?
4. Какое значение для массообмена металлов в биосфере имеют процессы биометилизации9
5. Рассмотрите биогеохимию свинца и цинка. Чем они отличаются?
6. Перечислите общие черты глобальных циклов и распределения масс тяжелых металлов в биосфере.
Темы для самостоятельной работы
1. Рассчитайте отношения масс элементов, вовлекаемых в биологический круговорот и выносимых в растворимой форме с суши (см. табл. 7.8).
2. Постройте ряд по убыванию значений и сделайте выводы об избирательности захвата масс разных элементов живым веществом суши.