Основи біогеохімії

Основні запаси Сульфуру зосереджені в літосфері. У відповідності з даними А. Ронова і В. Добровольського, середній вміст сульфідного  в осадовій оболонці складає 0,183 %, і загальна кількість Сульфуру дорівнює 9,3 . 1015 т. Крім того, в гранітному шарі міститься 8,6 . 1015 т. S. В цілому в земній корі міститься близько 94 % глобальної маси (табл. 2.29).

 

Таблиця 2.29

 

Запаси Сульфуру в біосфері

 

Складові S, х 109 т

 

Земна кора:

 

седиментаційна оболонка

 

сульфідний  сульфур 4100000

 

сульфатний сульфур 5200000

 

Континентальний   гранітний шар:

 

сульфідний сульфур 5300000

 

сульфатний сульфур 3300000

 

Океани:

 

розчинні неорганічні йони 1200000 біомаса вищих ланцюгів 0,09 біомаса фотосинтетиків 0,02

Атмосфера 0,0014

 

Наземна біосфера:

 

рослини 8,5

 

грунтова органічна маса 15,5

 

В с ь о г о 191000241114

 

 

Біогеохімія Силіцію

 

Силіцій в біосфері

 

Силіцій (Si) займає за розповсюдженістю друге місце після Оксигену серед елементів земної кори. Протягом геологічної історії його основна акумуляція відбувалась в літосфері. За А. Виноградовим (1962 р.), вміст Силіцію в верхній   мантії складає близько 19 %, в базальтах – 24 % і в гранітах – 32,3 %, кларк в середньому складає 25 %. В силіційоксигенних тетраедрах Силіцій зв'язаний з 4 атомами Оксигену, і ця структурна одиниця є основною для кристалічної  маси земної кори. В гранітному шарі літосфери вміст SiO2 складає 63,08 % або 2427,5 . 1015 т Силіцію.

 

Міграція і акумуляція сполук Силіцію в системі грунт-вода

 

Силіцій постійно надходить в грунтові розчини і грунтові води в результаті гідролізу дисперсних алюмосилікатів і розчинення різних кремнієвих мінералів, таких як кварц, опал і халцедон.  Розклад  відмерлої органічної  маси також є суттєвим джерелом Силіцію. Переважаючою формою Силіцію в грунтовому розчині і природних водах є йонні і молекулярні сполуки ортосилікатної кислоти, Н4SiO4, і метасилікатної кислоти, H2SiO3. Іншими сполуками Силіцію є кремнійорганічні

полімери, колоїдні розчини Si(OH)4 і тонкі суспензії з типовою формулою nSiO2 .  mН2О. Полімери силікатних кислот мають молекулярну масу від 1000 до 70000 у.о.

 

Розчинення і міграція Силіцію сильно зростає з підвищенням рН і температури. В лужних ґрунтових розчинах солончаків розчинність  атмосферного  Силіцію  може  досягати  100-200  мг/л.  Ріст  температури  також  приводить  до  збільшення розчинності Si.

 

Біогеохімія Кальцію

 

Кальцій в біосфері

 

Кальцій належить до числа основних елементів земної кори, середній вміст Кальцію в земній корі – 3,6 %. Значення концентрації знижуються від 5,8 % в базальтовому шарі до 2,7 % - в гранітному. Мінерали кальцію сформувались на ранніх стадіях кристалізації магми. Високий вміст Кальцію в корі привів до утворення 385 мінералів, з яких близько половини представлено глибинними силікатами. Однак катіон Са2+, у зв'язку з його великими розмірами, не здатний включатись в структури гіпергенних силікатів.

 

А. Ронов (1976 р.) оцінив середній вміст СаО в седиментаційному шарі в 15,91 % і в гранітному шарі – 2,71 %. Відповідно,

запаси кальцію в осадовій оболонці складають 272,8 . 1015 т. і в гранітному шарі – 222,8 . 1015 т.

 

Вивітрювання і метафоризм глибинних силікатів супроводжується  формуванням мінералів  з вивільненням  доступного для рослин і мікробів кальцію.

 

Утворення карсту

 

Кальцій Карбонат має дуже низьку розчинність у воді, величина константи розчинності KSP  = 6 .   10-9  (моль/л)2  при

250С. Оскільки карбонатний аніон є основним, СаСО3  буде володіти великою розчинністю при зниженні рН. Відомо,  що навіть незабруднена дощова вода має рН = 5,6 і вона рахується слабкокислою. Процес розчинення вуглекислого газу в дощовій воді – утворення карсту – можна записати таким сумарним рівнянням:

Карст відповідає за формування протягом тисячоліть печер і гротів в вапнякових зонах, оскільки СО2-вмісні дощові води дуже  повільно  розчиняють  породи.  Швидкість  даного  процесу  визначається  вкрай  низькою  величиною  рівноважної константи, яка може бути оцінена таким чином:

 

Са CO3(s)   Ca2+(aq) + CO32-(aq)K1 = KSP для СаСО3

Н+   (aq) +  CO32-(aq)       Н

CO3-(aq)К2 = 1 /КА  для Н CO 3 -

Н2 CO 3 ( aq )    Н+ ( aq ) + Н O 3

- ( aq )К3 = КА  для Н2 CO 3

Са CO3(s) + Н2  CO3(aq)     Са(Н

CO3 )2 (aq)К4 = К1 .  К2 . К3

К4 = (6,0 . 10-9)(1/4,8 . 10-11)(4,2 . 10-11) = 5,3 . 10-5 (моль/л)2

У  зв'язку  з  динамічною  рівновагою  між  атмосферним  СО2  і аніонами  бікарбонату  і карбонату  в  морських  водах, найбільша кількість розчинних катіонів кальцію