В биосфере. Циклы массообмена и распределение масс химических элементов

ЦИКЛЫ МАССООБМЕНА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАСС ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

ГЛОБАЛЬНЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ

Часть II

Темы для самостоятельной работы

1. На основании данных, приведенных в справочных материалах, определите количество СО₂, которое может поступить в атмосферу при полном разрушении (окислении) напочвенного органического вещества суши. Сравните полученный результат с массой СО₂, находящейся в настоящее время в атмосфере.

2. По литературным данным о концентрации меди и цинка рассчитайте запас этих металлов на единице площади по генетическим горизонтам (в г/м² или т/км²).

Глава 6

В предыдущих главах показано, что существует тесная связь состава земной коры, атмосферы и океана, которая поддерживается процессами циклического массообмена химических элементов. В эти процессы с началом геологической истории встроились процессы жизнедеятельности, наиболее органично соответствовавшие условиям функционирования открытой неравновесной системы, основанной на циклическом массообмене.

Биогенизация исходно абиогенных циклов повлекла за собой трансформацию их структуры и, как следствие — объединение трех разнофазных наружных оболочек Земли в единую системы биосферы. При этом существенно изменился состав атмосферы и гидросферы и закономерно менялся состав постепенно нараставшей земной коры континентов.

Указанные преобразования стали возможны благодаря фундаментальному свойству циклов массообмена химических элементов в биосфере — их незамкнутости, которая сложилась в результате, с одной стороны, постоянного, но не равномерного поступления масс определенных веществ из недр земли, с другой — фотохимической диссоциации молекул водяного пара в верхней атмосфере с последующей диссипацией водорода и вымыванием окисленных соединений атмосферными осадками. Следовательно, моделью биосферных циклов массообмена химических элементов должен служить не замкнутый кругооборот постоянных масс, а циклическая система миграционных потоков, в которых мигрирующие массы могут перемещаться из одного массопотока в другой, а избыточное количество тех или иных химических элементов частично выводиться из миграции в одну из фазовых оболочек.

Главным фактором направленного изменения глобальных циклов массообмена и преобразования исходной системы фазовых оболочек в современную систему биосферы было живое вещество. Встраиваясь в систему циклов и выполняя те же функции, что абиогенные химические процессы, живые организмы одновременно продуцировали продукты метаболизма и отмирания. Накопление этих продуктов на протяжении длительного времени сильно изменяло геохимические условия окружающей среды, что в свою очередь стимулировало эволюцию организмов применительно к новым условиям.

Жизнь посредством непрерывного циклического массообмена формировала среду обитания. Наиболее ярким примером служит образование педосферы, порожденной жизнедеятельностью наземной биоты и вместе с тем обеспечивающей существование и воспроизводство главной части биомассы Земли — растительности Мировой суши.

Фракционирование химических элементов в биогеохимических циклах наложило глубокий отпечаток на состав осадочной оболочки, Мирового океана, атмосферы. Посредством непрерывного циклического массообмена жизнь формировала среду обитания. Наиболее ярким примером служит образование педосферы, порожденной жизнедеятельностью наземной биоты и вместе с тем обеспечивающей существование и воспроизводство главной части биомассы Земли — растительности Мировой суши.

Расчеты распределения масс химических элементов в биосфере и масс, участвующих в процессах биогенной миграции, основываются на двух группах данных. Во-первых, необходимы сведения о средних значениях концентраций элементов в компонентах биосферы: биомассе растительности Мировой суши, воде рек, педосфере и др. Во-вторых, должны быть сведения о массе каждого из компонентов биосферы.

В настоящее время известны лишь ориентировочные данные о массах компонентов биосферы. Еще более ориентировочны значения средних концентраций химических элементов, определение которых затруднено многими факторами, где главный — сильная вариация концентраций элементов в конкретных объектах исследования: образцах растений, воды, почв. В предыдущих главах показано, что сильная вариация содержания элементов во всех природных объектах является характерной чертой геохимии биосферы и обусловлена биогеохимическими процессами, способствующими не только аккумуляции, но в еще большей мере — рассеянию химических элементов. По указанным причинам результаты расчетов глобальных циклов массообмена химических элементов условны, и данные разных авторов могут не совпадать. По мере поступления новой научной информации выводы о массах элементов в разных природных объектах будут уточняться, а наши представления о структуре глобальных циклов массообмена соответственно изменяться.

Массы химических элементов поступали в глобальные циклы из двух источников. Это можно обнаружить, рассматривая динамику существующих циклов массообмена в биосфере ретроспективно, учитывая особенности распределения масс элементов в наружных оболочках Земли. С этой целью рассмотрим глобальные циклы натрия и хлора, геохимия которых в биосфере весьма тесно связана.

Глобальный цикл натрия. Натрий — один из главных элементов, аккумулированных в земной коре в процессе ее выплавления. Основная масса этого элемента выделяется на последних стадиях магматической кристаллизации и частично остается в постмагматических растворах. Натрий занимает в кристаллохимических структурах силикатов позиции между устойчивыми алюмокрем-некислородными группировками и поэтому легко освобождается из структур галогенных силикатов при их гипергенной трансформации. Концентрация Na₂O в гранитном слое земной коры составляет 2,71 %, в осадочной оболочке — 1,5%. Соответственно масса натрия в гранитном слое равна 165×10¹⁵ т, в осадочной оболочке — 26,7×10¹⁵ т (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Дата добавления: 2014-11-20