Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

img-417193806

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
31.05.2019
Размер:
9.99 Mб
Скачать

Э 5 о я

со

^ *5"£ zS

я сь

сз

Ю

ЙОвай

“■&S fc

СГ»

г-.

SJ Я

 

^ оО

п =^Гп

 

K ^ s .

 

■к сс

X —t-

Г -

§ ? S . s - J

цЗ а о £

o ’

S ^ S - e - 3

 

* а

 

о я

 

(Уа» н

со

2

* я

 

ц ао

05

о <и«

о 4 0

 

я В a

СЧ

сГ >

о

о

о "

со

 

Th

1"-

 

 

 

о

о •*

00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о>

ть

 

*•

 

 

 

 

 

 

 

 

[>- LO

а Г

ю

N- Th

 

—-i

 

о и со

 

 

 

 

 

 

 

а>

г-.

h-

t o

 

ю

 

СП CD С75

 

 

 

 

 

 

 

сп> Ю

о

О

С<1 СЧ

 

 

о

о о

CM

о

о

CV)

 

 

 

 

—<ю

 

 

о о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аэ

со

о

со

 

 

 

 

 

o ' -

o " o '

 

 

сч о - СЧ

о - o ' o ' o ' о

 

 

 

о о

 

о

«£>

со

to

со

со

О

о

U5

ю

 

 

 

h- 1Л

 

о

о

 

о

<“> о

О

О

о

О

 

 

 

О

О

аэ

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

I

I

I О •

 

 

 

 

 

ю

г*- Ь-

 

 

 

 

О

сч

 

1

С-- —

—1 ОО

05

ть

СЧ

'

 

 

 

ть о

о

 

 

 

 

со

го

 

 

Ю

 

со

 

 

 

 

см

 

сч

 

 

Th

со

—Г

 

ю 05

сч 05

 

 

 

Th

 

00

со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<*

1

 

 

 

 

 

о

ю

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

со

 

 

го о

Г'-

о

о

 

 

о го

 

1

 

 

 

сч

о

о

 

 

 

о о

о

 

 

 

о

о

о

 

о

 

 

 

1 1 ^.

о

 

 

 

 

1 о

о о

о о

 

o'

 

 

o'

см -

 

 

 

о "

o'

о "

о

о

o'

 

 

сч

6,8

 

 

 

аэ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 *5 з

f- x

^ 5

S

O

S

S со

s u

5 Я

У

о

«J 3 to

-

Q.^

<U <y

вw * 4

а ° о

С и ffl

S

 

 

а.

« Si н

о

■8*

o 5

,

 

E «

^

 

о ^ c5

4 cu =у

о o>^

и e( o

« P M

r>w

§ £• - ч

E £ К

et v я tH

uO о* s

 

о

о о о

 

о

LO

Ю

о

о

 

ю

ю

 

 

 

 

 

 

о

о

 

о о о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1—<

 

о

00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

1

8

 

 

см

 

 

 

CN 00

 

 

 

 

сч

см

^h

,-н

 

 

 

со

 

 

 

” 4

 

 

 

Г-.

-г*

о

00

 

*-н

•“ 1

о

о

1

со

со

со

h

' 1 1~ч

из е»

»_4

—«

о

»—t

1

1

Г-Н

’ 1

—i

о о

^■|

о

о

о

о

о

о о

о

о

о

о

о

о

о

о

о

on ш г-.

h-

СП

ть

, ,

in

, 1 N .

- , т ь

N. 00

,

*-н

^ ть

—<

 

ОО

 

со

ю

с^.

—и

00

 

Th

 

СО

 

Th

1со

 

—'

т-

УЭ

 

 

О) сч ть to

 

см ть

 

LO Th

т ь

т ь

»-н Th

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

о

о

о

о о

о

о

со"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

о-

I со

 

 

 

 

 

 

„ +с

 

 

 

 

 

 

 

(N со .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

+

I СП X

 

о

 

 

 

и

X

 

I

 

 

 

 

 

ьл

и

{)

 

 

 

 

 

ta

О

 

’S-СО

 

 

 

 

 

<:■

•о

 

 

Сп

«

ет

 

Д

 

 

-3-- со

 

СО

 

 

 

и

с

 

 

СЗ

 

 

5

 

Ж °

 

 

<]мт* I (N м

СО

 

Ш X х | |_сч1_ср

 

 

X

 

 

 

 

+

 

S У .

as

о

'

о

и

и

и

п

 

+

+ *

о

о

 

о

+ '—' сч

JD

С'1

яз

о ^

9 и«

Л О

X

 

X) о

ОЛ

’ГЗ

 

сл КЗ

<D V

5

ЪЛ+_

 

г

&; <

и СП

оо

и вз

j

и ^

<$

X Н

CQ

СИ(- . D

го я

 

 

£ 5

5f и

c-j3

гая

а> .

з—* адwu _

-Q '

я д _

4 (U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

> - 2 ! 5 < ; и и и - . и ш и U pi < £ f- О, 03 С* Е- D

152

Глава 8. Микроэлементы

 

хлорофилла. Связан с витаминами (Bi); Со — входит в состав органического комплекса витамина В12; Си — влияет на изотопный обмен, фотосинтез и синтез хлорофилла, входит в состав гемоциа­ нина— основного дыхательного пигмента, участвует в синтезе ге­

моглобина; Сс1 — обладает определенным влиянием на некоторые ферменты и гормоны.

Многие тяжелые металлы в случае превышения их предельных концентраций становятся токсичными для растений и животных. По наблюдениям С. А. Патина и др. (1974) в Каспийском море (рис. 8.1), присутствие ртути, меди и кадмия в количестве 1 мкг/л

 

 

 

 

Рис. 8.1. Зависимость

ин­

 

 

 

 

тенсивности

фотосинтеза

от

1

 

 

 

содержания металлов в воде

5

10

мкг/л

Каспийского

моря (близ

Концентрация

металла

 

Махачкалы).

 

и выше в течение 7 ч дневного времени значительно подавляет фо­ тосинтез, причем наибольшей, токсичностью обладает ртуть. При концентрации ртути 50 мкг/л ассимиляция углерода фитопланкто­

ном практически прекращается. Напротив,

цинк

в количестве

I мкг/л заметно (на 25 %) ускоряет продукционные процессы,

а при­

сутствие кобальта не меняет интенсивность

фотосинтеза.

Опыты’

А. М. Ибрагима, С. А. Патина и С. А. Соколовой (1980) по

оценке

влияния совместного присутствия ртути, свинца,

кадмия

и меди

в прибрежных водах Красного моря подчеркнули еще более: слож­ ное воздействие металлов на фотосинтез, выражающееся в чередо­ вании стимулирующих и ингибирующих эффектов при разных соче-: таниях и концентрациях металлов.

Исследование микроэлементов в океане сопряжено с целым ря­ дом трудностей, обусловленных ультрамалыми концентрациями, этих элементов, многообразием форм содержания и сложной кине­ тикой их превращений.

По В. В. Гордееву и А. П. Лисицыну (1979), формы содержания микроэлементов целесообразно подразделить на растворенную и

8.1. Стабильные микроэлементы

1 5 3

взвешенную, в каждой из которых выделяется еще несколько форм. К растворенным формам элемента относятся свободная ионная форма, неорганические комплексы с основными анионами морской воды (хлоридами, сульфатами, карбонатами, гидроксилами), орга­ нические комплексы с растворенными органическими веществами,

а также некоторая часть коллоидов.

Учитывая высокую окислительную способность аэрированной воды океана, можно полагать, что соотношение между окислен­ ными и восстановленными формами сдвинуто в сторону подавляю­ щего преобладания окисленных форм микроэлементов. Поэтому ин­ дивидуальные ионы устойчивы в таких степенях окисления, как Mn2+, Fe3+, Cu2+. Для дальнейшего окисления марганца требуется более высокий потенциал, чем +0,4 В. В составе кислородсодержа­ щих ионов элементы проявляют максимальную степень окисления:

СгО2-, HAsO2-, WO2- и др.

Для оценки сложных ионов и неорганических комплексов эле­

ментов

с главными ионами морской воды

(С1~, SO2-, НСО~,

СО|_,

ОН-) проводят термодинамические

расчеты с использова­

нием коэффициентов активности ионов и констант устойчивости их соединений. Наиболее вероятные виды неорганических сложных ионов и комплексов элементов приведены в табл. 8.1.

Молекулярно растворенные органические комплексы микроэле­ ментов могут возникать при отмирании и распаде планктонных ор­ ганизмов, когда многие металлоорганические соединения (биологи­ чески активные вещества) переходят в раствор. Наконец, показано, что растворимость некоторых металлов, например железа, суще­ ственно повышается в результате их комплексования с гумусовыми кислотами и фульвокислотами.

Коллоидно-растворенные формы представлены в основном ча­ стицами гидроокисей, окисей, гидратов, гуматов и других органиче­ ских комплексов железа и марганца. На поверхности подобных ча­ стиц могут сорбироваться и другие элементы. Растворенное орга­ ническое вещество, сорбируясь на коллоидных частицах, повышает их стабильность в растворе. Взвешенные формы существования микроэлементов также очень многообразны. Силикатные и биоген­ ные взвеси содержат микроэлементы. Гидрогенные формы — наи­ более подвижная часть микроэлементов во взвесях — являются следствием процесса адсорбции элементов на гидроокисях железа и марганца, глинистых и биогенных частицах.

Большой интерес представляет вопрос об устойчивости раство­ римых форм микроэлементов, присутствующих в растворе в виде ионов. Растворимость этих форм лимитируется ионами ОН-, СО2-,

НгРО-4, НРО 2-, РО|~, HS-, а также, вероятно, С1-, Вг~ и I-.

Представление о состоянии микроэлементов в морской воде можно получить при сопоставлении их аналитических (наблюдаемых)

154

Глава 8. Микроэлементы

концентраций с расчетными (равновесными) содержаниями, полу­ ченными, исходя из данных по.произведению растворимости (ПР) наименее растворимых соединений металлов с присутствующими в растворе ионами. Сравнение вычисленных и экспериментально найденных значений растворимости некоторых металлов с их сред­ ними концентрациями в воде океана (табл. 8.2) указывает на значи­ тельную ненасыщенность воды океана микроэлементами. В отдель­ ных случаях возможная растворимость превышает наблюдаемую концентрацию в десятки раз. Подобное состояние микроэлементов в океане и морях, несмотря на непрерывный вынос речным стоком, объясняется постоянно действующими процессами сорбции на кол­ лоидах и взвесях и биологическим извлечением.

Таблица 8.2

Рассчитанная и найденная экспериментально растворимость микроэлементов {по К. Краускопфу, 1956) и средняя их концентрация в воде океана (мг/л)

 

 

(из табл. 8.1)

 

 

 

 

 

 

 

Концентрация в насы­

Концен­

Эле­

Химическая

Нераствори­

Произведение

щенном растворе

 

 

трация

мент

форма элемента

мое

раствори­

 

найденная

в воде

 

 

соединение

мости

вычислен­

океана

 

 

 

 

эксперимен­

 

 

 

 

ная

тально

 

 

 

 

 

 

 

Zn

Zn2+, ZnCl+

ZnC03

2 • 10“10

4,6

Си

CuJ+

CuC03

2,5

• 1(Г‘о

5,7

РЬ

PbCI+, Pb2+

PbCOs

1,5

• 10-‘3

0,01

Bi

BiO+, BiOCl

BiOCl

7

• 10“9

0,006

Cd

CaCl+, CdCl2,

Cd (OH) Cl

3,2

• 10-'1

105

 

Cd (OH)+

 

 

 

 

Ni

№2+

Ni (OH)2

1,6

• ю-1е

150

1,2—2,5

0,4—0,8

Осо1V*

о

0,04 4—1000

20—450

0,005

0,0014

0,003

0,00003

0,00007

0,0005

В общем случае склонность к адсорбции пропорциональна за­ ряду иона и его радиусу, поэтому микроэлементы, в большинстве тяжелые металлы, образующие двух- и трехвалентные ионы, сорби­ руются гораздо легче, чем главные катионы воды океана. Экспери­ ментальные данные (табл. 8.3) имеют в основном качественный ха­ рактер, поскольку далеко не полностью воспроизводят условия, су­ ществующие в океане, однако они достаточно ясно подчеркивают роль процесса адсорбции в судьбе микроэлементов. Наиболее высо­ кими адсорбционными свойствами обладают высокодисперсные

взвеси глинистых минералов.

Энергия поглощения глинистыми минералами возрастает в ряду

Li+, Na+, NH+, К+, Mg2+, Са2+, Ва2+, A l3+, Fe3+. Для сильных сорбентов — аморфных окислов железа и марганца — И. Ю.Луб-

8.1. Стабильные

микроэлементы

 

 

 

155

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.3

Адсорбция (% )

микроэлементов i

из морской воды

некоторыми

сорбентами,

 

 

 

по К. Краускопфу (1956)2

 

 

 

 

 

 

Адсорбент

 

 

 

Элемент

 

 

 

глина

 

 

 

гидратированная Fei03

 

планктон

СаС03

Zn

95

 

 

99

 

40 (48)

30— 100

Си

96

 

 

94

 

54

36—94

РЬ

85

 

 

93

 

20—80

Ni

30

(94)

10

 

8

20—80

Со

35

(91)

18

 

8

60—90

Hg

50

(95)

96

 

98

 

Ag

22

(20)

20

 

49 (95)

 

Сг

10 (49)

8

 

10

 

Мо

25

(56)

35

 

15

 

у 4 +

93

 

 

27

 

16

 

 

 

 

 

 

1 Концентрация

адсорбата (0,6—2,5)-10~4 %

для

первых семи

элементов,

(2— 10) • 10-4 %

для последующих. Вторая цифра

в скобках обозначает адсорб­

цию в процентах для более низких концентраций металлов в пределах (0,1—0,7) X

X Ю-4 %. Концентрация

адсорбента

для Fe20 3 и М п 02 0,02—0,1 г/л, для глины

7—20 г/л. Температура

18—23 °С, рН = 7,7. .. 8,2.

 

 

 

2 СаСОз в момент выделения [данные О. А. Алекина и Н. П. Моричевой

(I960)].

 

 

 

 

 

 

 

ченко и И. В. Белова (1973)

по возрастанию роли сорбции полу­

чили следующий ряд металлов: V— Сг— Ga— Ni— Со— РЬ— Си. Хо­ рошие сорбирующие свойства проявляет СаСОэ в момент выделе­ ния из пересыщенного раствора (табл. 8.3).

Учитывая высокую адсорбционную способность минеральных взвесей и их большую суммарную активную поверхность (см.

главу 11), можно заключить, что коллоиды и минеральные взвеси

являются мощным фактором регулирования концентраций микро­ элементов в растворе и транспортировки их в донные осадки океана.

Важную роль в осуществлении круговорота микроэлементов в океане играют живые организмы, извлекающие многие элементы из раствора и накапливающие их в своих тканях. Концентрирова­ ние (отношение концентрации элемента в сухом веществе орга­

низма к концентрации его в воде океана) может достигать очень больших значений (табл. 8.4). Исходя из годовой первичной про­

дукции и среднего содержания элементов в фитопланктоне Миро­ вого океана, В. В. Гордеев и А. П. Лисицын (1979) рассчитали ежегодное извлечение растворенных микроэлементов фитопланк­

тоном (табл. 8.5). Результаты расчета показывают, что поставляе­

мые речным стоком растворенные металлы многократно исполь­

зуются планктоном, прежде чем попадут на дно океана.

156

 

 

Глава 8.

Микроэлементы

 

 

 

 

Таблица 8.4

Фактор

накопления микроэлементов в морских

организмах

по сравнению

 

с морской водой (отношение концентраций)

 

Элемент

Бурые водоросли

Морской гребешок 1

Устрица 1

Мидия 1

Ni

200— 1000

12 000

4 000

14 000

V

10—300

4500

1 500

2 500

Zn

400— 1400

28 000

110 300

9100

М о

2—5

90

30

60

С г

100—500

200 000

60 000

320000

С о

4500

— .

A g

10— 150

2 300

18 700

330

P b

140

5 300

33 000

4 000

С и

3 000

13 700

3 000

Cd

2 260 000

318 000

100 000

Fe

291 500

68 200

196 000

Mn

—■

55 500

4 000

13 500

1 По Р. Р. Бруксу и М. Г. Рамсби (1965).

Таблица 8.5

Количества элементов (т), необходимые для обеспечения первичной продукции фитопланктона Мирового океана за год, и поступление этих элементов

с речным стоком, по В. В. Гордееву и А. П. Лисицыну (1979)

 

Среднее содержание

Извлечение фито­

Годовой вынос

А /Б

Элемент

планктоном за год

реками в раст­

в фитопланктоне,

%

 

(А)

воре (5)

 

 

 

 

 

А1

0,012

 

2 ,2-107

5 ,7-106

3,9

Ti

0,003

 

5 ,6 - 106

1 ,1 -105

50,8

Fe

0,14

 

2 ,6 - 108

1,5 -107

17,3

Mn

0,0013

 

2 ,4 ■106

3,5-Ю 5

6,8

Ва

0,006

 

1 ,Ы 0 7

7 ,0 - 103

15,7

Си

0,006

 

1,1-Ю 7

2 ,5 - 105

44

Zn

0,085

 

1,6-108

7 , М О 5

225

Ni

0,0012

 

2 ,2 - 10е

7 ,9 - 104

24,7

Pb

0,0025

 

4 ,5 - 10е

3 ,5 - 104

12,8

Cd

0,0001

 

1 ,9 -105

7 ,1 •103

26,8

A g

0,000025

 

4 ,5 - 104

7,1-Ю 3

6,3

Исследования последних лет позволили обнаружить отчетливо

выраженную разницу в соотношениях между взвешенными и рас­

творенными формами микроэлементов при переходе от речных условий к океаническим. Если в речном стоке с территории СССР

практически во все морские бассейны (табл. 8.6) преобладаю­ щей формой микроэлементов является взвешенная, то с перехо­ дом через заливы и открытые моря к океану преобладающей

Таблица §.6 Сток микроэлементов с территории СССР в морские бассейны (тыс. т/год), по Г. С. Коновалову и А. А. Ивановой (1970)

tTOj/gWM *М0Х0$1ЧН

•tfoa yHHxsiroj

-ОНИИИН1ГэбЭ

СМ

тр

СО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

см

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

см

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

см

со

—-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

Тр

 

 

 

 

 

Г-.

оГ

 

 

СП

N.

 

 

 

 

 

см

 

 

см

 

 

 

 

 

 

тр

со"

 

 

 

 

 

 

 

ю

 

 

 

 

 

 

 

 

о»

 

 

со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

со

 

 

 

 

 

о

 

 

тр

 

 

ю

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

со

 

CD

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

 

 

 

 

тр

Тр

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

ю

ю

 

 

 

 

 

С7>

 

 

 

 

Тр

h-

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

о

О)

 

 

тр

о

см

 

 

 

 

 

 

см

см

N.

 

 

 

 

 

оо"

со"

 

 

оо

ю

Тр

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

CD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

осГ

 

 

 

 

 

 

см

 

 

 

 

см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ю

 

 

 

 

 

со"

 

 

 

 

 

со"

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

см

оо

 

 

см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ю

 

 

 

 

 

 

см

 

 

 

0 5

ts.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тр

 

 

 

 

см

 

 

 

 

 

 

 

 

см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тр

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

оLO

 

со

 

 

 

 

 

 

 

 

с--

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h-

 

 

 

 

 

С--

 

 

см

 

со

о."

 

 

 

 

со

тр

 

 

N.

CD

со

Тр

 

 

 

 

о

Тр

 

 

со

ю

00

 

 

 

 

см

 

 

со

о

о>

2 *

О) к

 

 

то

 

 

 

 

Е-*

 

ТО о- "гг-

 

 

о

са

 

 

 

Ля

 

 

 

 

 

то

о

к

к

g

 

 

 

 

из

 

со

 

S-I

 

сг

 

 

^

et

 

 

 

S

 

 

к то

о* ~Л в-

о

 

то

S

 

Си« ®

« *Л

 

 

 

ю £

о я я

дае*я

 

 

 

5 СОИ

ЛCJо

»Уя

 

 

то

 

 

Й

 

о.

SBКж

 

 

н ^

 

Й

 

 

 

 

я

£- ТОX

ОК

 

н

/П га

| s

 

а> а,

Я

о

a

*2

s 5

 

о »s

а>

са-—V

дастса

 

 

 

 

то

 

 

ТО Чг<

 

SibiОн

§

S

OsS ®

о Р З

 

Й

С-Г<1)

С '

*

 

 

то

 

то

 

о s

 

о

«ЖЕ

к- <у то

1фS

О О

 

о^

ГПsHСГ

К

к

о р,\о

м a

 

 

§ S's'

 

и

0)

5g CD

*“евИ К о

<Jн-

£.§

8 *

S-S.C

g s «

 

« Н <

G-PJ

 

то' 1

 

 

 

 

 

 

 

то^

 

нS *

ю

 

РЭ

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е ч а н и е . 1 — твердый сток; 2 — жидкий сток.

158

Глава 8. Микроэлементы

становится растворенная форма (табл. 8.7). Концентрации рас­ творенных форм микроэлементов в океане значительно превышают концентрации взвешенных форм (табл. 8.1). Это объясняется тем, что в открытый океан попадают наиболее подвижные растворен­ ные формы микроэлементов. По В. В. Гордееву и А. П. Лиси­ цыну (1979), в периферийных районах океана оседает более 90 % массы элементов, связанных с взвесью, а в пелагических частях океанов практически все элементы на 80—90 % находятся в рас­ творенной форме.

Таблица 8.7

Изменение соотношений взвешенных и растворенных форм элементов

(процентное содержание растворенных форм) при переходе от речного стока

к океану, по Е. М. Емельянову (1974)

Элемент

Реки

Заливы (Финский и

Открытое море

Открытый океан

Рижский)

(Балтийское)

 

 

 

А1

99,6

80—90

50—60

52,4

Ti

99,86

80—90

40—50

3 ,0

Fe

98,5

60—80

15—40

20,6

Mn

98,3

5—50

5— 15

7,0

Си

85,5

60—70

30—50

7,9

Ni

94,5

10—30

8

2 ,4

Со

96,9

2—3.

2

6,2

О большой подвижности микроэлементов свидетельствует также и сравнительно короткое время их пребывания в океане. Как видно из табл. 8.1, максимальное время пребывания до 4 млн. лет свойственно щелочным металлам литию и рубидию, для других металлов оно измеряется десятками тысяч лет, а для лантана со­ ставляет всего лишь 180 лет. Очевидно, на протяжении многих миллионов лет истории океана громадные количества микроэлемен­ тов от выветривания изверженных пород были перенесены с мате­ риков через водную толщу океана в донные осадки.

Имеющиеся к настоящему времени данные наблюдений, не­ смотря на-их количественную недостаточность, позволяют сделать ряд общих выводов о закономерностях пространственного распре­ деления микроэлементов в океане:

1)благодаря сильному влиянию адсорбционных процессов и жизнедеятельности организмов изменения концентраций микро­ элементов не пропорциональны изменениям солености;

2)концентрации большинства микроэлементов в морях выше, чем в прибрежных океанских водах, и минимальны в открытом

океане. Однако концентрации меди, цинка и кадмия примерно одинаковы как в шельфовых, так и в открытых водах. В поверх­ ностном слое океана распределение алюминия и железа совпадает

8.2. Естественные радиоактивные элементы

159

с распределением терригенной части взвеси, т. е. подчиняется кли­

матической и циркумконтинентальной зональности; отмечается, что элементы, обладающие наибольшим временем пребывания в оке­

ане, — Li, Sr, Rb, Cs, Mo, Sb, U —распределены в водной толще

равномерно. Барий обнаруживает постепенное увеличение концен­ траций с глубиной, что приписывается биологическому транспорту. Аналогичный характер распределения с глубиной наблюдается и в содержании редкоземельных элементов, суммарная концентра­ ция которых, по наблюдениям Ю. А. Балашова и JI. М. Хитрова (1961), также возрастает ко дну в Индийском океане:

 

Центральная часть

 

 

Северная

часть

 

 

Глубина, м ...................

О

100

1000

2600

0

50

200

1870

Дно

Концентрация,

мкг/л. . 1,4

1,0

1,6

3,8

1,3

2,5

3,1

3,5

4,1

Еще более значительное повышение суммарного содержания марганца по глубинам Тихого океана наблюдали Е. Рона и др.

(1959), причем эти сведения были получены с помощью высоко­ чувствительного радиоактивационного метода анализа:

Глубина, м ...........................

150'

2300

4100

5440

 

Концентрация, м к г/л . .

1,40

5,80

8 ,6 0

14,20

 

Часть микроэлементов,

связанная сживым

иотмершим

орга­

ническим веществом, вероятно, имеет режим, сходный с режимом биогенных веществ. Эти микроэлементы, как и биогенные веще­

ства, извлекаются из воды организмами в верхних слоях океана и затем на глубинах по мере минерализации органических остат­ ков освобождаются и переходят в раствор.

8.2. Естественные радиоактивные элементы

Радиоактивные элементы вследствие их особых свойств выде­ ляются из комплекса микроэлементов в отдельную группу. К ним относятся: 1) отдельные изотопы обычных элементов, по своим концентрациям в океане близкие к микроэлементам (40К, 87Rb и другие); 2) уран и торий, образующие длинные ряды семейств

радиоактивных элементов и изотопов самой различной продолжи­ тельности жизни, от миллиардов лет до ничтожных долей секунды; 3) изотопы элементов, возникающие под действием космических

лучей (3Н, i4C, 10Ве, 33Si и другие).

Источники естественных радиоактивных элементов в океане следующие: 1) терригенный материал — речные воды (жидкий и твердый сток), ледовый сток, эоловый перенос, абразия берегов, атмосферные осадки; 2) вулканогенный материал; 3) космогенный

материал.

160 Глава 8. Микроэлементы

Отличительной чертой радиоактивных элементов является не­ устойчивость их ядер, распадающихся с образованием других эле­ ментов или изотопов данного элемента и выделением радиоактив­

ных излучений (а- и Р-частицы и у-лучи). Концентрации радиоак­

тивных элементов измеряются в беккерелях.

Присутствие радиоактивных элементов создает естественный радиоактивный фон океана, главная роль в котором принадлежит 40К (более 90 % естественной радиоактивности морской воды); на втором месте по интенсивности излучения находится 87Rb, ак­ тивность остальных элементов невелика (табл. 8.8). Удельное зна­ чение радиоактивности вод Мирового океана 11,1 Бк/л, что при­ мерно в 180 раз меньше радиоактивности гранита и в 40 раз меньше радиоактивности осадочных пород на материках.

Таблица 8.8

Содержание естественных радиоактивных элементов в окане [сводка из даннь!х

Э. Пиггото (1965),

Э. Д. Гольдберга (1965), Ю. В. Кузнецова (1976) и др.]

 

 

 

 

Концентрации

 

 

 

Период полу­

Изотопная

 

 

Излучение

Элемент

распростра­

 

 

распада, годы

 

 

 

ненность, % 1

 

 

 

 

 

 

мкг/л (пределы) 3,7 • 10-2 Бк

 

 

 

 

 

 

зн

1,2-10

 

1,0-Ю-16

3,2-Ю-12

3,0-10-2

Р

14С

5,5-103

 

из-ю-'о

3,1-10-8

1,4-Ю-1

Р

1оВе

2,7-Ю6

 

1,0-10-5

1,9-Ю-3

Р

4°К

1,3-Ю9

 

1,2-10-2

45,0

3,0-10-2

Р+Y

87Rb

5,0-1010

 

27,8

35,0

2,7

а

235JJ

7,1•108

 

0,7

1,4-Ю-2

3,0-Ю-2

а

238JJ

4,5-10»

 

99,3

1,1—3,7

6,8-Ю-1

а

226Ra

1,6-103

 

100

(2,2— 130) -10-®

7,7-Ю-2

а

228Ra

6,7

 

ы о - 2

1,4-10-"

3,2-Ю-3

P+Y

31Ra

3,4-Ю4

 

100

(3—5) -Ю-s

2-Ю-3

а

228-ph

1,9

 

4-10-12

3,2-Ю-3

а

2S0Th

8,0104

 

З-Ю-3

(3—400)-10-7

1,ы о- 2

а

232^

1,4-10*0

 

100

(0,6—219) -10-3

2-Ю-3

а

1 Отношение содержания данного

изотопа к общему

содержанию

всех ато­

мов данного элемента.

 

 

 

 

Распределение 40К в океанах связано с вариациями солености вод, поскольку калий является одним из компонентов основного солевого состава, и с изменениями состава привнесенных взвесей,

Lм3морской воды содержит до 45 мг 40К. Распад 40К происходит по схеме:

Соседние файлы в предмете Гидрохимия