Кларки элементов в Мировом океане

Средняя минерализация вод Мирового океана – 35 г/л при диапазоне колебаний от 30 до 36 г/л. Состав вод хлоридный магниево-натриевый. Наземная гидросфера образовалась примерно четыре млрд лет тому назад. Вначале она была пресноводной. Для того, чтобы приобрести современный гидрохимический облик, Мировому океану понадобилось два, а, возможно, более млрд лет. Это время было необходимо для того, чтобы создать химическое равновесие между подземной и наземной гидросферами. Диапазон колебания минерализации вод окраинных и внутренних морей весьма значителен. Так, в Балтийском море минерализация вод не превышает 10 г/л, а в Красном море увеличивается до 58 г/л. Несмотря на большие колебания солености вод соотношения между элементами, образующими их состав, сохраняются в определенных пределах. Взаимодействие соленых вод морей и океанов с пресными водами, стекающими с континентов, приводит к образованию разных химических типов вод. Н.И. Толстихин и Г.А. Иванова (1980) выделили 12 химических типов вод такого взаимодействия. Реки, разгрузка которых происходит на морских побережьях, могут образовывать в акваториях морей потоки маломинерализованных вод протяженностью несколько десятков километров и более.

Еще большее разнообразие состава и минерализации поверхностных вод наблюдается на континентах в озерах, водохранилищах, реках, болотах, где наблюдаются пресные воды гидрокарбонатного магниево-кальциевого состава. Вместе с тем в условиях континентального климата под влиянием интенсивного испарения формируются соленые воды и даже рассолы. Значительное влияние на минерализацию и состав поверхностных вод стали оказывать сброс в них промышленных, сельскохозяйственных и бытовых стоков. Если раньше говорили, что химия поверхностных вод – это продукт современного климата, то теперь она часто затушевывается техногенным воздействием.

Подземная гидросфера. Среднее содержание химических элементов в подземной гидросфере близко к таковому в наземной гидросфере. Их распределение подчинено гидрогеохимической зональности. В верхней части разреза преобладают пресные воды, затем с глубиной они сменяются солеными, а еще глубже – рассолами. Как отмечает В.И. Вернадский, если пресные и соленые воды распределить равномерно по всей поверхности Земли, то мощность слоя пресных вод будет равна всего двум метрам, а соленых вод – 2700 м. Такое соотношение между ними отражает ход гидрогеохимического развития нашей планеты. Пресные воды – это самые молодые воды, образовавшиеся при инфильтрации атмосферных осадков преимущественно в межледниковое и постледниковое время. Соленые воды, а тем более рассолы являются продуктом более длительного взаимодействия подземных вод и водовмещающих пород (обычно многие миллионы лет). Гораздо быстрее образование соленых вод и рассолов происходит на участках соленакопления, континентального испарения и в других специфических условиях.

Биосфера. Она представляет собой сложно организованную систему живых организмов, которые проникают во все остальные оболочки Земли. Ее функционирование обеспечивает биофильный ряд элементов, среди которых наиболее важное значение имеют углерод, кислород, азот, водород, кальций, фосфор, сера. Эти элементы и их соединения называют макробиогенными, поскольку они требуются для существования живых организмов в наибольших количествах. Вместе с тем существуют и так называемые микробиогенные вещества, которые востребованы в значительно меньших количествах, но имеют также жизненно важное значение. Для растений это – железо, магний, медь, цинк, хлор, кремний, ванадий, молибден. В человеческом организме количество наиболее важных элементов, обеспечивающих его жизнедеятельность, достигает тридцати. Среди них одиннадцать относятся к макрокомпонентам, а остальные – к микрокомпонентам. К макрокомпонентам относятся углерод, азот, кислород, водород, кальций, сера, фосфор, натрий, калий, магний и хлор. Наиболее важными микрокомпонентами являются йод, медь, магний, кобальт, цинк, никель, молибден, мышьяк, бор, кремний, хром, железо, ванадий, селен, бром и фтор.

В биосфере происходит непрерывный многократный обмен биогенного вещества. В схематичном виде этот процесс выглядит так: растительность является основной пищей травоядных животных (продуценты); в свою очередь травоядные животные служат основой питания хищников (консументы); последнее звено в этой цепи занимают падальщики (редуценты) и разнообразные виды микроорганизмов, которые питаются останками других животных. Затем все, что разложилось, попадает в почвенный слой и служит питательной основой для произрастания растительности. Таким образом, биогенный круговорот вещества замыкается и начинается новый цикл его движения.

Биосфера непрерывно расширяет свои границы вглубь, в земные недра, и вверх – в атмосферу. В процессе эволюции биосферы происходит усиление ее роли в преобразовании окружающей среды и выветривании горных пород. Это сопровождается ростом разнообразия форм жизни, что дало основание В.И. Вернадскому сказать: «напор жизни растет». При этом надо помнить, что жизнь без воды невозможна. В морских организмах ее содержание достигает 99,7 % от их веса. В травянистой растительности вода составляет 85 %, а у крупных млекопитающих – 60 % и более. Общая масса биогенной воды, содержащейся в живых организмах, равна 10¹²-10¹³ тонн. Это означает, что через живые организмы в течение нескольких сотен лет проходит масса воды, равная таковой в Мировом океане.

Виды рассеяния элементов. Из приведенного текста ясно, что каждая оболочка Земли характеризуется своим специфическим составом и величинами кларков химических элементов. Своеобразие геохимии оболочек Земли есть результат их эволюции в процессе развития нашей планеты. В недрах Земли, в соответствии с законом Кларка-Вернадского, проявляются два разнонаправленных процесса: аккумуляции (накопления) вещества, которое может приводить к образованию месторождений полезных ископаемых, разрушению этих месторождений и рассеянию вещества. Причем концентрирование и рассеяние вещества может происходить неоднократно в разнообразных формах и проявлениях. Выявлять стадии его превращения, правильно интерпретировать положительные и отрицательные геохимические аномалии, устанавливать поисковые признаки изучаемых месторождений – все это входит в круг задач, которые должен решать геохимик-поисковик.

Месторождение полезных ископаемых может находиться на разных стадиях своего существования. Формирование рудных месторождений сопровождалось образованием вокруг них оторочки первичных ореолов рассеяния. В дальнейшем в результате разрушения месторождений возле них создавались вторичные ореолы и потоки рассеяния. При этом вторичные ореолы рассеяния характеризовали площадное распространение продуктов разрушения месторождения, а вторичные потоки – линейное. Исходный объект, который служит источником питания образующихся ореолов и потоков рассеяния, может быть представлен линзами, пластами, зонами, телами, крупными скоплениями рудного вещества. Содержание в нем полезного ископаемого, способность к разрушению и миграции, ландшафтно-геохимические условия и физико-биохимические процессы обуславливают разнообразие форм и видов рассеяния. В зависимости от исходного продукта разрушения и переноса различают литохимическое, атмогеохимическое, биогеохимическое, радиоактивное, гидрогеохимическое и криогенное рассеяние. Оно может характеризоваться различными другими признаками: составом, контрастностью, протяженностью и площадью распространения, режимом, вертикальной и площадной зональностью и другими показателями. Комплексное изучение рассеяния полезного ископаемого позволяет решать поисковые задачи по контурам разноса химических элементов, находить коренные залежи их скоплений.

Теоретические и методические разработки поисковой геохимии послужили основой для возникновения и становления экологической геохимии. Техногенные месторождения, места захоронения бытовых и промышленных отходов, свалки, могильники, сельско-хозяйственное производство, животноводческие комплексы, сбросы промышленных и бытовых вод создают те же самые проблемы аккумуляции и рассеяния вещества – только не полезного ископаемого, а загрязняющих веществ. Поэтому образующиеся в указанных случаях площади и зоны распространения загрязняющих веществ следует называть ореолами и потоками загрязнения. Их особенности рассматриваются во ΙΙ разделе учебника.