Геохимия природных вод - Перельман А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, главная закономерность распространенности элемептов в гидросфере (Мировом океане) и в литосфере — преобладание легких элементов. Она связана со строением атомных ядер, их устойчивостью, законами ядерного синтеза, протекавшего в центральных частях звезд миллиарды лет назад.
Однако звездное вещество, прежде чем превратиться в гидросферу и литосферу, прошло длительную историю, дифференциацию, в которой важную роль играли химические свойства элементов, определяемые электронным строением атомов. Именно поэтому твердая земная кора и гидросфера по составу сильно отличаются от звезд, и в частности от Солнца. Если Солнце, как и другие звезды, состоит из водорода и гелия (с незначительной примесью других элементов), то Земля утеряла почти весь свой «космический» гелнй, который, будучи легким и инерт-
ным элементом, улетучился в мировое пространство. Утеряна и большая часть водорода, лишь незначительная часть его соединилась с кислородом и образовала воду — гидросферу планеты. Элементы более тяжелые, чем водород и гелий, которых в звездах мало, напротив, на Земле сохранились, образовав основную ее массу. Это в первую очередь кислород и другие элементы начала периодической системы. Самых тяжелых мало и на Земле.
Кларки гидросферы и живого вещества. Совокупность живых организмов в геохимии именуется живым веществом. Содержание воды в нем обычно превышает 60%, у отдельных видов достигает 99% (например, у медуз). Немецкий биолог Э. Дюбуа рассматривал живые организмы как «одухотворенную воду». Действительно, вода в жизненных явлениях играет огромную роль, и большинство элементов поступает в организмы из вод. Однако связь здесь не прямая (односторонняя), а обратная: не только воды влияют на состав организмов, но, как мы увидим ниже, и организмы влияют на состав вод. Именно поэтому кларки живого вещества и природных вод близки. Как и в водах, в организмах резко преобладает кислород (кларк 70%), это кислородные существа. Организмы содержат много водорода (10,5%). В организмах мало элементов, слабо мигрирующих в водах,— алюминия, железа и др. Живые организмы, писал академик А. П. Виноградов (1895—1975), в основном состоят из легкоподвижных элементов, образующих в земной коре газообразные (кислород, углерод, водород, азот) и легкорастворимые соеди-* нения (кальций, магний, натрий, калнй, хлор, сера и т. Д.).
Химические реакции в природе и лаборатории. Законы химии едины для реакций, протекающих как в природе, так и в колбах, на лабораторном столе химика. Однако условия реализации этих реакций часто различны, что порождает и различие в походе к исследованию химика и геохимика, отличие «химического» мышления от «геохимического». Все, что мы рассказали о кларках элементов, позволяет разобраться в этом интересном вопросе.
Распрострапенность элементов в природе часто не актуальна для химика, для которого источником реактивов является отдел снабжения, обеспечивающий лабораторию необходимыми препаратами. Поэтому если химик сравнивает свойства какой-либо группы родственных элемен-
тов, он вполне может располагать равными их количествами. Допустим, что необходимо изучить щелочные металлы — литий, натрий, калий, рубидий и цезий. С этой целью исследователь из банок с реактивами может взять эквивалентное количество их солей — LiCl, NaCl, КС1, RtjCl и CsCl. В итоге эксперимента будет установлено, что в химическом отношении щелочные металлы имеют много общих свойств: они одновалентны, их хлориды и многие другие соли легкорастворимы, гидраты окислов представляют собой сильные щелочи и т. д. Все это дозволило объединить щелочные металлы в характернейшую группу периодической системы. Иное положение в геохимии: в природе эти элементы никогда не присутствуют в одинаковых количествах, концентрации их в водах различны, и главная причина — различия кларков. У натрия и калия они высоки (2,50%), у рубидия много меньше (1,5 • 10"2), у лития еще меньше (3,2 ¦ 10~3), цезий наиболее редок (3,7 • 10“*). В результате хеохимия распространенных и редких щелочных металлов различна. Натрий и калий при определенных условиях господствуют в водах (особенно натрий — главный металл Мирового океана, многих соляных озер). При испарении вод выпадают соли натрия, местами слагающие целые пласты и горы. Соляное озеро Баскунчак в Прикаспийской низменности уже много лет снабжает народное хозяйство превосходной поваренной солью. Гора Ходжа Мумын в Южном Таджикистане сложена в основном поваренной солью, ее высота превышает 1 км. Залежи каменной соли известны в Донбассе, Западном Казахстане и других местах. Подземные натриевые рассолы открыты в Сибири, европейской части СССР, Средней Азии.
Для калия, хотя и в меньшей степени, чем для натрия, тоже известны скопления его солей — осадки морей геологического прошлого. В Приуралье (г. Соликамск) и в Белоруссии (г. Солигорск) открыты мощные толщи калийных солей, используемые в качестве удобрений.
В химическом отношении цезий похож на натрий и i особенно на калий. Однако его кларк низок (.3,7 - 10“4 %) '
