Геохимический цикл

Опубликовал admin в июля 24, 2012 в рубрике Океан

Важное биологическое значение имеет реакция (распространение которой обычно ограничено мелководными областями), позволяющая морским организмам строить раковины из карбоната кальция, выпадающего в осадок, когда кальций (Са + +) и бикарбонат вступают в реакцию. Если в окружающем растворе присутствует соляная кислота в слабой концентрации (ее выделяют вулканы), то она еще быстрее реагирует с бикарбонатом, образуя воду и двуокись углерода, оставляя свободным ион хлора. Когда морские организмы погибают и опускаются в воде на глубину свыше 4000 метров, они пересекают уровень «лизоклина», ниже которого карбонат кальция вновь растворяется из-за высокого давления. В настоящее время мы проследили три иона металлов, удаляемых из изверженных пород, на их пути к трем «нишам» в океане. Натрий остается в растворе, калий осаждается с глинами на морское дно глубоководных областей, а кальций выпадает в осадок и отлагается на дне мелководных районов в виде органогенного известняка: коралловых рифов и известковых илов.



Века проходят, а геохимический цикл идет своим путем, преобразуя глины океанского дна в такие твердые породы, как гранит. Когда древнее дно океана оказывается, наконец, под континентальными глыбами, где наблюдается высокое давление и высокая температура, в нем еще содержатся свободные ионы, которые могут вступать в реакцию с глинами и вновь образовывать твердые породы. Возможен целый ряд схем такой реакции. При составлении третьей ступени мною была избрана схема образования «гранита» из равных частей калиевого полевого шпата, натриевого полевого шпата, калиевой слюды и кварца. (Заметьте, что кальций отсутствует: он был растворен и исключен из осадков при их погружении в глубоководные океанские желоба, через которые осадки проходят прежде, чем попадут под глыбы континентов.) В реакции, показанной на третьей ступени, участвуют все силикаты, образовавшиеся на первой ступени.
Теперь мы достигли цели этого геохимического логического опыта. Во-первых, нами показано, что из всех веществ, поступающих в океан, только натрий и хлор остаются в растворе в больших количествах. Как правило, степень окисления металлов, жадно присоединяющих электроны, определяется окислительным потенциалом морской воды, являющимся мерой ее способности экстрагировать электроны из различных веществ – точно так же, как ее рН – это мера ее способности экстрагировать протоны. Морская вода характеризуется высоким значением окислительного потенциала-0,75 вольта, -что делает ее способной экстрагировать максимально возможное число электронов почти из всех элементов, кроме благородных металлов (группа платины) и галогенов (семейство фтора).
Поразительно, однако, что окислительный потенциал морской воды, по-видимому, не контролирует степень окисляемости многих металлов, орбитали которых частично заполнены. Одна из причин этого состоит в том, что большинство реакций протекают таким образом, что одновременно замещается только один электрон. Такие замещения легче происходят, когда вещества, участвующие в реакции, адсорбируются на поверхностях, «атомная геометрия» и распределение электрических зарядов которых могут ускорять перераспределение электронов (отсюда польза катализаторов, предоставляющих в распоряжение реагентов такие поверхности). Но поверхности какого бы то ни было рода в океане встречаются редко и разделены большими расстояниями, а те, которые все-таки существуют, бедны катализаторами (за исключением марганцевых конкреций). Второй причиной, в силу которой окислительный потенциал моря неспособен контролировать валентное состояние, является то, что некоторые организмы иногда выделяют вещества, богатые электронами и в дальнейшем остающиеся в этом восстановленном состоянии, несмотря на то, что вода, казалось бы, способна их окислить.
Марганцевые конкреции – это толстые пористые лепешки диаметром в несколько сантиметров, состоящие из окислов металлов они широко распространены на дне океана. Очевидно, марганцевые конкреции существуют потому, что служат автокатализаторами реакции, которая приводит к их образованию. Благодаря своей пористой структуре конкреции обладают поверхностью сто квадратных метров на один грамм вещества. Способность к автокатализу, по-видимому, распространяется на весь комплекс металлов, осаждающихся вместе с марганцем: железо, кобальт, никель, медь, цинк, хром, ванадий, вольфрам и свинец. В конкрециях, найденных на склонах океанских хребтов, в значительном количестве содержатся такие металлы, как никель, которые в самой морской воде характеризуются малой концентрацией. Это заставляет полагать, что такие конкреции аккумулируют ювенильные металлы, выделяющиеся из мантии по трещинам, секущим хребты. Хотелось бы выяснить, почему металлы в конкрециях представлены в форме окислов, а не карбонатов, как можно было бы ожидать.

Оставить комментарий