Химический элемент или ион | Средняя концентрация | Отношение концентрации в сумме солей к кларку гранитного слоя | Общая масса, млн т | |
в воде, мкг/л | в сумме солей, 10-4 % | |||
С1 | 19 353 000,0 | 5529,0 | 3252,0 | |
SО42- | 2 701 000,0 | 771,0 | — | |
S | 890000,0 | 254,0 | 63,0 | |
НСО3- | 143000,0 | 41,0 | — | |
Na | 10764000,0 | 3075,0 | 14,0 | |
Mg | 1297000,0 | 371,0 | 3,1 | |
Са | 408000,0 | 116,0 | 0,5 | |
К | 387000,0 | 111,0 | 0,4 | |
Вг | 67 300,0 | 1922,9 | 874,0 | 92 201 000 |
Sr | 8100,0 | 231,4 | 1,0 | 1 1 097 000 |
В | 4450,0 | 127,1 | 13,0 | 6 096 500 |
SiO2 | 6200,0 | 176,0 | — | |
Si | 3000,0 | 85,0 | 0,00028 | 4 1 10 000 |
F | 1300,0 | 37,1 | 0,05 | 1 781 000 |
N | 500,0 | 14,0 | 0,54 | 685 000 |
Р | 88,0 | 2,5 | 0,0031 | 120 560 |
I | 64,0 | 1,8 | 3,6 | |
Ва | 21,0 | 0,57 | 0,00084 | |
Мо | 10,0 | 0,29 | 0,22 | |
Zn | 5,0 | 0,14 | 0,0027 | |
Fe | 3,4 | 0,097 | 0,0000027 | |
U | 3,3 | 0,094 | 0,036 | |
As | 2,6 | 0,074 | 0,039 | |
Al | 1,0 | 0,029 | 0,00000036 | |
Ti | 1,0 | 0,029 | 0,0000088 | |
Сu | 0,90 | 0,025 | 0,001 1 | |
Ni | 0,50 | 0,014 | 0,00054 | |
Mn | 0,40 | 0,011 | 0,000016 | |
Cr | 0,20 | 0,0057 | 0,00017 | |
Hg | 0,15 | 0,0043 | 0,130 | |
Cd | 0,11 | 0,0031 | 0,019 | |
Ag | 0,10 | 0,0029 | 0,065 | |
Se | 0,09 | 0,0026 | 0,019 | |
Co | 0,03 | 0,00086 | 0,0012 | 41,1 |
Ga | 0,03 | 0,00086 | 0,0012 | 41,1 |
Pb | 0,03 | 0,00086 | 0,0012 | 41,1 |
Zr | 0,026 | 0,00070 | 0,0000041 | 34,0 |
Sn | 0,020 | 0,00057 | 0,00021 | 27,4 |
Аu | 0,011 | 0,00031 | 0,26 | 15,1 |
Часть находящихся в воде металлов — молибден, цинк, уран, титан, медь — имеет концентрацию от 1 до 10 мкг/л. Концентрация никеля, марганца, кобальта, хрома, ртути, кадмия значительно ниже — сотые и десятые доли мкг/л. В то же время железо и алюминий, играющие роль главных элементов в земной коре, в океане имеют концентрацию более низкую, чем молибден и цинк. В наименьшем количестве в океане растворены такие элементы, как ниобий, скандий, бериллий и торий.
|
|
Для определения некоторых геохимических и биогеохимических показателей необходимо знать концентрацию элементов не только в морской воде, но и в твердой фазе растворимых веществ, т.е. в сумме солей морской воды. В таблице приведены данные, для расчета которых величина средней солености принята равной 35 г/л.
Как было показано выше, ведущим фактором эволюции химического состава океана на протяжении геологической истории была суммарная биогеохимическая деятельность живых организмов. Не менее важную роль организмы играют в современных процессах дифференциации химических элементов в океане и выведения их масс в осадок. Согласно биофильтрационной гипотезе, разработанной А. П. Лисициным, планктонные (преимущественно зоо-планктонные) организмы ежедневно профильтровывают через свои тела около 1,2×107 км3 воды, или около 1 % объема Мирового океана. При этом тонкие минеральные взвеси (частицы размером 1 мкм и менее) связываются в комочки (пеллеты). Размеры пеллетов от десятков микрометров до 1 — 4 мм. Связывание тонких взвесей в комочки обеспечивает более быстрое оседание на Дно взвешенного материала. Одновременно часть растворенных в воде химических элементов в телах организмов переходит в нерастворимые соединения. Наиболее распространенными примерами биогеохимического связывания растворенных элементов в ерастворимые соединения могут служить образования известко-ых (кадьцитовых) и кремниевых (опаловых) скелетов планктонныx организмов, а также извлечение карбоната кальция известковыми водорослями и кораллами.
|
|
Среди пелагических илов (глубоководных отложений океана) можно выделить две группы. Первые состоят преимущественно из биогенных образований планктона, вторые образованы в основном частицами небиогенного происхождения. В первой группе наиболее распространены известковые (карбонатные) илы, во второй — глинистые илы. Карбонатные илы занимают около трети площади дна Мирового океана, глинистые — более четверти. В карбонатных осадках возрастает концентрация не только кальция и магния, но также стронция и иода. В илах, где преобладают глинистые компоненты, значительно больше металлов. Некоторые элементы очень слабо выносятся из раствора в илы и постепенно накапливаются в морской воде. Их следует называть талас-софилъными. Рассчитав отношение между концентрациями в сумме растворимых солей морской воды и илах, мы получим величину коэффициента талассофилъности КТ, показывающего, во сколько раз данного элемента больше в солевой части океанической воды по сравнению с осадком. Талассофильные элементы, аккумулирующиеся в растворенной солевой части воды, имеют следующие коэффициенты КТ:
Химический элемент | По отношению к глинистым илам. | По отношению к известковым илам |
Иод | 180 0 | 36,0 |
Бром | 27 5 | 27 5 |
Хром | 27 0 | 27 0 |
Сера | 19 5 | 19 5 |
Натрий | . 7 7 | 15 4 |
Магний | 1 8 | 0 9 |
Стронций | 1 3 | 0 1 |
Бор. | 2 3 | |
Калий | 3 8 | |
Молибден | 0 01 | 10 0 |
Литий | 0.09 | 1.0 |
Зная массу элемента в Мировом океане и величину его годового поступления, можно определить скорость его удаления из океанического раствора. Например, количество мышьяка в океане составляет примерно 3,6×109 т, с речным стоком приносится 74×103 т/год. Следовательно, за период, равный 49 тыс. лет, происходит полное удаление всей массы мышьяка из Мирового океана.
Оценку времени нахождения элементов в растворенном состоянии в океане предпринимали многие авторы: Т.Ф.Барт (1961), Э.Д.Гольдберг (1965), Х.Дж.Боуэн (1966), А.П.Виноградов (1967) и др. Данные разных авторов имеют большие или меньшие расхождения. Согласно нашим расчетам, периоды полного удаления растворенных химических элементов из Мирового океана харак- теризуются следующими интервалами времени (в годах, в последовательности увеличения периода в каждом ряду):
n×102: Th, Zr, Al, Y, Sc
n×103: Pb, Sn, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, Ti, Zn
n×104: Ag, Cd, Si, Ba, As, Hg, N
n×105: Mo, U, I
n×106: Ca, F, Sr, В, К
n×107: S, Na
n×108: С1, Br
При всей ориентировочности таких расчетов порядки полученных величин позволяют выделить группы рассеянных элементов, различающиеся длительностью нахождения в океаническом растворе. Элементы, наиболее интенсивно концентрирующиеся в глубоководных илах, имеют наименьшую длительность нахождения в океане. Таковы торий, цирконий, иттрий, скандий, алюминий. К ним близки периоды нахождения в океаническом растворе свинца, марганца, железа, кобальта. Большая часть металлов полностью выводится из океана на протяжении нескольких тысяч или десятков тысяч лет. Талассофильные элементы находятся в растворенном состоянии сотни тысяч лет и более.
Значительные массы рассеянных элементов в океане связываются дисперсным органическим веществом. Его основным источником служат отмирающие планктонные организмы. Процесс разрушения их остатков наиболее активно происходит до глубины 500—1000 м. Поэтому в осадках шельфовых и неглубоких прикон-тинентальных морей скапливаются огромные массы дисперсного органического вещества морских организмов, к которым добавляются органические взвеси, вынесенные речным стоком с суши.
|
|
Основная часть органического вещества океана находится в растворенном состоянии и лишь 3 — 5 % в виде взвеси (Виноградов А. П., 1967). Концентрация этих взвесей в воде невелика, но их общая масса во всем объеме океана весьма значительна: 120 — 200 млрд т. Ежегодное накопление высокодисперсного органического детритуса в осадках Мирового океана, по данным В.А.Успенского, превышает 0,5×109 т.
Дисперсное органическое вещество сорбирует и увлекает в осадки определенный комплекс рассеянных элементов. Об их содержании с известной условностью можно судить по микроэлементарному составу крупных скоплений органического вещества — залежей каменного угля и нефти. Концентрация элементов в этих объектах обычно приводится по отношению к золе; не менее важны Данные по отношению к исходному, неозоленному материалу.
Как видно из табл. 4.2, микроэлементный состав каменных углей и нефти принципиально различается.
Таблица 4.2