| Химический элемент | По отношениюк 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 . | 06 | 2 3 |
| Калий | 04 | 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 характеризуются 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 приконтинентальных 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
Средние концентрации рассеянных металлов в каменном угле и нефти, 10-4 %
| Химический элемент | В сухом веществе каменных углей (В. Р. Клер, 1979) | В золе каменных углей (Ф.Я.Сапрыкин, 1975) | В золе нефтей (К. Краускопф, 1958) |
| Ti | 1600 | 9200 | — |
| Мn | 155 | — | — |
| Zr | 70 | 480 | 50-500 |
| Zn | 50 | 319 | 100-2500 |
| Cr | 18 | — | 200-3000 |
| V | 17 (10-200) | — | 500-25000 |
| Сu | 11 | — | 200-8000 |
| Pb | 10 | 93 | 50-2000 |
| Ni | 5 | 214 | 1000-45000 |
| Ga | 4,5(0,6-18) | 64 | 3-30 |
| Co | 2 | 63 | 100-500 |
| Mo | 2 | 21 | 50-1500 |
| Ag | 1,5 | — | 5 |
| Sn | 1,2 | 15 | 20—500 |
| Hg | 0,2 | — | — |
| As | — | — | 1500 |
| Ba | — | — | 500-1000 |
| Sr | — | — | 500-1000 |
Примечание. Прочерк означает отсутствие данных
В нефти иное соотношение значительно более высокая концентрация многих рассеянных элементов. Высокое содержание титана, марганца и циркония в каменных углях обусловлено минеральными примесями. Среди рассеянных металлов наибольшая концентрация характерна для цинка, хрома, ванадия, меди и свинца.
В органическом веществе активно накапливаются многие токсичные элементы (мышьяк, ртуть, свинец и др.), которые беспрестанно удаляются из океанической воды. Следовательно, дисперсное органическое вещество, как и минеральные взвеси, выполняет роль глобального сорбента, регулирующего содержание рассеянных элементов и предохраняющего среду Мирового океана от опасных уровней их концентрации. Количество рассеянных элементов, связанное в дисперсном органическом веществе, весьма значительно, учитывая, что масса вещества в осадочных породах в сотни раз превышает суммарное количество всех залежей каменных углей, углистых сланцев и нефти. В соответствии с данными Дж. Ханта (1972), Н.Б. Вассоевича (1973), А.Б. Ронова (1976) общее количество органического вещества в осадочных породах составляет (15×20)×1015 т.
Массы рассеянных элементов, аккумулированные в органическом веществе осадочной толщи Земли, измеряются многими миллиардами тонн.
2. Особенности геохимии поверхностных вод суши
Океан беспрестанно пополняется за счет стока воды с суши, который согласно данным М.И.Львовича (1986) равен примерно 44×103 м3/год[1]. Следовательно, меньше чем за 35 тыс. лет в океан поступит столько воды, сколько в нем находится в настоящее время. Динамическое постоянство объема океана поддерживается испарением и переносом через атмосферу в парообразном состоянии 44×103 км3/год воды, выпадающей на сушу в виде атмосферных осадков. Ниже приведен годовой водный баланс Земли (по М.И.Львовичу, 1986):
Элементы водного баланса Объем, км3
Дренируемая часть суши:
осадки.........................................................................106000
речной сток................................................................ 44230
испарение................................................................... 61 770
Бессточная часть суши:
осадки ......................................................................... 7500
испарение................................................................... 7500
Мировой океан:
осадки .........................................................................411 600
приток речных вод..................................................... 44230
испарение...................................................................455 830
Земля в целом:
осадки.........................................................................525 100
испарение...................................................................525 100
Химический состав выпавших осадков при взаимодействии с растительностью и почвой изменяется под влиянием гумусовых кислот, метаболических выделений высших растений и почвенных микроорганизмов. Конечный продукт разрушения органического вещества — углекислый газ — хорошо растворяется в воде с образованием угольной кислоты. Все это усиливает растворяющую способность поверхностных вод по отношению к минеральному веществу земной коры. В то же время стекающая по поверхности суши вода захватывает частицы минерального вещества, преобразованного под влиянием жизнедеятельности организмов, и переносит их в форме взвеси. Таким образом, состав, как растворимых соединений, так и тонких взвесей в значительной мере обусловлен жизнедеятельностью организмов.
Растворимые соединения в речном стоке. Речные воды создают мощный геохимический поток, играющий важную роль в общепланетарном массообмене между Мировой сушей и Океаном. Мобилизация химических элементов, включающихся в водную миграцию, происходит в результате деятельности живых организмов. Речные воды следует рассматривать как сложные растворы, содержащие дисперсные взвеси и соединения, находящиеся в истинно растворимом состоянии.
В речных водах различают следующие главные формы химических элементов:
1) простые и комплексные ионы;
2) нейтральные молекулы (обе группы форм имеют размер 2 — 3 нм и менее);
3) коллоидные частицы (размер менее 0,1 мкм), состоящие из устойчивых гумусовых веществ, аморфных продуктов разрушения глинистых минералов и оксидов железа;
4) высокодисперсные частицы (размер от 0,1 до 1 — 2 мкм), состоящие преимущественно из глинистых минералов;
5) крупные взвешенные частицы (размер от 2 — 3 до 10 мкм), представленные обломочными минералами.