Geum.ru

В. Д. Т. А. Айзатулин и проблема эволюции элементного состава океана

Вид материалаРеферат

Содержание


Биогенный тип распределения в океане — С А(океан)  ~  С А(реки)
Подобный материал:
1   2   3   4   5

Биогенный тип распределения в океане — С А(океан)  ~  С А(реки)


Литогенный тип распределения в океане — С А(океан) <<  С А(реки)

Динамика отношения между содержанием элементов в океане, речной воде и литосфере может быть раскрыта путем исследования положения химических элементов на плоскости, представленной графиками с координатами: lgСА(ок)-lgСА(лит) ; lgСА(реки)-lgСА(лит) ; lgСА(ок)-lgСА(реки), где СА(ок) и СА(реки) - средние концентрации растворенных  форм элементов (г моль/л) в океане и речном стоке, соответственно; СА(лит)   средние концентрации элементов в литосфере (г моль/кг).


Здесь мы предлагаем использовать кибернетический подход к изучению геосферных

объектов. При этом рассматриваем океан как сложную систему с многочисленными физическими, химическими, биологическими процессами, которые перерабатывают вещество, поступающее в океан через геохимические барьеры, такие как река-море, атмосфера-океан и т.п. Результатом этих процессов является, например, относительное постоянство элементного состава океана, средний химический состав донных осадков и т.п.

Использование этой методологии начнем с исследования системы литосфера - океан. Коэффициент корреляции для 67 изученных элементов равен 0,68. Зависимость между содержанием элементов в океане и в литосфере в общем случае нелинейна. Геометрическое место точек, соответствующее равным концентрациям в океане и литосфере,помогает выявить наиболее гидрофильные элементы, к которым относятся хлор, бром, сера, натрий, бор, иод, углерод. Рассмотрим зависимость между средним содержанием растворенных форм элементов в речном стоке и литосфере. При количестве изученных элементов, равном 64, коэффициент корреляции равен 0.79. Прямые, параллельные линии, проходящей через алюминий, железо, титан и др., выявляют группы элементов, содержание которых в речном стоке линейно зависит от их содержания в литосфере с одним и тем же коэффициентом, т.е. группы элементов, содержащихся в литосфере в соединениях, основная часть которых обладает одинаковой растворимостью.

График зависимости среднего элементного состава океанской и речной воды представлен на рис.3. При количестве изученных элементов, равном 64, коэффициент корреляции равен 0,94.


Рис. 3

сотношение между средними концентрациями растворенных форм элементов в океанской и речной воде.

Линия, соответствующая уравнению, полученному методом линейной регрессии, составляет с осью абсцисс угол 370 , tg a = 0,75. Обращает на себя внимание тот факт, что все элементы расположены по одну сторону от линии (или на самой линии) образующей с осью абсцисс угол, тангенс которого равен 0,70. Эта линия описывается уравнением:

СА(реки) = 10-3,4  СА(ок) 0,7   (2)


Для выяснения геохимического фактора, обусловившего именно такой характер распределения элементов на графике (см. рис.3), следует обратиться к вопросу о генезисе элементов, содержащихся в речном стоке. Естественный химический состав речного стока формируется двумя основными источниками вещества. Один из них —вещество земной поверхности (горные породы, почвы, осадочные породы континентов и т.п.), другой —поверхность океана. С поверхности океана соли поступают в атмосферу с микробрызгами и с парами воды. Они переносятся воздушными массами на континенты, где участвуют в формировании солевого состава речных вод. Если принять предположение о практической стабильности потока вещества в системе океан —атмосфера —континент в течение длительного периода времени, то следует заключить, что элементы океанского генезиса поступают в реки в среднем в тех же соотношениях, в каких они поступают из океана в атмосферу. Таким образом, химический состав мирового речного стока, который изучен достаточно надежно, может быть использован как средство для выявления закономерностей выноса химических элементов из океана в атмосферу.


Особенность миграционных свойств элементов возникает в точке равных концентраций (ТРК) (lg СА = -11,65) (рис.3). Характерной особенностью этой точки является равенство содержания элемента в океане и конденсате морской атмосферной влаги при исходной концентрации в океане 2,2х10-12 г моль/л. Это состояние системы неустойчиво, т.к. любое уменьшение концентрации в океане при недостаточно интенсивном перемешивании воды может привести к исчезновению элемента в поверхностных водах за счет нарастания относительной интенсивности его выноса в атмосферу. Так, очевидно, происходит с элементами, которые обозначены в литературе (Bruland, 1983), как «исчезающие с поверхности» .

Выявленный нами нелинейный характер зависимости интенсивности потоков элементов через барьеры литосфера-гидросфера, река-море, океан- атмосфера от их исходных концентраций приводит к принципиально важному выводу. Геохимическое поведение элементов, находящихся в природе в микроконцентрациях, неадекватно поведению тех же элементов, содержащихся в литосфере и гидросфере в макроконцентрациях (например, геохимическое поведение радиоактивных элементов в гидросфере в общем случае неадекватно поведению их стабильных изотопов).

Новый взгляд на гидросферу как на целостную химическую систему, которая включает в себя воды морей и океанов с источниками их питания (речные и дождевые воды), позволяет представить основной постулат химической кинетики в предельно простой форме:

rА = kА САV   (3)

-где r —интегральная (итоговая) скорость вывода элемента А из океанской воды в осадок или в атмосферу; k —константа скорости вывода элемента А из океанской воды, учитывающая роль всех химихимических элементов, участвующих в процессе; С  —средняя концентрация элемента А в океане, v —порядок реакции (процесса).

Для исследования соотношений между концентрациями элементов в океане и скоростями их вывода из океанской воды, выраженных уравнением (6), можно использовать график зависимости между средними концентрациями элементов в речном стоке и в океане (Корж, 1994).

График (рис.3) позволяет определить неизвестные величины констант в уравнении кинетики процесса вывода элементов из морской воды (уравнение 3). Положение элементов биогенного типа распределения на графике указывает на то, что порядок реакции (процесса) для них равен единице. Таким образом, нам впервые удалось доказать, что вывод из океана элементов, имеющих биогенный тип распределения, идет по реакции первого порядка. Это согласуется с предположениями, сделанными ранее Т.А. Айзатулиным (1979). График, представленный рис.3, позволяет также определить константы скоростей вывода элементов биогенного типа распределения из океанской воды. Определение порядков реакций и констант скоростей для элементов, имеющих литогенный тип распределения в океане, требует дополнительной достоверной информации о их потоках через все барьерные зоны гидросферы.