Глобальный цикл кальция

Биогеохимические циклы элементов, поступивших в биосферу в результате выветривания литосферы

Реферат

по дисциплине «Техногенные системы и экологический риск»

Выполнил студент гр.9301:

Иванов В.Ю.

Проверил: профессор кафедры ГСТ,

К.Г.-М.Н.

Верин В.Л.

Великий Новгород

2011 год

Содержание

Введение………………………………………………………………………….2

Глобальный цикл кальция………………………………………………………3

Глобальный цикл калия………………………………………………………….6

Глобальный цикл кремния………………………………………………………8

Глобальный цикл фосфора…………………………………………………..…9

Заключение………………………………………………………………….…..14

Список литературы……………………………………………………………..16

Введение

Большая часть химических элементов была вовлечена в миграцию в результате гипергенной трансформации алюмосиликатного вещества земной коры.

Согласно наиболее точным определениям (Ронов А. Б. и Яро-шевский А. А., 1976), верхний, гранитный слой континентального блока земной коры имеет массу 8, 24Ч10'8 т, осадочная оболочка (за исключением эффузивов) — 2, 4Ч1018 т. Масса солей, растворенных в Мировом океане, исходя из средней солености морской воды 35 %о, составляет около 50Ч1015 т. Если сумму масс гранитного слоя и осадочной оболочки принять за 100 %, то масса осадочных пород в процентном выражении может дать представление об интенсивности гипергенного преобразования верхней части континентального блока земной коры на протяжении фанерозойского этапа развития биосферы. Напомним, что к началу этого этапа живые организмы имели различную геохимическую специализацию, а состав океана и атмосферы соответствовал их современному составу. За отрезок времени в 0, 5 млрд лет было мобилизовано и трансформировано более '/5 всей массы верхнего слоя земной коры континентального типа. Большая часть этого вещества вошла в состав осадочных пород, около 0, 5 % составляют растворимые неорганические соединения, находящиеся в воде морей и океанов. Некоторое количество вещества горных пород, трансформированных процессами выветривания и древнего почвообразования (элювиальные коры выветривания и переотложенные продукты выветривания), находятся на суше. Оценка их масс пока отсутствует.

Глобальный цикл кальция

Кальций относится к главным элементам земной коры, его кларк 3, 6 %. Содержание этого элемента уменьшается от глубин к гранитному слою литосферы. В базальтовом слое средняя концентрация 5, 8 %, в гранитном — 2, 7%. Кальций выпадает в осадок на ранних стадиях кристаллизации магмы, но содержится и в остаточных после кристаллизации растворах. Высокое содержание кальция в земной коре обусловливает многочисленные минералы (385 видов), около половины которых относится к гипогенным силикатам. В то же время из-за своих размеров катион Са2+ не может войти в структуру гипергенных силикатов. Поэтому при выветривании и трансформации гипогенных силикатов в глинистые минералы освобождается большое количество этого элемента. Его водорастворимые соединения, главным образом бикарбонат Са(-НСО3)2 поступают в природные воды и мигрируют с ними в океан. Этот процесс развивается на протяжении более 3 млрд лет, но концентрация элемента в океанической воде всего лишь в 30 раз больше по сравнению с водами рек. Это обусловлено ограниченной растворимостью карбоната кальция, а главное — активным поглощением элемента планктонными организмами-фильтратами и выведением в виде пеллетов в осадок. Указанные процессы способствуют обильному накоплению кальция в составе мощных толщ известняков, доломитов, мергелей, известковых глин и др. Средняя концентрация СаО в осадочной толще, по А. Б. Ронову и А. А. Ярошевскому (1976), равна 15, 91%, в гранитном слое земной коры — 3, 79 %. Масса кальция в осадочном слое континентальной коры равна 272, 8Ч1015 т, в гранитном слое — 222, 8Ч1015 т. Из приведенных данных следует, что количество кальция в осадочной оболочке превышает его концентрацию в гранитном слое земной коры. Выяснение причины несбалансированности масс кальция в биосфере представляет одну из нерешенных проблем в геохимии.

Кальций играет ответственную роль в физиологии организмов. В растениях он участвует в углеводном и азотном обмене, для животных элемент необходим при построении наружного или внутреннего скелета. Он принимает участие во многих других физиологических процессах, в частности, в свертывании крови. Средняя концентрация кальция в наземной растительности по данным разных авторов составляет от 0, 9% (Базилевич Н.И., 1974) до 1, 80 % (Боуэн X., 1966). Масса кальция, содержащаяся в живом веществе суши, равна (22, 5 — 45)Ч109 т. Это количество на три порядка больше количества кальция, находящегося в биомассе фотосинтетиков океана (34Ч106 т). Приняв среднюю концентрацию элемента в мертвом органическом веществе около 0, 5%, можно подсчитать, что масса кальция, содержащаяся в растительных остатках, торфе и гумусе педосферы, близка к 25 • 109 т, т. е. имеет тот же порядок, что и масса элемента во всем живом веществе Мировой суши. Очень ориентировочно можно принять среднюю концентрацию кальция в растворимом органическом веществе океана равной 0, 5 % сухого вещества, а общую массу — 20Ч109 т.

Благодаря динамическому равновесию между углекислым газом атмосферы и анионами [НСО3]- и [СО3]2- океанической воды в океане содержится огромная масса растворенных катионов кальция. Средняя концентрация кальция в океане 408 мг/л, общая, масса 559 • 1012 т. Эта масса на четыре математических порядка превышает количество элемента, связанного в живом и мертвом органическом веществе планеты.

Для процесса глобального массообмена кальция главное значение имеют биологический круговорот и водная миграция ионов в системе суша—океан. В биологический круговорот на суше вовлекается (1, 5 — 3, 1)Ч109 т/год кальция, в среднем 2, 3Ч109 т/год; в первичной биологической продукции океана в 2 раза меньше — 1, 1Ч109 т/год. Таким образом, кальций — характерный элемент живого вещества суши. Масса вовлеченного в годовой биологический круговорот кальция составляет 3, 4Ч109 т/год. С континентальным стоком выносится в форме катионов Са2+ нескольким более 0, 5Ч109 т/год. Меньшее количество удаляется с твердым стоком — 0, 471Ч109 т/год. Кроме того, с поверхности суши в океан с ветровой пылью выносится 0, 048Ч109 т/год кальция.

Средняя концентрация кальция в океанических атмосферных осадках, согласно В. С. Савенко (1976), равна 0, 36 мг/л. В осадках, образующихся в течение года над Мировым океаном, содержится 164Ч10б т. С учетом 20 % сухих осаждений (32, 8Ч106 т) общая масса кальция, поступающая на протяжении года из океана в атмосферу, составляет около 197Ч106 т. Примерно 22Ч10б т переносится с океаническими воздушными массами на сушу, а остальные вновь возвращаются в океан. Средняя концентрация кальция в атмосферных осадках над сушей 3 мг/л. Следовательно, в осадках, выпадающих на протяжении года на поверхность Мировой суши, содержится 339Ч106 т. С учетом 20 % на сухое осаждение (68Ч106 т) общая масса кальция, участвующая в годовом обмене суша—атмосфера, составляет 407Ч106 т.