4797

30

чистая разновидность которого представляет собой горный хрусталь. В земной коре широко распространены скрытокристаллические (халцедон, агат, яшма, кремень) и аморфные (опал, гейзерит) формы кремнезема. Кварц выступает в качестве главного породообразующего минерала.

В почвах кремнезема находится в кристаллической, аморфной, коллоидной форме и в виде биолита. Валовое его содержание оставляет 4090 % от массы почвы. Преобладает кристаллический и частично аморфный кремнезем. Почвенный кремнезем активно вовлекается в биологический круговорот. В больших количествах поглощают кремнезем хвощи, папоротники, мхи, ковыли, вейники, осоки, злаки, иглы хвойных деревьев, листья и кора дуба, осины. Средняя концентрация кремния в наземной растительности составляет 0,5 % сухого вещества, что соответствует массе 12, 5*109т. В биологический круговорот растительностью суши ежегодно захватывается 0,86*109 т кремния.

Растения переводят кремнезем в особую минеральную форму – биолиты, которые, по определению Вернадского В.И., образуются в особом термодинамическом поле живого организма. Этот процесс происходит не только в растениях, но и непосредственно в почвах. Кроме того, переводить кремний в доступную для живых организмов форму в почве способны разные микроорганизмы. Многие из них выделяют кислоты, обладающие большой разрушительной способностью. Особенно большую растворяющую способность имеют кислоты, дающие комплексные соединения с элементами, входящими в состав минералов. Этой способностью обладают полигидроксиди- и трикарбонатные кислоты. Большую роль в разрушении силикатов играют слизи, образуемые микроорганизмами, и биогенные щелочи. Биогенные щелочи – это соли слабых органических кислот и сильных оснований, образующихся при разложении растительных остатков. Слизи микроорганизмов имеют карбоксильные и фенольные группы, которые реагируют с определенными элементами силикатов, образуют комплексные связи, что приводит к разрушению кристаллических решеток минералов и высвобождению кремнезема. В составе организмов животных кремний участвует в строении скелетов.

После отмирания организмов кремний поступает в почву и вновь вступает в новый цикл биологического круговорота, а освобождаемые из органических остатков биолиты разрушаются, так как вне организмов они

31

малоустойчивы. В мертвом органическом веществе суши концентрация кремния ориентировочно составляет 1 %, а масса – 31*109 т.

На поверхности континентов силикатные породы выветриваются, кварц остается в коре выветривания, а кремнезем силикатов удаляется природными водами. В ходе круговорота воды с поверхности земного шара реки выносят огромное количество кремнезема. С континентальным стоком выносится 0, 2*109 т растворимых соединений кремния, а в океане их масса составляет 4110*109 т. Концентрация элемента в морской воде в 2 раза ниже, чем в речной, что объясняется активным поглощением кремния морскими организмами для построения своего скелета. Содержание кремния в планктоне – 5 %, что соответствует массе 0,17*109 т. Главными группами организмов, которые удаляют растворенный кремнезем из морской воды, являются диатомовые водоросли, радиолярии, силико-флягелляты и кремниевые губки.

Биогенное поглощение уменьшает концентрацию растворенного кремнезема в поверхностных слоях океана. Минимальная его концентрация, необходимая для роста диатомовых водорослей – 0,2 мг/л. После гибели органические остатки погружаются на дно и образуют осадочные породы биогенного происхождения – диатомиты, радиоляриты. Часть скелетного материала подвергается разложению и растворению. Растворение этого материала происходит с меньшей скоростью, чем окисление органического вещества, и при этом возрастает концентрация растворенного кремнезема с глубиной от 5 до 10 мг/л в придонных слоях. Поток осаждения биогенного кремнезема от поверхностных слоев океана балансируется восходящими потоками растворенного кремнезема от континентального водного стока. Растворение кремнеземных скелетов может продолжаться после осаждения водами дна. Во время уплотнения осадков вода выходит из них и подключается к потоку кремнезема вверх. Количество кремнезема в океане, ежегодно удаляемое биогенным осаждением, в среднем на 70 млн т превышает количество, которое поступает при стоке с континентов и при подводном выветривании. Это расхождение баланса может быть компенсировано привносом растворенного кремнезема от подводного кремнезема от подводного вулканизма. Морские организмы, преимущественно диатомеи и радиолярии, существенно контролируют концентрацию кремнезема, растворенного в современном Мировом океане.

32

Для водной миграции кремния характерно преобладающее движение от суши к океану, которое не компенсируется в обратном направлении. Несмотря на миграцию значительного количества растворенного кремния в составе обломочного материала, его выносится в 30 раз больше, а в Мировом океане его растворимые формы составляют менее 0,001 % от его массы в осадочных породах. При средней концентрации кремния в веществе речных взвесей – 117 м/л, масса элемента, выносимая с твердым стоком, равна 4,8* 109 т/год. С ветровым выносом суша теряет в год около 0,5* 109 т/год элемента. При формировании континентальных отложений господствует накопление кристаллического кварца, а биогенное накопление носит подчиненный характер. В пресных водах кремнезема образует скопления коллоидных отложений – опалы.

В большинстве осадочных пород кремний присутствует в составе глинистых минералов и обломочных пород кварца, попадающего первоначально за счет выветривания кварцсодержащих кислых изверженных пород. В толще осадочных пород содержится 44 % SiO2, что соответствует количеству кремния 494*1015 т. Формирование отложений кварца в виде песков и песчаников встречаются редко. В большинстве случаев в них присутствуют примеси полевых шпатов и некоторых других минералов, устойчивых к химическому выветриванию.

Биогеохимический цикл кремния в современных условиях нарушается техногенным фактором. Это выражается в перевозке и переработке громадных количеств минерального сырья для получения кирпича, цемента, в поступлении в водоемы отходов производств, сельскохозяйственных стоков, удобрений, бытовых отходов. Попадая в водоемы, эти продукты изменяют продуктивность диатомового фитопланктона – носителя кремнезема.

Вопросы и задания

1.К какому типу биогеохимических циклов относится круговорот кремния?

2.Каковы особенности преобразования кремния в Мировом океане?

3.Рассмотрев схему 9 (см. прил.), назовите процессы преобразования и условия их протекания.

33

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Вернадский, В. И. Биосфера [Текст] : избр. соч. / В. И. Вернадский. – М. : Изд-во АН СССР, 1960. – Т. 5. – С. 7-102.

2.Вернадский, В. И. Живое вещество в химии моря Биосфера [Текст] : избр. соч. / В. И. Вернадский. – М. : Изд-во АН СССР, 1960. – Т. 5. –

С. 160-183.

3.Вернадский, В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения [Текст] : учеб. пособие / В. И. Вернадский. – М. : Наука, 1987. –

С. 212-261.

4.Войткевич, Г. В. Основы учения о биосфере [Текст] : учеб. пособие / Г. В. Войткевич, В. А. Вронский. – Ростов н/Д. : Феникс, 1996. – 480 с.

5.Ивлев, А. М. Биогеохимия [Текст] : учеб. / А. М. Ивлев. – М. : Высш.

шк., 1986. – 126 с.

6.Одум, Ю. Основы экологии [Текст] : учеб. / Ю. Одум. – М. : Мир,

1975. – 742 с.

7. Орлов, Д. С. Биогеохимия [Текст] : учеб. / Д. С. Орлов, О. С. Безуглова. – Ростов н/Д. : Феникс, 2000. – 320 с.

8. Розанов, Б. Г. Основы учения об окружающей среде [Текст] : учеб. /

Б. Г. Розанов. – М. : МГУ, 1984. – 382 с.

34

Приложения

Схема 1

Схема 2

35

Схема 3

36

Схема 4

37

Схема 5

38

Схема 6

39

Схема 7