11.4. Магній у морських і континентальних водах

Серед елементів другої групи періодичної системи магній за своїми хімічними властивостями найближчий до кальцію. Він входить до складу більше, ніж 100 мінералів, у тому числі бруситу Mg(OH)₂ з вмістом Mg²⁺ близько 41,7 % , магнезиту - MgCO₃ (28,8%), доломіту — MgC0₃, CaCO₃ (18,2%) тощо. У водні об'єкти магній надходить в основному при розчиненні доломітів, мергелей або при вивітрюванні основних (габро), ультраосновних (дуніт) та інших порід.

Вміст магнію у поверхневих водах суші залежить від характеру ґрунтів водозбірної площі. Далі наведено середній вміст магнію у річкових водах різних фізико-географічних зон України за багато років, мг/дм³:

Фізико-географічна зона Mg²⁺

Полісся 8

Лісостеп 19

Степ 69

Передкарпаття 8

Карпати (гірські і вулканічні) 5

Закарпатська рівнина 5

Кримські гори 3

Україна в цілому 17

Висока розчинність сполук магнію сприяє його постійному надходженню з річковим стоком у моря й океани. Загальна маса магнію у Світовому океані становить 2077*10¹² т. До складу морської води входить в середньому 1,317 г магнію на 1 л води.

Форми міграції магнію у природних водах

У природних водах магній утворює сполуку з карбонатом —магнезит (MgCO₃). Як і карбонат кальцію, він легко розчиняється у воді, яка містить розчинену вуглекислоту, внаслідок перетворення у розчинну кислу сіль. Між твердою фазою карбонату магнію (MgCO₃), вугільною кислотою, розчиненою у воді (Н₂О + СО₂), і гідрокарбонатними іонами (НСО₃^- ) існує постійна взаємодія, що відбувається за такою реакцією:

MgC0₃ + Н₂О + СО₂↔Mg(HCО₃)₂↔Mg²⁺+ 2 HCO₃^-↔Mg²⁺ + 2H⁺ + 2 CO₃^2-

Магній, як і кальцій, взаємодіє не тільки з карбонатом. Він може утворювати комплекси з сульфатами (MgSO₄) та розчиненими у воді органічними речовинами. В іонно-розчиненому стані він знаходиться, в основному, у водах з невисокою загальною мінералізацією. З підвищенням мінералізації природних вод зростає електростатична взаємодія між різнозарядними іонами, що призводить до утворення іонних пар, або асоціацій [СаНСО₃]⁺, [MgHCО₃]⁺, [MgCО₃]°, [CaSO₄]⁰, [MgSO₄]⁰. У природних водах магній утворює комплексні сполуки з органічними речовинами. Комплексні сполуки магнію у деяких озерах Німеччини становлять більше 65 % від загального вмісту розчинених форм. У низькомінералізованих водах зони вічної мерзлоти (тундра) майже 90 — 100 % іонів Mg²⁺ утворюють комплекси з гуміновими і фульвокислотами. Такі коьщ. лекси відіграють стабілізуючу роль у водних розчинах. Так при наявності у воді до 10 мг/дм³ гумінових кислот вони запобігають випадінню в осад до 75 % карбонату магнію.

Фосфорорганічні сполуки, альбуміни, стеаринові кислоти, поліфеноли гальмують випадіння магнію в осад. Магній взаємодіє з розчиненими органічними речовинами з молекулярною масою меншою від 500. Хоча магній і кальцій за своїми хімічними властивостями близькі, але вони мають і певні відмінності. Зокрема, MgSО₄ і Mg(HCO₃)₂ розчиняються краще, ніж CaSО₄ і Са(НСО₃)₂. Це й визначає більш високий вміст магнію у водах, які формуються на водозбірних площах з покладами доломітів, мергелів та інших магнієвмісних мінералів.

Природна вода, в якій розчинена значна кількість кальцію у вигляді гідрокарбонату і сульфату, а також відповідні солі магнію, відзначається підвищеною твердістю, її виражають сумою міліграм-еквівалентів іонів кальцію і магнію, які знаходяться віл води.

На відміну від прісних морські та океанічні води характеризуються високим вмістом не тільки натрію, але й магнію. В океанічній воді на хлорид натрію разом з хлоридом магнію припадає 88,7 % усіх розчинених солей. Саме завдяки великій концентрації магнію морська вода має гіркуватий присмак. Усього у океанічній воді на сполуки магнію припадає близько 11 % від вмісту всіх солей. У морях його вміст дещо менший. Так, у воді Чорного моря на магній припадає близько 3,34 % загальної маси солей.

У місцях впадіння річкового стоку формуються мішані прісні і морські води, хімічний склад яких має певні відмінності. Показовим у цьому відношенні є Дністровський лиман, що має сполучення з Чорним морем. У його водах переважають карбонатні сполуки кальцію (41 %), а наступні місця займають хлорид натрію (28 %) і сульфат магнію (25 %).

Магній в організмах гідробіонтів

Вміст магнію в організмі гідробіонтів залежить від того, в якій воді - морській чи прісній — вони мешкають. Так, У гемолімфі морських молюсків мідій (Mytilus), устриць (Ostrea), морських слимаків (Strombus) його вміст становить 55– 58 ммоль/дм³, а у прісноводної жабурниці (Anodonta) і живородки (Viviparus) — тільки відповідно 0,19 і 0,31—0,37 ммоль/дм у морських ракоподібних, до яких належать лангусти (Palinu-riis) і креветки (Palaemon), концентрація магнію в гемолімфі становить відповідно 16,6 і 12,6 ммоль/дм³. Значно більша вона у краба (Carcinus) — 23,6 ммоль/дм³. У прісноводних ракоподібних, які мешкають у водоймах з концентрацією магнію 0,21 ммоль/дм³, вміст магнію досягає у гемолімфі американського річкового рака (Cambarus) — 4,3 ммоль/дм³, у щитнів роду Triops — 0,9 ммоль/дм³.

Зіставлення концентрацій магнію у гемолімфі морських і прісноводних молюсків і ракоподібних свідчить, що у морських організмів вона не тільки вища, але й коливається значно менше, ніж у прісноводних форм. Це відображає більш стабільний іонний склад морської (океанічної) води в порівнянні з прісними водами.

У морських кісткових риб концентрація магнію в плазмі крові значно менша, ніж у біологічних рідинах безхребетних. Так, у крові вудильщика (Lophius piscatorius) вона не перевищує 6 ммоль/дм³, а у напівлусковика (Hemilepidotus gilberti) — 2,5 ммоль/дм³. У міксин (Мухіnе) вміст магнію у крові значно вищий і коливається в межах 28—29 ммоль/дм³. Концентрація магнію в крові личинок прісноводних міног (Petromyzon) не перевищує 1,6, а у дорослих досягає 1,9, у кісткових риб коливається в межах 0,6—2,1 ммоль/дм³.

Обмін магнію у морських риб має багато спільних рис з обміном кальцію. Заковтуючи солону морську воду, риби повинні виводити надлишок солей, тому в їх кишковому тракті інтенсивно всмоктуються натрій і хлор, які виводяться з організму нирками при формуванні концентрованої сечі. Значна кількість Mg²⁺, як і Са²⁺ та SO₄^2-, які надійшли у кишечник з морською водою, всмоктуються дуже повільно, в зв'язку з чим більша кількість цих іонів залишає організм з екскрементами. Та ж частина, яка всмокталася, виводиться через нирки. Завдяки секреторному процесові концентрація Mg²⁺ і SO₄^2- у сечі морських риб може в десятки разів перевищувати їх концентрацію в крові. У міног, які мігрують в розбавлену морську воду біля витоку річок, магній і сульфати виводяться з організму як через нирки, так і через кишечник. У нирках морських риб перехід двовалентних іонів з крові в сечу відбувається шляхом секреції. Завдяки такому механізмові при підвищенні їх плазмової концентрації екскреція магнію, тіосульфату та сульфату з січею досягає максимального значення.

У прісноводних риб магній виводиться з організму шляхом секреції нирками. На відміну від морських яких сеча гіпертонічна, у прісноводних вона різко гіпотонічна. На підставі аналізу особливостей регуляції концентрація неорганічних іонів у організмі водяних тварин різних систематичних груп можна зробити висновок, що рівень магнію крові водяних хребетних невисокий, а відношення (Na⁺+К⁺)/(Са²⁺+Mg²⁺) вище, ніж у біологічних рідинах тіла безхребетних. Морські хребетні можуть регулювати вміст кожного іона у своєму організмі. При цьому вміст Mg²⁺ у тілі морських кісткових риб значно більший, ніж у прісноводних.

Метаболічна роль магнію у гідробіонтів

Магній належить до іонів з дуже широким спектром дії. Він відіграє виключно важливу роль в активації ферментативних реакцій, які відбуваються у автотрофних і гетеротрофних організмах. У водоростей і вищих водяних рослин він входить у структуру хлорофілу і бере участь в початкових стадіях біосинтезу порфіринового ядра (протопорфірин IX). Структурна формула хлорофілу має такий вигляд:

COOCH₃

M gN₄OH₃₀C₃₂

COOC₂₀H₃₂

При підвищенні концентрації Mg²⁺ у стромі хлорофілу активується рибульозо-бісфосфат-карбоксилаза та зростає спорідненість її до СО². Про значення магнію для нормального протікання фотосинтезу свідчить блідість та пожовтіння листя у водяних рослин при дефіциті магнію у воді. У водяних тварин магній відіграє ключову роль у біоенергетичному забезпеченні мембранного транспортування іонів та внутрішньоклітинному обміні амінокислот.