книги из ГПНТБ / Якушевская, И. В. Микроэлементы в природных ландшафтах учеб. пособие

гоценного и цветного камня и ценность искусственных стекол» {Ферсман А. Е., 1936).

Голубой цвет сапфиров обязан примеси титана; красные •оттенки рубина и шпинеля связаны с хромом; фиолетовая окраска аметиста — с соединениями марганца.

Колоссальна роль микроэлементов в промышленности и сельском хозяйстве. Развитие таких важных отраслей, как ме­ таллургия, химия, энергетика и оборонная промышленность, производство удобрений и медикаментов немыслимы без мик­ роэлементов.

С каждым годом происходит процесс вовлечения все но­ вых и новых элементов в сферу практической деятельности человека. Последние десятилетия знаменуются широким ис­ пользованием радиоактивных изотопов микроэлементов в медицине, промышленности, научной работе. А. Е. Ферсман, крупнейший ученый и мечтатель, рисуя картину будущего че­ ловечества, писал: «В борьбе за недра человек использует всю горную массу. Никаких отбросов, никаких неиспользован­ ных пустых пород. Все будет служить промышленности, вся

Таков краткий и далеко не полный перечень роли и зна­ чения микроэлементов в природе и жизни человека.

Будущее впишет, очевидно, еще не мало увлекательных страниц в сложную и многообразную историю микроэлемен­ тов.

ИСТОЧНИКИ М И К Р О Э Л Е М Е Н Т О В В ПОЧВАХ

Самым общим и главным источником поступления микро­ элементов в почвы являются материнские горные породы. На­ бор и содержание в них микроэлементов определяет характер­ ные особенности микроэлементного состава почв. В результа­ те почвообразовательного процесса происходит перераспреде­ ление отдельных микроэлементов по генетическим горизонтам,; частичная потеря одних и накопление других, но специфиче­ ские особенности в химии микроэлементов, унаследованные от пород, сохраняются.

Кроме горных пород, микроэлементы могут поступать в почву с метеоритной и космической пылью, вулканическими газами, морскими брызгами, из океана и, наконец, в результа­ те геохимической деятельности человека. Количественная сто­ рона поступления микроэлементов из разных источников изу­ чена еще недостаточно, так же, как не всегда точно известен их состав.

С космической и метеоритной пылью возможно поступление всех известных микроэлементов. Общее количество пыли, по­ падающее на поверхность Земного шара, исчисляется десят-

11

нами, сотнями и тысячами тонн в год. О примерном соотно­ шении отдельных элементов в метеоритном веществе можно^ судить по составу хондритов (каменных метеоритов), минера­ логический и химический состав которых идентичен составу мантии Земли. Иными словами, с метеоритной пылью на Зем­ лю поступают все элементы, содержащиеся в мантии.

Более ограничен набор микроэлементов, поступающих с вулканическими газами, горячими источниками, газовыми струями. Это, в основном, легколетучие соединения, выделяю­ щиеся при дегазации вещества мантии (HF, НВг, HJ, В(ОН) 3 ) и принимающие участие затем в составе атмосферы, океанов и внешней зоны Земли. Вынос галогенидов и бора на поверх­ ность Земли происходит пропорционально их содержанию в породах мантии. Ныне действующие вулканы выделяют в ат­ мосферу в течение года миллионы тонн газообразных продук­ тов.

Поступление микроэлементов в почвы с морскими брызга­ ми и из океана имеет местное, локальное значение и ограниче­

В. И. Вернадский отмечал, что человек в современный пе­ риод становится крупнейшей геологической силой. В связи с этим он предложил выделить современный период развития биосферы и назвать его ноосферой. «Ноосфера — последнее из многих состояний эволюции биосферы в геологической исто­ рии— состояние наших дней» (Вернадский В. И., 1965).

Вернадский писал о том, что человек в будущем «пере­ строит своим трудом и мыслью область своей жизни» и что ре­ зультаты этого нового процесса видны уже на каждом шагу. Человечество создает бесчисленное множество искусственных химических соединений — биогенных культурных минералов. Человек изменяет состав атмосферы и гидросферы, создает но­ вые виды растений и породы животных, осваивает все новые площади суши, изменяет почвы, расширяет границы биосфе­ ры, проникая в стратосферу, космос, в глубины земных недр и океанов.

Грандиозный масштаб геохимической деятельности чело­ века может быть проиллюстрирован на нескольких конкрет­ ных примерах. Ежегодно в результате дорожных, строитель­ ных и других работ образуется около 1 км3 пыли, оседающей затем на поверхности Земли. Размельчение пород и почв способствует интенсивности процессов миграции элементов и повышенной их реакционной способности.

12

Ежегодно на земную поверхность из ее недр извлекается 25—30 млр. т горных пород, продукты переработки которых и •отходы частично поступают в почву. Таким путем на земную поверхность попадают формы соединений микроэлементов, не характерные для зоны гипергенеза, как, например, самород­ ные железо, медь, никель, что создает ряд особенностей в по­ ведении этих элементов и их влиянии на окружающую среду.

Ватмосферу бесдрерывно происходит выделение продук­ тов техногенеза — соединений мышьяка, селена, серы и ряда других соединений.

Ввиде удобрений в почву ежегодно вносятся миллионы тонн макро- и микроэлементов.

На 1970 год в СССР запланировано производство 27 видов минеральных удобрений, в том числе и микроудобрений. Об­ щее количество минеральных удобрений должно составить, примерно, 62—65 млн. т (Вольфкович С. И., 1966). В настоя­ щее время уже нашли широкое применение в сельском хозяй­ стве восемь микроэлементов: бор, медь, марганец, цинк, мо­ либден, железо, хром и йод. Кроме внесения микроудобрений и применения микроэлементов при предпосевной обработке семенного материала, микроэлементы поступают в почву в •большом количестве с макроудобрениями (таблица 2).

взрывы, в результате которых образуются искусственные изо­ топы Sr.90, Cs1 3 7 , Со 6 0 и другие, оседающие на почве в виде пы­ ли и с атмосферными осадками. Количество радиоактивных изотопов определяется интенсивностью ядерных испытаний и значительно колеблется по годам. По данным японских физи­ ков, содержание Sr9 0 в верхних слоях почвы начиная с 1955 го­

13

дуктов деления по поверхности Земли подчиняется определен­ ной географической закономерности, а также сезонным коле­ баниям. Максимум выпадения приходится на северное полу­ шарие, а наибольший пик приурочен к территории, располо­ женной между 40° северной и 50° южной широты. В течение года наибольшее поступление отмечается для весеннего вре­

ностью интенсивно включаться в процессы обмена веществ в- организмах и избирательно концентрироваться в определен­ ных тканях. Сг1 3 7 характеризуется периодом полураспада, равным 29 годам, но в отличие от Sr9 0 равномерно распре­ деляется в организмах и считается главным источником гене­

роэлементов, основная роль принадлежит материнским гор­ ным породам. Именно они определяют главные черты микро­ элементной характеристики почв.

Материнские или почвообразующие породы очень разнооб­ разны. Они представляют собой продукты выветривания гор­ ных пород, магматических, метаморфических, осадочных. Все «исходные» горные породы различаются составом минералов, их слагающих и степенью устойчивости этих минералов.

В настоящее время на поверхности суши Земного шара преобладают осадочные породы (~75%), в более глубоких частях литосферы соотношение изменяется в пользу пород магматических. В историческом прошлом, на «заре истории Земли» единственными породами были породы магматиче­ ские.

При образовании осадочных толщ часть минералов насле­ довалась от «первичных» магматических пород, часть образо­ валась вновь (таблица 3). При сравнении минералогического состава магматических и осадочных пород выявляются мине­ ралы, приуроченные лишь к одной из групп пород. Например, оливин, биотит, роговая обманка, авгит—характерны для магматических пород; глинистые железистые минералы, доло^

14

миты — для осадочных. Часть минералов присутствует и в магматических и в осадочных породах. Эта группа сравнитель­ но стойких минералов. Причем в осадочных породах относи­ тельно накапливаются самые устойчивые минералы (кварц) и уменьшаются менее стойкие (ортоклаз, альбит).

Минералогический состав метаморфических пород менее изучен. В качестве породообразующих минералов в них пре­ обладают кварц, полевые шпаты, слюды. К специфическим минералам могут быть отнесены: эпидот, гранаты, диопсид, волластонит, кордиерит, ставрилит, дистен, андалузит.

В пределах каждой группы горных пород химический и минералогический состав довольно сильно варьирует. Группа магматических пород разделяется по содержанию кварца на кислые, средние, основные и ультраосновные. Для каждого типа пород характерны определенные минералы и приурочен­ ные к ним микроэлементы.

Ультраосновные породы, содержащие такие минералы, как оливин, пироксены, амфиболы, характеризуются высоким со­

Основные породы, в состав которых, кроме перечисленных

15

минералов, входят еще и основные плагиоклазы, имеют не­ сколько более разнообразный набор микроэлементов: помимо семейства железа они содержат также Li, Sr, Cs, Pb, Ba.

В среднекислых и кислых породах, где преобладают пла­ гиоклазы и калиево-натриевые полевые шпаты, состав микро­ элементов резко отличный. Главную роль начинают играть такие микроэлементы, как Rb, Be, Sr, F, Ga, L i , Cs, Mo, Zr,

В обширной группе осадочных пород наиболее распростра­ нены глинистые, следующее место принадлежит песчаным от­

роэлементный состав и наиболее высокое содержание микро­ элементов имеют глинистые породы. Для известняков набор микроэлементов более узок и специфичен, хотя по уровню со­ держания может достигать больших величин. Наиболее бед­ ны микроэлементами песчаные отложения. Самое общее пред­ ставление о кларках микроэлементов в различных породах и соотношении их можно составить по ниже приведенным дан­

16

микроэлементов приурочено к определенным зонам. В пре­ делах зоны происходит дифференциация веществ, но по эле^ ментарным ландшафтам, в результате чего формируются зо­ нальные парагенетические ассоциации минеральных новооб­ разований (рис. 1). Довольно четко выявляются два типа ги-

пергенного-минералообразования — гумидный и аридный. Для первого, характерно образование гидрогетита, геля железа и гидроокислов марганца. В' подчиненных, ландшафтах появля­ ются карбонаты, фосфаты закиси и окиси железа, родохрозит^

рогенным минералообразованиём|связано возникновение гид­ рогетита и мельниковита. '