Имя материала: Основы биогеохимии

Автор: В.В.ДОБРОВОЛЬСКИЙ

8.1. 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 272,8×1015 т, в гранитном слое — 222,8×1015 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)×109 т. Это количество на три порядка больше количества кальция, находящегося в биомассе фотосинтетиков океана (34×106 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 — 20×109 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)×109 т/год кальция, в среднем 2,3×109 т/год; в первичной биологической продукции океана в 2 раза меньше — 1,1×109 т/год. Таким образом, кальций — характерный элемент живого вещества суши. Масса вовлеченного в годовой биологический круговорот кальция составляет 3,4×109 т/год. С континентальным стоком выносится в форме катионов Са2+ нескольким более 0,5×109 т/год. Меньшее количество удаляется с твердым стоком — 0,471×109 т/год. Кроме того, с поверхности суши в океан с ветровой пылью выносится 0,048×109 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 164×10б т. С учетом 20 \% сухих осаждений (32,8×106 т) общая масса кальция, поступающая на протяжении года из океана в атмосферу, составляет около 197×106 т. Примерно 22×10б 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 339×106 т. С учетом 20 \% на сухое осаждение (68×106 т) общая масса кальция, участвующая в годовом обмене суша—атмосфера, составляет 407×106 т.

 

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 |