|
При характеристике твердого кристаллического вещества земной коры мы отмечали, что атомы в нем могут находиться в разном состоянии. Они образуют самостоятельные химические соединения (минералы), содержатся в виде изоморфных примесей, присутствуют в неупорядоченном рассеянном состоянии. Эти состояния называются формами нахождения химических элементов.
В водах суши имеются также различные формы нахождения химических элементов. Прежде всего следует выделить мелкие обломки минералов, которые переносятся движущейся водой. Частицы меньших размеров (величиной в несколько десятитысячных долей миллиметра) находятся в состоянии коллоидных растворов. Значительные массы химических элементов присутствуют в воде в форме молекулярных и ионных растворов. Наиболее полно изучена миграция ионов.
Выдающийся советский ученый академик Б. Б. Полынов разработал оригинальный подход к изучению проблемы выветривания. На основании большого опыта он пришел к выводу о том, что при оценке этого сложного процесса неправильно ограничиваться изучением только твердых продуктов выветривания. Одновременно необходимо определить массу химических элементов, которые выносятся водой. Б. Б. Полынов сопоставил данные Ф. Кларка по среднему химическому составу кристаллических горных пород и средний состав растворенного вещества в реках, омывающих эти породы. Оказалось, что масса химического элемента, находящегося в растворенном состоянии в природных водах, не зависит от его содержания в породе. Возник вопрос: как выразить способность элемента переходить в подвижное состояние, в водный раствор?
Если просто сравнивать абсолютное количество различных химических элементов, содержащихся в виде растворимых соединений в воде, то это будет неверно. Так, например, кремний и хлор содержатся в речной воде почти в одинаковом количестве (около 6 - 10%), но в земной коре кремния более чем в тысячу раз больше, чем хлора. Следовательно, кремний вовлекается в водную миграцию в тысячу раз менее интенсивно, чем хлор. Таким образом, способность химических элементов переходить в раствор из горных пород можно выразить отношением содержания элемента в водах к его содержанию в породах. Б. Б. Полынов условно принял, что способность переходить в раствор (миграционная способность) хлора равна 100%, и соответственно пересчитал миграционную способность всех остальных элементов. Б. Б. Полынов допускал, что все минеральные соединения, содержащиеся в поверхностных водах, извлечены из выветривающихся горных пород. В действительности это справедливо лишь отчасти. Наиболее энергично мигрирующие в водах суши элементы (хлор, бром, йод, сульфат-ион) в основной своей массе поступают в речные воды не из горных пород, а из атмосферных осадков в результате их выноса из морских бассейнов и переноса с воздушными массами. Отчасти это относится и к другим элементам, более подробно этот процесс будет рассмотрен позже (гл. 4). Кроме того, один и тот же химический элемент может резко изменять свою способность переходить в раствор в зависимости от неодинаковой устойчивости минерала, в который он входит. Так, например, кремний, содержащийся в легко выветривающихся силикатах (например, оливинах), легко переходит в раствор. Но тот же кремний, входящий в состав очень устойчивого при выветривании минерала — кварца, с большим трудом переходит в раствор и обладает очень низкой миграционной способностью. Тем не менее такой подход дал возможность установить особый геохимический показатель, характеризующий концентрацию химического элемента в поверхностных водах относительно его содержания в твердом веществе земной коры.
В дальнейшем определение этого показателя несколько изменили. Если некоторый объем воды, например 1 л, испарить, нагревая его в фарфоровой чашке на водяной бане, то на дне чашки останется небольшой осадок. Это сумма всех растворенных в воде веществ, так называемый твердый остаток. Определив в нем содержание химического элемента и разделив полученное значение на содержание этого же элемента в горной породе, мы получим показатель, который советский геохимик А. И. Перельман назвал коэффициентом водной миграции. Этот коэффициент широко применяется при геохимических исследованиях, так как дает объективное представление об относительной интенсивности миграции всех химических элементов в водах зоны гипергенеза, хотя и не раскрывает закономерности, которые регулируют присутствие элемента в растворе или выпадение его в осадок.
Нахождение атома в состоянии иона, связанного с молекулами воды, или в состоянии нерастворимого соединения, выпадающего в осадок, объясняется многими причинами. Рассмотрим некоторые из них.
|