авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Система река-море и ее роль в геохимии океана

-- [ Страница 2 ] --

Использовались и другие физические методы анализа, обычно в кооперации с другими специалистами. К ним следует отнести инверсионную вольтамперометрию (ИВА), инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА), рентгено-флуоресцентный анализ (РФА), эмиссионную спектрометрию со сдвоенной плазмой (ICP), лазерную фотоионизационную спектрометрию (ЛАФИС). Особенно стоит отметить последний уникальный метод, разработанный сотрудниками Института спектроскопии РАН и применявшийся в наших экспедициях. Этим методом удалось определить в морской воде растворенные формы редких благородных металлов - золота, родия и палладия.

Диссертационная работа основана на большом фактическом материале. Количество собственных анализов (элементоопределений) составляет более 2000 в речной воде, 2500 в речной взвеси, около 9000 в морской воде и 10000 в морской и океанской взвеси. Таким образом, общее количество элементоопределений превышает 23500.

Важнейшее внимание в аналитических исследованиях постоянно уделялось надежности получаемой аналитической информации. В первую очередь с этой целью широко применялись стандартные образцы воды и различных пород как отечественные, так и зарубежные. Автор принимал участие в аттестации следующих образцов: СДО-1, СДО-2 и СДО-3 – стандарты донных осадков океана, стандартов траппа, гранита и габбро СТ-1А, СГ-1А и СГД-1А, а также принимал участие во многих отечественных и международных интеркалибрациях.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ГЕОХИМИИ РЕЧНОГО СТОКА

2.1. Сток воды и взвешенных наносов рек Мира

В данном разделе приводятся современные данные из литературных источников об объемах стока воды и взвеси в глобальном масштабе.

В бывшем СССР и нынешней России обычно используется оценка речного стока из крупной обобщающей работы советских гидрологов под редакцией М.И. Будыко и А.А. Соколова «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (1974) - 40300 км3/год. Зарубежные исследователи пользуются несколько меньшим значением мирового стока рек – 37400 км3/год (Baumgartner, Reichel, 1975), или 35000 км3/год (Milliman, 1991, 2000).

Оценки глобального стока взвешенных наносов, или твердого стока рек, показывают, что пределы колебаний очень значительны – от 12,7 до 51,1 млрд.т в год. Наиболее близка к реальности, по-видимому, последняя оценка Дж. Миллимана (2000), который использовал базу данных для более чем 1500 рек, общая площадь водосборов которых составляет 85% всей дренируемой площади Земли. Отметим, что оценка Дж. Миллимана – 18,6 млрд. т в год – практически совпадает с более ранними оценками И. Холемана (Holeman, 1968) и А.П. Лисицына (1974).

2.2. Сток растворенных веществ

Рассматриваются современные данные о содержаниях, сезонных колебаниях и стоке в океан макроионов, органического углерода, биогенных элементов и микроэлементов.

Особенности ионного стока р. Лены детально разобраны в работе (Gordeev, Sidorov, 1993). Выполненные оценки глобального ионного стока (Гордеев, 1981) вполне соответствуют существующим представлениям: 3755 млн.т/г – природный сток, 4156 млн.т/г – с учетом антропогенного фактора.

Изучению стока органических веществ в Северный Ледовитый Океан посвящена серия работ диссертанта с соавторами (Gordeev et al., 1996; Gordeev, Tsirkunov, 1998; Gordeev, 2000; Gordeev, Rachold, 2003; Kohler, Meon, Gordeev et al., 2003; Гордеев, 2004; Gordeev, Rachold, Beeskow, 2007). Обзор всей имеющейся информации, выполненный в работе (Gordeev, Rachold, 2003), позволил установить наиболее достоверные средние концентрации растворенного, взвешенного и общего органического углерода и дать новые оценки их стока в моря Российской Арктики. Обширные исследования биогенных элементов выполнялись в бассейне крупнейшей реки Мира Амазонки (Монин, Гордеев, 1988; Gordeev et al., 1992) и на реках Российской Арктики (Gordeev et al, 1996; Gordeev, 1988, 2000; Гордеев и др., 2000; Маккавеев, Гордеев и др., 2002; Holmes et al, 2000, 2001; Gordeev et al, 2007).

Большое внимание всегда уделялось изучению геохимического поведения микроэлементов в речном стоке. Эта проблема детально рассматривалась в монографии (Гордеев, 1983) и ряде обобщающих работ (Martin, Gordeev, 1986; Gordeev, 2000; Gordeev et al, 2007). Изучались не только общие содержания растворенных металлов в реках, но и формы их существования – ионные и связанные с органикой (Демина, Гордеев, Фомина, 1978; Люцарев, Пашкова, Гордеев, 1984).

Общий (валовый) сток растворенных веществ в океан за год, по оценкам автора, составляет 4636 млн.т, из которых на долю ионного стока приходится 3755 млн.т, органического вещества - 430 млн.т, кремнезема – 418 млн.т, биогенов (азота и фосфора) – 15,5 млн.т и микроэлементов – 17,8 млн.т. Львиная доля стока - 81% - приходится на сток макроионов, ОВ (9%) и кремнезема (также 9%), тогда как сток биогенных элементов и микроэлементов составляет всего лишь по 0,4% тех и других.

2.3 Особенности геохимии речной взвеси

Детально рассмотрены особенности гранулометрического, минерального и химического состава взвесей (макроионы, ОВ, биогенные элементы и микроэлементы).

Собственные и литературные данные показывают, что взвесь равнинных рек значительно более тонкая по сравнению с взвесью горных рек (Страхов, 1961; Гордеев, 1983; Чудаева, 1982 и др.). Подтверждается вывод, что расчлененность рельефа (фактор тектонический) имеет первостепенное значение в формировании механического состава взвесей: с одной стороны, определяет повышенную способность потока к транспортировке грубых частиц, с другой – различие в составе пород (преимущественно кристаллических в складчатых областях и легкоразмываемых в пределах платформ).

Минеральный состав взвесей тесно связан с их гранулометрическим составом. В целом, в речных взвесях преобладают кварц, полевые шпаты, глинистые минералы (гидрослюда, смектит, хлорит, каолинит). Разграничение по преобладающим минералам областей, характерных для разных климатических зон, не вполне четкое. Частичное взаимное наложение этих областей объясняется наличием сложных связей между составом и содержанием глинистых минералов взвесей и составом пород, рельефом и климатом (Градусов, Чижикова, 1978; Серова, Горбунова, 1997).

Основной химический состав, органическое вещество и биогенные элементы

В работе (Гордеев, Лисицын, 1978) был опубликован средний химический состав взвесей рек Мира, основанный на материалах по 100 рекам. Одновременно и независимо от нас крупное обобщение по химии речных взвесей было выполнено французскими исследователями (Martin, Meybeck, 1979). Совсем недавно появилась работа В.С. Савенко (2006), в которой суммированы данные о среднем содержании оксидов главных петрогенных элементов во взвесях 128 рек Мира, сгруппированных по разным континентам. Наши данные (Гордеев, Лисицын, 1979; Гордеев, 1983) показывают хорошую сходимость с данными французских исследователей (Martin, Meybeck, 1979) и В.С. Савенко (2006). Таким образом, можно считать, что средний состав взвеси рек Мира определен достаточно надежно.

Отношения содержаний породообразующих элементов во взвеси рек Мира и глинах и сланцах (рис.1,а) показывают их близкое сходство. Этот факт прямо указывает на то, что именно осадочные породы верхней части континентальной коры являются важнейшим фактором генезиса речных взвесей. Это первая общая закономерность, защищаемая в работе.

В тропическом поясе взвеси заметно обогащены Al и Fe и обеднены Ca, Na, Mg и K (рис.1,б). Причина в том, что реки тропической зоны дренируют породы, подвергшиеся интенсивному химическому выветриванию. При химическом выветривании выносятся легко растворимые соли Na, Ca, Mg и K, а образующаяся кора выветривания обогащается Fe, Al и Ti (Страхов, 1961; Лисицына, 1973).

Рис.1 (а,б) Климатическая зональность химического состава речных взвесей - отношение породообразующих элементов в речной взвеси к осадочным породам верхней континентальной коры (глинам и сланцам) 1 - тундра/среднее, 2 - умеренный климат/среднее, 3 - тропики/среднее

Климат и литология, таким образом, оказывают большое влияние на химический состав речных взвесей, что вполне естественно: последний тесно связан с минералогией взвеси, в целом подчиняющейся климатической зональности (Лисицына, 1973; Лисицын, 1974, 1978).

Распределение органики во взвеси (глобальное среднее содержание ВОУ в речном стоке составляет 2,1%) в целом также подчиняется климатической зональности, однако в силу разнонаправленных факторов влияния эта зависимость проявляется лишь в форме общей тенденции (Савенко, 2006).

Взвешенные формы N и P изучались нами в стоке арктических рек (Gordeev et al, 2007).

Микроэлементы в речной взвеси

Содержание микроэлементов в речных взвесях зависят от многих факторов: от минералогического (элементы в кристаллических решетках) и гранулометрического (сорбция) состава взвеси, основных элементов-носителей (Fe, Al, Mn, Cорг), которые, в свою очередь, зависят от состава пород и почв бассейна, физико-географических условий и рельефа.

Как уже отмечалось, в работе (Гордеев, Лисицын, 1978) были впервые установлены кларки элементов в твердом стоке рек. Диаграмма сравнения средних содержаний элементов во взвеси и глинах и сланцах (рис.2) демонстрирует их сходство. Лишь для Be, In, N, Se, Pb и Zn отношения выше 2-3, и только для Au и Te

оно достигает 7. Следует подчеркнуть, что для таких редких элементов как Au, Be, Te, In, Se данных еще очень мало и нельзя считать их средние содержания надежно установленными. Для тяжелых металлов (Cu, Cr, Zn, Cd, Pb) отношения к глинам не превышают фактор 2. Это означает, что нет оснований утверждать, что в глобальном масштабе речные взвеси обогащены за счет антропогенного загрязнения, хотя имеются примеры загрязнения локального и даже регионального масштаба.

Рис.2. Отношения средних содержаний элементов во взвеси рек Мира к их содержанию в глинах и сланцах для более чем 50-ти элементов.

В нескольких работах рассматривался вопрос о взаимосвязи химического и гранулометрического состава взвесей (Морозов и др., 1974; Демина и др., 1978; Чудаева и др., 1982; Гордеев, 1983; Гордеев и др., 1983). Было показано, что такие элементы как Si и Ca в основном концентрируются в грубых фракциях (кремний за счет кварца в песчаной фракции, кальций за счет карбонатных раковинок и их обломков), тогда как большинство других элементов тяготеют к тонким фракциям (за счет глинистых минералов).

Формы металлов во взвеси изучались нами методом последовательных вытяжек различными химическими реагентами. Выделялись формы, связанные с сорбированным комплексом, карбонатами, аморфными и раскристаллизованными гироокислами Fe и Mn, с органическим веществом, а также с кристаллической матрицей взвеси. Во взвеси Риони и Ганга-Брахмапутры удалось выполнить определения форм элементов в различных размерных фракциях. Сопоставление данных для разных климатических зон показало определенное сходство форм элементов во взвеси рек из этих зон.

В Таблице 1 приведены сводные данные о глобальном среднем речном стоке растворенных и взвешенных веществ в океан.

Таблица 1. Глобальный средний речной сток растворенных и взвешенных веществ в океан

Среднее содержание Речной сток(2 Общий сток % взвешен-
Элемент Взвесь Взвесь Раствор Взвешенный Растворенный взвешенный+ ного стока от
% мг/л(1 мг/л 106т/г 106т/г растворенный общего стока
Si 25,6 118 4,1 4760 165 4925 96,6
Al 8,6 39,5 0,032 1600 1,3 1600 99,92
Ca 2,6 1,2 11,9 484 480 964 50,2
Mg 1,44 6,6 3,0 268 121 389 68,9
K 2,15 9,9 1,7 400 68 468 85,5
Na 0,82 3,8 5,5 152 222 374 40,6
Fe 5,1 23,5 0,066 950 2,6 953 99,7
Mn 0,11 0,51 0,034 20,5 1,36 21,9 93,6
Ti 0,4 1,8 0,0005 75 0,02 75 99,97
Cорг. 2,0 9,2 5,4 372 205 577 64,5
Cнеорг. 4,0 18,4 9,57 744 386 1130 65,8
N 0,175 0,80 0,375 32,6 14,5 47,1 69,2
P 0,10 0,46 0,025 18,6 1,0 19,6 94,9
Cl 0,016(3 0,074 5,9 2,8 238 241 1,2
S 0,12 0,55 2,8 22,3 113 135 16,5
F 0,07 0,32 0,1 13,0 4,0 17,0 76,5
I 0,0005 0,0023 0,07 0,093 2,8 2,89 3,2
всех 43,8 6,35 50,2 87,3
микроэ-
лементов
(~ 40)

(1 средневзвешенная концентрация взвеси в речном стоке – 460 мг/л;

(2 водный сток – 403000 км3/г, твердый сток – 18,6 млрд.т/г;

(3 за среднее содержание хлора в речной взвеси принято его содержание в осадочных породах

(Виноградов, 1962).

Рис.3. Относительный вынос элементов разными фракциями взвеси рек бассейна Каспийского моря (%) (Гордеев, 1983)

Имеющиеся материалы позволили прийти к выводу (рис.3), что все элементы, независимо от их распределения в гранулометрическом спектре взвесей, выносятся реками в океан в преобладающем количестве в составе наиболее тонких фракций, т.е. связаны с глинистыми минералами и другим тонкодисперсным материалом. Это вторая общая закономерность, установленная в данной работе.

Соотношение растворенных и взвешенных форм элементов в речном стоке

Соотношение между взвешенной и растворенной формами элементов в речном стоке имеет важный геохимический смысл. По Н.М. Страхову, это соотношение выражает относительную подвижность элементов в современных физико-географических условиях. Ниже приводятся все элементы, сгруппированные в соответствии с величинами относительных долей взвешенной формы в переносе речными водами.

Мевзв. (%) Элемент
Мевзв.+Мераств.
<10 Cl, I
10-50 S, Na, Ca, Br, Sb
50-70 Mg, Cорг., N, B, As, Mo, Sr, Cd, F
70-90 K, Ba, Li, Ag, U, Cu, Zn
90-95 P, Au, Ni
95-99 Si, Co, Rb, Zn, Th, V, Mn, Cr, Pb, Cs, Ga
>99 Al, Fe, Ti, Hf, РЗЭ, Sc


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.