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 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Система река-море и ее роль в геохимии океана

-- [ Страница 4 ] --

Биогенные элементы (N, P, Si).

Распределение биогенных элементов изучалось нами в эстуарии Амазонки и рек Арктики (Монин, Гордеев, 1988; Gordeev et al, 1992, 2007). О почти полном усвоении нитратных и нитритных форм азота и переводе их во взвешенную форму, а также большей части фосфора в эстуарии Амазонки свидетельствуют данные, полученные в 1983 г. во время экспедиции в бассейн Амазонки (Монин, Гордеев, 1988; Gordeev et al., 1992) (рис.7). Подобная картина наблюдалась и в Обской Губе, и в Енисейском заливе (Gordeev et al., 2007). Как правило, поведение растворенной формы азота – нитратов - в эстуариях неконсервативно, азот является необходимым для развития фитопланктона элементом и нередко он полностью усваивается, что снижает его концентрации до аналитического нуля. Есть, однако, примеры и консервативного поведения NO3, нередко оба типа распределений наблюдаются в одном и том же эстуарии в разные сезоны года. Столь разнообразное поведение нитратов затрудняет оценку потерь этой формы азота в МФ рек в глобальном масштабе.

Зависимость концентрации фосфатов от солености, как правило, носит сложный и неоднозначный характер. Участие элемента в биологических процессах предопределяет неконсервативный характер его поведения. Потребляемый при фотосинтезе минеральный фосфор переходит во взвешенную форму, частично реминерализуется в водной толще, частично потребляется зоопланктоном и осаждается в виде детрита на дно.

Рис.7. Зависимость нитратов (черные точки), растворенного кислорода (а) и взвешенного органического азота (черные точки) и мутности (б) от солености в эстуарии Амазонки в апреле 1983 г. (Gordeev et al, 1992)

Поведение растворенного кремния в зонах смешения речных и морских вод изучалось многими авторами. В соответствии с существующими данными эстуарии разбиваются на три группы: 1) с консервативным поведением растворенного SiO2 (потери практически отсутствуют); 2) с незначительным удалением небиологического характера (за счет сорбции слоистыми силикатами или гидроокислами Fe, Al и Mn); 3) с биологическим удалением, иногда достигающим 100%. Обычно встречается первый тип поведения кремния в эстуариях.

Микроэлементы

Железо. Почти на три порядка более высокая концентрация растворенного железа в речной воде по сравнению с океанскими водами, доминирование коллоидной формы железа, значительные изменения величин рН, Eh и ионной силы должны приводить к потерям Feраств. в эстуариях. Эксперименты, проведенные Е. Шолковицем (Sholkovitz, 1976, 1978; Sholkovitz et al., 1978), показали, что Feраств. интенсивно удаляется вместе с гуминовыми кислотами уже на начальной стадии смешения (S 0-5‰). Его потери при этом достигают 95%. Основной вывод из этих наблюдений: причиной удаления Feраств. и гуминовых кислот в эстуариях является единый химический процесс, т.е. флоккуляция коллоидов. Довольно многочисленные полевые наблюдения почти полностью согласуются с результатами экспериментов.

Прямые определения органически связанной фракции Feраств. в водах зоны смешения реки Кубань с азовоморскими водами показали, что флоккулирует именно эта фракция, тогда как неорганическое растворенное железо во всем диапазоне солености остается низким и меняется незначительно (рис.8).

Довольно богатый фактический материал вполне однозначно свидетельствует об активном преобразовании растворенного (коллоидного) железа в эстуариях во взвешенное, причем чем больше разница в концентрациях Feраств. и рН между крайними членами профиля река-море, тем более интенсивно протекает этот процесс. Образующиеся при флоккуляции аморфные Fe-гуматные частицы соосаждаются нередко вместе с Al и Р и сорбируют на себе многие микроэлементы.

Рис.8. Зависимость растворенного и взвешенного железа от солености в зоне смешения вод р.Кубани с азовоморскими водами (Демина, Гордеев, Фомина, 1978)

Марганец. Марганец – редокс–чувствительный элемент, довольно подвижный в морской среде. Основная часть растворенного марганца сосредоточена, в отличие от железа, преимущественно во фракциях низкого молекулярного веса, поэтому можно предполагать, что потери Mnраств. в эстуариях, если и будут, то, вероятно, существенно меньше, чем у Feраств.

В большинстве случаев наблюдается картина, показанная на рис.9 (зона смешения вод Северной Двины и Белого моря). Видно, что происходит обеднение взвеси марганцем за счет десорбции его с взвеси с переходом части металла в растворенное состояние, при этом увеличение концентрации Mnраств. практически совпадает с уменьшением концентрации Mnвзв..

В работе приведены данные также по большой группе других микроэлементов.

4.3. Потери элементов на геохимическом барьере река-море и их чистый (net) речной сток в океан

Зоны смешения речных и морских вод представляют собой эффективные ловушки, численным выражением эффективности которых служат оценки потерь элементов, показанные в Таблице 3. Приведенные потери представляют собой экспертные оценки, основанные на всей доступной информации о поведении элементов в зонах эстуариев, и потому носят несколько субъективный характер.

Данные таблицы относятся к собственно зонам смешения речных и морских вод и, как правило, не распространяются на океанские воды в области шельфа и континентального склона.

Рис.9. Зависимость (а) растворенного, (б) взвешенного ( в мкг/л) и (в) ( в % на сухую взвесь) марганца от солености в эстуарии Северной Двины.

.

В общем виде можно говорить о том, что для взвешенных форм элементов наиболее важен физический процесс механической дифференциации и осаждения на дно (коагуляция тонких взвесей, сорбция-десорбция и другие имеют в целом подчиненное значение); для растворенных форм определяющий процесс – образование железоорганических флоккул, адсорбция и соосаждение с ними многих микроэлементов. Показано, что потери разных элементов в растворе различны, поскольку различны константы стабильности (сродство) комплексов металлов с гуминовыми и фульвокислотами и способности к сорбции на частицах гидроокиси железа.

Таблица 3. Потери растворенных элементов в эстуарных зонах

0% 1-10% 10-50% 60-80%
Na, Ca, K, Mg, Li, Rb, Cs, Mo, V, Ni, Sr, B, F Cорг., Si, Cu, Zn Mn, Al, Pb, Co, U Fe, РЗЭ

Из представленной таблицы можно сделать следующие выводы:

1) С учетом потерь элементов в эстуариях существенно снижается отношение стока взвешенных элементов к их общему стоку, что приводит к увеличению доли стока растворенных элементов. Однако для большинства элементов даже 90%-ные потери во взвеси не могут изменить доминирующую роль взвесей:

Si, Cu, Ni, Rb, V – 50-90%

Mn, Zn, Pb, Co, Cs, V – 90-98%

Al, Fe, все РЗЭ - >98%.

2) Чистый сток для всех химических элементов оказывается ниже валового речного стока.

Потери марганца и ряда сопутствующих элементов (Cu, Zn) оказываются меньшими, чем у большинства элементов. Во-первых, это связано с тем, что в результате диффузионного подтока Mn из обогащенных им иловых вод восстановленных осадков в водную толщу эстуарных вод образуются аморфные частицы, которые в значительной части выносятся в открытые воды океана. Во-вторых, проникающие в океан 5-10% валового твердого стока представлены наиболее тонкими частицами, как и для других элементов.

ГЛАВА 5. РОЛЬ РЕЧНОГО СТОКА В ГЕОХИМИИ ОКЕАНА

5.1. Устьевые области крупных рек первый глобальный уровень лавинной седиментации

Потери главной части твердого и частично растворенного осадочного материала в областях маргинальных фильтров рек приводят к накоплению в них огромных толщ отложений (до 10-15 км и более). Этот вопрос детально изучен А.П. Лисицыным (1988). Он выделяет три глобальных уровня лавинной седиментации – 1) эстуарии и дельты рек, 2) основание континентального склона, 3) активные окраины (зоны субдукции океанской коры) и глубоководные желоба. О переводе речной взвеси в донные осадки свидетельствует резкое снижение средне-глобальной концентрации речной взвеси – с 460 мг/л до 0,01 мг/л в глубинных водах океана, т.е. почти в 50000 раз!

Таким образом, система река-море представляет собой мощную ловушку терригенного осадочного материала, образующую глобальный пояс гигантских отложений – первый глобальный уровень лавинной седиментации.

5.2. Геохимическая система элементов в речных и океанских водах

Сравним средние концентрации растворенных элементов в речной воде с их концентрациями в океанских водах (рис.10) Ясно видно, что для довольно большой группы элементов уровни их концентраций оказывается в океане выше, чем в реках. Это все макроионы, редкие щелочные и щелочно-земельные элементы, некоторые галогены и анионогенные элементы (B, As, Mo, Re, Se), несколько металлов (Sb, V, Ta, Cd), а также биогены (Si, N, P), концентрации которых в реках и океане одного порядка. Все остальные (большинство тяжелых металлов, элементы-гидролизаты, включая РЗЭ, благородные и некоторые анионогенные элементы - Ge, W) имеют более высокие концентрации в речной воде.

Рис.10.Сравнение средних концентраций химических элементов в речной и океанской воде

Особо выделяются Fe и Mn, разница в концентрациях которых в реках и океане очень велика – более чем в 2000 раз. Уже неоднократно подчеркивалось, что именно эти металлы играют важнейшую роль в геохимических процессах как элементы-носители, определяющие судьбу многих микроэлементов и в реках, и в океане.

Элементы разбиваются на несколько групп.

Элементы Cd, Ba Макроионы, редкие щелочные и щелочноземельные, галогены, анионы Группа тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni) Mn, Pb, Al Fe, РЗЭ
Средние отношения Срека / Сокеан 1,2–1,5 <1 1-10 6-2100 2300 20-70
Оценки потерь + 0 0-10 20–30 70-80
Преобладающий тип распределения в океане Биогенный Консерватив-ный Биоген-ный Биогенный – литоген- ный Литоген- ный

Вполне определенно прослеживается тенденция – чем выше концентрация элемента в речной воде по отношению к океанской, тем больше потери растворенной формы этого элемента в зоне смешения река-море, т.е. элемент более активно вовлекается в процессы трансформации в этой переходной от континента к океану зоне. Однако эта взаимосвязь не прямолинейная (например, Mn с очень высоким отношением концентраций не находится в группе с Fe), также имеют место исключения.

Два металла – Cd и Ba с почти равными концентрациями в воде рек и океана – демонстрируют не потери, а, напротив, более высокие чистые стоки за счет десорбции с взвеси.

Наибольшее удаление характерно для Fe и РЗЭ, хотя для последней группы редких металлов превышение концентраций в реках (для разных металлов от 20 до 70) намного меньше, чем для железа (2300).

Три группы элементов, различающихся по их распределению в океане, оказываются в четком соответствии с соотношением их концентраций в речной и океанской воде и с уровнем их потерь при эстуарном смешении (рис.11).

Для элементов консервативного типа распределения характерны более высокие, для макроионов в сотни и тысячи раз, концентрации в океане и отсутствие потерь при эстуарном смешении.

Элементы биогенного типа характеризуются немного повышенными концентрациями в реках (редко более чем в 10 раз) и либо незначительными потерями в эстуариях (0-10%), либо, напротив, даже более высоким чистым стоком по сравнению с валовым (Cd, Ba).

Наконец, для элементов литогенного типа характерно наибольшее преобладание концентраций в реках и наибольшие потери в эстуариях (для Fe и РЗЭ иногда до 90-95%).

Представленные весьма кратко в данном разделе результаты рельефно показывают, что концентрации элементов, поведение их в зонах смешения речных и морских вод и распределение в океане по вертикали находятся в тесной взаимосвязи. Другими словами, вся совокупность химических элементов в их взаимодействии реально представляет собой геохимическую систему элементов в речных и океанских водах (четвертое защищаемое положение).

 Взаимосвязь между отношениями концентраций элементов в речной и морской-11
Рис.11. Взаимосвязь между отношениями концентраций элементов в речной и морской воде, их потерями в зоне смешения река-море и типами их распределения в толще океанских вод.

5.3. Взвешенные вещества в речном стоке и в океане

Прямое сопоставление средних содержаний химических элементов в речной и океанской взвеси (в % на сухую взвесь) показывает, что в соответствии с величинами этих отношений элементы разбиваются на следующие группы:

Отношение Свзв./океан Элемент
Свзв./реки
<0,1 Al, Ti, Sc, Th, легкие РЗЭ
0,1-1,0 Fe, Mn, Si, Ba, Co, Cr, Ga, Hf, V, U, Y, Zr, Cs, Li, Rb, тяжелые РЗЭ
1,0-10,0 Ca, K, Na, (Mg), P, Cu, Zn, Ni, Pb, Mo, Sb, Tl
>10,0 Ag, Cd, Sr


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.