Коэффициенты концентрации химических элементов в океанической и речной воде (А.П. Виноградов, 1967)

Содержание газов, растворенных в воде, зависит от времени года. Летом воды отдают газы (CO₂,O₂) в атмосферу, зимой – их поглощают. Количество растворенного кислорода зависит от массы живых организмов, поглощающих кислород, и водорослей, его выделяющих. По подсчетам А.П. Виноградова (1967), объем растворенных газов в Мировом океане составляет 4,32 ^. 10²⁴ см³, что в 3,15 раза превышает весь объем воды в океане (1,37 ^. 10²⁴ см³). Пресные воды растворяют в себе больше газов, чем соленые океана. Чем больше атомный вес газа, тем больше его растворимость, поэтому для тяжелых инертных газов океаническая вода служит природным концентратором. С повышением температуры и солености количество растворенных газов убывает. Высокая растворимость CO₂ в воде обусловлена реакцией:

CO₂ + H₂O Û H₂CO₃.

При низких температурах реакция сдвинута вправо.

Время пребывания элементов во взвешенном, ионном состоянии в воде различно. Нахождение натрия сопоставимо с возрастом океана, что указывает на его пониженную реакционную способность. Распространенные K, Ca, Mg содержатся около 10⁷ лет, Mn – 1400 лет. Наиболее короткое время пребывания имеют Si и Al. Часть кремния захватывается организмами, алюминий осаждается из раствора. Искусственные радиоизотопы цезия и стронция дольше пребывают в воде по сравнению с периодом их полураспада. Металлы из воды удаляются путем осаждения, адсорбции сульфидом железа, оксидом марганца и глинами или в результате деятельности организмов.

Материковые воды (ледники, озерные, болотные, речные, подземные, термальные вулканических областей) в основном формируются за счет атмосферных осадков, часть их инфильтруется, пополняя подземные воды. Они соприкасаются с породами, живыми организмами, атмосферой, поэтому компонентный состав материковых вод аналогичен океаническим, за исключением вод с минимальной минерализацией (пресных) и преобладающих катионов и анионов. Основной химический состав материковых вод гидрокарбонатно-кальциевый. Закономерности соотношений химических элементов по материкам близкие. Повышенным содержанием в водах SiO₂ за счет вод зоны экваториальных и тропических лесов выделяются Южная Америка и Африка.

Минерализация материковых вод испытывает сезонные колебания: зимой минерализация выше, чем в период половодий, сезона дождей или таяния ледника. В зонах избыточного увлажнения воды могут быть ультрапресные. Озера гумидной зоны имеют пресные воды, аридной – соленые, чаще хлоридно-сульфатные. Подземные воды изменяются от пресных до соленых, некоторые бассейны их изолированы водонепроницаемыми осадочными породами и содержат очень мало свободного кислорода.

Грунтовые воды – источник питания многих рек, содержат растворенный кислород, поэтому могут окислять сульфидные руды. Минерализация их повышается в направлении север–юг, соответственно изменяется кислая реакция в тундре на нейтральную и слабощелочную в зоне пустынь.

Под воздействием солнечной радиации воды гидросферы находятся в непрерывном круговороте, поэтому все геосферы Земли связаны между собой. Ежегодно сушу омывает 36380 км³ воды и 1750 м³ тающей ледниковой воды. Ежегодно производится большая геохимическая работа по растворению, переносу и осаждению минеральных и органических компонентов. Океаны являются основной зоной формирования осадочных отложений.

Интенсивность водной миграции и концентрации химических элементов. Для суждения о миграции химических элементов недостаточно информации о содержании их в воде. А. И. Перельман предложил оценивать интенсивность водной миграции на основе расчета ее коэффициента (К_х), который представляет собой отношение содержания элемента в минеральном остатке воды (М _х) к его содержанию в водовмещающих породах или к кларку земной коры(n_х) и с учетом минерализации воды (a):

В трещинных водах гранитоидов (табл. 15) количество Zn, Cu и Mo меньше, чем Si и Ca. Из этого не следует, что микроэлементы мигрируют с меньшей интенсивностью. По величине К_х видно, что Zn мигрирует интенсивнее Si и Cu. Интенсивность миграции Ca почти такая же, как и у Mo, и оба элемента мигрируют несколько слабее Zn. Таким образом, элементы образуют следующий ряд интенсивности миграции: Zn > Ca > Mo > Cu > S.

Таблица 15