 |
|
|
Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ |
Превращения в зоне выветривания соединений щелочей и щелочных земель
|
Смотрите также:
Элювиальные коры выветривания...
Борис Борисович Полынов. Геохимия ...
Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
§41. Мы рассмотрели превращения в зоне выветривания соединений наиболее распространенных щелочей и щелочных земель.
Они в значительной степени аналогичны и для более редких, как, например, бария и стронция, среди вадозных соединений которых мы встречаем в коре выветривания как карбонаты, так и сульфаты: б а р и т (BaS04), витерит (ВаСОа), церуссит (SrS04), стронцианит (SrC03).
Что касается других металлических элементов тех же групп, а именно: лития, рубидия, цезия, меди, серебра, золота, цинка, кадмия, ртути, то об их роли в коре и зоне выветривания при современном состоянии наших знаний много говорить не приходится.
Относительно лития, рубидия и цезия нам известны их некоторые соединения — минералы несомненно более глубоких оболочек земной коры, как, например, лиги е- вая слюда (лепидолит), в которой обнаруживаются изоморфные примеси рубидия и цезия, или поллуцит — весьма редкий силикат цезия; в верхних же оболочках, в том числе и в коре выветривания, эти соединения исгыты- 168 вают, очевидно, распад, и элементы находятся в рассеянное состоянии, не давая молекулярных химических соединений. Для меди, серебра, цинка и ртути, первичными соединениями которых для зоны выветривания служат по преимуществу сернистые соединения: халькопирит (2CuFeS), борнит (CuaFeSa), аргентин (AgS), цинковая обманка (ZnS), киноварь (HgS) мы знаем целый ряд вадозных минералов, образующихся преимущественно в верхних частях проникающих в зону выветривания рудных жил. Такими являются: самородные медь, серебро и ртуть, окиси, сульфаты и карбонаты меди и цинка, а именно: куприт— Cu02, т е н о р и т — СиО, медный купорос — CuS04, м а л а х и т —CuC03 .Си(ОН)3, азурит — 2СаС03Си(0Н) 2, цинкит —ZnO, цинковый купоро с— ZnS04, смитсонит — ZnC03 и др., а для серебра, кроме того, известны вадозные галлоидные соединения: эмбо- л и т—AgCl(Br), кераргири т — AgCJ, б р о м и р и т — AgBr, миерзит — AgJ.
Несомненно, что значительные количества цинка и меди проходят в своем цикле в зоне выветривания через живое вещество, поглощаясь организмами не только пассивно из растворов, но и вступая в органометаллические соединения, выполняющие те или другие физиологические функции. Так, например, медь связывается органическим соединением гемо цианином — кровяным пигментом у некоторых низших животных из группы моллюсков и членистоногих. Цинк обнаружен в крови моллюсков Sycotypus canaliculars и Fulgur curica, причем значительная часть его связана в органическом соединении. И медь, и цинк концентрируются в печени, крови и мускулах целого ряда беспозвоночных животных (кишечнополостных, иглокожих, червей, ракообразных и моллюсков) и обнаруживаются в печени, мышцах, коже, молочных железах, семенниках и других органах высших позвоночных животных. О необходимости этих элементов для организмов свидетельствуют некоторые опыты. Так, например, есть указание, что у мышей, не получавших с пищей цинка, продолжительность жизни уменьшилась сравнительно с мышами, получавшими цинк.
Самородное золото в зоне выветривания, как и ряд других благородных металлов (§ 14), не окисляется и не дает соединений. Кадмий же является в значительной степени спутником цинка.
Здесь уместно вспомнить о свинце, судьба которого в зоне выветривания во многих отношениях подобна судьбе цинка. Являясь сюда также преимущественно в форме сернистых соединений (галенит PbS, примеси к пириту и сфалериту), он подвергается окислению и карбонатизации, дает вадозные сульфаты: англезит (PbS04) и карбонаты (церуссит РЬС03) и много реже самородный свинец.
§ 42. Из остальных элементов, играющих в тех. или других своих соединениях роль металла, более сосредоточенного внимания заслуживает марганец, так как он несмотря на сравнительно небольшое распространение его в земной коре (0.1%) играет заметную роль в зоне выветривания и биосфере.
В изверженных породах по подсчетам Вашингтона он составляет 0Л24°/о их массы, для осадочных пород- песчаников и глинистых сланцев его содержание понижается до „следов* и только в известняках оно достигает 0.05% их массы.
Первичными для коры выветривания являются следующие ювенильные и фреатические марганецсодержащие минералы: вольфраматы, как, например, гюбнерит—MnWOi, ниобаты [колумбит (Fe, Мп) Nb306l, танталаты: танталит (Fe, Мп) Та2Об, алюмосиликаты и, особенно, группа гранатов (спессартин MnaAl2Si3013); силикаты: род они т—MnSiOa; ортосил икаты: гель- вин (Mn,Fe)2(Mn2S) Ве3(Si04)3, тефроит — Mn2Si04; тита- носиликаты, к которым принадлежит астрофиллит; окислы марганца: манганозит (МпО), гаусманит (Мп804), браунит (3Mn203MnSi03).
Кроме того, в виде изоморфных примесей марганцевые соединения присутствуют во многих силикатах (роговые обманки), алюмосиликатах, алюмоборо- силикатах, феррисиликатах, ферритах, алюминатах и других ювенильных и фреатических минералах. В значительном большинстве перечисленных соединений марганец играет роль двухвалентного основания различных кислот, причем эта <юрма его соединений особенно характерна для ювенильных минералов. Трехвалентный марганец, выступающий в роли полуторных окислов, среди них менее распространен, но все m же, надо думать, он встречается у некоторых алюмосиликатов, например гранатов и быть может феррисиликатов.
Что касается браунита, то его рассматривают как марганцевую соль марганцевой кислоты НаМп03, к которой изоморфно примешивается метакремнекислый MnSiOs. Здесь, таким образом, марганец одновременно выступает в роли двухвалентного металла и четырехвалентного металлоида. Гаусманит же представляет собой марганцевую соль орто- марганцевой кислоты—МпяМп04. Таким образом, ангидридом обеих кислот является МпОа, представляющий высшую, среди природных соединений, степень окисления марганца. Необходимо отметить, что соединения высших степеней окисления марганца более присущи зоне выветривания, и если мы наблюдаем их в брауните и гаусманите, т. е. минералах (по Вернадскому) фреатических, то лишь потому, что эти минералы свойственны верхней части фреатиче- ской области, т. е. части переходной уже к зоне выветривания.
При разрушении ювеиильных и фреатических марГанец- содержащих минералов, переход его в раствор совершается как в форме золя, так, повидимому, и в форме бикарбоната, растворенное состояние которого, как и бикарбоната железа, поддерживается присутствием свободной углекислоты. Что касается состояния золя, то условия, поддерживающие его, равно как и условия выпадения гелей марганцевых окислов и коагелей его с органическими коллоидами (гумами), кремнеземом, полуторными окислами и в частности гидроокисью железа весьма разнообразны, что объясняется прежде всего многообразной химической природой марганца и несомненной способностю его дисперсной фазы сравнительно легко менять при изменяющихся условиях знак электрического заряда и вместе с этим, очевидно, и условия равновесия. Во всяком случае, нам известны многочисленные случаи выпадения из рассеянного состояния гелей и коагелей соединений марганца, как в области податмо- сферной коры выветривания, так и на дне океанов и морей. На суше в области влажного как тропического, так и умеренного климата, при образовании подзолистых почв марганец вместе с железом дает многочисленные формы бобовых руд и ортштейнов, причем в последнем случае не лишена возможность коагелей его гидроокиси, как и гидроокиси железа с кремнеземом.
Его совместные с железом скопления известны также в лимонитах, озерных и болотных рудах, причем иногда он получает даже явное преобладание над гидроокисью железа. Но особенно крупное скопление гидрогелей окиси марганца наблюдается на дне океанов и морей, где также он находится в различных соотношениях с гидроокисью железа, причем и здесь получает нередко подавляющее преобладание над железом и другими примесями (например, до 70% МпО.;, более 7% МпО, более 10 % Н20). Этн образования в форме крупных конкреций, мелких желваков, натечных форм и пленок, покрывающих раковины, кости, обломки пород, известные под названием в а д о в, особенно характерны для глубоководной области на дне Тихого, Индийского, Атлантического океанов, Северного ледовитого моря, в больших количествах находятся в Балтийском, Баренцовом, Карском морях и встречаются в Черном и других морях. Встречаясь в более мелких частях морского и океанического дна, вады содержат обычно больше железа.
Преобладание марганца над железом, отмеченное для многих и в том числе глубоководных скоплений вадов, объясняется достаточно удовлетворительно тем, что при действии на растворы карбонатов железа и марганца м е- д ленного окисления железо скорее выпадает в форме гидроокиси, а марганец дольше сохраняет форму карбоната и, следовательно, дальше может уноситься растворами вформе бикарбоната. Этим, понятно, можно объяснить обогащение марганцем глубоководных вадов, однако немалую роль в изменениях отношений между железом и марганцем вкоагелях играют и слоясные условия коагуляции этих соединений из состояния золя, условиях, к сожалению, далеко еще не ясных для нас.
Если высшие степени окисления марганца свойственны коре выветривания, то из этого, понятно, не следует, что в ней не могут иметь места низшие окислы, Как мы уже знаем, коре выветривания свойственны и даже характерны для ее циклов процессы восстановления (§ 14), и, понятно, кислородные соединения марганца, попадая в области этих / процессов, легко подвергаются восстановлению, давая соединения низшей степени окисления. О роли марганца, как соединения, дающего обратимые окислы в процессе распределения кислорода в коре выветривания, говорилось уже выше (§ 17). Процессы восстановления, присутствия в вадозных растворах углекислого марганца, образование ро - дохрозита (МпСОз) в верхних частях рудных жил с марганцевыми минералами и сталактитов редкого минерала м алла рдит a (MnSO) заставляют нас к числу вадозных форм относить карбонаты и сульфаты марганца, очевидно весьма неустойчивые в коре выветривания. Теоретически возможно допустить для марганца и роль поглощенного основания, поскольку мы допускаем возможность молекулярных вадозных растворов его солей.
Кристаллизация вадов и вообще гелей гидроокислов марганца приводит к определенным кристаллическим простым и более сложного состава марганцевым минералам, из которых в пределах коры выветривания мы встречаем полукристаллическую форму неопределенного состава—п сило- мел а н, представляющий собой по всей вероятности смесь окислов МпОз и Мп02 и их гидратов, и пиролюзит — безводную окись MnCL. Вполне возможно, что вышеуказанные минералы ray сманит и браунит также являются продуктами кристаллизации вадозных гелей и коагелей кислородных соединений марганца, имеющей место при переходе в области метаморфизма. В более глубоких частях фреатической оболочки из этих же бывших гелей и коагелей несомненно создаются многие и в том числе, быть может, уже перечисленные нами выше марганцевые минералы, но эти процессы находятся уже вне нашего рассмотрения.
В малом цикле марганца, протекающем в зоне выветривания, принимают участие организмы. В этом случае мы должны принять во внимание не только то косвенное участие, которое выражается, например,в образовании С02,обусловливающем карбонаты марганца и их более успешное растворение в водных растворах, или образование гумуса и, как следствие, его коагелей с окислами, но и то прямое, которое отмечается для органогенных элементов. Присутствие марганца в золе растений и животных организмов, и особенно обогащение им тех растительных организмов, которые живут в богатой марганцем почве, само по себе не является доказательством какой-либо активной роли марганца в биосфере. Такие скопления могут быть пассивными. Эти факты представляют иной интерес. Например, поглощение растениями марганца из скоплений его в форме нерастворимого пиролюзита — Мп02 — является доказательством наличия в почве процессов, переводящих соединения марганца в более растворимые формы.
Более красноречивым свидетельством активной роли марганца в живом веществе являются случаи более высокой концентрации марганца в организмах, нежели в обитаемой ими среде, как это отмечается для некоторых мюрских водорослей, лишайников, грибов и других наземных растений.
К этой же категории относится участие уже упоминавшихся нами выше бактерий из рода Crenotrix и других (§ 13) в процессах окисления и отложения марганца в форме болотных, озерных руд и вадов, причем этот процесс, как и процесс окисления железа, играет роль дыхания у названных бактерий. Не лишнее также отметить положительный эффект действия марганцевых удобрений на некоторые культурные растения. Так, например, успешное разведение томатов в некоторых районах Флориды началось только после удачных опытов применения марганцевых удобрений. Все это говорит совершенно определенно, что марганец играет активную роль в живом веществе или замещая собой какой-либо другой элемент (железо?) или, быть может, имея специфическое значение.
Кстати отметить, что марганец обнаружен в кро- вянном пигменте некоторых низших животных. Мы видим, таким образом, что превращения соединений марганца в коре выветривания протекают во многих случаях аналогично превращениям железных соединений. Подобно последнему, марганец дает легко обратимые окислы, и значительные его массы проходят через стадию соединений живого вещества.
|
|
|
|
К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков