Глава 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МИГРАЦИЯ

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Атом в сотнях своих видоизменений, как своеобразный кирпич мироздания, строит его, и неумолимые законы физики и химии управляют его судьбами.

А.Е. ФЕРСМАН

Использование законов физики и химии для познания миграции атомов в земной коре приобрело исключительное значение в геохимии. Этому вопросу посвящено большинство трудов А.Е. Ферсмана, В.М. Гольдшмидта и их многочисленных последователей. Велика роль подобного подхода и для геохимии ландшафта.

Общие особенности физико-химической миграции

В ландшафте, как и в земной коре, распространены все основные типы химической связи: ионная, ковалентная, металлическая, молекулярная и водородная. Первые 50 лет развитие геохимии происходило преимущественно в рамках "ионнои концепции .

Ионы в ландшафтах

Даже при низком содержании ионы могут играть в ландшафтах важную роль. Так, если в воде лишь 10"4 г/л водородного иона (Н+), он определяет условия миграции других элементов, это ландшафт "кислого класса". Особенно важно, что разновалентные ионы одного элемента ведут себя как различные элементы. Например, Fe^+ похож на Са^+, Mg2+, a Fe3 + — на А13 + , СгЗ + . Чем больше валентных состояний у элемента, чем разнообразнее его ионы, тем разнообразнее его миграция.

Основоположником ионной концепции в геохимии был В.М. Гольдшмидт, который предположил, что ионы в кристаллах можно рассматривать как несжимаемые шарики. На основе данных рентгеновского анализа и ряда допущений он в 1926 г. вычислил радиусы большинства ионов и объяснил на этой основе многие природные явления. В конце 20-х — начале 30-х годов геохимия во многом развивалась под влиянием этих идей, проблема "ионы в геохимии" стала одной из центральных, начался особый "кристаллохимический этап" в истории этой науки, расцвет которого пришелся на 30 — 50-е годы. В СССР данное направление развивали А.Е. Ферсман и его последователи — А.А. Сауков, В.В. Щербина, К.А. Власов и др. Геохимики начали широко использовать новые константы — размеры атомов и ионов. Они научились оперировать этими малыми величинами (п. 10" Ю м), от которых, как выяснилось, зависят многие важные явления природы.

Ионы характерны для горных пород, почв, природных вод и атмосферы, т.е. это широко распространенная форма нахождения элементов, и только живые организмы и связанные с ними органические соединения (гумус и т.д.) составляют в этом отношении исключение. Ионные радиусы — это не физические константы, и использовать эти величины нужно осторожно, но все же прав был А.Е. Ферсман, говоря об огромном значении радиусов ионов в геохимии.

Щелочные и щелочно-земельные металлы, теряя валентные электроны, становятся ионами с электронной конфигурацией благородных газов, а галогены, приобретая электроны, при ионизации получают такую же конфигурацию. Поэтому ионы этих и некоторых других элементов именуются "ионами типа благородных газов". По Гольдшмидту, их способность вести себя как катионы (катионоген- ность) или анионы (анионогенность) зависит от соотношения радиуса ионов и их заряда (валентности). При малых значениях этой величины ("ионного потенциала") элемент ведет себя как типичный катион (например, щелочной металл), а при больших — образует типичный анион (например, хлор) (4.1). Катионоген- ность и анионогенность не синонимы понятий "металлы" и "неметаллы". Хотя для металлов характерно образование катионов, они могут образовывать и анионы,например, Мо образует анион аналог сульфат-иона SO^-. С другой стороны, типичный неметалл N, помимо наиболее характерных для него анионов (N03- и др.), образует и катион

В ландшафтах, как и в земной коре, элементы мигрируют и в ионной, и в неионной форме. Поэтому, несмотря на огромную роль "ионной концепции", она не объяснила все особенности физико- химической миграции. Многие элементы мигрируют в составе недиссоциирован- ных молекул, коллоидных мицелл. Неионная форма преобладает в органических соединениях, из которых многие растворимы в воде (фульвокислоты и др.). В комплексе с органическими веществами мигрируют и многие металлы. Использование в подобных случаях понятий о радиусах и других характеристиках ионов методологически неоправданно.

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов