Ферсман: Занимательная геохимия. Химия земли

АТОМЫ В ВОДЕ

Над огромными просторами океанов непрерывно происходит испарение воды под влиянием тепла Солнца.

В атмосфере вода конденсируется и падает на землю в виде дождя, снега и града. Она размывает почвы, выщелачивает их, разрушает породы, растворяет массу разнообразных веществ и сносит все это опять в моря и океаны.

Таким образом, вода много миллионов раз совершает свой круговорот: океан атмосфера земля океан. И каждый раз она извлекает из твердых пород Земли все новые и новые количества растворяющихся в воде веществ.

Подсчитано, что ежегодно все реки мира сносят с поверхности Земли в океан около трех миллиардов тонн растворенных ими веществ.

Иначе говоря, воды разрушают и сносят со всей Земли за 25 тысяч лет слой пород толщиной около одного метра.

Работа, совершаемая водой на Земле, грандиозна.

Вода, химическая формула которой НгО,— одно из самых распространенных веществ на Земле.

Объем воды мирового океана составляет 1,37 миллиарда кубических километров!

Значение воды в истории Земли, а следовательно, и в геохимии огромно.

Вот почему в свое время в геологических науках существовала гипотеза о происхождении всех горных пород на земле иа водной среды.

В природе практически нет воды, которая не содержала бы каких-то примесей или растворенных в ней веществ или солей. В природе, иными словами, нет дистиллированной воды. Даже дождевая вода содержит углекислоту, следы азотной кислоты, иода, хлора и других соединений.

Получить химически чистую воду очень трудно, если не сказать — невозможно. Газы воздуха, стенки сосуда, в котором находится вода, хотя и в малых количествах, но растворяются и воде.

Например, миллиардные доли серебра переходят в раствор воды, содержащейся в серебряном сосуде. Серебро чайной ложки в ничтожном количестве переходит в воду. Химик почти не может заметить этих следов. Но некоторые низшие организмы, например водоросли, настолько чувствительны к следам серебра и к некоторым другим атомам в воде, что погибают от них.

Природная вода, протекая по чрезвычайно разнообразным породам Земли: пескам, глинам, известнякам, гранитам и так далее, извлекает, конечно, из них разнообразные соединения. Некоторые ученые говорили, что если знать, по какому ложу течет река,— можно сказать, какого состава будет ее вода.

Но, несмотря на то, что в природе, как мы уже знаем, широко распространены алюмосиликаты, воды, как правило, не содержат больших количеств алюминия и кремния. Если эти металлы и присутствуют, то главным образом в виде мути, в виде механической взвеси. С другой стороны, все воды рек и морей всегда содержат щелочи — натрий, калий, а также магний, кальций и другие элементы. В чем же дело?

Оказывается, что химический состав растворенных в водах солей чрезвычайно зависит от степени растворимости тех или иных солей в воде. Наиболее растворимые соединения являются самыми обычными составными частями природных вод. Насыщенные солями воды — рассолы — опять-таки содержат именно эти хорошо растворимые соединения атомов, вымытых из пород.

Океан, таким образом, является вместилищем растворимых солей, которые накопились в нем за все время существования Земли, в результате непрерывной циркуляции воды между материком и океаном.

Ученые пытались по количеству растворенных солей в океане подсчитать, какие их количества ежегодно выносят реки. На этом основании они вычисляли возраст океана, или то число лет, которое было необходимо, что Гейзер в Йеллоустонском парке. бы вода океана приобрела    США наблюдаемую сейчас концентрацию солей. Цифры, однако, получились не очень достоверные.

Итак, хорошо растворимые соединения атомов составляют основу солевой части природных вод. Вода океана содержит 3,5% солей, из которых более 80% хлористого натрия— всем нам известной поваренной соли. Каждый знает, как она легко растворяется. Все другие растворимые соединения находятся в воде лишь в очень малых количествах. В любой природной воде моря, реки, подземного источника — все химические элементы могут быть обнаружены. Весь вопрос в зовершенстве наших методов исследования.

Если вспомнить, что имеется всего около сотни химических элементов, то легко представить себе, какие разнообразные по своему составу воды могут встретиться в природе. И действительно, ученые установили существование многочисленных классов вод.

Воды океана в любом месте — на поверхности и в глубине (но вдали от берегов) — исключительно постоянны по своему составу.

Содержание в них всех химических элементов строго повторяется количественно. Менее постоянен, но очень схож между собой состав речных вод. То, что реки текут в разных породах, в разных климатических условиях, накладывает отпечаток на

их состав. Так, реки северных широт содержат больше железа, гумуса, часто они даже окрашены ими. Реки средних широт содержат главным образом натрий, калий, сульфаты, хлор. В более теплых широтах, особенно в областях, лишенных стока вод в моря или океаны, вода рек и, более часто, озер бывает засолена.

Подобная же смена состава вод по зонам наблюдается и по вертикали — для подземных пластовых вод. Чем глубже лежат эти воды, тем они больше приближаются к рассолам. Наиболее разнообразны по составу именно минеральные подземные воды, образующие нередко при выходе на поверхность минеральные источники, часто целебные.

Тут мы можем встретить воды кальциевые, йодо-бромные, радиевые, литиевые, железистые, серные, магниево-борные и др. Сами названия подсказывают, какое химическое соединение или химический элемепт является основной составной частью их растворенного остатка.

Происхождение этих минеральных вод связано с растворением минеральных отложений подземными водами, с процессом выщелачивания горных пород разного состава.

Занимательная и вместе с тем очень важная научная задача — по химическому составу этих вод разгадать весь процесс образования вод. Над нею работают геохимики и гидрохимики.

Ученые много раз пытались построить такую физико- химическую фабрику, которая сделала бы выгодной добычу золота из морской воды. Но до сих пор это еще не осуществлено.

Для морской воды характерна концентрация брома, йода и, конечно, хлора — очень важных для человека химических элементов.

Йод из морской воды поглощается водорослями и морскими организмами. Из водорослей и добывает человек основную массу промышленного йода.

Когда водоросли гибнут, содержащийся в них йод переходит в ил морского дна. Из ила моря постепенно образуются породы. Воды из них выжимаются, и образуются пластовые воды. В эти пластовые воды переходит и йод. При бурении на нефть часто вскрывают пластовые воды. Они богаты йодом и бромом.

В настоящее время из них научились получать эти элементы. Морская вода является неограниченным резервуаром брома, который в настоящее время в ряде мест уже начали добывать непосредственно из морской воды (как и магний).

Особенно интересна история атомов кальция в природных водах.

Природные воды часто бывают пересыщены ионами кальция, и тогда последний в виде карбоната кальция выпадает «а дно, образуя известняки или мел.

В истории кальция большую роль играет углекислота. Избыток ее приводит к растворению, недостаток — к выпадению карбоната кальция из растворов. И если мы вспомним, что углекислоту поглощают зеленые растения, то станет ясна их роль в осаждении кальция из воды. Действительно, огромные острова в теплом море — атоллы — сплошь сложены из карбоната кальция, отложенного в результате жизнедеятельности морских растений, а также из известковых скелетов морских животных.

Этим примером мы хотели показать, что на состав природных вод оказывает значительное влияние и живое население водоема.

Без ознакомления с влиянием «живого вещества» на состав вод водоемов нельзя полно представить себе все процессы, которые привели к современному составу воды рек, озер, морей и океанов.