Геохимия окружающей среды Лекция: «Химический состав объектов

Геохимия окружающей среды Лекция: «Химический состав объектов биосферы»

Земная кора, имеющая толщину твердой части около 33 км, состоит из трех геосфер, различающихся по физическому состоянию и химическому составу: • Литосфера – каменная оболочка земной коры толщиной около 16 км, состоящая из изверженных, метаморфических и осадочных горных пород. • Гидросфера – водная оболочка, включающая в себя воды Мирового океана, континентальные воды, а также подземные воды, насыщающие горные породы. • Атмосфера – газовая оболочка, состоящая в основном из азота, кислорода, аргона с примесями водяных паров, углекислого газа, благородных газов.

Биосфера – область нашей планеты, в которой существует или когда -либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов. Область возникновения жизни, её последующая эволюция и расцвет связаны с областью взаимодействия геосфер земной коры. Взаимодействие геосфер происходит, главным образом, на поверхности литосферы, где происходит взаимодействие твердой оболочки земной коры с водной и газовой оболочками. Также интенсивно взаимодействуют между собой на границе раздела атмосфера и гидросфера. Возникновение жизни на Земле, материальным воплощением которой являются многочисленные виды живых организмов, привело к появлению на поверхности земной коры новой системы, получившей название биосферы. Значение живых организмов для функционирования биосферы обусловлено их большим разнообразием, повсеместным распространением, длительностью существования в истории Земли, избирательным характером биохимической активности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

По современным данным количественные оценки объектов биосферы следующие: • литосфера (земная кора) – 28, 46 1018 т; • гидросфера – 1, 41 1018 т; • атмосфера – 5, 2 1015 т; • живое вещество – 2, 44 1012 т. Каждый из объектов биосферы Земли - литосфера, гидросфера, атмосфера и живое вещество имеет свой, характерный только для этого объекта химический состав.

Литосфера

Литосфера является самой верхней твердой оболочкой земной поверхности, толщиной 16 км. В литосфере преобладают магматические и излившиеся вулканические породы (граниты, диориты, габбро, базальты, сиениты, дуниты), на долю которых приходится около 95% массы литосферы. Оставшиеся 5% включают осадочные породы (глины, песчаники, известняки, эвапориты). При оценке среднего химического состава литосферы ее рассматривают как смесь базальтов и гранитов в соотношении 0, 33 : 0, 67. Средний химический состав литосферы определяется, в основном, "легкими" химическими элементами, которые характеризуются относительно небольшими и четными атомными массами. Это химические элементы с атомными номерами до 30 (атомный номер соответствует количеству протонов в ядре атома)

На долю 10 самых распространенных элементов приходится 99, 59% от массы земной коры Элемент Атомный Содержание номер в земной коре кислород О 8 47% натрий Na 11 2. 5 % кремний Si 14 29, 5 % калий К 19 2. 5 % алюминий Al 13 8, 05 % магний Mg 12 1. 87 % железо Fe 26 4, 65 % титан Ti 22 0, 45% кальций Са 20 2. 96 % марганец Mn 25 0, 1%

Минеральный состав литосферы на 98% представлен природными химическими соединениями 10 наиболее распространенных элементов Минерал Содержание, % Кварц Si. O 2 22, 9 Полевые шпаты K[Al. Si 3 O 8], Na[Al. Si 3 O 8], 54, 2 Ca[Al 2 Si 2 O 8] Амфибол R 7 Si 4 O 11](OH)2 9, 8 (где R= Mg, Ca, Fe) Слюды K(Mg, Fe)3(OH, F)[Si 2 O 10] , KAl 2(OH, F)[Al. Si 2 O 10] 5, 5 Пироксен Ca. Mg. Si 2 O 6 3, 5 Магнетит Fe 2 O 3 Fe. O 1, 3 Ильменит Fe. Ti. O 3 0, 6 Карбонаты Ca. CO 3 Mg. CO 3 0, 5

Продукты гипергенного преобразования главных породообразующих минералов

Кларки главных химических элементов литосферы в гранитной оболочке и осадочных породах.

Гидросфера

Распределение мировых ресурсов гидросферы

В целом в гидросфере наблюдаются иные, чем в литосфере количественные соотношения элементов.

Атмосфера

По химическому составу атмосфера на 99, 99% представлена четырьмя компонентами (в абсолютно сухом воздухе): • азот N 2 – 75, 51%; • кислород О 2 – 23, 15 %; • аргон Ar – 1, 28%; • углекислый газ СО 2 - 0, 046%. Кроме перечисленных основных компонентов в состав атмосферы входят микрокомпоненты, представленные инертными газами (гелий Не, неон Ne, криптон Kr, ксенон Xe) и водородом (Н 2). Содержание микрокомпонентов в атмосферном воздухе находится в пределах от 0, 3 10 -5% (водород) до 125 10 -5% (гелий). Около 95% массы атмосферы приходится на ее внутренний слой – тропосферу, простирающийся на высоту до 17 км от земной поверхности. Выше тропосферы на высоте от 17 до 48 км располагается второй атмосферный слой – стратосфера. В стратосфере сконцентрировано основное количество атмосферного озона О 3.

Живое вещество

Живое вещество биосферы в своем составе отражает особенности химического состава литосферы и гидросферы. Наиболее близко живое вещество по своему составу к гидросфере - преобладание в составе живого вещества кислорода (70 %) и водорода (10. 5 %). Сравнительно мало в живом веществе распространенных в литосфере, но не характерных для гидросферы элементов кремния (0. 15 %), железа (0. 02%) и алюминия (0. 02 %). С другой стороны, живое вещество по содержанию ряда элементов резко отличается и от литосферы, и от гидросферы. К таким элементам относятся углерод С и азот N. Содержание углерода в литосфере 0. 27 %, азота 0. 002 % , а в живом веществе , соответственно, 18% и 0. 3 % (степень концентрирования от 60 до 150 раз).

Геохимическая классификация химических элементов

Геохимическая классификация химических элементов В. И. Вернадского

Геохимическая классификация химических элементов по В. М. Гольдшмидту