Система река-море и ее роль в геохимии океана




НазваниеСистема река-море и ее роль в геохимии океана
страница4/5
Дата11.12.2012
Размер0.57 Mb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4   5
ГЛАВА 5. РОЛЬ РЕЧНОГО СТОКА В ГЕОХИМИИ ОКЕАНА


5.1. Устьевые области крупных рек – первый глобальный уровень лавинной седиментации


Потери главной части твердого и частично растворенного осадочного материала в областях маргинальных фильтров рек приводят к накоплению в них огромных толщ отложений (до 10-15 км и более). Этот вопрос детально изучен А.П. Лисицыным (1988). Он выделяет три глобальных уровня лавинной седиментации – 1) эстуарии и дельты рек, 2) основание континентального склона, 3) активные окраины (зоны субдукции океанской коры) и глубоководные желоба. О переводе речной взвеси в донные осадки свидетельствует резкое снижение средне-глобальной концентрации речной взвеси – с 460 мг/л до 0,01 мг/л в глубинных водах океана, т.е. почти в 50000 раз!

Таким образом, система река-море представляет собой мощную ловушку терригенного осадочного материала, образующую глобальный пояс гигантских отложений – первый глобальный уровень лавинной седиментации.


5.2. Геохимическая система элементов в речных и океанских водах

Сравним средние концентрации растворенных элементов в речной воде с их концентрациями в океанских водах (рис.10) Ясно видно, что для довольно большой группы элементов уровни их концентраций оказывается в океане выше, чем в реках. Это все макроионы, редкие щелочные и щелочно-земельные элементы, некоторые галогены и анионогенные элементы (B, As, Mo, Re, Se), несколько металлов (Sb, V, Ta, Cd), а также биогены (Si, N, P), концентрации которых в реках и океане одного порядка. Все остальные (большинство тяжелых металлов, элементы-гидролизаты, включая РЗЭ, благородные и некоторые анионогенные элементы - Ge, W) имеют более высокие концентрации в речной воде.



Рис.10.Сравнение средних концентраций химических элементов в речной и океанской воде

Особо выделяются Fe и Mn, разница в концентрациях которых в реках и океане очень велика – более чем в 2000 раз. Уже неоднократно подчеркивалось, что именно эти металлы играют важнейшую роль в геохимических процессах как элементы-носители, определяющие судьбу многих микроэлементов и в реках, и в океане.

Элементы разбиваются на несколько групп.


Элементы

Cd, Ba

Макроионы, редкие щелочные и щелочноземельные, галогены, анионы

Группа тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni)

Mn, Pb, Al

Fe, РЗЭ

Средние отношения Срека / Сокеан

1,2–1,5

<1

1-10

6-2100

2300

20-70

Оценки потерь

+

0

0-10

20–30

70-80

Преобладающий тип распределения в океане

Биогенный

Консерватив-ный

Биоген-ный

Биогенный – литоген-

ный

Литоген-

ный

Вполне определенно прослеживается тенденция – чем выше концентрация элемента в речной воде по отношению к океанской, тем больше потери растворенной формы этого элемента в зоне смешения река-море, т.е. элемент более активно вовлекается в процессы трансформации в этой переходной от континента к океану зоне. Однако эта взаимосвязь не прямолинейная (например, Mn с очень высоким отношением концентраций не находится в группе с Fe), также имеют место исключения.

Два металла – Cd и Ba с почти равными концентрациями в воде рек и океана – демонстрируют не потери, а, напротив, более высокие чистые стоки за счет десорбции с взвеси.

Наибольшее удаление характерно для Fe и РЗЭ, хотя для последней группы редких металлов превышение концентраций в реках (для разных металлов от 20 до 70) намного меньше, чем для железа (2300).

Три группы элементов, различающихся по их распределению в океане, оказываются в четком соответствии с соотношением их концентраций в речной и океанской воде и с уровнем их потерь при эстуарном смешении (рис.11).

Для элементов консервативного типа распределения характерны более высокие, для макроионов в сотни и тысячи раз, концентрации в океане и отсутствие потерь при эстуарном смешении.

Элементы биогенного типа характеризуются немного повышенными концентрациями в реках (редко более чем в 10 раз) и либо незначительными потерями в эстуариях (0-10%), либо, напротив, даже более высоким чистым стоком по сравнению с валовым (Cd, Ba).

Наконец, для элементов литогенного типа характерно наибольшее преобладание концентраций в реках и наибольшие потери в эстуариях (для Fe и РЗЭ иногда до 90-95%).

Представленные весьма кратко в данном разделе результаты рельефно показывают, что концентрации элементов, поведение их в зонах смешения речных и морских вод и распределение в океане по вертикали находятся в тесной взаимосвязи. Другими словами, вся совокупность химических элементов в их взаимодействии реально представляет собой геохимическую систему элементов в речных и океанских водах (четвертое защищаемое положение).





Рис.11. Взаимосвязь между отношениями концентраций элементов в речной и морской воде, их потерями в зоне смешения река-море и типами их распределения в толще океанских вод.

5.3. Взвешенные вещества в речном стоке и в океане


Прямое сопоставление средних содержаний химических элементов в речной и океанской взвеси (в % на сухую взвесь) показывает, что в соответствии с величинами этих отношений элементы разбиваются на следующие группы:


Отношение

Свзв./океан

Элемент

Свзв./реки

<0,1

Al, Ti, Sc, Th, легкие РЗЭ

0,1-1,0

Fe, Mn, Si, Ba, Co, Cr, Ga, Hf, V, U, Y, Zr, Cs, Li, Rb, тяжелые РЗЭ

1,0-10,0

Ca, K, Na, (Mg), P, Cu, Zn, Ni, Pb, Mo, Sb, Tl

>10,0

Ag, Cd, Sr


Большая группа элементов присутствует в океанской взвеси во много раз более низких содержаниях (например, Al, Ce, Eu, La в 15-30 раз), чем в речной взвеси. Это преимущественно элементы литогенного или консервативного типа распределения в океане. Достаточно очевидно, что это связано с разбавляющим действием органического вещества, которого в океанской взвеси в 5-10 раз больше, чем в речной взвеси (а по Богданову и Лисицыну (1974) даже 14-30 раз больше). К этой группе относятся также 4 элемента биогенного типа распределения – Si, Ba, Cr, Y.

Макрокатионы (Ca, K, Na и, вероятно, Mg) незначительно (в 1,6-1,7 раз для Ca и K, и в 5 раз для Na) обогащают океанские взвеси. Это элементы консервативного типа, концентрации которых в океанской воде в растворенном состоянии на несколько порядков выше, чем в речной. Подобные отношения (от 1 до 10) характерны для группы элементов биогенного типа – Cu, Ni, Zn, Sb, P, литогенного Pb и консервативного Tl. Наконец, три элемента резко обогащают океанские взвеси в сравнении с речными взвесями – это элементы биогенного типа Ag и Cd и консервативного типа Sr (в 17-25 раз).

Учитывая некоторую неопределенность с выделением типов распределения элементов в океане, можно говорить об определенной тенденции – обеднении океанских взвесей преимущественно элементами литогенного типа распределения и обогащения их элементами биогенного типа с промежуточным положением между ними элементов консервативного типа относительно их содержаний во взвеси рек.


Формы металлов во взвеси рек и океанов - сравнительный анализ

Сравнение форм металлов во взвеси рек и взвеси прибрежных и пелагических районов океана ясно показывает, что в океанских взвесях резко падает доля инертной формы металлов (обломочной, кристаллической) и возрастает значение подвижных форм (металл-органических и Fe-Mn гидроокисных, карбонатных и сорбированных). Данные по формам металлов убедительно подтверждают уже сделанный ранее вывод о радикальном увеличении геохимической подвижности практически всех химических элементов в океанской воде.

Преобладание в океане растворенных форм элементов над взвешенными и подвижных форм над инертными в составе взвесей коренным образом меняет представление о сущности геохимического процесса в океане.

Процесс механического разноса и фракционирования твердых фаз, поступивших с берега с речным стоком, сменяется более сложным процессом биогеохимического удаления главной (растворенной) части элементов, перевода ее во взвешенное состояние и осаждения в донные осадки.

Имеющиеся данные позволяют утверждать, что среди растворенных форм многих элементов наибольшее значение имеют геохимически-подвижные соединения, а именно комплексные соединения с органическими веществами и гидроокисные соединения железа и марганца, карбонаты и сорбированные элементы. Растворенная форма даже наиболее «терригенного» элемента-гидролизата алюминия тесно связана с биологическим циклом в океане (Caschetto, Wollast, 1979). Механическая дифференциация уступает в океане ведущую роль процессу биологической дифференциации, которая включает в себя стадии биоассимиляции, биофильтрации, биосорбции, биотранспорта, производит биотрансформацию растворенных и взвешенных форм элементов (Лисицын, 1978, 1983). С доминированием растворенных форм элементов над взвешенными несомненно связана и закономерная смена ведущей роли литогенных форм элементов на гидрогенные при переходе от прибрежных донных осадков к осадкам пелагическим и к железомарганцевым конкрециям, почти полностью состоящих из металлов в подвижных гидрогенных формах (например, Скорнякова, 1976; Гордеев, 1986 и др.).


5.4. Взаимосвязь потерь материала в эстуариях и его накопления в пелагических осадках океана


Имея результаты подсчетов абсолютных масс осадочного материала, ежегодно осаждающегося на дно океана, можно их сопоставить с данными по стоку речного осадочного материала, а абсолютные массы захоронения в океане элементов сравнить со стоком этих элементов с континентов. Такой независимый подход позволяет посмотреть на наши оценки потерь элементов с другой стороны.

Абсолютные массы терригенного и биогенного (карбонатного и кремнистого) материала в речном стоке и в донных осадках океанов и морей по результатам прямых определений показали, что в пелагиаль океанов проникает из исходных 22,1 млрд. т. всего 1,73 млрд. т. терригенного материала. То есть, всего 7,8%, подавляющая же часть этого материала – 92,2% осаждается в устьях рек (барьер река-море) и в конусах выноса, а также по периферии океана и участия в пелагической океанской седиментации не принимает (Лисицын, 1977). Эта цифра практически совпадает с нашими оценками потерь взвеси в эстуариях.

В Таблице 4 приведены впервые определенные прямым методом учета площадей на картах абсолютных масс (а не косвенными путями, как это делалось ранее) данные по ежегодному накоплению Al, Ti, Y, Ga, Zr, Hf в донных осадках Тихого, Индийского и Атлантического океанов. Для подсчетов были использованы карты абсолютных масс для отдельных элементов. Методом взвешивания подсчитывались площади распространения разных значений на дне океанов. После суммирования полученных значений были определены массы ежегодных накоплений элементов-гидролизатов в осадках океана. Расчет велся на площади, ограниченной со стороны материков глубинами 1-3 км, так что шельф и самая верхняя часть материкового склона в расчет не принималась.


Таблица 4. Ежегодное накопление элементов-гидролизатов в осадках океанов (Лисицын и др., 1982)


Элемент

Тихий океан

Атлантический

Индийский

Мировой океан




(51,4 %)*

(22,9 %)

(25,7 %)

(100 %)

Al

42,56

7,16

44,47

16,57

21,09

3,1

108,12

7

Ti

2,47

8,62

2,12

16,59

1,24

3,78

5,83

7,86

Ga

0,01004

7,71





0,00442

2,96





Zr

0,0788

5,38





0,338

2,02





Hf

0,0023

11,1





0,00095

4,01





Y

0,03144

15,6





0,012

5,21





*Площадь океанов в процентах от Мирового океана (без морей и Северного Ледовитого океана).

Примечание: Слева – в млн. т, справа – в % от речного стока.


Оказывается, что распределение ежегодно накапливающихся абсолютных масс элементов в океанах не соответствует ежегодному выносу реками. Главный вывод: из рассматриваемых элементов-гидролизатов в океаны за пределы глубин 1-3 км проникает от 2 до 16,6% от поставки этих элементов в океан с речным стоком.

При этом средние значения испытывают значительные колебания в указанных пределах для разных элементов и для конкретных океанов.

Очень интересно сопоставить величины потерь элементов в эстуариях и вообще в приконтинентальных областях океанов, полученные двумя независимыми методами. К сожалению, в настоящее время данных для такого сопоставления очень мало. Прямо сравнить можно только данные по алюминию. Общие потери алюминия по двум оценкам – 89,9 и 93% - практически совпадают. Это и естественно, так как определяются они, по существу, потерями самого взвешенного материала (роль растворенного алюминия в речном стоке очень мала).

Еще больший интерес представляет сравнение потерь железа, марганца и элементов, следующих с ними. На сегодняшний день мы имеем возможность сравнить только данные по марганцу. Потери общего марганца в эстуариях составляют около 40% (точнее 38,5%). В данном случае мы уже видим существенную разницу двух оценок (более 20%). Причина различий в поведении алюминия и других гидролизатов, с одной стороны, и марганца – с другой, кроется в активном участии последнего, в отличие от гидролизатов, в процессах диагенетического перераспределения в восстановленных осадках прибрежной зоны.

1   2   3   4   5

Похожие:

Система река-море и ее роль в геохимии океана iconФинляндия. Наиболее посещаемые города, природные и культурные объекты страны, столица, этнический состав, язык, религия
Границы: по Уралу; Казахстан – граница река эмба, на востоке – по Каспийскому морю, Юольшой Кавказ – вос граница, южная – Черное...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconВолны Россби Мирового океана. А. Л. Бондаренко, доктор географических наук, океанолог
Описание волн Россби Мирового океана и показана их важная роль в формировании термогидродинамики океана и атмосферы, погоды и климата...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconВнеклассное занятие
На территории России расположены равнины: Восточно – Европейская, Западно -сибирская и Среднесибирское плоскогорье. Каменным поясом...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconПрограмма вступительных экзаменов в аспирантуру
Ф. У. Кларка, В. М. Гольдшмидта до Х. Барнса, П. Бартона, Б. Место геохимии среди наук о Земле и роль геохимии в разработке как фундаментальных...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconКнига океана неделю грудью своей атлетической то работяга, то в стельку пьян вздыхает и гремит Атлантический океан. Владимир Маяковский «Море Мрака»
Но загадки Атлантики — это не только и не столько загадки Атлантиды. С изучением Атлантического океана, его подводного рельефа и...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconСодержание учебной дисциплины предмет и история геохимии. Определение геохимии как науки о распространенности и
Определение геохимии как науки о распространенности и закономерностях миграции, концентрации и рассеяния химических элементов. Объекты...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconСодержание учебной дисциплины предмет и история геохимии. Определение геохимии как науки о распространенности и
Определение геохимии как науки о распространенности и закономерностях миграции, концентрации и рассеяния химических элементов. Объекты...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconСодержание учебной дисциплины предмет и история геохимии. Определение геохимии как науки о распространенности и
Определение геохимии как науки о распространенности и закономерностях миграции, концентрации и рассеяния химических элементов. Объекты...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconСодержание учебной дисциплины предмет и история геохимии. Определение геохимии как науки о распространенности и
Определение геохимии как науки о распространенности и закономерностях миграции, концентрации и рассеяния химических элементов. Объекты...
Система река-море и ее роль в геохимии океана iconТ. А. Айзатулин и проблема эволюции элементного состава океана фундаментальная проблема формирования и эволюции элементного состава океана является одной из
Фундаментальная проблема формирования и эволюции элементного состава океана является одной из наиболее трудноразрешимых. Большая...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница