Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
19*
284 Часть III
других процессов (см. разд. 11.5). Поэтому расчет времени пребывания таким методом не может быть рекомендован.
Примерные величины времени пребывания элементов приведены в табл. 11.3. Щелочные и щелочноземельные элементы, в том числе магний, имеют большое время пребывания (^106 лет), У галогенов также большие т, тогда как для Si, Р, As, Se и большинства переходных элементов характерны умеренные значения. А1, Сг и Fe характеризуются относительно коротким временем пребывания в океане, вероятно, из-за их склонности образовывать труднорастворимые гидроокислы. Торий также легко образует труднорастворимую гидроокись, поэтому у него особенно низкая величина т. Впрочем, если установленные значения т малы, различия между ними уже не очень существенны, поскольку в таких случаях возникают специфические трудности, связанные с измерением и интерпретацией малых т.
При исследовании понятия «время пребывания», определяемого уравнением (П-6), неявно подразумевается, что океаническая система гомогенна по своему химическому составу, т. е. морская вода хорошо перемешивается. Однако «время перемешивания» верхнего стометрового слоя океанской воды составляет около 10 лет, а для глубинных океанских вод оно имеет порядок 1000 лет. Только те элементы, для которых время пребывания больше 1000 лет, будут распределены равномерно (при условии, что они не входят в биологический круговорот). Из числа тех элементов, для которых есть данные, Al, Fe, La, Pb и Th имеют время пребывания меньше 1000 лет, и они, следовательно, распределены неравномерно. Для таких элементов уже очень трудно (если не невозможно) пытаться получить реалистичную оценку величины А в уравнении (11.6). Поэтому в таких случаях нужно применять иные подходы для определения х. Для Th можно определить его короткое время пребывания, если использовать скорость распада изотопов радиоактивного ряда распада 238U (см. табл. 9.1). Первые ступени в нем таковы:
238TJ _а > 234T/n ^ > 23фа _^ 234TJ
/^=4,47-109 лет 24,1 сут
Дочерний продукт 234Th имеет гораздо более короткий период полураспада, чем родоначальный изотоп 238U. Поэтому если система не нарушается, в ней может возникать стационарное состояние, определяемое скоростями образования 234Th и его распада. Это состояние называется радиоактивным равновесием (secular equilibrium — буквально вековое равновесие'. — Ред.); оно определяется уравнением
Я<238и ¦ N238U = ^284Th ' -A^234Th»
(11.7)
11. Химическая океанография 285
где N1 — число атомов изотопа и Поэтому, если известны кон*-станты распада и концентрация 2381_1, можно рассчитать равновесную концентрацию 234Тп. Уран-238 имеет почти одинаковую концентрацию в водах открытого океана, а концентрация 234Тп оказалась ниже равновесной величины, т. е. торий должен удаляться достаточно быстро после его образования. Оценки, опирающиеся на такого типа доказательства, дают время пребывания тория в глубинных океанских водах около 60 лет.
Если время пребывания элемента превышает 1000 лет, его концентрация должна быть однородной во всей массе воды океана. Однако для некоторых элементов установлены большие региональные вариации содержаний в поверхностных водах (например, для Со |[329]). Для ряда элементов обнаружены систематические изменения концентраций с глубиной, связанные с биологической деятельностью, в том числе с потоком падающих на дно известковых раковин и других органических остатков. Поэтому в глубинах наблюдается накопление в воде кальция и биогенных элементов — фосфора и азота. Изменчивость концентраций многих переходных элементов (например, №), а также некоторых микроэлементов тоже контролируется биологическими процессами, но мы еще недостаточно понимаем механизмы такого контроля.
Поскольку время пребывания — это мера реакционной способности элемента, должна была бы существовать корреляция между величинами т и процессом (или процессами), удаляющим элемент из морской воды. Первый шаг в этом направлении — изучение баланса между измеренными привносом и выносом элемента. Осуществить это непросто даже для хорошо изученных элементов, но такие исследования необходимы для более полного понимания геохимической миграции элементов.
11.4. Геохимический баланс вещества. Если океан находится в стационарном состоянии в отношении своего химического состава, привнос любого элемента должен быть точно уравновешен выносом этого элемента. Очевидно, что проверка справедливости этого положения была бы весьма желательной. До сих пор не удалось доказать существования точного баланса вещества ни для одного элемента. Но эта неудача, вероятно, связана больше с недоучетом каких-то процессов привноса — выноса вещества, чем с возможностью нестационарного состояния океанической системы. Иллюстрацией возникающих здесь проблем могут служить две попытки детального изучения баланса кремнезема в морской воде [48, 442].
Бартон и Лисе [48] рассматривали образование биогенных морских илов как главный процесс удаления-кремнезема. По ранее опубликованным оценкам площади распространения й скоростей осаждения илов они рассчитали, что этот процесс
