- •1 Состав литосферы. Формы нахождения химических элементов в земной коре
- •2 Факторы миграции химических элементов
- •2.1 Виды миграции
- •2.2 Миграция углерода
- •Углерод в атмосфере
- •Углерод в океане
- •Углерод в земной коре
- •3 Миграция токсичных элементов в литосфере
- •3.1 Миграция ртути
- •3.2 Миграция алюминия
- •4 Мероприятия по защите окружающей среды от токсичных металлов
2.2 Миграция углерода
Углерод присутствует в природе в нескольких основных формах:
восстановленная форма в виде метана и других углеводородов
содержится в мантии, коре, атмосфере и гидросфере
в нейтральном состоянии в виде угля, графита, алмаза и карбида в коре
и мантии
в окисленной форме в виде углекислого газа, карбонатов и примеси в
силикатах в мантии, коре и атмосфере и гидросфере
в виде сложных биоорганических соединений углерод сосредоточен в
биосфере, почве, и океане.
Перенос углерода между различными геохимическими резервуарами осуществляется через атмосферу и мировой океан. При этом углерод в атмосфере находится в виде углекислого газа и метана.
Углерод в атмосфере
В атмосфере углерод содержится в виде углекислого газа (СО2), угарного газа (СО), метана (СH4) и некоторых других углеводородов. Содержание СО2 сейчас составляет ~0,04 % (увеличилось на 31 %, по сравнению с доиндустриальной эпохой), метана ~1,7 ppm (увеличился на 149 %), на два порядка меньше, чем СО2; содержание СО ~0,1 ppm. Метан и углекислый газ создают парниковый эффект, угарный газ такого влияния не оказывает.
Для атмосферных газов применяется понятие время жизни газа в атмосфере, это время, за которое в атмосферу поступает столько же газа, сколько его содержится в атмосфере. Время жизни метана оценивается в 10-14 лет, а время жизни углекислого газа — в 3-5 лет. СО окисляется до СО2 за несколько месяцев.
Метан поступает в атмосферу в результате анаэробного разложения растительных остатков. Основными источниками поступления метана в современную атмосферу являются болота и тропические леса.
Современная атмосфера содержит большое количество кислорода, и метан в ней быстро окисляется. Таким образом, сейчас доминирующим циклом является кругооборот CO2, однако в ранней истории Земли ситуация была принципиально иной и метановый цикл доминировал, а углекислотный имел подчинённое значение. Углекислый газ атмосферы является источником углерода для других приповерхностных геосфер.
Углерод в океане
Океан является исключительно важным резервуаром углерода. Общее количество элемента в нём в 100 раз больше чем содержится в атмосфере. Океан через поверхность может обмениваться углекислым газом с атмосферой посредством осаждения и растворения карбонатов с осадочным чехлом Земли. Растворенный в океане углерод существует в трех основных формах:
неорганический углерод
растворённый CO2
HCO3−
CO32−
органический углерод, сосредоточенный в океанических организмах
Гидросферу можно разделить на три геохимических резервуара: приповерхностный слой, глубокие воды и слой реактивных морских осадков, способных к обмену углекислотой с водой. Эти резервуары различаются по времени отклика на внешние изменения углеродного цикла.
Углерод в земной коре
Содержание углерода в земной коре составляет порядка 0,27 %. С началом индустриальной эпохи человечество стало использовать углерод из этого резервуара и переводить его в атмосферу. Ещё академик Вернадский сравнивал этот процесс с мощной геологической силой, подобной эрозии или вулканизму [8].