2. Гидрогеохимическая систематика элементов
Для объяснения особенностей водной миграции химических элементов в ландшафтах особое значение имеют классификации химических элементов, основанные на анализе щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных свойств элементов, определяемых их ионным потенциалом, потенциалом ионизации, электроотрицательностью, строением электронных оболочек, которые развивают геохимические классификации В.М. Гольдшмидта и А.Е. Ферсмана. Наиболее детальную классификацию такого рода разработал А.И. Перельман. В ее основу положено разделение элементов по интенсивности их водной миграции в различных геохимических обстановках.
Большое значение для ландшафтно-геохимических исследований имеют достижения современной гидрогеохимии. Для объяснения ландшафтной миграции и состояний элементов в биокосных системах можно использовать геохимическую классификацию элементов, разработанную А.И. Перельманом и С.Р. Крайневым, В.М.Швецом.
В этих классификациях выделяются три основные группы элементов:
1 – катионогенные элементы (литий, натрий, калий, кальций, стронций, барий), мигрирующие в основном в форме катионов;
2 –элементы-комплексообразователи с тремя подгруппами:
а) – 8-электронные элементы, обычно называемые элементами-гидролизатами (магний, алюминий, скандий, иттрий, редкие земли, титан, цирконий); миграция этих элементов в природных водах происходит как в катионной, так и в анионной формах в виде разнообразных комплексных соединений;
б) 18-электронные элементы, которые часто называют тяжелыми металлами (медь, серебро, цинк, кадмий, ртуть, свинец);
в) переходные элементы (марганец, железо, кобальт, никель и др.);
3 - анионогенные элементы (сера, ванадий, селен, молибден, фтор, мышьяк, сурьма и др.), образующие простые анионы и анионы с кислородом.
В разных ландшафтно-геохимических условиях (кислых, щелочных, глеевых и т.д.) вероятность образования элементами тех или иных форм миграции не одинакова. Особенно это характерно для некоторых элементов-комплексообразователей и анионогенных элементов, имеющих в отличие от катионогенных элементов два максимума растворимости — не только в кислой, но и в щелочной среде. Элементы другой группы в зависимости от степени окисления и рН могут находиться в катионной и анионной формах (цинк, алюминий, уран, молибден и др.). В аридных ландшафтах при отсутствии или малом количестве в водах органического вещества большинство 10-электронных элементов в щелочной среде не образуют растворимых комплексных соединений, слабо подвижны и ведут себя как типичные катионогенные элементы, для миграции которых благоприятны кислые среды. Поэтому в этих ландшафтах они далее рассматриваются и объединяются с катионогенными элементами, а в группу элементов-комплексообразователей включены только 8-электронные элементы-гидролизаторы. При этом основным аддентом для комплексообразования в аридных ландшафтах являются карбонат- и бикарбонат-ионы. Из 18-электронных элементов лишь медь, серебро, возможно, цинк могут образовывать сложные комплексные соединения с карбонатами и бикарбонатами щелочей.
Свойства комплексных соединений элементов-гидролизатов определяются главным образом постоянной валентностью этих элементов и щелочно-кислотными условиями среды. В то же время миграция анионогенных элементов, часто имеющих переменную валентность, зависит не только от щелочно-кислотных, но и окислительно-восстановительных условий. Более подробно вопросы геохимии комплексных соединений элементов отражены в работах А.И. Перельмана, С.Р. Крайнова, Г.А. Голевой, С.Р. Крайнова и В.М. Швеца и др. Учитывая распространенность химических элементов в земной коре и их вероятные состояния в природных растворах, нами разработана геохимическая систематика элементов (табл.3), которую в дальнейшем можно использовать при выполнении заданий и ответах на вопросы о закономерностях миграции элементов в геохимических ландшафтах.