Распределение масс тяжелых металлов в биосфере

Металл	Масса металла
	в растительности Мировой суши, 106 т	в океане (растворенные формы), 10" т	в осадочной оболочке, 10>2 т	в гранитном слое земной коры, 1012 т
Fe	500,0	4658	60720	295 000
Мn	600,0	548	1752	5740
V	3,75	—	171	623
Сг	4,50	274	132	278
Zn	75	6850	129	418
Сu	20	1233	56	164
Рb	3,13	41,1	32	131
Ni	5	685	92	213
Со	1,3	41,1	22	60
Мо	1,2	—	3,3	11
Cd	0,09	151	0,4	1,3
Hg	0,03	206	0,6	0,26

Структура глобального массообмена тяжелых металлов полностью не выяснена, поэтому в таблице 3 показаны лишь главные, наиболее изученные миграционные потоки, охватывающие Мировую сушу. Для сравнения приведены данные о круговороте металлов, обусловленном жизнедеятельностью фотосинтезирующих организмов океана. Для расчетов использованы средние значения концентрации металлов в фитопланктоне, определенные английским биогеохимиком Г. Брайеном (1976).

Таблица 3

Главные миграционные потоки металлов

Металл	Биологический круговорот на суше	Масса металла, 1 06 т/год
		Речной сток		Перенос - с пылью с континентов на акваторию	Перенос с акватории на сушу с атмосферными осадками	Биологический круговорот фотосинтетиков океана
		растворимых форм	фиксированных на взвесях
Fe	34,0	27,4	963,0	65,0	0,132	47,3
Мn	35,0	0,41	20,5	4,0	0,176	0,99
Zn	5,2	0,82	5,86	0,90	0,240	4,40
Сu	1,3	0,28	1,51	0,11	0,141	0,77
Ni	0,34	0,12	1,58	0,18	0,057	0,33
Сг	0,31	0,041	2,46	0,19	—	0,16
V	0,26	0,040	2,30	0,25	—	0,33
Рb	0,21	0,041	2,87	0,040	0,44	0,011
Со	0,086	0,011	1,51	0,038	—	0,110
Мо	0,085	0,037	0,057	0,004	—	0,220
Cd	0,008	0,009	0,013	0,0006	—	0,055
Hg.	0,002	0,003	—	0,0008	—	0,017

Наибольшее количество металлов мигрирует в системе большого биологического круговорота, происходящего благодаря фотосинтезу растительности суши и деструкции отмирающего органического вещества беспозвоночными и микроорганизмами педосферы. Значительные массы металлов выносятся в составе речных взвесей, но этот материал почти полностью уходит в осадки при поступлении пресных вод в систему Мирового океана.

Вовлечение тяжелых металлов в биологический круговорот на суше сопровождается селективной дифференциацией их масс. Пропорциональность между количеством металлов в земной коре и относительной интенсивностью их поглощения растительностью при этом отсутствует. Коэффициент биологического поглощения К₆ растительности суши для большинства металлов составляет от 1 до 9, для цинка, молибдена и серебра — больше 9, для железа, ванадия и хрома — меньше 1. В результате селективного поглощения металлов в биомассе растительности заметно изменяются соотношения металлов, существующие в земной коре. Особенно сильно уменьшается соотношение железа с другими металлами. Биологический круговорот и дифференциация металлов, осуществляемые фотосинтетиками океана, имеют свои особенности. Массы металлов, проходящие в течение года через биологические круговороты на суше и в океане, соизмеримы, но их соотношение неодинаково. Растительность Мировой суши захватывает больше марганца и свинца, фотосинтезирующие организмы океана — больше молибдена и кобальта.

С суши в океан с речным стоком выносятся крупные массы водорастворимых и фиксированных во взвесях форм металлов. Значения коэффициента водной миграции К_В металлов указывают, что наиболее активно вовлекаются в водную миграцию растворимые формы серебра, ртути, цинка (К_В > 10), а также молибдена, кадмия и меди, К_В которых от 2 до 9. Фиксированные во взвесях формы железа, марганца, хрома, ванадия, свинца, кобальта выносятся в количестве 97— 98% общей массы выносимых с речным стоком металлов. Кроме того, в океан выносятся ветром значительные массы металлов, фиксированных на пылевых частицах.

В свою очередь, с акватории воздушными массами переносятся водорастворимые формы металлов. Этот процесс недостаточно изучен, и данные по переносу масс отдельных металлов отсутствуют. Тем не менее очевидно, что миграционный поток масс тяжелых металлов с океана на сушу значительно меньше, чем в обратном направлении. По этой причине годовые циклы металлов в системе суша — океан сильно незамкнуты. Значительные массы металлов накапливаются в воде морей и океанов и уходят в осадки. Повторное вовлечение металлов из осадочных толщ в циклы массообмена происходит по мере развития тектонических циклов. При этом мобилизация металлов из осадочных пород часто более затруднена, чем из глубинных кристаллических пород.

С поверхности океана в атмосферу выделяются газообразные органические соединения металлов. Как отмечено в гл. 3, высшие растения выделяют летучие органические соединения (терпены, изопрены), содержащие металлы. Еще большие массы металлов выделяются в воздух в составе газообразных метаболитов бактерий. Особо важную роль играют процессы биометилизации металлов. Ветром в тропосферу захватываются мелкие почвенные частицы, также содержащие металлы. Все перечисленные формы металлов входят в состав аэрозолей и вымываются атмосферными осадками.

В системе массообмена в биосфере педосфера играет роль глобального регулятора движения масс тяжелых металлов. В процессе трансформации органического вещества поступившие в почву металлы входят в состав легкоподвижных комплексных соединений и одновременно прочно закрепляются в устойчивых компонентах почвенного гумуса. Наиболее прочно закрепляется ртуть, которая образует весьма устойчивые комплексы с функциональными группами гумусовых кислот. Прочно связывается свинец, менее прочно медь, слабее — цинк и кадмий.

Тесная сопряженность миграционных циклов тяжелых металлов, а также регулирующая роль педосферы обеспечивают высокую устойчивость биосферы по отношению к поступлению дополнительных масс металлов природного или техногенного происхождения.