img-417193806

хлорофилла. Связан с витаминами (Bi); Со — входит в состав органического комплекса витамина В12; Си — влияет на изотопный обмен, фотосинтез и синтез хлорофилла, входит в состав гемоциа­ нина— основного дыхательного пигмента, участвует в синтезе ге­

моглобина; Сс1 — обладает определенным влиянием на некоторые ферменты и гормоны.

Многие тяжелые металлы в случае превышения их предельных концентраций становятся токсичными для растений и животных. По наблюдениям С. А. Патина и др. (1974) в Каспийском море (рис. 8.1), присутствие ртути, меди и кадмия в количестве 1 мкг/л

и выше в течение 7 ч дневного времени значительно подавляет фо­ тосинтез, причем наибольшей, токсичностью обладает ртуть. При концентрации ртути 50 мкг/л ассимиляция углерода фитопланкто­

в прибрежных водах Красного моря подчеркнули еще более: слож­ ное воздействие металлов на фотосинтез, выражающееся в чередо­ вании стимулирующих и ингибирующих эффектов при разных соче-: таниях и концентрациях металлов.

Исследование микроэлементов в океане сопряжено с целым ря­ дом трудностей, обусловленных ультрамалыми концентрациями, этих элементов, многообразием форм содержания и сложной кине­ тикой их превращений.

По В. В. Гордееву и А. П. Лисицыну (1979), формы содержания микроэлементов целесообразно подразделить на растворенную и

взвешенную, в каждой из которых выделяется еще несколько форм. К растворенным формам элемента относятся свободная ионная форма, неорганические комплексы с основными анионами морской воды (хлоридами, сульфатами, карбонатами, гидроксилами), орга­ нические комплексы с растворенными органическими веществами,

а также некоторая часть коллоидов.

Учитывая высокую окислительную способность аэрированной воды океана, можно полагать, что соотношение между окислен­ ными и восстановленными формами сдвинуто в сторону подавляю­ щего преобладания окисленных форм микроэлементов. Поэтому ин­ дивидуальные ионы устойчивы в таких степенях окисления, как Mn2+, Fe3+, Cu2+. Для дальнейшего окисления марганца требуется более высокий потенциал, чем +0,4 В. В составе кислородсодержа­ щих ионов элементы проявляют максимальную степень окисления:

СгО2-, HAsO2-, WO2- и др.

Для оценки сложных ионов и неорганических комплексов эле­

нием коэффициентов активности ионов и констант устойчивости их соединений. Наиболее вероятные виды неорганических сложных ионов и комплексов элементов приведены в табл. 8.1.

Молекулярно растворенные органические комплексы микроэле­ ментов могут возникать при отмирании и распаде планктонных ор­ ганизмов, когда многие металлоорганические соединения (биологи­ чески активные вещества) переходят в раствор. Наконец, показано, что растворимость некоторых металлов, например железа, суще­ ственно повышается в результате их комплексования с гумусовыми кислотами и фульвокислотами.

Коллоидно-растворенные формы представлены в основном ча­ стицами гидроокисей, окисей, гидратов, гуматов и других органиче­ ских комплексов железа и марганца. На поверхности подобных ча­ стиц могут сорбироваться и другие элементы. Растворенное орга­ ническое вещество, сорбируясь на коллоидных частицах, повышает их стабильность в растворе. Взвешенные формы существования микроэлементов также очень многообразны. Силикатные и биоген­ ные взвеси содержат микроэлементы. Гидрогенные формы — наи­ более подвижная часть микроэлементов во взвесях — являются следствием процесса адсорбции элементов на гидроокисях железа и марганца, глинистых и биогенных частицах.

Большой интерес представляет вопрос об устойчивости раство­ римых форм микроэлементов, присутствующих в растворе в виде ионов. Растворимость этих форм лимитируется ионами ОН-, СО2-,

НгРО-4, НРО 2-, РО|~, HS-, а также, вероятно, С1-, Вг~ и I-.

Представление о состоянии микроэлементов в морской воде можно получить при сопоставлении их аналитических (наблюдаемых)

чили следующий ряд металлов: V— Сг— Ga— Ni— Со— РЬ— Си. Хо­ рошие сорбирующие свойства проявляет СаСОэ в момент выделе­ ния из пересыщенного раствора (табл. 8.3).

Учитывая высокую адсорбционную способность минеральных взвесей и их большую суммарную активную поверхность (см.

главу 11), можно заключить, что коллоиды и минеральные взвеси

являются мощным фактором регулирования концентраций микро­ элементов в растворе и транспортировки их в донные осадки океана.

Важную роль в осуществлении круговорота микроэлементов в океане играют живые организмы, извлекающие многие элементы из раствора и накапливающие их в своих тканях. Концентрирова­ ние (отношение концентрации элемента в сухом веществе орга­

низма к концентрации его в воде океана) может достигать очень больших значений (табл. 8.4). Исходя из годовой первичной про­

дукции и среднего содержания элементов в фитопланктоне Миро­ вого океана, В. В. Гордеев и А. П. Лисицын (1979) рассчитали ежегодное извлечение растворенных микроэлементов фитопланк­

тоном (табл. 8.5). Результаты расчета показывают, что поставляе­

мые речным стоком растворенные металлы многократно исполь­

зуются планктоном, прежде чем попадут на дно океана.

1 По Р. Р. Бруксу и М. Г. Рамсби (1965).

Таблица 8.5

Количества элементов (т), необходимые для обеспечения первичной продукции фитопланктона Мирового океана за год, и поступление этих элементов

с речным стоком, по В. В. Гордееву и А. П. Лисицыну (1979)

Исследования последних лет позволили обнаружить отчетливо

выраженную разницу в соотношениях между взвешенными и рас­

творенными формами микроэлементов при переходе от речных условий к океаническим. Если в речном стоке с территории СССР

практически во все морские бассейны (табл. 8.6) преобладаю­ щей формой микроэлементов является взвешенная, то с перехо­ дом через заливы и открытые моря к океану преобладающей

с распределением терригенной части взвеси, т. е. подчиняется кли­

матической и циркумконтинентальной зональности; отмечается, что элементы, обладающие наибольшим временем пребывания в оке­

ане, — Li, Sr, Rb, Cs, Mo, Sb, U —распределены в водной толще

равномерно. Барий обнаруживает постепенное увеличение концен­ траций с глубиной, что приписывается биологическому транспорту. Аналогичный характер распределения с глубиной наблюдается и в содержании редкоземельных элементов, суммарная концентра­ ция которых, по наблюдениям Ю. А. Балашова и JI. М. Хитрова (1961), также возрастает ко дну в Индийском океане:

Еще более значительное повышение суммарного содержания марганца по глубинам Тихого океана наблюдали Е. Рона и др.

(1959), причем эти сведения были получены с помощью высоко­ чувствительного радиоактивационного метода анализа:

ническим веществом, вероятно, имеет режим, сходный с режимом биогенных веществ. Эти микроэлементы, как и биогенные веще­

ства, извлекаются из воды организмами в верхних слоях океана и затем на глубинах по мере минерализации органических остат­ ков освобождаются и переходят в раствор.

8.2. Естественные радиоактивные элементы

Радиоактивные элементы вследствие их особых свойств выде­ ляются из комплекса микроэлементов в отдельную группу. К ним относятся: 1) отдельные изотопы обычных элементов, по своим концентрациям в океане близкие к микроэлементам (40К, 87Rb и другие); 2) уран и торий, образующие длинные ряды семейств

радиоактивных элементов и изотопов самой различной продолжи­ тельности жизни, от миллиардов лет до ничтожных долей секунды; 3) изотопы элементов, возникающие под действием космических

лучей (3Н, i4C, 10Ве, 33Si и другие).

Источники естественных радиоактивных элементов в океане следующие: 1) терригенный материал — речные воды (жидкий и твердый сток), ледовый сток, эоловый перенос, абразия берегов, атмосферные осадки; 2) вулканогенный материал; 3) космогенный

материал.

160 Глава 8. Микроэлементы

Отличительной чертой радиоактивных элементов является не­ устойчивость их ядер, распадающихся с образованием других эле­ ментов или изотопов данного элемента и выделением радиоактив­

ных излучений (а- и Р-частицы и у-лучи). Концентрации радиоак­

тивных элементов измеряются в беккерелях.

Присутствие радиоактивных элементов создает естественный радиоактивный фон океана, главная роль в котором принадлежит 40К (более 90 % естественной радиоактивности морской воды); на втором месте по интенсивности излучения находится 87Rb, ак­ тивность остальных элементов невелика (табл. 8.8). Удельное зна­ чение радиоактивности вод Мирового океана 11,1 Бк/л, что при­ мерно в 180 раз меньше радиоактивности гранита и в 40 раз меньше радиоактивности осадочных пород на материках.

Таблица 8.8

Содержание естественных радиоактивных элементов в окане [сводка из даннь!х

Распределение 40К в океанах связано с вариациями солености вод, поскольку калий является одним из компонентов основного солевого состава, и с изменениями состава привнесенных взвесей,

Lм3морской воды содержит до 45 мг 40К. Распад 40К происходит по схеме: