Интенсивность водной миграции. Химическая денудация и ионный сток

В 1917 году американский ученый Смит разработал метод количественной оценки интенсивности водной миграции элементов, состоящий в сопоставлении среднего состава речных вод с составом горных пород. Таким путем была установлена последовательность выноса отдельных элементов при выветривании. Далее Б.Б. Полынов развил эту идею и дал показателю геохимическую интерпретацию. Он составил широко известные ряды миграции химических элементов.

Для характеристики интенсивности водной миграции А.И.Перельманом был предложен коэффициент водной миграции (Кх), равный отношению содержания элемента Х в минеральном остатке воды к его содержанию в горных породах, дренируемых рекой. Так как содержание элемента Х в воде (Мх) обычно измеряется в г/л, а его содержание в породах (Пх) в процентах, то формула имеет вид:

Кх = Мх * 100 / (а * Пх).

где а - сумма всех минеральных веществ, растворенных в воде (г/л).

Чем больше Кх, тем сильнее элемент выщелачивается, тем интенсивнее его водная миграция. Коэффициенты водной миграции определены для многих ландшафтов и для многих элементов (таблица 6).

Геохимическая классификация водных мигрантов (по А.И.Перельману, 1966)

(Таблица 6)

Подвижность

Обстановка

Кх

Катионы

Анионы

1 группа

Очень подвижные

Любая

n  * (10-100)

S,Cl,B,Br

Подвижные

Любая

N

Ca,Na,Mg, Sr,Ra,

F

Слабоподвижные

Любая

n *0,1

K,Ba,Rb,Li,Be

Sn,As,Ge,Sb,

2 группа

Высокоподвижные

Окислительная

n *  (1-0,1)

Te,Zn,Ni,Cu,Pb,

-

Малоподвижные

Нейтральная и щелочная

  n * 0,1

Cd,Ag,Hg

-

Подвижные

Окислительная и щелочная

-

V,U,Mo,Se,Rc

3 группа

Подвижные и слабоподвижные

Восстановительная глеевая

n * (1-0,1)

Коллоиды

Инертные

Окислительная

     n * 0,01

4 группа

Слабоподвижные

Любая

Al,Ti/Zr,Cr, Y,Nb,Th,Se,Tn,V,In,Bi,Te (с образованием химических соединений), Os,Pd,Ku,Pt,Au,Rh,Ir (не образуют химических соединений)

Мигрирующие в водах ландшафтов химические элементы в конечном итоге попадают в реки и образуют их ионный сток.

Величина этого стока является показателем химической денудации - потери вещества ландшафтов в результате растворения и выноса водных мигрантов за пределы ландшафтов суши.

Величина ионного стока и уровень химической денудации различен в разных ландшафтов и определяется целым рядом параметров. В аридных ландшафтах воды сильно минерализованы, но в силу слабого развития речного стока вынос ионов невелик. В гумидных ландшафтах наоборот - воды слабо минерализованы, но сток велик. Поэтому зональные различия величины ионного стока незначительны: широколиственные леса имеют модуль ионного стока 20-30 т/км 2год, экваториальные леса - 35 т/км 2год. Более существенны азональные контрасты, связанные с различными горными породами - карбонатами, гипсами. В зонах их развития даже в тайге модуль  ионного стока может достигать 50-80 т/км 2год. Наиболее интенсивной химической  денудации подвергаются горные карстовые массивы - 100-200 т/км 2год.

Второй механизм водного выноса солей из ландшафтов - подземный сток (в областях питания артезианских вод) наиболее активно проявляется в аридных областях, где практически отсутствует поверхностный сток. Здесь глубинный сток является важнейшим фактором удаления растворимых веществ из ландшафта.

Важным источником поступления водорастворимой части твердого вещества в ландшафт следует считать атмосферные осадки. Минерализация осадков неодинакова и, как правило, увеличивается вглубь континентов от 10 г/л и менее до 20-30 и более г/л. Ионный состав осадков также имеет некоторые различия.

Установлено что в приокеанических районах в составе осадков преобладают «морские ионы» - хлор, натрий, в континентальных - континентальные -НСО3- , SO42- , Ca2+ , Mg2+ причем возрастание минерализации осадков связывают с техногенными выбросами. В количестве растворенных солей, выпадающих вместе с осадками на землю, прослеживаются как зональные, так и секторные и высотно-поясные закономерности. Для тундры и тайги характерны величины порядка 5-10 т/км 2год, для зоны широколиственных лесов Западной  Европы - около 10т/км2 год, для зоны степей - 10-20т/км2 год, зоны пустынь умеренного пояса и экваториальной лесной юны 20-30 т/км 2год. В горах выпадение солей возрастает до некоторой высоты (из-за увеличения количества осадков), а затем с уменьшением количества осадков - уменьшается.

Большая часть хлора, лития, натрия, рубидия, цезия, бора, йода, содержащихся в ионном виде в речных водах, вероятно, имеет морское происхождение. Это циклические соли, которые поступают на сушу с атмосферными осадками и затем снова выносятся в океан. Они составляют до 15% речных солей.

В целом же, пути дальнейшей миграции ионов, поступивших в ландшафты разнообразны:

· частично (при слабых дождях полностью) задерживаются на земной поверхности, откуда ветром могут быть опять перенесены в атмосферу;

· просачиваются в почву, часть ионов возвращается по капиллярам к  поверхности и также участвует в абиотическом круговороте солей (это наиболее характерно для аридных ландшафтов); большая часть ионов перехватывается корнями растений и вовлекается в биологический круговорот;

· некоторое количество выбывает из ландшафта и формирует выходные потоки - ионный речной и глубинный сток.

Поступление солей с осадками не компенсирует их потери со стоком. Таким образом, водная миграция химических элементов, в отличие от механической миграции, не однонаправленный поток, а имеет облик абиотического круговорота. Но этот круговорот в значительной степени незамкнут, с выносом и частичной потерей вещества из ландшафтов суши.