Геохимия и биогеохимия водорода

По геохимической классификации водород относится к элементам, образующим химически активные газы. Элемент № 1 широко распространен в природе. Он входит в состав воды, глин, каменного и бурого угля, нефти, природного газа, а также растений и животных организмов. Содержание водорода в земной коре (литосфере и гидросфере) составляет 1 массовый % или 16 атомных %.; в морской воде — 10,72 массовых %. В свободном состоянии водород встречается крайне редко, в небольших количествах встречается в вулканических и других природных газах. По этой причине водород присутствует в атмосфере в очень малых количествах — менее 10-4 атомных %. В космосе водород является самым распространенным элементом (около 75%). Он составляет до половины массы Солнца и большинства звезд, присутствует в атмосфере ряда планет, кометах, газовых туманностях и т.д.

Один из источников поступления водорода в биосферу — анаэробные микробиологические процессы — маслянокислое, пропи-оновокислое и др. брожение.

В литосфере водорода немного. В распространенных горных породах гранитах его содержание не превышает 0,1%.

Свободный водород — сильный восстановитель и в природе формирует глеевый геохимический барьер, на котором осаждаются некоторые металлы — железо, медь, уран, серебро и пр. Образование водорода связывают с радиолизом воды под действием ионизирующего излучения природных радионуклидов, особенно в местах их скопления.

Водород отличается большой талассофильностью (71,0) и уступает по этому показателю только хлору (111). Содержание трития в континентальных водах 200—9000 Бк/м3, океанических — около 100 Бк/м3. Общий запас трития в биосфере составляет 1,3 • 1018 Бк. Концентрация трития в живых организмах в среднем 0,4 Бк/кг.

Поведение 3Н в биотическом и косном компонентах биосферы практически полностью определяется поведением его стабильных изотопных аналогов — протия и дейтерия изотопов одного из самых распространенных в биосфере химических элементов — водорода, по классификации Б.Б. Полынова (1946) — абсолютного органогена, без которого невозможно физиологическое развитие живых организмов. В виде Н3НО и других соединений 3Н присутствует практически во всех реакциях, присущих биогеохимическому циклу водорода, включая процессы почвообразования, образования биоорганиче-ского вещества и др.

Тритий образуется в верхних слоях атмосферы в результате взаимодействия космического излучения главным образом с ядрами азота и кислорода, например:

14^ + п12С + Т + 4,5 МэВ

Образующиеся таким образом атомы трития в результате реакций радиационного окисления и изотопного обмена переходят в молекулы воды, затем тритий в составе дождевой воды выпадает на поверхность Земли. По современным оценкам, равновесная активность космогенного трития во внешней среде (гидросфере и атмосфере) составляет (1,1 1 — 1,30) * 109 ГБк (3,0—3,5 кг). Около 90% природного трития содержится в гидросфере (главным образом в виде НТО), 10% — в стратосфере (НТО) и 0,1% — в тропосфере (из них 50% в виде НТ).

Тритий встречается в атмосфере в виде окиси трития (НТО), молекулярного водорода (НТ) и метана (СН3Т). До 1954 г. на Земле имелось примерно 2 кг природного, естественного трития (примерно 666 ПБк), из которых 10 г остаются в атмосфере, 13 г находятся в подземных водах, а остальное количество переходит в воду океанов. В табл. 4.11 (Иваницкая, Малафеева, 2001) представлено распределение трития по оболочкам Земли.

Таблица 4.11

Распределение природного трития в окружающей среде

Природная среда

Содержание трития, %

Стратосфера

6,8

Тропосфера

0,4

Земная поверхность и биосфера

27,8

Верхние перемешивающиеся слои океана

35

Глубины океана

30

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >