Распространение кислорода.
Кислород (лат. Oxygenium) – химический элемент VI группы периодической
системы Менделеева: атомный номер 8, относительная атомная масса 15,9994.
Кислород был
одновременно получен шведским ученым К. Шееле в
английским химиком Дж. Пристли в
процессы дыхания и горения и дал название кислороду oxygenium – рождающий
кислоты.
При нормальных условиях кислород представляет собой бесцветный газ, не
имеющий запаха, состоит из двухатомных молекул, имеет несколько бульшую
плотность, чем воздух, и плохо растворим в воде.
Кислород имеет высокую электроотрицательность (3.5 по шкале
электроотрицательностей) и является сильным окислителем. Он способен
соединяться со многими элементами, образуя оксиды. Реакции образования
оксидов очень экзотермичны, и это во многих случаях может приводить к
возгоранию соединяющегося с кислородом элемента либо образующегося
соединения [4].
Кислород – наиболее распространенный элемент твердой земной коры,
гидросферы, живых организмов. Его кларк в литосфере – 47 %, еще выше кларк
в гидросфере – 82 % и живом веществе – 70 %. Известно свыше 1400
кислородосодержащих минералов, в которых его спутниками являются десятки
элементов периодической системы. Кислород – циклический элемент
классификации В. И. Вернадского, он участвует в многочисленных круговоротах
различных масштабов – от небольших, в пределах конкретного ландшафта, до
грандиозных, связывающих биосферу с очагами магматизма. [2]
На долю кислорода приходится приблизительно половина всей массы земной
коры, 89 % массы мирового океана. В атмосфере кислород составляет 23 %
массы и 21 %
объема [4].
На земной поверхности зеленые растения в ходе фотосинтеза разлагают
воду и выделяют свободный кислород (О2) в атмосферу. Как отмечал
Вернадский, свободный кислород – самый могущественный деятель из всех
известных химических тел земной коры. Поэтому в большинстве систем
биосферы, например в почвах, грунтовых, речных и морских водах, кислород
выступает настоящим геохимическим диктатором, определяет геохимическое
своеобразие системы, развитие в ней окислительных реакций. За миллиарды лет
геологической истории растения сделали атмосферу нашей планеты кислородной,
воздух, которым мы дышим, сделан жизнью [1].
Количество реакций окисления, расходующих свободный кислород, огромно.
В биосфере они в основном имеют биохимическую природу, т. е. Осуществляются
бактериями, хотя известно чисто химическое окисление. В почвах, илах,
реках, морях и океанах, горизонтах подземных вод – везде, где имеются
органические вещества и вода, развивается деятельность микроорганизмов,
окисляющих органические соединения.
Ранее считалось, что свободный кислород в земную кору проникает только
до уровня грунтовых вод. Однако гидрохимики сделали важное открытие – в
горах, особенно в аридных зонах, свободный кислород проникает с подземными
водами на глубины более1 км. [2].
В большинстве природных вод, содержащих свободный кислород – сильный
окислитель, существуют органические соединения – сильные восстановители.
Поэтому все геохимические системы со свободным кислородом неравновесны и
богаты свободной энергией. Неравновесность выражена тем резче, чем больше в
системе живого вещества.
Везде в биосфере, где воды, не содержащие свободный кислород (с
восстановительной средой), встречают этот газ, возникает кислородный
геохимический барьер, на котором концентрируются Fe, Mn, S и другие
элементы с образованием руд этих элементов.
Ранее господствовало заблуждение, что по мере углубления в толщу земной
коры среда становится более восстановительной, однако это не полностью
отвечает действительности. На земной поверхности, в ландшафте, может
наблюдаться как резко окислительные, так и резко восстановительные условия.
Окислительно-восстановительная зональность наблюдается в озерах – в
верхней зоне развивается фотосинтез и наблюдается насыщение и перенасыщение
кислородом. Но в глубоких частях озера, в илах происходит только разложение
органических веществ.
Ниже биосферы, в зоне метаморфизма, степень восстановленности среды
часто уменьшается, как и в магматических очагах.
Наиболее восстановительные условия в биосфере возникают на участках
энергичного разложения органических веществ, а не на максимальных глубинах.
Такие участки характерны и для земной поверхности, и для водоносных
горизонтов.
В целом в биосфере осуществляется более резкая, чем в нижних частях
земной коры и мантии, дифференциация кислорода. Об этом говорят кларки
концентрации кислорода в разных системах [2]:
|Ультраосновные |0,8 |
|породы | |
|Каменные метеориты|0,7 |
|Земная кора |1,0 |
|Извержение породы:| |
|основные |0,8 |
|средние |0,8 |
|кислые |1,03|
|Биосфера и ее | |
|производные: | |
|глины и сланцы |1,1 |
| гидросфера |1,8 |
|живое вещество |1,5 |
|каменный уголь |0,3 |
|нефть |0,08|
|антрацит |0,02|