Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Она полезна при выявлении роли отдельных элементов в формировании почвенной массы и удобна для выбора методов химического анализа почв. Н»концентрационная группировка при решении многих почвенных задачоказывается довольно условной. Так, макроэлементы и микроэлементыформально различают по уровням их содержания в почвах или в живых организмах. Обычно микроэлементами называют такие элементы,которые нужны живым организмам в малых (микро-) количествах, нопри этом выполняют важные физиологические функции. Условностьтакого определения вытекает уже из того факта, что один и тот же элемент может выступать и как микроэлемент, и как макроэлемент. Характерный пример — кальций. Кальций в почвах — типичный макроэлемент, он содержится в количестве целых процентов (иногда десятыхдолей).
В живых организмах кальций также выполняет макроэлементные, конституционные функции, входя в качестве строительного материала в состав костей, известковых панцирей и т. п. В то же время Са2+выполняет функции микроэлемента, входя в состав фермента амилазы.Другой пример — железо, магний. Для почв — это типичные макроэлементы, их содержание находится в пределах единиц процента (иногда десятых долей процента), но в живых организмах — это типичныемикроэлементы, входящие в состав гемоглобина или хлорофилла. Учитывая эти обстоятельства, проф. Е. П. Троицкий предлагал относить кмикроэлементам те химические элементы, которые, независимо от уровня их содержания, выполняют в живых организмах функции инициаторов и активаторов биохимических процессов. С этой точки зрениямикроэлементом можно считать Fe, входящие в состав каталазы, цитохрома, Си — в полифенолоксидазе, Со — в витамине B [2 и т.
п.Высокая биохимическая активность микроэлементов обусловлена,по Е. П. Троицкому, тем, что многие из них принадлежат к «d-семейству», т. е. входят в группу элементов с незаполненной электронной орбитой 3d. Обычный порядок заполнения электронных орбит в атомахопределяется формулой:1 s22s22p63s23p63d104s24p6...,т. е. сначала заполняется устойчивая оболочка гелия — Is 2 , затем устойчивая оболочка неона — ls22s22p6, наконец аргона, в атоме которогозавершается построение внешнего уровня Зр6. Далее вакантной является орбита 3d, однако уже у калия валентный электрон располагаетсяна орбите 4s2, у Са — два валентных электрона на орбите 4s2, тогдаоболочка 3d остается незаполненной.
Затем от Sc до Ni постепенно, хотя и неравномерно, заполняется оболочка 3d. При переходе от № иСи на оболочку 3d добавляется сразу 2 электрона (один из них какбы берется с внешней орбиты 4s), и электронная конфигурация медиописывается формулой 3d104sb, этим объясняется неустойчивость валентного состояния меди. По Е. П. Троицкому, недостроенность орбиты 3dобъясняет переменную валентность элементов, их склонность к комплексообразованию, к поляризации, что и обусловливает особую биохимическую и физиологическую роль микроэлементов.В зависимости от задач исследования возможны не только концентрационные, но и другие группировки элементов.
Геохимическиеклассификации характеризуют поведение элементов в различных оболочках Земли. Так, по классификации В. М. Гольдшмидта (1924) всеэлементы разделяются на четыре группы: литофильные, халькофильные, сидерофильные и атмофильные. Литофильные элементы отлича36ются сродством к кислороду и в условиях биосферы образуют минералы типа оксидов, гидроксидов, солей кислородных кислот. К их числуотносятся Si, Ti, S, P, F, CI, Al, Se, Na, K, Ca, Mg и др.
(всего 54 элемента). Халькофилы склонны давать соединения с серой, это Си, Zn,Pb, Cd, Ag, Mn, Fe и др. Сидерофильные элементы растворяются в железных расплавах и даютсплавы с железом, к их числу относятся Fe, Ni,Со, Р, С, Pt, Au, Sn, Mo и др. И наконец, группу атмофилов составляют элементы земной атмосферы (Н, N, С, О, Не, Ne, Аг, Кг, Хе, С1,Вг, I). В особую группу В.
М. Гольдшмидт выделил биофильные элементы, т. е. элементы, концентрирующиеся в живых организмах. К биофильным элементам, по Гольдшмидту, относятся главным образом С,Н, О, N, P, S, C1, I ив меньшей мере В, Ca, Mg, К, Na, V, Mn, Fe,Си. Классификация В. М. Гольдшмидта характеризует поведение элементов преимущественно в жидких растворах и распределение элементов между твердой и жидкой фазами, но она мало полезна для решения почвенных задач.Для почвоведения больший интерес представляет классификацияэлементов по особенностям и путям их миграции в ландшафтах.
Такаяклассификация была разработана А. И. Перельманом, и в ней все элементы делятся на две большие группы: воздушные мигранты и водныемигранты. Воздушные мигранты представлены пассивными элементами (инертные газы Не, Ne, Аг, Кг, Хе, Rn) и активными, т. е. способными к образованию химических соединений в условиях биосферы (О,Н, С, N, I).Водные мигранты, по А. И. Перельману, разделяются на несколько подгрупп, различающихся по подвижности элементов в природнойобстановке, причем принимается во внимание влияние на подвижностьокислительных и восстановительных условий, присутствие сероводорода. К подвижным и очень подвижным относятся CI, Br, S, Ca, Na, Mg, Sr,Ra, F, В.
Слабоподвижные катионы и анионы образуют К, Ва, Rb, Li,Be, Cs, Tl, Si, P, Ge, Sn, Sb, As. В восстановительной глеевой средеподвижны Fe, Mn, Co. Подвижны и слабоподвижны в окислительной иглеевой обстановке и инертны в восстановительной сероводороднойсреде такие элементы, как Zn, Си, Ni, Pb, Cd. Малоподвижны в большинстве природных обстановок такие элементы, как Al, Ti, Cr, Bi, W,лантаноиды. Эти примеры ясно обрисовывают принцип построенияклассификации, которая позволяет в общей форме прогнозировать поведение элементов в биосфере в целом и в почвенном профиле в частности. Однако для конкретного анализа химических процессов в почвах эта классификация, направленная на решение геологических и геохимических проблем, недостаточна.По степени биофильности А.
И. Перельман располагает химические элементы в следующий ряд: максимальная биофильность — С, высокая — N, Н, средняя — О, CI, S, Р, В, Вг и др., низкая — Fe,AI. Группировка элементов по степени биофильности необходима длявыявления роли живых организмов в миграции химических элементов,но принципы оценки биофильности еще недостаточно разработаны.
Способность растений избирательно поглощать химические элементы называют коэффициентом биологического поглощения и вычисляют егокак отношение содержания данного элемента в золе растения к егосодержанию в литосфере или в той почве, на которой произрастаетданное растение. Условность коэффициента биологического накоплениядля оценки биогенной миграции элементов вытекает из неодинаковойдоступности растениям химических элементов, представленных в почверазличными соединениями.
Например, увеличение содержания кварца37в почве может резко снизить общую концентрацию многих элементов,участвующих в питании растений, и повысить вследствие этого расчетную величину коэффициента биологического накопления, хотя реальное потребление элементов растениями может и не измениться.Это говорит о том, что почвенно-химические и почвенно-генетические группировки элементов еще должны изучаться и разрабатываться,равно как и показатели миграционной способности элементов в пределах почвенного профиля.Оценивая роль отдельных элементов в почвообразовании в ряде случаев удобно выделять группу элементов, играющих конституционнуюроль, т.
е. тех элементов, которые входят в структуру решетки минералов или молекулы тех компонентов, из которых реально складывается масса почвы. В первую очередь это такие элементы, как Si, A1, О,составляющие основу почвенных силикатов и алюмосиликатов, С, Н,N, О — важнейшие компоненты органического вещества. Упоминавшиеся выше микроэлементы при их важнейших физиологических функциях заметной конституционной роли в почвах не играют.Специального внимания заслуживает группа педоморфных элементов, которые существенно влияют на строение почв.Химический состав и окраска почвВ числе педоморфных элементов следует выделить особую подгруппу элементов, соединения которых влияют на окраску почв, — С,Fe, Mn, Са. К ним относится и Si, поскольку соединения кремния образуют главную часть почвенной массы и придают ей исходную белесоватую окраску.Рассмотрим подробнее закономерности формирования почвеннойокраски и соответственно роль отдельных химических элементов вэтом явлении.Вещества, придающие окраску почве и почвенным горизонтам, можно называть почвенными пигментами.
Главнейшие почвенные пигменты — соединения углерода, железа, марганца, отчасти серы.Соединения углерода оказывают двойственное (и противоположное) влияние на почвенную окраску. Минеральные соединения углерода — почвенные карбонаты — белого цвета; это карбонаты кальция имагния преимущественно. Карбонаты щелочных земель или диффузнораспределены в почвенной массе (пропитывают ее), или образуютразличного рода новообразования: псевдомицелий, белоглазку, дутики,журавчики и т. п.
Их общее влияние заключается в осветлении окраски, но при дискретных скоплениях карбонатов (псевдомицелий, белоглазка) окраска приобретает еще и неоднородный, пятнистый характер.Марганец обычно придает почве темные, почти черные тона засчет пиролюзита МпОг, но эта окраска неоднородна, проявляется впримазках, ортштейнах. Темный, почти черный цвет почве или новообразованиям придают сульфиды некоторых металлов, но они встречаются преимущественно в восстановительных условиях.Органические соединения углерода окрашивают почву в желтоватые, бурые или почти черные тона; эта окраска предельно выражена вчерноземах.Наиболее разнообразную и яркую окраску почвенному профилюпридают соединения железа. Гамма цветов и оттенков, обусловленнаясоединениями железа, очень широка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
