Цапля большая голубая (big_blue_heron) wrote,
Цапля большая голубая
big_blue_heron

Category:

Круговорот кальция в природе

Вот еще один познавательный пост, который я хотела написать еще с февраля. И сегодня таки напишу. Спросил меня однажды товарищ о том как образуется известняк и о круговороте кальция вообще. Ну про известняк в общем у меня были свои представления, а о жизни кальция как элемента, откуда берется, куда девается, я как-то никогда не задумывалась. А зря, оказалось интересно.
Так вот, о круговороте кальция в природе. (Ниже вольный перевод части статьи)

(Картинка отсюда )

Химия кальция.
Что есть кальций? Кальций есть химический элемент, щелочно-земельный метал, номер 20 в периодической таблице.
Это пятый по распространенности элемент в земной коре и человеческом теле. Кальций не существует в своей металлической форме на Земле, а встречается в соединениях с другими элементами и в ионизированной форме в составе разнообразных соединений. Примером минералов, содержащих кальций, являются кальцит и арагонит, имеющих одинаковый химический состав, СаСО3, но разную кристаллическую структуру, и гидроксиапатит Са5(РО4)3 (ОН). Минералы кальцит и арагонит производятся морскими беспозвоночными для создания раковин, а так же птицами и рептилиями для создания скорлупы яиц. Минерал гидроксиапатит содержится в костях, а так же во многих горных породах. Как минерал, кальций заблокирован в относительно нерастворимых соединениях.
Кальций активен и мобилен в своей другой форме, как положительно заряженная частица или катион. Атом кальция относительно велик и имеет всего два электрона на внешней орбите, которые лекго теряются, создавая катион кальция , который в свою очередь притягивается и непрочно удерживается молекулами или субстанциями с негативным зарядом. Ионы кальция встречаются в пресной и соленой воде. Они удерживаются определенными белками в крови и во внеклеточной жидкости животных, и адсорбируются в глину и другие коллоидные частицы почвы.
В человеческом теле и земной коре большая часть кальция существует в связанной форме. Но в человеческом теле этот минерал в костях может быть растворен для поддержания необходимого уровня ионов кальция в крови. В земной коре кальций вымывается из кальций-содержащих минералов, создавая катионы кальция Са++ в растворах озер, рек и океанов и адсорбируется в почве. И большая часть кальция затем снова хранится в связанном виде в минералах.
Где кальций находится и как перемещается из одной формы в другую это следующий шаг в понимании этого удивительного и необходимого элемента.

Кальций, геология и гидросфера
В земной коре кальций составляет 3.4% общей массы, его превосходит только железо - 4.7%, алюминий - 7.5%, кремний - 25.8% и кислород - 49.5%. Кальций, один из элементов изначальной коры, входит в состав магматических пород в виде силиката кальция и в состав осадочных и метаморфических пород как крбонат кальция. Процессы эрозии, особенно с присутствием кислоты, например от двуокиси углерода растворенной в воде или пот растущих лишайников, способны освободить кальций из его связанной позиции в соединениях и отправить его путешествовать в виде катиона, привязанного к молекуле воды.
Вода несет катионы кальция с гор к океанам. Высокие концентрации катионов кальция и\или магний в пресной воде создают “жесткую” воду. В морской воде концентрация Са++ выше в 100-1000 раз, где более высокая концентрация достигается в более глубоких и холодных водах. Этот растворенный кальций проводит в среднем один миллион лет в океане прежде чем он опять появляется на земле. Ионы кальция остаются в морской воде до тех пор пока они не выпадут как карбонат кальция или, более редко, сульфат кальция, селенит, который при нагревании становится гипсом.
Верхние слои океана перенасыщены Са++ и ионами карбоната. Это значит что все те соединения, которые могут быть в растворе, находятся в растворе. Насыщенность раствора варьируется в зависимости от места и условий, с наибольшей насыщенностью в теплых мелких водах с низким уровнем СО2 из-за фотосинтеза и температуры. В таких местах СаСО3 легко осаждается либо неорганическим путем или при помощи живых организмов, строящих себе раковины. Этот процесс называется биоминерализацией. Когда организмы умирают их жесткие минерализованные части, раковины, накапливаются на дне океана, где накапливаются или растворяются обратно в зависимости от глубины, температуры и давления. Раковины, попадающие на дно в глубоких частях океана как правило растворяются, так как глубокие воды холоднее и могут содержать больше СО2. Разделение между зонами, где СаСО3 накапливается и где растворяется называется лизоклин.
Механизмы, вызывающие накопление СаСО3 в воде самые разнообразные, удивительные и не до конца понятные. Микроскопические формы жизни, гетеротрофные и фотоафтотрофные, ответственны за большую часть отложений. Симкисс утверждает, что старейшим свидетельством существования жизни на Земле считаются водорослевые известняки (algal limestones) Родезии (ныне Зимбабве), датируемые возрастом 2.7 млрд. лет. Томас Хаксли в 1868 лекции для рабочих людей, озаглавленной “На куске мела”, спорит что крошечный организм Globigerina ответственен за происхождение большей части известняков, подстилающих Европу. Кормонди утверждает, что некоторые водные растения, живующие в щелочных водах, выделяют СаСО3 как побочный результат фотосинтеза. В качестве примера он приводит Elodea canadensis (Элодея Канадская), 100 кг которой могут выделить 2кг СаСО3 за 10 часов солнечного света при естественных условиях.
Как кальций попадает обратно на сушу после проведения времени в воде? Очевидно, что какое-то его количество приносится обратно птицами, животными и людьми, собирающими морепродукты, особенно молюсков, и выбрасывающими их раковины.
Большая часть кальция, конечно, попадает на сушу другим путем, вместе с геологическими процессами. Движение тектонических плит и континентов, их столкновения и надвиги поднимает на поверхность накопленные отложения СаСО3 в виде известняков, или, если они были подвергнуты метаморфизированию под давлением и высокой температура, в виде мрамора. В основании большей части Европы и Центральных Соединенных Штатов к востоку от Миссисипи лежат известняки.
Кальций также может вернуться обратно на сушу в процессе испарения солончаковых внутренних морей и процессов производящих рифы.
Tags: геология, познавательное
Subscribe

  • Grouse mountain with friends, Thursday, July 22, 2021

    Это была попытка ежегодного подъема на Грауз для развлечения и физнагрузки заскучавших на каникулах детей, но что-то пошло не так. Я ж хотела…

  • Mt. McGuire hike via N-E Ridge. July 11, 2021

    Total distance - 14.65 km (trail distance from proper trailhead is 6 km less) Elevation gain 1374 m High point 2009 m Time 6hrs Ура, наконец-то я…

  • Jug Island Beach hike and swim with kids. July 9, 2021

    ТТХ трейла на Страве у меня получились нетрадиционные, почти 10 км, хотя на самом деле этот трейл 5 км туда-обратно. А все почему? Потому что…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments