Клебанович Н.В. (сост.) Почвоведение и земельные ресурсы

Подождите немного. Документ загружается.

вмешательство внешних факторов. Связь микроэлементов с определенными фа-

зами и компонентами почв является основой, определяющей их поведение.

Бор (В). Среднее содержание элемента в земной коре – 3×10

-4

весовых про-

цента. Содержание бора в почвах выше, чем в земной коре и составляет 3×10

-3

Содержание элемента в пахотных почвах в среднем 9-85 мг/кг.

Некоторые соединения бора, например бура, известны с давних пор. В 1702 г.

химик Гомберг получил из буры борную кислоту. В 1808 г. Гей-Люссак впервые

выделил металлический бор, нагревая борный ангидрид с металлическим калием.

Бор образует ряд минералов, главным образом, гидроксидов и силикатов, из

которых наиболее широко представлены минералы группы турмалина. При хими-

ческом выветривании пород элемент легко переходит в раствор, образуя различ-

ные анионы (ВО

, В

, Н

ВО

и т.д.).

Бор сорбируется почвой гораздо сильнее, чем другие анионы (например, Cl

). Тип сорбции В на поверхности глин сходен с сорбцией катионов.

Бор сильнее удерживается полуторными окислами, чем глинистыми минера-

лами, и водный оксид алюминия в этом отношении наиболее эффективен. Ад-

сорбция элемента на оксидах железа и марганца является важным механизмом,

управляющим его растворимостью в почвах. Однако процесс адсорбции бора изу-

чен недостаточно. Эти реакции сильно зависят от рН, при это максимум наблюда-

ется при рН 7. Адсорбция элемента кислородными и гидроксильными радикалами

на поверхности алюмосиликатов и путем включения в их межсолевые или струк-

турные позиции преобладают в кислых и нейтральных почвах.

Среди микрокомпонентов питания бор считается наиболее подвижным эле-

ментом в почвах. Он легко вымывается вниз по почвенному профилю. Бор может

концентрироваться в почвенных горизонтах, обогащенных иллитовыми глинами

или полуторными оксидами.

Глинистые почвы содержат бора больше, чем песчаные, а почвы, образовав-

шиеся породах, богатых боросиликатами, больше, чем на других породах.

В большинстве почв В сравнительно дефицитный элемент. Однако в аридных

областях, а также при его избыточном внесении с удобрениями количество эле-

мента в почвах может стать опасным. Сточные воды и выбросы в атмосферу золы

от сжигания топлива также являются источниками загрязнения почв бором.

Медь (Cu). Среднее содержание меди в земной коре - 1×10-2 весовых про-

цента. Повышенные содержания меди свойственны основным и средним горным

породам, пониженные – карбонатным.

Медь образует большое число минералов, из которых наиболее распростра-

ненными являются простые и сложные сульфиды. Они легко поддаются процес-

сам выветривания и высвобождают ионы меди, особенно в кислых средах.

Катионы меди обладают разнообразными свойствами и в почвах проявляют

большую склонность к химическому взаимодействию с минеральными и органи-

ческими компонентами. Ионы Сu могут легко осаждаться такими анионами, как

сульфид, карбонат и гидроксид. В итоге медь является малоподвижным элемен-

том в почвах, и ее суммарное содержание создает сравнительно слабые вариации

в почвенных профилях.

Средние валовые содержания Cu в почвах колеблются от 6 до 60 мг/кг, при

этом минимум приходится на песчаные и органические почвы. Максимальные ко-

личества элемента аккумулируются в верхних горизонтах почв, что связано с ее

биоаккумуляцией и современными техногенными поступлениями. Атмосферный

привнос элемента может отчасти возмещать удаление меди при образовании

биомассы живого вещества в некоторых случаях превышать удаление металла

что приводит к загрязнению почв.

Преобладающей подвижной формой меди в почвах является катион с валент-

ностью +2, однако в почвах могут присутствовать и другие ионные формы. Ионы

меди могут прочно удерживаться в обменных позициях как на неорганических,

так и на органических веществах.

Процессы, контролирующие фиксацию меди на восстанавливающих почву

компонентах, связаны с: 1) адсорбцией, 2) окклюзией и соосаждением, 3) образо-

ванием органических хелатов и комплексообразованием, 4) микробиологической

фиксацией.

Все минералы почв способны адсорбировать ионы Cu из раствора. Это свой-

ство зависит от заряда поверхности адсорбента. Поверхностный заряд строго кон-

тролируется величиной рН. Этот тип сорбции меди самый важный в почвах с вы-

соким содержанием минералов с переменным поверхностным зарядом. Наиболь-

шие количества адсорбированной меди связаны с оксидами Fe и Mn (гематитом,

гётитом, бёрнесситом), аморфными гидроксидами Fe и Al и глинистыми минера-

лами. Наиболее сильная корреляция в поверхностном слое почв наблюдается ме-

жду адсорбцией Cu и суммой оснований, в более глубоких слоях – с содержанием

вермикулита.

Неспецифическая адсорбция меди включает окклюзию, соосаждение и заме-

щение в кристаллической решетке. Фракция меди, неспособная к диффузионному

переносу в почве, представляет собой медь, заключенную в различные минераль-

ные структуры. Некоторые почвенные минералы (гидроксиды алюминия и желе-

за, фосфаты, карбонаты, глинистые силикаты) имеют большую склонность к свя-

зыванию Cu в неподвижные соединения. Они являются наиболее устойчивыми

формами меди в почвах. Хемосорбция может включать в себя также образование

кислородных мостиковых связей. Основными реакциями, управляющими поведе-

нием меди в почвах – хелато- и комплексообразование.

Медь хорошо связывают также органические составляющие почв. Множест-

во органических соединений образуют с Cu растворимые и нерастворимые ком-

плексы, поэтому способность почв связывать медь или содержать ее в растворен-

ном виде сильно зависит от характера и количества в почвах органического веще-

ства. Максимальное количество Cu

, которое может быть связано с гуминовыми

и фульвокислотами, примерно равно содержанию в них кислородных функцио-

нальных групп.

Характер связи меди с органическим веществом почв отличается от того, что

установлено для других двухвалентных ионов. Так, торф и гуминовые кислоты

прочно фиксируют ионы Cu

путем образования прямых координационных свя-

зей с кислородом функциональных групп.

Гуминовые и фульвокислоты способны образовывать устойчивые комплексы

с Cu, когда она присутствует в малых количествах, при этом органическое веще-

ство способно изменять характер некоторых реакций меди с неорганическими

компонентами почв.

Микробиологическая фиксация также играет важную роль в связывании меди

в некоторых типах почв и является важным этапом ее биологического круговоро-

та. Количество Cu, связанной в биомассе микроорганизмов, меняется в широких

пределах и зависит от концентрации меди, свойств почвы, сезона года.

Содержание меди в почвенных растворах достаточно велико во всех типах

почв. Суммарная растворимость катионных и анионных форм меди понижается

при рН около 7-8. При рН ниже 7 наиболее существенными формами меди явля-

ются продукты гидролиза CuОН

+ и

(ОН)

, при рН выше 8 становятся важны-

ми анионные оксикомплексы меди. Растворимость Cu в виде комплекса CuСО

не зависит от кислотности и является главной нерастворенной формой меди в

нейтральных и щелочных почвенных растворах. Доля комплексов с нитратом,

хлоридом, сульфатом незначительна.

Однако наиболее важная форма меди в почвенных растворах – ее раствори-

мые органические хелаты, которые составляют около 80% от суммы ее раство-

ренных форм. Образование органических комплексов меди имеет важное практи-

ческое значение для управления биологической доступностью и миграцией эле-

мента в почве.

Концентрация меди в почвенных растворах контролируется ее реакциями с

активными группами на поверхности твердой фазы и реакциями со специфиче-

скими веществами.

Загрязнение почв соединениями меди связано с использованием медьсодер-

жащих веществ: удобрений, сельскохозяйственных и коммунальных отходов,

промышленным производством. Медь имеет тенденцию к накоплению в верхнем

слое почвы. При загрязнении почв вблизи индустриальных источников ее содер-

жание часто возрастает до опасных значений превышающих пороговые. Методы

обезвреживания почв от избытка меди основаны на внесении извести, торфа,

фосфатов, которые оказывают различные действия в зависимости от особенно-

стей почв и растительности. Медь, сохраняющаяся в поверхностном слое, влияет

на биологическую активность почвы и может станоситься доступной для расте-

ний.

Молибден (Мо). Содержание элемента в земной коре – 3×10

-4

весовых про-

цента. Природные соединения молибдена весьма разнообразны. В свободном со-

стоянии Мо в природе не найден. Элемент связан в основном с кислыми магмати-

ческими породами. Первичный минерал – молибденит МоS

известен как концен-

тратор большей части земного молибдена и ассоциируется с минералами железа и

титана. Молибден проявляет как фалькофильные, так и литофильные свойства.

Его геохимия связана в основном с анионными формами.

Содержание элемента в почвах близко к его концентрации в материнских по-

родах. В почвах мира изменяется в пределах 0,013-17,0 мг/кг. Почвы, развитые на

гранитных породах и на обогащенных органикой сланцах, содержат повышенное

количество Мо.

В почвах среди других микроэлементов молибден выделяется меньшей рас-

творимостью в кислых почвах и подвижностью в щелочных.

Неорганические формы молибдена связаны с оксидами железа в виде адсор-

бированной фракции. Формы Мо, адсорбированные свежеосажденным Fe(OH)

являются легкообменными, но с течением времени выпавший в осадок молибден

становится менее растворимым, образуя слаборастворимые Zn-Мо-

полукристаллические формы.

Растворимость и доступность элемента для растений во многом зависит от рН

и условий дренирования почв. На увлажненных щелочных почвах Мо более дос-

тупен для растений. Поглощение Мо обусловлено высокой активностью МоО

щелочной среде, а также образованием растворимых МоS

, МоО

(тиомолиб-

датов) в восстановительных условиях.

В условиях кислых почв с рН<5,5 с невысоким содержанием Мо, особенно

при повышенных количествах оксидов Fe, молибден становится труднодоступ-

ным для растений. Слабое поглощение Мо из торфянистых почв обусловлено ак-

тивной фиксацией Мо

гуминовой кислотой, сопровождающейся опережающим

восстановлением МоО

. С другой стороны, из-за медленного высвобождения

элемента из связанных с органическим веществом форм в почвах, богатых орга-

никой, могут накапливаться достаточные для растений количества элемента.

Растения поглощают Мо из почвы в виде водорастворимых соединений.

Основная его функция – участие в усвоении растениями азота, а также использо-

ванию фосфора и кальция. Недостаток или избыток элемента в почвах вызывает

заболевание растений и животных. Для повышения доступности Мо для растений

проводят известкование кислых почв или примененяют соли молибдена. Для

снижения поступления элемента в биоту эффективно применение серы.

Причиной повышения молибдена в почвах может быть техногенное загряз-

нение в результате добычи, выплавки и обработки металлов, рафинирования неф-

ти, использования сточных вод на сельхозполях, использоавание вкачестве удоб-

рений летучей золы угольных электростанций и т.д.

Цинк (Zn). Содержание цинка в земной коре - 5×10

-3

весовых процента. В

горных породах цинк встречается в виде многочисленных собственных минера-

лов, а также в виде примесей в слюдах, амфиболах и других минералов. Главные

минеральные виды цинка представлены сульфидами, сульфатами, силикатами,

фосфатами.

Средние содержание элемента в почвах, как и в земной коре – 5×10

-3

весо-

вых процента. Цинк легко адсорбируется как минералами, так и органическими

компонентами, поэтому в большинстве типов почв он аккумулируется в верхних

горизонтах.

Баланс Zn в поверхностных слоях показывает, что атмосферные поступле-

ния этого металла превышают его вынос за счет выщелачивания и образования

биомассы.

Основной, наиболее подвижной формой цинка в почвах считается Zn

, но

могут присутствовать и другие ионные формы. Элемент достаточно прочно удер-

живается глинами и органическим веществом.

Существует два различных механизма адсорбции цинка:

1) в кислой среде, связанный с катионным обменом;

2) в щелочной среде – рассматривается как хемосорбция и зависит от при-

сутствия органических лигандов.

Образование микрочастиц гидроксида цинка на поверхности глин может

привести к сильной зависимости удержания металла в почвах от рН. Адсорбция

может ослабевать при низких рН за счет конкуренции со стороны других ио-

нов. Это приводит к легкой мобилизации и выщелачиванию цинка из кислых

почв. При повышении рН, когда в почвенном растворе возрастает концентрация

органических веществ, Zn-органические комплексы также могут вносить свой

вклад в растворимость элемента.

Наиболее важными факторами, контролирующими растворимость Zn в поч-

вах, является содержание глинистых минералов и водных оксидов, величина рН.

Образование органических комплексов, осаждение цинка в виде гидроксидов,

карбонатов, сульфидов не имеет большого значения. Элемент может также вхо-

дить в кристаллическую структуру некоторых слоистых силикатов, и становится

малоподвижным. Органическое вещество почв способно связывать Zn в устойчи-

вые формы, что способствует его накоплению в гумусовых горизонтах и торфе.

Цинк, по сравнению с другими металлами, наиболее растворим в почвах.

Его концентрация в почвенном растворе колеблется от 4 до 270 мкг/л.

Цинк наиболее подвижен и биологически доступен в кислых легких мине-

ральных почвах. Для растений наиболее доступна фракция Zn, связанная с окси-

дами железа и марганца. Для мобилизации цинка особенно действенно кислое

выщелачивание, поэтому в подзолах и бурых лесных почвах, развитых на песках,

наблюдается его потеря некоторыми горизонтами.

Растворимость и доступность Zn в почвах имеет обратную корреляцию со

степенью насыщенностью кальцием и содержанием соединений фосфора. Эти со-

отношения отражают как влияние адсорбции и осаждения, так и взаимодействие

между элементами. В области высоких значений рН необходимо учитывать влия-

ние на растворимость и доступность цинка образования растворимых Zn-

органических комплексов и комплексных анионных форм цинка.

Неподвижность Zn наблюдается в почвах, богатых Са и Р, содержащих со-

единения серы, повышенное количество насыщенных кальцием минералов и вод-

ных оксидов, а также в хорошо аэрируемых почвах.

Антропогенные источники цинка – предприятия цветной металлургии и аг-

ротехническая деятельность. Восстановление качества загрязненных цинком почв

основано на ограничении его биологической доступности путем внесения извести

или органического вещества.

Кобальт (Со). Среднее содержание кобальта в земной коре равно 5×10

-3

весовых процента. Количество элемента в почвах сильно колеблется в зависимо-

сти от комплекса почвообразующих условий. Известно около 130 минералов, в

состав которых входит Со. Из них 30 относится к собственно кобальтовым: ко-

бальтин, линнеит, скуттерудит. Кобальт широко представлен вместе с железом в

пирите, с никелем и железом в бравоите, с цинком в цинковой обманке.

В природных условиях кобальт встречается в двух состояниях окисления –

Со

и Со

а также

комплексного аниона Со(ОН)

. В геохимических циклах он

тесно связан с железом и марганцем. Оксиды железа обладают высокой избира-

тельной способностью к адсорбции кобальта. Это находит отражение в характере

распределения элемента по почвенному профилю, которое близко к распределе-

нию Fe.

В некоторых почвах, богатых минералами Mn, связь кобальта и марганца

преобладают над другими процессами. Механизм сорбции Со на кристаллических

оксидах марганца основывается на взаимообмене Со

и Mn

при низких значе-

ниях рН и образовании Со(ОН)

осаждающегося на поверхности оксидов. При

широких интервалах рН может иметь место специфическая обменная сорбция с

образованием водородной связи.

Важными факторами поведения Со в почвах являются органическое веще-

ство и содержание в почве глинистых частиц. Большую роль играют монтморил-

лонитовые и иллитовые глины в связи с их высокой сорбционной способностью и

относительно легким высвобождением кобальта. С органическим веществом ко-

бальт способен давать комплексные соединения, поэтому он накапливается в гу-

мусовом горизонте почв. Подвижность кобальта зависит от характера органиче-

ского вещества. Органические хелаты кобальта известны как легкоподвижные и

активно транспортируемые в почвах соединения.

В кислой среде кобальт относительно подвижен, но из-за активной сорб-

ции оксидами Fe и Mn, а также глинистыми минералами этот металл не мигриру-

ет в растворенной фазе.

В виде гидратов и других легко растворимых соединений кобальт вымыва-

ется из почвы. Этому способствуют кислые растворы торфянистых и подзолистых

почв.

Несмотря на то, что в природных условиях содержания Со изменяются в

широких пределах, его токсичное действие на растения наблюдается редко. Как

правило, его высокие концентрации в почвах и избыточные накопления в расте-

ниях связаны с техногенной деятельностью, например, в результате загрязнения

почв в районах выплавки цветных металлов, при сжигании угля и т.д.

15.3. Тяжелые металлы в почвах.

В настоящий момент для обозначения практически одинаковой группы хи-

мических элементов широко применяются два различных термина: микроэлемен-

ты и тяжелые металлы.

Микроэлементы – понятие, зародившееся в геохимии и ныне активно ис-

пользуемое в сельскохозяйственных науках, медицине, токсикологии, санитарии.

Оно обозначает группу химических элементов, которые содержатся в природных

объектах в очень малых количествах – менее 0,01%, как правило, 10

-3

–10

-12

Формально в основу выделения положена их распространенность в природе, ко-

торая для разных природных сред и объектов (литосфера, педосфера, донные

осадки, гидросфера, растения, животные и др.) существенно различается.

Термин ''тяжелые металлы'' в большей степени отражают эффект загрязне-

ния окружающей среды и токсичное воздействие элементов при их поступлении в

биоту. Он заимствован из технической литературы, где применяется для обозна-

чения химических элементов с плотностью более 5 г/см

. Если исходить из этого

показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов, входящих в Периодиче-

скую систему элементов Менделеева. Однако при такой трактовке под данное оп-

ределение не попадают Be – 1,85 г/см

, Al – 2,7, Sc – 3,0, Ti – 4,6, Rb – 1,5, Sr – 2,6,

Y – 4,5, Cs – 1,9, Ba – 3,8 г/см

, которые при избыточных концентрациях также

бывают опасными. Необходимость включения в эту группу легких металлов-

токсикантов была достигнута изменением критерия отбора, когда в данную груп-

пу стали относить элементы с атомной массой более 40. При таком подходе из

токсикантов в нее не попали лишь Be и Al.

Поэтому вполне обоснованным является включение в современную трактов-

ку термина “тяжелые металлы” большой группы токсичных химических элемен-

тов, в том числе и неметаллов.

Всего насчитывается свыше 40 тяжелых металлов. Приоритетными загрязни-

телями считаются Pb, Cd, Zn, Hg, As и Cu, так как их техногенное накопление в

окружающей среде идет очень высокими темпами. Эти элементы обладают боль-

шим сродством к физиологически важным органическим соединениям. Их избы-

точные количества в организме живых существ нарушает все процессы метабо-

лизма и приводят к серьезным заболевания человека и животных.

В то же время, многие их элементов (Co, Cu, Zn, Se, Mn) довольно широко

используются в народнохозяйственном производстве (особенно в сельском хозяй-

стве, медицине и др.) под названием микроэлементы, о чем говорилось выше.

Остановимся на характеристике основных из них.

Хром (Cr). Его наиболее высокие концентрации отмечены в основных и вул-

канических породах. Содержание элемента в почвах зависит от его содержания в

материнских породах.

Хром отличается широким разнообразием состояний окисления и способно-

стью формировать комплексные анионные и катионные ионы (Cr(OH)

, CrO

CrO

). В природных соединениях он обладает валентностью +3 (хромовые соеди-

нения) и +6 (хроматы). Высокоокислительные формы хрома менее стабильны,

чем Cr

Большая часть Cr

присутствует в хромате FeCr

или других минералах

шпинелевого ряда в которых он замещает железо и алюминий. Хромит, типичный

минерал хрома, устойчив к выветриванию, что обуславливает присутствие этого

элемента в остаточном материале.

В почвах большая часть хрома присутствует в виде Cr

входит в состав ми-

нералов или образует различные Cr

и Fe

оксиды. Соединения хрома в почвах

весьма стабильны, так как в кислой среде он инертен (при рН 5,5 он почти полно-

стью выпадает в осадок). Шестивалентный хром крайне нестабилен и легко моби-

лизуется как в кислых, так и в щелочных почвах. Поведение хрома зависит от рН

и окислительно-восстановительного потенциала почв.

На поведение хрома в почвах большое влияние оказывают и органические

комплексы. Доминирующее влияние органического вещества сказывается в сти-

муляции восстановления Cr

до Cr

Важным моментом в поведении элемента, с которым связана доступность

хрома для растений, является легкость, с которой растворимый Cr

при нормаль-

ных почвенных условиях переходит в нерастворимый Cr

. В результате окис-

ляющей способности соединений марганца в почвах может наблюдаться окисле-

ние Cr

Хром является важным элементомпитания растений. Снижение его подвиж-

ности хрома в почвах может приводить к дефициту в растениях. Легко раствори-

мый в почвах Cr

токсичен для растений и животных.

В результате антропогенного загрязнения отмечается возрастание содержа-

ний хрома в поверхностном слое почвы. Наивысшие его содержания колеблются

от 214 до 399 мг/кг.

Известкование применение фосфора и органических веществ заметно снижа-

ет токсичность хрома в загрязненных почвах.

Свинец (Pb). Содержание свинца в земной коре составляет 1,6×10

-3

весовых

процента. Естественное содержание свинца в почвах колеблется от 3 до 189 мг/кг.

Свинец обладает сильными халькофильными свойствами поэтому в естест-

венных условиях его главная форма – галенит PbS. Свинец присутствует в виде

. Образует ряд других минералов которые относительно плохо растворимы в

природных водах.

При выветривании сульфиды свинца медленно окисляются элемент может

образовывать карбонаты входить в глинистые минералы, оксиды железа и мар-

ганца, связываться органическим веществом. По геохимическим свойствам сви-

нец близок к группе двухвалентных щелочноземельных элементов, поэтому спо-

собен замещать К, Ва, Sr, Са как в минералах, так и при процессе сорбции.

Из-за широкомасштабного загрязнения свинцом большинство почв особенно

верхние горизонты, обогащены этим элементом.

Природные содержания свинца в почвах тесно связаны с характером подсти-

лающих пород. Среди тяжелых металлов он наименее подвижен. Свинец ассо-

циируется главным образом с глинистыми минералами, оксидами марганца, гид-

роксидами железа и алюминия, органическим веществом. В некоторых почвах

элемент может концентрироваться в частицах карбоната Са или в фосфатных

конкрециях.

При высоких рН свинец осаждается в почве в виде гидроксида, фосфата,

карбоната. Эти же условия способмствуют образованию Pb-органических ком-

плексов.

Среди глинистых минералов иллиты проявляют наибольшую склонность к

сорбции Pb. Адсорбция свинца зависит от числа лигандов, участвующих в обра-

зовании гидрокомплексов свинца. Сорбция свинца на монтмориллните идет как

простой катионообменный процесс, на каолините и иллите адсорбция носит ха-

рактер конкуренции.

Свинец более избирательно адсорбируется на оксидах железа, галлуазите,

имоголите менее избирательно – на гумусе, каолините, монтмориллоните.

Характер локализации Pb в поверхностном слое почвы связан с накоплением

здесь органического вещества. Поэтому органическое вещество должно рассмат-

риваться как важный потребитель элемента в загрязненных почвах.

Концентрации свинца в поверхностном слое почвы, вызванные техногенным

загрязнением, составляют в ряде случаев 2% на сухое вещество. Уровни содер-

жаний, при котором элемент становится токсичным, колеблются в пределах 100-

500 мг/кг. Свинцовые загрязнения от предприятий цветной металлургии пред-

ставлены минеральными формами, от выхлопных газов автотранспорта – галоге-

нидных солей. Содержащие Pb частицы выхлопных газов неустойчивы и легко

превращаются в оксиды, карбонаты, сульфаты.

Загрязнение почв свинцом носит необратимый характер, поэтому накопление

микроэлемента в верхнем горизонте почв будет идти даже в условиях его не-

большого привноса.

Загрязнение почв свинцом в настоящее время не вызывает большого беспо-

койства из-за нерастворимости адсорбированных и осажденных ионов Pb в поч-

вах. Однако содержание свинца в корнях растений коррелирует с его содержани-

ем в почвах, что указывает на поглощение элемента растениями. Накопление

свинца в верхнем горизонте почв имеет также большое экологическое значение,

так как он сильно воздействует на биологическую активность почв и почвенную

биоту. Его высокие концентрации могут тормозить микробиологические процес-

сы особенно в почвах с низким значением катионообменной емкости.

Кадмий (Cd). Кадмий является рассеянным элементом. Распространенность

кадмия в земной коре составляет 5×10

-5

весовых процента. Главные минералы

кадмия являются очень редкими – гринокит и отавит.

Геохимия Cd тесно связана с геохимией цинка, но он обладает большим

сродством к сере и обнаруживает большую подвижность в кислых средах.

При выветривании кадмий легко переходит в раствор где присутствует в виде

. Он может образовывать комплексные ионы CdCl

, CdOH

, CdHCO

Cd(OH)

, Cd(OH)

, а также органические хелаты. Главное валентное состояние

кадмия в природных средах - +2. Наиболее важными факторами, контролирую-

щие подвижность ионов кадмия, являются рН среды и окислительно-

восстановительный потенциал. В сильноокислительных условиях Cd способен

образовывать собственно минералы, а также накапливаться в фосфатах и биоген-

ных осадках.

Главный фактор, определяющий содержание элемента в почвах – состав ма-

теринских пород. Среднее содержание кадмия в почвах – от 0,07 до 1,1 мг/кг. При

этом фоновые уровни не превосходят 0,5 мг/кг, более высокие значения являются

результатом антропогенной деятельности.

В связывании кадмия различными компонентами почвы ведущим процессом

является конкурирующая адсорбция на глинах. Именно адсорбция, а не осажде-

ние контролируют концентрацию Cd в почвенных растворах до тех пор, пока не

будет повышена некоторая предельная величина рН. При рН выше 7,5 сорбиро-

ванный почвой Cd перестает быть легкоподвижным. В растворимости кадмия

важное значение играют природа сорбирующих поверхностей и органических ли-

гандов. Энергия связи при адсорбции Cd больше у органического вещества, чем у

глин. Оксиды железа, аллофан, имоголит обладают наибольшей склонностью к

селективной адсорбции Cd.

В любой почве активность кадмия сильно зависит от рН. В кислых почвах

органическое вещество и полуторные оксиды могут в значительной степени кон-

тролировать растворимость кадмия, в щелочных почвах надо учитывать осажде-

ние кадмиевых соединений.

Элемент наиболее подвижен в кислых почвах в интервале рН 4,5-5,5, в ще-

лочных он относительно неподвижен. При росте рН до щелочных значений появ-

ляется одновалентный гидроксокомплекс CdОН

, который не может легко заме-

нить позиции в ионообменном комплексе.

Концентрация кадмия в почвенных растворах относительно низкая и состав-

ляет 0,2-6 мкг/л. Более высокие значения указывают на загрязнение почвы.

Для кадмия наиболее характерна миграция вниз по профилю, чем накопление

в верхних горизонтах почв, поэтому обогащение элементом верхних слоев свиде-

тельствует о загрязнении почв. Загрязнение почв Cd опасно для биоты.

Сорбция кадмия является очень быстрым процессом. В интервале рН 4-7,7

сорбционная емкость почв возрастает примерно втрое при увеличении рН на еди-

ницу. Повышенные концентрации Са в почвенных растворах существенно

уменьшают сорбционную емкость почв в отношении кадмия.

В условиях техногенной нагрузки максимальные уровни кадмия в почвах ха-

рактерны для районов свинцово-цинковых рудников, вблизи предприятий цвет-

ной металлургии, на сельскохозяйственных угодьях, где используются сточные

воды и фосфатные удобрения.

Для уменьшения токсичности Cd в почвах используются методы, направлен-

ные на повышение рН и катионообменной емкости почв.

Ртуть (Hg). Ртуть и ее сульфид (киноварь) известны человеку с давних вре-

мен. Это единственный металл, который при обычной температуре находится в

жидком виде. Алхимики считали ртуть носительницей металлических свойств и

рассматривали ее как общую составную часть всех металлов.

Содержание ртути в земной коре составляет 1×10

-6

%. Известные в природе

соединения ртути составляют около 20 самостоятельных минералов. Основной

минерал – киноварь. В процессе миграции образуются также самородная ртуть,

амальгамы ртути с золотом, серебром, ртутно-сурьмяные, галоидные и другие

минералы ртути.

Важными геохимическими свойствами ртути являются: образование сильных

связей с серой, образование органно-металлических соединений, сравнительно

устойчивых в водной среде, летучесть элементарной ртути.

Ртуть малоподвижна при выветривании. Поступая в почву, ртуть, вероятно,

связывается в форме элементарной ртути и в виде катионных или анионных ком-