Геохимический цикл

Ответственное биологическое значение имеет реакция (распространение которой в большинстве случаев ограничено мелководными областями), разрешающая морским организмам строить раковины из карбоната кальция, выпадающего в осадок, когда кальций (Са + +) и бикарбонат вступают в реакцию. В случае если в окружающем растворе присутствует соляная кислота в не сильный концентрации (ее выделяют вулканы), то она еще стремительнее реагирует с бикарбонатом, образуя двуокись и воду углерода, оставляя свободным ион Cl. В то время как морские организмы погибают и опускаются в воде на глубину более 4000 метров, они пересекают уровень «лизоклина», ниже которого карбонат кальция снова растворяется из-за большого давления. Сейчай мы проследили три иона металлов, удаляемых из изверженных пород, на их пути к трем «нишам» в океане. Натрий остается в растворе, калий осаждается с глинами на дно моря глубоководных областей, а кальций выпадает в осадок и отлагается на дне мелководных районов в виде органогенного известняка: коралловых рифов и известковых илов.

Столетия проходят, а химический цикл идет своим методом, преобразуя глины дна океана в такие жёсткие породы, как гранит. В то время как старое океаническое дно выясняется, наконец, под континентальными глыбами, где наблюдается высокая температура и высокое давление, в нем еще содержатся свободные ионы, которые могут вступать в реакцию с глинами и снова образовывать жёсткие породы. Вероятен множество схем таковой реакции. При составлении третьей ступени мною стала схема образования «гранита» из равных частей калиевого полевого шпата, натриевого полевого шпата, кварца и калиевой слюды. (Увидьте, что кальций отсутствует: он был растворен и исключен из осадков при их погружении в глубоководные океанские желоба, через которые осадки проходят прежде, чем попадут под глыбы континентов.) В реакции, продемонстрированной на третьей ступени, участвуют все силикаты, появившиеся на первой ступени.
Сейчас мы достигли цели этого химического логического опыта. Во-первых, нами продемонстрировано, что из всех веществ, поступающих в океан, лишь хлор и натрий остаются в растворе много. В большинстве случаев, степень окисления металлов, жадно присоединяющих электроны, определяется окислительным потенциалом морской воды, являющимся мерой ее способности экстрагировать электроны из разных веществ — совершенно верно так же, как ее рН — это мера ее способности экстрагировать протоны. Морская вода характеризуется высоким значением окислительного потенциала-0,75 вольта, -что делает ее талантливой экстрагировать предельное количество электронов практически из всех элементов, не считая драгоценных металлов (несколько платины) и галогенов (семейство фтора).
Поразительно, но, что окислительный потенциал морской воды, по-видимому, не осуществляет контроль степень окисляемости многих металлов, орбитали которых частично заполнены. Одна из причин этого пребывает в том, что большая часть реакций протекают так, что в один момент замещается лишь один электрон. Такие замещения легче происходят, когда вещества, участвующие в реакции, адсорбируются на поверхностях, «распределение и» атомная геометрия зарядов которых могут ускорять перераспределение электронов (из этого польза катализаторов, предоставляющих в распоряжение реагентов такие поверхности). Но поверхности какого бы то ни было рода в океане видятся редко и поделены громадными расстояниями, а те, которые все-таки существуют, бедны катализаторами (за исключением марганцевых конкреций). Второй причиной, в силу которой окислительный потенциал моря неспособен осуществлять контроль валентное состояние, есть то, что кое-какие организмы время от времени выделяют вещества, богатые электронами и в будущем остающиеся в этом восстановленном состоянии, не обращая внимания на то, что вода, казалось бы, способна их окислить.
Марганцевые конкреции — это толстые пористые лепешки диаметром в пару сантиметров, складывающиеся из окислов металлов они обширно распространены на дне океана. Разумеется, марганцевые конкреции существуют по причине того, что помогают автокатализаторами реакции, которая ведет к их образованию. Благодаря собственной пористой структуре конкреции владеют поверхностью сто квадратных метров на один грамм вещества. Свойство к автокатализу, по-видимому, распространяется на целый комплекс металлов, осаждающихся вместе с марганцем: железо, кобальт, никель, медь, цинк, хром, ванадий, свинец и вольфрам. В конкрециях, обнаруженных склонах океанских хребтов, в большом количестве содержатся такие металлы, как никель, которые в самой морской воде характеризуются малой концентрацией. Это заставляет считать, что такие конкреции аккумулируют ювенильные металлы, выделяющиеся из мантии по трещинам, секущим хребты. Хотелось бы узнать, по какой причине металлы в конкрециях представлены в форме окислов, а не карбонатов, как возможно было бы ожидать.