Соединения кремния и их значение в биохимиче­ских процессах.

Тема 6 (2). Биогенные элементы, их роль в морской воде

Кремний – второй по распространенности (после кислорода) элемент в земной коре, где он составляет более 25% (масс.). Встречается в природе в основном в виде песка, или кремнезема, который представляет собой диоксид кремния (SiO₂), и в виде силикатов

Кристаллический диоксид кремния широко распространен в природе в виде прозрачных бесцветных или окрашенных кристаллов (горный хрусталь, аметист, кварц, кремень, опал и др.) и в форме обломочных пород (морской песок, гравий, галька). Окраска аметиста объясняется примесями Mn и Fe, а дымчатого кварца – органическими включениями. Кремнезем встречается в диатомовых отложениях на дне морей и океанов, которые образовались из SiO₂, входившего в состав диатомовых водорослей и некоторых инфузорий.

Кристаллы кремния применяют в полупроводниковых устройствах – транзисторах и диодах, солнечных батареях. Неорганические соединения кремния используют в технологии изготовления керамики и стекла (в стекле содержится 70-75 % SiO₂ из силикатов).

Для многих организмов кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных у животных. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. У человека больше всего кремния депонируется в костях, коже, волосах, соединительной ткани (в волосах брюнетов этого вещества в два раза больше, чем в волосах блондинов).

В водах океана основном кремний представлен растворенной кремниевой кислотой (H₄SiO₄). На долю взвешенного кремния приходится совершенно незначительная часть, на 1-2 порядка меньше растворенного.

Морские организмы способны потреблять только кремний, находящийся в растворенной форме. Входя в состав скелетных образований диатомовых водорослей, радиолярий и других организмов, кремний после сложной цепи трансформации, поступает в океанические отложения. Океанологические условия часто определяют сосредоточение кремнесодержащих отложений. На­пример, накопление отложений на участках интенсивного прибрежного апвеллинга, где интенсивно развивается диатомовые водоросли. Содержание кремния в воде восполняется поступление с речным стоком.

Содержание кремния в водах Мирового океана превышает содержание других биогенных элементов (азота и фосфора). Концентрация кремния в поверхностном слое океанов меняется в очень широких пределах: от 4-5 мкг Si/л весной, когда Si очень активно потребляется диатомовыми водорослями, до 2000 мкг Si/л и более в зимнее время. В отличие от соединений азота и фосфора соединения кремния не могут и не выступают в качестве фактора, лимитирующего развитие фитопланктона.

Прослежено влияние изменений речного стока на концентрацию кремния.Не­которое увеличение концентрации кремния в зонах апвеллинга.

Вертикальное распределение кремния характеризуется увеличением содержания с глубиной. Например, в Индийском океане концентрации кремния меньше 10 мкг-ат/л свойственны поверхностным водам, глубже 100-200 м содержание кремния выше 20 мкг-ат/л, глубже 500 м - 40 мкг-ат/л, а глубже 1000 м достигает почти 100 мкг-ат/л.

Несмотря на значительные колебания содержания крем­ния в океане, его концентрация не доходит, как для азота и фосфора, до аналитического нуля и дефицита кремния для раз­вития фитопланктона в море обычно нет. Лишь в водах Антарктики кремний приобретает осо­бое значение для продуцирования диатомовых водорослей. Именно кремний ока­зывается здесь лимитирующим биогенным элементом, поскольку его запас, образовав­шейся за длительный зимний период, оказывается израсходованным и не восполняется за время вегетации фитопланктона.

Дата добавления: 2015-08-20