Натрий в воздухе, воде, техногенезе

11.01.2017

Содержание Na в чистом атмосферном воздухе над океанами самое высокое среди всех металлов — 3,5 мкг/м3 (Na/K = 20), как и в океанических аэрозолях — от 0,6 до 2,4%, по С.Л. Шварцеву, а в среднем 2,3% (Na/K = ~2), по В.С. Савенко, и коррелируетси с Cl. В воздухе над Южным полюсом содержание Na (нг/м3) 7±4, в воздухе континентальных фоновых станций 140, крупных городов мира 300. В промышленных аэрозолях оно достигает 8200 мкг/т, в фоновых (для городов Сибири) 100 нг/м3.
В средней океанической воде (соленость S=35%, С1=19,37%) содержание Na 1,08% (Na/K = 2,7) и уступает только количеству Mg, в речной воде — 6,3*10в-3 % (Na/K = 2,7). Концентрация Na в морской воде (г/кг) прямо коррелируется с соленостью (5, %„): 3,07 г/кг и 10%; 4,61 и 15; 6,15 и 20; 7,68 и 25; 9,22 и 30; 10,76 и 35; 12,3 и 40. Если в морской воде соотношение элементов Na ≥ Mg ≥ Ca, то в континентальных Mg ≤ Na ≤ Ca. Талассофильность Na самая высокая среди металлов (Н — 71, 0~1,8, Na~0,4).
Существенное значение в биосферном круговороте Na, других щелочных и щелочноземельных металлов и особенно NO3, HCO3, SO4, Cl, NH4 имеют атмосферные осадки. По В.П. Звереву, 1974 г., модули поступления Na для нашей страны равны (т/км2 год): сухой климат 3,15 (Na+ К), высокогорный 1,1—2,1 (Na), слегка влажный 1,5, влажный 0,9, а общее поступление растворимых солей составляет 257,9*10в6 т/год. Еще большую роль играет ионный гидрохимический сток солей. Его величина для океанов и внутренних морей нашей страны, но О.А. Акелину и Л.В. Бражниковой, 1964 г., составляет 514,4*10в6 т/год, для Na+К-37,8*10в6 т/год при общем модуле стока всех солей ~24,8 т/км2 год.
Содержание Na в аэрозольной составляющей континентальных фоновых территорий, по А.А. Волоху, 1991 г., таково (нг/м3): Восточная Сибирь 100, оз. Глубокое (Московская обл.) 250, Крым 330.
Интересно, что максимальное количество Na+ в атмосферных осадках наблюдается под елями — 0,13 г/м2, на полянах 0,11 г/м2, а при прохождении осадков через покров озимой пшеницы достигает 2,2—4,7 кг/га.
Подсчитан глобальный вынос Na и других металлов в атмосферу с океанической поверхности (табл. 35). Происходит постоянный круговорот Na между океаном и континентом, так как приносимый океанскими ветрами Na в условиях влажного климата почти полностью поступает в реки и доставляется обратно в океан. Временно выбывает из этого оборота Na, осаждающийся в лагунах, заливах (NaCl, Na2SO4 и др.), а в аридных сухих зонах — в солончаках, солонцах, соленых глинах, а также в поглощающем комплексе морских отложений и т. д. По данным А.И. Перельмана, в геохимическом цикле Na часть его из гидрогенной и осадочной оболочек вновь поступает в зоны эндогенеза, где образуются его гипогенные минералы (альбит и др.).
Натрий в воздухе, воде, техногенезе

В поверхностных пресных водах содержание Na+К, по О.А. Алекину, составляет (мг/л): реки — от 1,5 (Енисей, Красноярск) до 18,8 (Лена, о. Кюсюр), а в среднем для шести крупных рек нашей страны и Америки — 8,6±4,9.
Считается, что влияние морских бассейнов на состав атмосферных осадков сказывается на расстоянии 200—250 км. На территории бывшего СССР ежегодно выпадает 45—50 тыс. т солей океанического происхождения. Еще большая масса солей вовлекается в воздушную миграцию на суше в прямой зависимости от ландшафтных особенностей и степени минерализации атмосферных осадков, которая изменяется следующим образом (мг/л): лесные зоны 17—20, степные 40—50, полупустынно-пустынные 180. В областях современного вулканизма минерализация в среднем оценивается ~65 мг/л, но может достигать 2000 мг/л (Na/Ca = 7), в промышленных районах 120—160 мг/л. Средний модуль поступления Na с атмосферными осадками в нашей стране, по В.П. Звереву, составляет 1,29 т/км2 в год; для различных климатических зон он таков (т/км2): зоны достаточного увлажнения 0,92, недостаточного 1,50, сухие 3,15, высокогорные — от 1,13 (Средняя Азия) до 2,12 (Кавказ).
Наибольшее значение для перераспределения Na и других солевых компонентов имеет гидрохимический сток. Суммарный солевой гидрохимический сток на территории бывшего СССР оценивается в 514,4*10в6 т/год, из них ~10% аккумулируется во внутренних бессточных бассейнах. Для Na и К сток следующий (n*10в6 т/год): общий 37,8, северо-западные моря (Балтийское, Баренцево, Белое) ~2, северо-восточные ~20, восточные (Берингово, Охотское, Японское) ~3, южные ~8, Аральское и бессточные районы Средней Азии и Казахстана 4,55. Общий баланс превышения выноса Na++K+ над поступлением составляет для бывшего СССР 6,6*10в6 т/год; коэффициент водной мобилизации Kм (отношение массы солей в стоке к массе солей, поступающих с атмосферными осадками) 1,2.
В подземных водах содержание Na более высокое, чем в поверхностных, особенно в глубинных артезианских водах (табл. 36). В тектонических прогибах известны SO2-Na (минерализация M до 70 г/л и более) и Cl-Na (М до 150 г/л и более) рассолы, содержащие n*10 г/л Na. Очень широкое распространение имеют содовые воды (1—1,5 г/л), обладающие HCO3 (CO3)-Na составом (pH до 10) и образующиеся при выветривании альбита и другими путями. Типичны реакции Caр-р2++2Naтв+=Сатв+2Naр-р, CaSO4тв+Na2CO3(р-р) = CaCO3тв+Na2SO4(р-р) и т.д. Содовые воды, по А. И. Перельману, производят интенсивные катагенетические изменения и обеспечивают миграцию SiO2, иногда Al, Cu, Be, Y, Zr, Se, U, Mo и др. При изменении pH вод может формироваться анальцим (4SiО2AbО3Na2О*2Н2О), в также появляться концентрации Cu, U, Mo, Y, TR, Zr, Be, Sc, Ag гидрогенного происхождения.
Натрий в воздухе, воде, техногенезе

Основные формы нахождения характеризуемого элемента в подземных водах — Na+(96—99%), NaSО4(0,2—1,6%), а также NaHCO3 и NaCO3-.
По А.Е. Бабинцу и К.Е. Питьевой, самые высокие содержания Na и К в подземных водах некоторых районов характерны для хлоридно-натриевых и хлор-кальциевых вод с высокой общей минерализацией (см. табл. 36). Более подробные данные по распределению Na и других щелочных металлов в различных типах хлоридных подземных вод дают полное представление о влиянии химизма, степени минерализации, температуры, pH на концентрацию Na.
Среднее содержание Na в подземных водах зоны гипергенеза составляет, по А.И. Перельману, 45,5 мг/л при более высоком (142 мг/л) в грунтовых водах континентального засоления по сравнению с водами областей выщелачивания (14 мг/л). Для последних повышенные содержания (в мг/л) типичны для умеренного климата (~24) по сравнению с субтропическим (14) и полярным (~10).
Техно- и экогеохимия Na изучены неполно, хотя известна его определяющая роль в химизме окружающей среды и развитии сердечно-сосудистых и других заболеваний.
По модулю техногенного давления на биосферу Na вместе с Ca, Fe, Cl занимает самое высокое место — 500—1000 кг/км2 в год, а по показателю общего техногенного использования относится к третьей (высокой) группе (Tx n*10в8).
По М.А. Глазовской, в последнее столетие к основным видам человеческой деятельности, которые в течение тысячелетий оказывают влияние на концентрацию Na и других солевых компонентов (Ca, Mg, К и др.), прибавилось поступление их при добыче руд, угля, нефти, а также искусственном синтезе солей для минеральных удобрений. При этом самым мощным техногенным фактором галогенеза является орошение почв, которое наряду с временным положительным воздействием на биопродуктивность вызывает вторичное засоление и осолонцевание почв, приводящее к образованию сульфатов, хлоридов Na и соды за счет нарушения водно-солевого обмена и резкого снижения биопродуктивности почв. По данным Н.Н. Розонова с соавторами, засолением в России было охвачено ~37% пастбищных земель, ~18,5% сенокосов и ~11 % пашен. Большинство из них требуют специального мелиоративного улучшения. Вторичное соленакопление приводит к увеличению концентрации солей в речной воде. Так, за 20—40 лет поливного земледелия в Средней Азии концентрация солей в реках увеличилась с 0,2—0,4 г/л в 30-х годах до 1—1,5 г/л в 70-х, причем воды из НСО3-Са превратились в SO2-Ca-Na с высоким содержанием хлоридов (Амударья, Сырдарья, Зеравшан и др.). Увеличение забора речных вод привело к резкому понижению уровня Аральского моря и образованию обширных солончаков. М.Ф. Глазовский показал, что до широкого орошения земель в аридных областях России соленакопление составляло ~290 млн т/год, а в 70-х годах по мере его развития достигло 365 млн т/год.
Серьезную опасность может представлять радионуклид 24Na, который особенно радиотоксичен в первые часы образования. Его ПДК следующие (Ки/л): ПДКрз 1*10в-11, в воздухе санитарно-защитных зон 1*10в-11, населенных пунктов 1*10в-12, ПДКвп 8*10в-9. Он легко всасывается организмом как из пищи (100%), так и из воздуха (75%) и имеет биологический период полувыделения Т6 11 сут, эффективный 0,6 сут. Изотопы 22Na и 24Na возникают в верхних частях атмосферы под воздействием космических частиц, при этом выделяются высокоэнергетические частицы, представляющие вторичное космическое излучение. Установлено увеличение мощности космического облучения (поток нейтронов, см-2*с-1) с высотой местности (в км): 0—0,5 км (прибрежные зоны и равнины) 8*10в-3; 0,5—1,5 (предгорья) 1,7*10в2; 1,5—2,5 (альпийские луга) 6,4*10в-3; 2,5—4 (места обитания птиц и растений) 1,8*10в-1; 10 км (микроорганизмы, человек в полете) 1,4.
Натрий и его соединения являются обычными для большого числа производств и всех экогеохимических Na систем. ПДКвп 200 мг/л Na, 20 мг/л хлората. Хотя Na относится к общетоксичным металлам, но Na2Cr2O7, NaAsO2, NaHF2, Na2O, Na2S, Na2O2, Na2SeO3, NaF — сильнотоксичны, а цианистый Na—яд.
Показатели смертности (ЛД крыс, мг/кг), ПДК и ОБУВ (мг/м3), другие показатели имеются для следующих соединений Na: NaN3 ЛД50 45; NaAsO2 (сильнотоксичен) ЛД50 1,17; NaHCO3 (сода) ЛД50 4420; NaHF2 ЛД 2000 (морские свинки); Na2Cr2O7 (хромпик) ПДКсс 0,0015, (I класс опасности); NaBH4 ЛД50 160; Na2B4O7 ЛД50 2660; NaBrO3 ЛД50 140; NaBr ЛД50 3500; Na2WO4 ЛД50 1152, ПДКсс 0,1 (III класс опасности); NaOH (сода каустическая) ОБУВ 0,01; NaCO3 ПДКрз 2, ОБУВ 0,04. ПКост 4,9 мг/м3; Na2S ПДКрз 0,2, ЛД100 6; NaNO2 ЛК50 0,0055 мг/л (при вдыхании), ПКхр 0,00012 мг/л; NaSeO4 ЛД100 4; Na2SeO3 ЛД50 3; NaF ПДКмр 0,03, ПДКсс 0,05 (II класс опасности), ПДКрз 0,2; Na3 [AlF6] ПДКмр 0,2, ПДКсс 0,3 (II класс опасности); Na2 [SiF6] ПДКмр 0,03, ПДКсс 0,01 (II класс); NaClO3 ЛД50 596; NaCl ПKхр 10 мг/м3. Гибель гидробионтов (рыб и др.) наступает при ЛК (г/л): Na2CO3 0,25; метасиликат 3,2; фосфат 4; нитрит 10; сульфат 1,5; хлорат 18.
ПДК„ утверждены для многих других соединений Na для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения (мг/л; в скобках—класс опасности): адипат Г(III); алкиламидометансульфонат 0,5 (III); дибутилдитиофосфат 0,2 (II); n-диизопропилбензола Na соль 0,5 (II); монохлорацетат Na 0,05 (II); фосфорнокислый Na 3,5 (IV); фосфонаты Na 0,5 (111); олефинсульфонат C15-C18 0,2 (II), грихлорпропионат I (III); другие соединения >1 (IV). ПДКр, (мг/м3; класс опасности) определены для следующих соединений: хлорат 5 (III); хлорит I (III); сульфат 10 (IV); роданистый 50 (IV); перборат I (II); метилдитиокарбомат (по метилизоцианату) 0,1 (I). Имеются также данные по ОБУВ в атмосферном воздухе населенных мест (мг/м3): Na соль дихлоризониануровой кислоты 0,03; оловянно-кислый Na (гидрат) 0,05; хлористый (поваренная соль) 0,15; перборат 0,02; сульфат 0,10; триполифосфат 0,50.
Высокие концентрации этих веществ содержатся в выбросах многих производств (получение Na, синтетических моющих средств, бумаги, пестицидов, стекла, текстиля, органических соединений, свинца, цемента, мыла, кожи, в химическом, металлургическом производстве и др.). Особенно большие количества Na помимо природных процессов, поступают в окружающую среду при добыче и переработке солей, а также при сжигании твердых минеральных топлив и с городскими и производственными стоками. Например, в талых водах снежного покрова на окраине Москвы установлено до 5 мг/л Na, в центре города на два порядка выше за счет использования NaCl против обледенения дорог. Применение осадков промышленно-бытовых сточных вод как удобрений повышает содержания Na в овощах в 2—3 раза.
Особенно большие массы NaCl выбрасываются при переработке K-Mg солей, которые, попадая в водоемы, увеличивают концентрацию Na до n(100—1000) мг/л. Использование Na для смягчения природных вод значительно увеличивает уровень его содержаний в питьевой воде.
Выводы. Экогеохимически Na важен как главный жизненно необходимый (Бг среднее 0,54, до 2,4 в пустынях), общетоксичный (Тл=1) элемент, определяющий особенности многих гео- и биохимических систем. Он относится к подвижным в большинстве обстановок элементам лито-, гидро- (ГЭФг = 0,4), биофильного (ГЭФб = 460) профилей, общетоксичного (иногда сильно токсичного) влияния на организмы. Геохимический круговорот его в значительной мере идет в растворимой форме и охватывает все экогеохимические системы, а по времени обмен наиболее краткосрочен в живом организме. Характерен уравновешенный полный эндогенно-экзогенный цикл миграции и концентрации Na: породы (почвы)—воды—атмосфера, ..., магматиты — гидротермалиты. В магматическом цикле концентрации он характерен для щелочных, особенно агпаитовых пород и руд и процессов альбитизации (В до 7), в экзогенном — для процессов галогенеза (В до 20) и аридного испарительного засолонения (В=n). Последний процесс типичен и для гидрогеологического цикла Na, в котором предельные его концентрации создаются в виде галита, тенардита, и других минералов (ГЭл 100—500).
В геоисторическом плане геохимический цикл Na тесно связан с эволюцией гидросферы и активностью Cl, S и O2; в осадочных породах его содержания от C до MZ снижаются, в почвах — зависят от ландшафтно-климатических условий. В региональном пространственном распределении эндогенные концентрации Na и К расходятся. В техногенезе показатели H и Тф самые высокие, Tx — средний. Во многом Na определяет экологическое состояние экосистем особенно агрохимических и образует крупные природные и антропогенные концентрации и деконцентрации, влияющие на жизнедеятельность растений и животных.