WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 19 |

«Диагностика переувлажненных минеральных почв РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В. ДОКУЧАЕВА Ю.Н. ВОДЯНИЦКИЙ Диагностика ...»

-- [ Страница 4 ] --

Например, предложен показатель – «степень оглеения», основанный на снижении содержания свободного железа в илистой фракции огленного горизонта по сравнению с породой (Зайдельман, 1991; 1992). Использование этого показателя дало странные результаты. Степень оглеения у неоглеенных дерново-подзолистых почв на ленточных глинах (23) оказалась выше, чем у глубокооглеенных дерново-подзолистых почв на лёссовидных суглинках и глинах (19) (Зайдельман, 1991). Приведем другой пример неэффективности показателя. Применяют показатель «степень оглеения» и для характеристики обезжелезнения илистой фракции кутан, покрывающих поверхность трещин в дерново-подзолистых почвах (Зайдельман, 1991). В этом случае можно получить бессмысленное, отрицательное значение степени оглеения, которое маскируют значением 0. Такие странные результаты объясняются неучетом потери силикатного железа при оглеении почв. Не говоря о том, что показатель степени оглеения, зависящий от содержания Fe дит в породе, пригоден только для почв, сформировавшихся на вполне однородном материале.

Рис. 4. Профильное распределение свободного (Fe2O3)дит в хроноряду (А – 8 лет; Б – 43 года; В – 130 лет; Г – лет; Д – 300 лет) рисовых почв Японии (Breeman, 1988).

Детальный анализ модельных опытов того же автора показывает совсем другую картину – преимущественную потерю силикатного железа (об этом подробнее будет сказано ниже).

Поскольку слабоупорядоченные слоистые силикаты служат источником доступного Fe(III) для железоредуцирующих бактерий, то неудивительно обезжелезнение и даже полный распад некоторых глинистых минералов. Потеря (гидр)оксидов железа представляет собой хотя и морфологически самое яркое, но не исчерпывающее следствие редукции Fe(III) в оглеенных горизонтах.

Глава 2. ОГЛЕЕНИЕ КАК РЕДУКЦИЯ Fe(III)-ФИЛЛОСИЛИКАТОВ В ПОЧВАХ С

НЕРАЗВИТЫМ ОКСИДОГЕНЕЗОМ

Хорошо изучен глеегенез на территории европейской части России, где он развивается в основном за счет редукции (гидр)оксидов железа, содержание которых достаточно высоко. Но переувлажнению подвергаются также почвы со слабо развитым оксидогенезом железа, например, криогидроморфные почвы на севере Восточной Сибири (Водяницкий и др., 2008).

Здесь основная доля железа сконцентрирована в решетке слоистых силикатов, и превращение Fe связано с трансформацией этих минералов. В результате редукции структурного Fe(III) происходит либо обезжелезнение частиц силикатов, либо их редукционный распад.

Обезжелезнение силикатов сопровождается незначительным изменением цвета глинистой массы и приобретением ею сизых, голубых тонов. А их распад – явлением несвойственным классическому оглеению: гранулометрический состав не утяжеляется, а наоборот, облегчается.

Таким образом, при изучении редукции Fe(III) в решетке слоистых силикатов важно установить судьбу слоистых силикатов. В первом приближении прогнозировать развитие того или иного сценария можно, исходя из степени ожелезнения слоистых силикатов. По сравнению с (гидр)оксидами железа слоистые силикаты относятся к низко ожелезненным минералам. Между тем есть определенная зависимость между степенью ожелезненности минералов и их ответом на редукцию Fe(III). Минералы с высокой концентрацией Fe(III) в пределах 58-70% (т.е. (гидр)оксиды) в результате редукции полностью растворяются (Водяницкий, 2003). Минералы со средней концентрацией Fe(III), включая сильноожелезненные слоистые силикаты с содержанием Fe(III) = 4-58%, сначала теряют железо и другие элементы, а затем растворяются. В слоистых силикатах с содержанием Fe(III) 4% редукция носит обычно твердофазный характер и их частицы сохраняются, несмотря на восстановительные условия. Это градация приблизительная, так как не учитывает положения Fe в решетке силикатов, что влияет на растворимость. Но в целом, данная зависимость соблюдается.

Второе, что сильно влияет на разрушение глинистых железосодержащих минералов, это – кислая реакция среды, которая оказывает влияние на разрушение любых глинистых минералов.

Соколова и др. (2005, с. 154) характеризуют разрушение глинистых минералов как «полное (конгруэнтное) их растворение или инконгруэнтное растворение с потерей окристаллизованности и образованием аморфных продуктов или окристаллизованных соединений, не относящихся к подклассу слоистых силикатов». В кристаллических решетках глинистых минералов действуют различные типы химических связей. Наиболее прочная связь существует в тетраэдрах между ионами Si и O. Связи Al–O в тетраэдрах менее прочны, поэтому в условиях, обеспечивающих миграцию Al, наблюдается его преимущественный по сравнению с Si переход в раствор и остаточное накопление Si в виде опала или тридимита.

Переходу Al в раствор способствуют кислая реакция среды и наличие в растворе органических кислот с высокой комплексообразующей способностью (Соколова и др., 2005).

Разрушение глинистых минералов идет дифференцированно в согласии с термодинамической устойчивостью минералов, которая возрастает в ряду: триоктаэдрические слюды и хлориты диоктаэдрические слюды вермикулиты смектиты почвенные хлориты каолиниты (Соколова и др., 2005). Очевидно, что механизм растворения ожелезненных глинистых минералов в восстановительной среде будет отличаться от механизма растворения «безжелезистых» минералов. Биологическая редукция Fe(III)филлосиликатов в последние годы интенсивно изучается микробиологами. Рассмотрим их результаты.

Особенности редукции Fe(III)-филлосиликатов Филлосиликаты – современное название слоистых силикатов, к которым относятся слюды, хлориты, каолинит, смектиты, вермикулит, серпентины и др.



Наиболее заметно редукция Fe(III) в составе филлосиликатов проявляется при промывном режиме. Особенно ощутим вклад редукции Fe(III)-филлосиликатов в легких почвах, где отношение восстановителя к Fe(III)-филлосиликатам достигает максимума. Очевидно, что редукция Fe(III)-филлосиликатов вместо (гидр)оксидов железа доминирует в почвах со слабо развитым оксидогенезом.

В результате ряда исследований микробная редукция структурного Fe(III) в глинистых минералах в последние годы получила достоверное доказательство (Kostka et al., 1996; Kostka et al., 1999; Lovley 2001; Lovley, Blunt-Harris, 1999; Lovley et al., 1996; Lovley et al., 1998).

Доказано участие в процессе редукции бактерий вида Geobacter и Shewanella.

Таким образом, к известным механизмам кислотного гидролиза филлосиликатов, а также к комплексообразованию при участии сильных комплексонов (Соколова и др., 2005) можно прибавить и биологическую редукцию структурного Fe(III), если она необратима и приводит к распаду слоистых силикатов.

Изучение микробной редукции Fe(III) в глинистых минералах очень важно для биохимиков и почвоведов по нескольким причинам. Во-первых, редукция Fe(III) в окристаллизованных глинистых минералах ведет к фундаментальному изменению физико-химических свойств у глинистых почв, что влияет на их сельскохозяйственные и экологические свойства в период переувлажнения. Во-вторых, в результате редукционного обезжелезнения и распада филлосиликатов образуются новые, модифицированные биогенные минералы, которые особенно важны для диагностики этого типа переувлажнения почв. В-третьих, эти исследования позволяют уточнить биогеохимический цикл Fe при редукционном метаморфизме Fe(III)-филлосиликатов.

Изменение окислительного статуса структурного Fe при сохранении частиц филлосиликатов влияет на многие физико-химические свойства почв, важные для сельскохозяйственного почвоведения. Химическая редукция структурного Fe(III) влияет на набухание (Gates et al, 1998; Stucki, Low et al., 1984), емкость катионного обмена (ЕКО) (Khaled, Stucki 1991; Stucki, Golden, Roth 1984), удельную поверхность, цвет и магнитное взаимодействие (Lear, Stucki 1987; 1990).

Рассмотрим опыты со слабоожелезненной фракцией 0.5мкм монтмориллонита Уптон, содержащим 2.9% Fe вал (Kostka et al, 1999). Редукция структурного Fe(III) приводит к изменению физических свойств смектита. Давление набухания снизилось на 40% в бактериально редуцированном минерале по сравнению с исходными и реокисленными образцами (рис. 5). Снижение набухания согласуется с уменьшением удельной поверхности за счет изменения заряда минералов. Удельная поверхность уменьшилась на 366 м2/г (46%), а ЕКО возросла с 0.85 до 0.98 мг-экв / г. Все показатели у реокисленных образцов приблизились к таковым для исходных, хотя и не достигли исходного уровня, что говорит о необратимости эффектов.

Редукция структурного Fe3+ существенно изменяет цвет смектитов. В одном из опытов смектиты химически редуцировали путем обработки буферным раствором смеси цитрата и бикарбоната Na и восстановителем – дитионитом Na при температуре 70С в инертной атмосфере реактора (Fialips et al., 2002). В зависимости от времени редукции от 10 до 240 мин получены четыре разных отношения Fe(II) : [Fe(II) + Fe(III)] от 0.2 до 1.0. Благодаря восстановительной среде в реакторе предотвращается окисление Fe(II). Часть этих восстановленных образцов была реокислена путем пропуска газа О2 через глинистую суспензию при температуре 700С в течение 8-12 ч.

Рис. 5. Влияние редукции бактериями Shewanella на набухаемость (А), удельную поверхность (Б) и емкость катионного обмена (В) смектита Уптон. Адаптировано из Kostka, Wu et al., 1999).

При редукции Fe3+ существенно изменялся цвет смектитов. По мере увеличения длительности редукции (т.е. по мере роста доли Fe2+) вплоть до 240 мин цвет смектита последовательно становился желтовато-зеленым, изумрудно-зеленым, сине-зеленым, темноголубым, светло-голубым, серым и светло-серым (Fialips et al, 2002). Таким образом, цвет четко характеризует изменения уровня редукции Fe3+, и серый цвет отражает полную редукцию структурного железа (Komadel et al, 1990; Lear, Stucki, 1987).

После реокисления почти все Fe(II) обратно конвертировалось в Fe(III), но цвет реокисленных образцов отличался от исходного смектита до редукции. Короткое время редукции мало изменило цвет реокисленного смектита по сравнению с цветом исходного образца, но после длительной (240 мин) редукции реокисленной смектит изменился и стал бурым. Это объясняется разрушением структуры кристаллов смектита в ходе редукции: бурый цвет отражает формирование тонких частиц (гидр)оксидов железа в ходе реокисления.

Другими словами, произошло высвобождение части Fe из структуры глинистого кристалла в ходе редукции–реокисления. Данные лабораторные опыты согласуются с полевыми наблюдениями Корнблюма, отметившего изменение оливкового летнего цвета пойменных глинистых почв поймы Ахтубы после зимнего окисления на бурый (Корнблюм, 1978).

Характерно, что он это явление объяснял так же, как объясняют минералоги и микробиологи (Fialips et al., 2002).

С точки зрения диагностики переувлажненных почв, наиболее важным следствием редукции Fe(III) в решетке слоистых силикатов является их обезжелезнение и распад.

Последнее явление сопровождается уменьшением содержания илистых частиц в переувлажненном горизонте. Рассмотрим механизмы редукционного обезжелезнения и распада смектитов.

В биологическом опыте изучали фракцию 0.5-2 мкм ожелезненного смектита SWa-1 (19.8% Fe вал) с внесением электронного челнока антрахинон-дисульфоната и лактата в дозе 20 нМ/л как донора электронов (Dong, Kostka, Kim, 2003). Эксперимент шел 2 месяца. Контроль включал уничтоженные теплом клетки вместо живых. Анализировали действие трех концентраций электронного челнока АХДС (0; 0,1 и 1 мМ). Этот опыт предназначен для установления влияния АХДС на редукцию Fe(III)-смектита при росте клеток. Изучали инкубацию в лог-фазе роста клеток бактерий, которые вносили в небольшом количестве ~1· клеток/мл.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 19 |
 



Похожие работы:

«2. Задачи дисциплины: закрепить и углубить ранее полученные знания из области аналитической химии; сформировать и систематизировать знания по следующим направлениям: периодизация истории химического анализа и аналитической химии как науки, характерные особенности каждого исторического этапа; направления и наиболее значимые результаты исследований выдающихся зарубежных и российских химиков-аналитиков; закономерности возникновения и развития отдельных методов анализа, химико-аналитические аспекты...»

«Аннотация проекта, выполненного в рамках ФЦП Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг. Государственный контракт № 02.740.11.5174 от12 марта 2010 г. Тема: Разработка методов синтеза органических пероксидов и получение на их основе соединений с целью создания противоопухолевых и антипаразитарных препаратов нового класса Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН Ключевые слова: пероксиды, тетраоксаны,...»

«Электронная версия: Сергей Ольховик Serge Olkhowik (aka BaMba) hi@bamba.dp.ua, 2:464/227@fidonet г.Днепропетровск, 20 февраля 2005 г. ii Оглавление От автора 1 Нужно кое-что знать и уметь 2 Все очень просто............................ 2 Как это делают............................. 3 Кофеварки............................... 6 Растворимый кофе........................... 9 Как...»

«Мастер-классы для учителей химии и биологии г. Биробиджан, 2006 год Лидеры образования ЕАО - 2006. Мастер-классы для учителей химии и биологии. – Биробиджан: ОблИУУ, 2006, 44 с. Сборник рекомендован к печати и практическому применению в ОУ Еврейской автономной области решением редакционно-издательского совета областного ИУУ от 6.10.2006 года. Составитель Зуева Т.Г., методист ОблИУУ Ответственный редактор Файн Т.А., директор ОблИУУ, к.п.н., доцент, член-корреспондент МАНПО, почетный работник...»

«Кафедра химии БИОХИМИЯ С ОСНОВАМИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ СД(М).Ф.6 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Направление 050100.62 Естественнонаучное образование Профиль Химия (Квалификация: Бакалавр естественнонаучного образования) КРАСНОЯРСК 2011 УМКД составлен к.х.н., доцентом Г.И. Золотаревой, ст. преп. В.А. Бересневым Обсуждён на заседании кафедры химии: 06 мая 2009 г., протокол №12 Заведующий кафедрой Л.М. Горностаев Одобрено научно-методическим советом специальности: 04 июня 2009 г....»

«Перед Вами книга, которую мы долго ждали. Книга о длинной и богатой истории института, который стал опорой и источником развития целого ряда химических отраслей производства нашей страны. Наверно такие книги надо создавать чаще. Потому что за 80 лет произошло столь много и буднично-необходимого, и запоминающегося, яркого, что охватить все просто невозможно. Хотя и обидно – в книгу не попало очень многое: люди, события, подразделения, о которых и хочется, и нужно бы рассказать. Но не объять....»

«Рабочая учебная программа по дисциплине Неорганическая химия для ООП 050100. Педагогическое образование. Биология. по циклу Б3. В.09 Профессиональный цикл. Вариативная часть. Очная форма обучения Заочная форма Курс – 1 Курс - 1 Семестр – 1,2 Семестр – 1,2 Объем в часах всего – 144 Объем в часах всего - 144 В т.ч.: лекции – 30 В т.ч.: лекции - 6 Семинарские занятия – 16 Семинарские занятия Лабораторные занятия – 46 Лабораторные занятия - 4 Самостоятельная работа – 52 Самостоятельная работа - 134...»

«Кафедра кристаллографии и кристаллохимии Курсовая работа Студентки 105 группы Радченко Кристины Андреевны Выращивание кристаллов алмаза Научный руководитель: к.х.н. Волкова Е.А. Москва 2013 Введение3 Глава 1. История 4 Глава 2. Структура и свойства кристаллов алмаза 8 2.1 Структура алмаза 8 2.2 Свойства алмаза_ 9 2.2.1 Морфология кристаллов 9 2.2.2 Химический состав 10 2.2.3 Физические свойства_ 10 2.2.4 Оптические характеристики_11 Глава 3. Месторождения алмаза_12 3.1 Месторождения и добыча_...»

«Свобода А. А. Работа над будущим человечества: организация знаний Рассматривается короткий, но чрезвычайно плодотворный период деятельности В. И. Вернадского в Украине, связанный с созданием Украинской академии наук и ее научных учреждений и первого из них – Национальной библиотеки Украинской Державы. Раскрывается разработка академиком В. И. Вернадским и его соратниками концепции создания крупной научной библиотеки – общедоступной национальной библиотеки страны и головного информационного...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.