Глобальный цикл кремния

Кремний — второй (после кислорода) по массе элемент земной коры. Он интенсивно накапливался в веществе земной коры в процессе его выплавления. Содержание элемента в верхней мантии около 19 %, в базальтах — 24, 0 %, в гранитах — 32, 3 % (Виноградов А. П., 1962). Прочное сочетание катиона кремния с четырьмя анионами кислорода является основной структурной единицей кристаллического вещества земной коры. В гранитном слое литосферы SiO2 составляет 63, 08 %, что соответствует 2427, 5Ч1015 т Si.

Кремний повсеместно содержится в природных водах и широко используется растительными и животными организмами для построения оболочек клеток, прочных тканей и скелета. Средняя концентрация кремния в наземной растительности 0, 5 % сухого вещества, в планктоне — 5%, что соответствует массе 12, 5Ч109 и 0, 17Ч109 т. В биологический круговорот ненарушенной человеком растительностью суши ежегодно захватывалось 0, 86Ч109 т кремния.

Биологический круговорот кремния в океане обусловлен преимущественно жизнедеятельностью диатомовых и радиолярие-вых планктонных водорослей и последующим растворением их скелетов. Оценки масс кремния, участвующих в биологическом круговороте, весьма разноречивы. При средней концентрации кремния в планктоне 5 % через биологический круговорот проходит 5, 5Ч109 т/год этого элемента.

В мертвом органическом веществе суши концентрацию кремния можно ориентировочно принять равной 1 %, а массу около 50Ч109 т.

В природных водах элемент присутствует в виде нейтрального гидрата Si(OH)4, в меньшем количестве в виде анионов типа [Si(OH)3O]-. Для водной миграции кремния характерно преобладающее движение от суши к океану, которое не компенсируется в обратном направлении. С континентальным стоком выносится 0, 2Ч109 т растворимых соединений кремния, а в океане их масса составляет 4110Ч109 т. Концентрация элемента в морской воде в 2 раза ниже, чем в речной. Среднюю концентрацию элемента в твердом веществе континентального стока оценить трудно. Она безусловно превышает концентрацию в глинистых отложениях, так как с суши выносится большое количество алевритово-песча-ного, преимущественно кварцевого материала. При средней концентрации кремния в речных взвесях 117 мг/л (Гордеев В.В., 1983) масса элемента, выносимая с твердым стоком, равна 4, 8Ч109 т/год. С ветровым переносом суша теряет в год около 0, 47Ч109 т элемента. Несмотря на миграцию значительного количества растворимого кремния в составе обломочного материала его выносится почти в 30 раз больше, а в Мировом океане его растворимые формы составляют менее 0, 001 % от массы в осадочных породах. По данным А.Б.Ронова (1976), в толще осадочных пород содержится 44, 03 % SiO2, что соответствует 493, 6Ч015 т Si. Суммарное количество кремния в гранитном слое и осадочной оболочке равно 2918Ч1015 т. Следовательно, на протяжении фанерозоя из земной коры было извлечено около 17 % кремния от его массы, изначально содержавшейся в гранитном слое литосферы.