L ỜI GIỚI THIỆ Ụ
5.4.2Các nguyên tố vi lượng bền
Dạng tồn tại
Các nguyên tố vi lượng bền trong biển là các nguyên tố không có tính phóng xạ, tồn tại trong nước biển ở nhiều dạng khác nhau như dung dịch phân tử-ion, hoặc trong các hợp chất hữu cơ lơ lửng hay hoà tan (cả chất hữu cơ sống và tàn tích sinh vật), trong các hạt keo, khoáng (thường gặp nhất là xFe2O3.yH2O).
Trong số các dạng tồn tại này, dạng dung dịch phân tử-ion là dạng phức tạp nhất và được nghiên cứu nhiều hơn. Tính phức tạp của dạng tồn tại các nguyên tố vi lượng trong biển thể hiện ở chỗ cùng một nguyên tố song có thể đồng thời tồn tại trong dạng dung dịch của nhiều tiểu phần hoà tan khác nhau (có thể là ion, phân tử độc lập, các phức chất...) phụ thuộc vào trị số pH và điện thế ôxy hoá-khử của nước biển. Ví dụ, nguyên tố Đồng có thể tồn tại trong dung dịch (nước biển) ở dạng ion độc lập Cu+ 2, CuCl+ hoặc các phức chất không phân ly CuCl2, Kẽm có thể tồn tại ở dạng Zn+ 2, ZnCl2, Chì tồn tại ở dạng PbCl+, Cadimi - Cd+ 2 và CdCl2, Côban - Co+ 2, CoCl+ và Co(OH)2.
Ngoài các dạng tồn tại là dung dịch của các ion mang điện tích dương và các phân tử không phân ly như trên, một số nguyên tố vi lượng còn tồn tại dưới dạng dung dịch của các phức ion mang điện tích âm như CuCl3-, CuCl4- 2, HgCl4- 2, AgCl2-..., một số lại có thể tồn tại ở dạng dung dịch của nhiều loại phức hợp khác nhau như trường hợp của nguyên tố Vàng (bảng 5.2).
Bảng 5.2: Các dạng tồn tại và nồng độ (mol/l) của Vàng trong nước biển (tính toán của Pisevitski tại điều kiện điện thế ôxy hoá-khử bằng 740 mV) Phức chất Nồng độ Phức chất Nồng độ Phức chất Nồng độ
AuCl2- 10- 7 AuCl(OH)3- 2.10- 1 0 AuCl(OH)- 10- 11 AuClBr- 10- 8 AuCl2(OH)2
- 9.10- 11 AuCl3(OH)- 5.10- 1 2 AuBr2- 10- 1 0 Au(OH)4- 8.10- 11 AuCl4- 3.10- 1 4
Các nhân tố và quá trình cơ bản ảnh hưởng tới sự tồn tại các nguyên tố vi lượng trong biển
Nguồn cung cấp các nguyên tố vi lượng cho biển là dòng từ lục địạ Hàng năm tất cả các dòng sông trên thế giới đã tải ra biển khoảng 17 triệu tấn các nguyên tố vi lượng khác nhaụ Hiển nhiên nguồn này hiện tại chỉ có ý nghĩa ở các vùng biển ven bờ. Ví dụ về nguồn cung cấp các nguyên tố vi lượng cho vùng biển ven bờ cho trong bảng 5.3.
Bảng 5.3: Lưu lượng (tấn/năm) của một số nguyên tố vi lượng từ lục địa Việt Nam đưa ra biển (theo Phạm Văn Ninh và cộng sự)
Từ các sông Cu Pb Cd Zn Co Ni As Hg Sông Hồng 2816,7 730,5 117,8 2014,6 253,7 142,0 447,7 11,6 Sông Thái Bình 3974,2 154,3 163,9 3352,0 19,8 111,0 342,5 16,5 Sông Hàn 37,5 15,9 - 79,5 - - 27,8 -
So sánh độ hoà tan của các nguyên tố vi lượng với nồng độ thực của chúng trong nước biển thấy rằng, nước biển ở mọi vùng trên thế giới chưa bão hoà bất cứ một nguyên tố vi lượng nàọ Điều đó có nghĩa là trong biển không thể có kết tủa các nguyên tố vi lượng bằng con đường hoá học. Khi so sánh nồng độ các nguyên tố vi lượng trong nước biển với nước sông và tính toán thời gian tồn tại của các nguyên tố theo nguồn gốc từ lục địa thấy rằng thời gian tồn tại các nguyên tố vi lượng trong biển quá ngắn so với lịch sử hình thành và tiến triển của đại dương. Ví dụ, theo Gôndber, thời gian tồn tại của Kẽm trong biển là 180 nghìn năm, của Côban là 18 nghìn năm, của Đồng là 65 nghìn năm. Như vậy trong suốt lịch sử tiến triển của biển và đại dương, một khối lượng lớn các nguyên tố vi lượng đã chuyển từ trạng thái hoà tan vào trầm tích. Điều đó là thực tế vì trong các lớp trầm tích ở đáy đại dương đã gặp rất nhiều các mỏ kết hạch. Rõ ràng phải có một nguyên nhân nào đó tách các nguyên tố vi lượng ra khỏi nước biển.
lượng trong các lớp trầm tích đại dương là do chìm lắng của các vật chất lơ lửng hữu cơ, vô cơ và các keo khoáng mà trong thành phần của chúng có các nguyên tố vi lượng. Đáng kể nhất là sự hấp phụ các nguyên tố vi lượng hoà tan trong nước của các vật thể lơ lửng và theo thời gian các vật thể này cũng bị chìm xuống các lớp trầm tích. Cũng như vậy, việc đồng hoá một số nguyên tố vi lượng với ý nghĩa nguyên tố ấy tham gia vào cấu trúc mô của các sinh vật biển và sau khi sinh vật chết đi xác của chúng cũng có thể đi vào các lớp trầm tích.
Như vậy, các nguyên tố vi lượng đi ra khỏi biển hoàn toàn do quá trình lắng chìm của các vật thể mang chúng. Đây là nguyên nhân cơ bản hình thành các mỏ kết hạch ở đáy biển.
Phân bố các nguyên tố vi lượng trong biển
Do khó khăn về mặt phân tích nên các nghiên cứu về chế độ của các nguyên tố vi lượng và quy luật phân bố chúng trong biển còn chưa nhiềụ Tuy vậy, từ nguồn số liệu và các nghiên cứu hiện có cũng có thể rút ra một số nhận định sau:
Nồng độ các nguyên tố vi lượng tăng theo độ sâu là xu hướng chung trong các vùng biển trên thế giới (hình 5.16). Hiện tượng này liên
quan chặt chẽ với vị trí của các nguồn tiêu thụ và tích lỹ chúng. Các lớp nước sâu và đáy là kho chứa các tàn tích sinh vật, các chất vô cơ, hữu cơ lơ lửng đã mang theo hoặc hấp phụ các nguyên tố vi lượng từ các lớp nước tầng trên chìm xuống. Xu thế này cũng gặp thấy ở Biển Đông mặc dù đường phân bố nồng độ các nguyên tố vi lượng có thể bị biến dạng do
1,5 2,5 3,5 μg Co/l 0 50 100 500 1500 mét Hình 5.16: Phân bố thẳng đứng nồng độ
Coban ở phần phía đông của Biển Đen
nhiều nguyên nhân chi phối (hình 5.17).
Hình 5.17: Phân bố thẳng đứng một số kim loại nặng vùng biển sâu giữa Biển Đông (theo VN-RP JOMSRE-SCS 1996)
Dao động nồng độ các nguyên tố vi lượng thường cao hơn dao động độ muối và mối liên hệ giữa chúng với độ muối thường không chặt chẽ. Các quá trình hấp phụ và hoạt động của sinh vật biển ảnh hưởng rất mạnh tới nồng độ các nguyên tố vi lượng. Một số ví dụ về khoảng biến đổi nồng độ các nguyên tố vi lượng trong nước biển được cho ỏ hình 5.18.