Кальций

Кальций — важнейший катион земной коры, весьма интенсивно мигрирующий в биосфере в связи с круговоротом воды и деятельностью живых организмов. Он проявляет свойства типичного литофильного элемента и ведет себя как химически активный металл, легко окисляется.

Он относится к главным породообразующим химическим элементам и по числу создаваемых минералов занимает четвертое место после водорода, кислорода и кремния. Минералы кальция представлены силикатами, окислами, карбонатами, сульфатами, вольфраматами, молибдатами, боратами и галогенами.

В целом минеральные формы нахождения кальция в изверженных породах отличаются большим разнообразием.

При гидротермальных процессах формируются такие минералы кальция, как флюорит CaF2, цеолиты, кальцит. Геохимический круговорот кальция показан на рисунке 2.18.

В зоне выветривания горных пород и в гидросфере кальций интенсивно мигрирует и ведет себя как отчетливо выраженный биофильный элемент.

В биосфере в ходе химического выветривания коренных пород кальций относительно легко выщелачивается природными водами из породообразующих минералов. Он в малых количествах сохраняется в коре выветривания.

В ионном стоке с материков кальций занимает первое место среди катионов. В Мировом океане геохимическая история кальция связана с карбонатной системой равновесия, температурой и деятельностью живых организмов. Воды высоких широт и морских глубин недосыщены углекислым кальцием в связи с низкими температурами и значениями рН.

Кальций является характерным элементом для огромного числа организмов от одноклеточных глобигерин до высших многоклеточных млекопитающих.

Миграция кальция в океане с участием живых организмов — важное звено его геохимического круговорота. Живые организмы моря накапливают кальций в виде арагонита и кальцита.

Арагонит неустойчив и со временем переходит в кальцит. В карбонатных породах древнее мела присутствие арагонита не установлено. В морской среде мы встречаемся с уникальными проявлениями карбоната кальция. Так, в некоторых раковинах двухстворчатых моллюсков встречаются монокристаллы кальцита длиной свыше 7 см.

В тропических морях обитают ежи, имеющие длинные иголки из кальцита. У многих иглокожих наблюдается адаптация тела организма к форме кристалла. В этом случае проявляется особый род симбиоза между организмами и кристаллами.

Сравнительно небольшая часть кальция осаждается в замкнутых и полузамкнутых водоемах химическим путем в качестве эвапоритов (доломит, ангидрит, гипс). При относительно низких температурах осаждается ангидрит (CaSO4), который кристаллизуется из концентрированного раствора. При последующих процессах гидратации образуется гипс (CaSO4 × 2Н2О).

Возникают новые минеральные ассоциации, в которых кальций проявляется в иных минеральных формах. При термальном метаморфизме доломит переходит в сочетание кальцита и периклаза:

CaMg(CO3)2 →СаСО3 + MgO + СО2.

Осуществляются также химические реакции, связанные с образованием силикатов кальция. В простейшем случае происходит реакция между кальцитом и кремнеземом с образованием волластонита и выделением углекислоты:

СаСО3 + SiO2→ CaSiO3 + CO2.

При контактовом метаморфизме, при взаимодействии магмы с карбонатными породами, образуются скарны — сложные минеральные ассоциации Са-пироксенов и Са-гранатов.

В течение истории Земли миграция кальция в биосфере заметно менялась, приобретая все более биогенный характер. На рубеже вендского и кембрийского периодов возникли разнообразные скелетные животные, представляющие новые типы и классы (трилобиты, брахиоподы, моллюски, губки, археоциаты, иглокожие). Они широко расселились в раннекембрийских морях.

Снижение парциального давления СО2 в атмосфере, по-видимому, уменьшило растворимость кальция и магния в океанической воде, что привело к насыщению этими элементами и создало возможность построения известковых скелетов у беспозвоночных животных, которые ранее их не имели.