Глобальный цикл калия

Калий вместе с другими щелочными и щелочно-земельными химическими элементами аккумулировался в земной коре в процессе ее выплавления. Основная масса элемента включается в кристаллическое вещество на последних стадиях магматической кристаллизации. Калий входит в состав наиболее распространенных силикатов: полевых шпатов, амфиболов, пироксенов, слюд. В гранитном слое континентального блока земной коры средняя концентрация К₂О равна 2,89 %, масса — 198×10¹⁵ т, в осадочном слое средняя концентрация К₂О равна 2,00 %, масса — 38,5×10¹⁵ т.

При гипергенной перестройке кристаллохимических структур силикатов значительная часть калия остается в составе «переходных» новообразованных глинистых минералов, обладающих мутабильным составом, и освобождается постепенно, на протяжении длительного времени по мере образования конечных продуктов выветривания силикатов. Свободные ионы вовлекаются в водную миграцию, а также активно адсорбируются дисперсным минеральным веществом и поглощаются высшими растениями.

По этим причинам калий более прочно удерживается в пределах Мировой суши, чем кальций и натрий.

Калий играет важную роль в жизни растений и животных. Он принимает участие в фотосинтезе, влияет на обмен углеводов, азота, фосфора. В растениях он концентрируется в плодах, семенах и интенсивно растущих органах. При недостатке калия в почве урожай сельскохозяйственных культур резко снижается. В силу изложенного калий активно поглощается растениями и включается в биологический круговорот. Его кларк в живом веществе такой же высокий, как у азота, 0,3 %. Средняя концентрация калия в сухом веществе фитомассы суши оценивается от 0,7 % (Базилевич Н.И., 1974) до 1,4% (Боуэн X., 1966). В сухом веществе морских водорослей содержится 5,2 % калия (Боуэн X., 1966). Можно предполагать, что в растительности Мировой суши до активного воздействия на нее человека содержалось около 25×10⁹ т калия, в сухой биомассе фотосинтетиков океана — 0,176×10⁹ т. В мертвом органическом веществе педосферы средняя концентрация калия близка к 0,1—0,2%. Следовательно, содержащаяся в органическом веществе масса калия в несколько раз меньше, чем в живом веществе, и ориентировочно составляет около (5-10) ×10⁹т.

Часть освобождающегося при выветривании калия захватывается растительностью суши и частично сохраняется в мертвом органическом веществе. Некоторое количество солей калия и весьма крупные его массы, связанные в глинистых минералах, образуют главный запас этого элемента в педосфере.

К сожалению, обоснованная оценка масс калия в настоящее \ время затруднительна. Несмотря на то что живое вещество суши и высокодисперсные продукты выветривания прочно удерживают значительную часть освобождающегося калия на суше, некоторая его часть вовлекается в водную миграцию и поступает в океан, где содержится 0,53×10'⁵ т элемента в форме растворенных ионов. В осадочной оболочке находится 38,2×10¹⁵ калия.

Если суммировать все количество калия, содержащееся в гранитном слое, осадочной толще, океане и других резервуарах, то оно составит 236,7×10¹⁵ т. Это значение должно характеризовать исходную массу калия в гранитном слое литосферы. Нетрудно подсчитать, что на протяжении фанерозоя в процессе развития биосферы из гранитного слоя было извлечено примерно 16 % калия. Вынос этого элемента осуществлялся с большим трудом, чем натрия, которого за тот же период времени было извлечено большее количество.

В биологический круговорот на суше на протяжении года вовлекается около 1,8×10⁹ т калия. В океане через многократно возобновляемую массу фотосинтетиков проходит около 121×10⁷ т/год калия. Освобождающаяся из системы биологического круговорота на суше масса калия частично задерживается в мертвом органическом веществе и сорбируется педосферой, частично вовлекается в водную миграцию. Ежегодно с континентальным водным стоком выносится в океан более 61×10⁶ т свободных ионов калия. Значительно большая масса элемента переносится в составе дисперсных, преимущественно глинистых частиц в форме взвесей — около 283×10⁶ т/год.

Калий активно мигрирует в системе поверхность океана — атмосфера— поверхность океана в составе аэрозолей. Средняя концентрация элемента в океанических атмосферных осадках над океаном около 0,15 мг/л. На протяжении года с атмосферными осадками на поверхность океана выпадает примерно 65 • 10⁶ т калия. Вместе с 20 % сухого осаждения это составляет 78×0⁶ т калия, ежегодно вовлекаемых в обмен между океаном и атмосферой.

Концентрация ионов калия в континентальных атмосферных осадках в среднем близка к 0,7 мг/л, что составляет 0,05×10⁹ т/год. С учетом 20 % сухого осаждения (0,01×10⁹ т) в атмосферу с суши захватывается около 0,060×0⁹ т ионов калия, а выпадает несколько больше за счет переноса океанических масс — 0,065×0⁹ т. Значительное количество элемента выносится с суши в океан с пылью. Приняв концентрацию калия в пыли равной концентрации в глинистых отложениях, можно ориентировочно оценить пылевой вынос элемента в 0,043×10⁹ т.