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 2427,5×10¹⁵ 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 12,5×10⁹ и 0,17×10⁹ т. В биологический круговорот ненарушенной человеком растительностью суши ежегодно захватывалось 0,86×10⁹ 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 5,5×10⁹ т/год этого элемента.

В мертвом органическом веществе суши концентрацию кремния можно ориентировочно принять равной 1 %, а массу около 50×10⁹ 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 0,2×10⁹ т растворимых соединений кремния, а в океане их масса составляет 4110×10⁹ 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 4,8×10⁹ т/год. С ветровым переносом суша теряет в год около 0,47×10⁹ 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 493,6×0¹⁵ т Si. Суммарное количество кремния в гранитном слое и осадочной оболочке равно 2918×10¹⁵ т. Следовательно, на протяжении фанерозоя из земной коры было извлечено около 17 % кремния от его массы, изначально содержавшейся в гранитном слое литосферы.