Круговорот кремния в природе кратко

Обновлено: 06.07.2024

Пример диатомовых водорослей (видимых в электронной микроскопии ), класса микроскопических водорослей, составляющих значительную часть фитопланктона и играющих важную роль в круговороте кремния в море. Все диатомовые водоросли имеют экзоскелет, полностью состоящий из кремнезема, и они играют важную роль. в океаническом поглотителе углерода и, следовательно, для климата , будучи основой океанической пищевой сети

Цикл кремния представляет собой биохимический цикл (набор обменов с химическим элементом ) из кремния на планете.

На Земле это сложно из-за того, что кремний очень распространен в геосфере, но в биосферных формах он довольно редко встречается в его биоассимилируемых формах, тогда как там он играет жизненно важную роль для очень многих видов и косвенно влияет на климат. , потому что он контролирует большую часть водной и морской части углеродного цикла .

На нашей планете большая часть биогеохимического цикла происходит в почве (в ризосфере) и между почвой (и отложениями), растениями, травоядными животными, пищевой цепью, пресными и морскими водами посредством производства и переваривания биомассы и некромассы . Недавно было показано, что некоторые водоросли (диатомовые водоросли), наземные растения и определенные виды-посредники (и, в частности, виды факторов биотурбации играют важную роль в этом круговороте). Это особенно верно в отношении бегемота в Африке . Биогеохимический цикл кремния давно изучен гораздо меньше, чем цикл углерода , азота , фосфора или калия . Растения и травоядные играют роль, которая, по-видимому, долгое время очень недооценивалась в биогеоцихимическом цикле этого элемента, и роль крупной фауны в этом цикле не изучалась до 2000-х годов.

Резюме

Ставки

Силиконовые емкости

Литосфера является огромным резервуаром кремния, но который в виде чистого диоксида кремния или его минеральных производных вряд ли био~d-усвояемый.

Биогеохимический цикл кремния

Кремний, хотя и чрезвычайно распространен в земной коре, пропорционально редок в его биоусвояемых формах в надводных почвах и в Мировом океане .

На континентах , стоки постоянно растворяют и высасывает большую часть биодоступного кремния в реки , а затем в океан .

На континентах

На надводных землях наземные растения играют важную роль в круговороте кремния: с помощью своих симбионтов они находят кремний в почве и хранят его в виде фитолитов (в большем количестве у некоторых видов, таких как хвощ, например).

По словам Р.С. Кутусовой, в плодородных почвах (бурые почвы) почвенная жизнь (см. Прохождение через пищеварительный тракт дождевых червей и других микроорганизмов) довольно быстро разрушает фитолиты), но, как и скелеты диатомовых водорослей, они сохраняются дольше и даже окаменяют в подзолах и торфе. Эти фитолиты являются источником кремнезема, накопленного в углях (причина силикоза и образования силоксанов, которые могут нарушить производственный процесс анаэробного сбраживания или повышения качества биогаза в двигателях. В зависимости от почвенных условий и содержания почвы в ней). биодоступный кремний, и в зависимости от типа фитолита (который зависит от вида травы, деревьев и т. д.) фитолиты будут сохраняться в почве от 30 лет до нескольких тысячелетий.

Наводнения, которые вырывают берега в аллювиальных зонах, переносят значительные количества воды, но очень неравномерно, и часть этого кремнезема будет задерживаться в отложениях водотока. Кроме того, реки и даже больше рек все больше и больше осваиваются людьми для борьбы с наводнениями. Мы начинаем узнавать количество кремнезема, переносимого таким образом с земли в море.

В пресной воде

Присутствуют также диатомовые водоросли.

Мы знаем, что высокая продуктивность некоторых озер в Восточной Африке, таких как озеро Виктория и озеро Альберт , озеро Малави или озеро Танганьика , озер, которые часто являются домом для значительного эндемичного биоразнообразия, особенно у цихлид , на самом деле сильно зависит от речного кремнезема. входы. Без этого кремнезема не могут существовать диатомовые водоросли, составляющие основу пищевой сети этих озер. Если поступление кремнезема в эти озера уменьшится, изменения в планктоне и сообществе животных могут иметь серьезные последствия для пищевой сети и благосостояния людей в регионе.

Его первым источником для появившихся земель является изменение геологического субстрата в результате эрозии и образования почвы ризосферой , то есть корнями и их микроорганизмами-симбионтами. Эти луга играют роль также продемонстрирован в земном цикле кремния и контроль земля течет в реки. Но биота также играет роль биотурбации, которая долгое время недооценивалась (способность животных, особенно дождевых червей , перемещать ресурсы по вертикали или горизонтали в почве и до уровня ландшафта , между временем и местом, где животные поедают пищу. их пища, и когда и в разных местах они выделяют свои метаболические отходы или умирают.

Роль растений

Если затем растение не съесть или не уничтожить в огне, содержащиеся в нем фитолиты возвращаются в почву ( гумус . ) после гибели растения в результате его биодеградации бактериями и грибами. Этот биогенный кремнезем задерживается там на долгое время (до тех пор, пока он снова не станет биодоступным в результате другого процесса). В зависимости от почвенных условий (почва + климат) этот кремний может снова или не может быть захвачен другими растениями и переработан в биосфере .

Роль некоторых крупных травоядных

В последнее время точные измерения уровней Si, а также изотопный анализ (стабильных изотопов), проведенный в больших частях экосистемы континуума саванна-река, позволили лучше понять, что контролирует потоки кремния между компонентами экосистемы ( вода / воздух / почва в частности), в том числе за счет биотурбации. Эти измерения недавно продемонстрировали (2019 г.), что в саванне крупные травоядные являются ключевыми игроками в этом цикле Si. Частным случаем является бегемот обыкновенный ( Hippopotamus amphibius L. 1758), полуводный; это животное переносит 0,4 т / день кремния из почвы и отложений в воду, поедая большое количество растений на суше, в воде или под водой, а затем испражняясь в воде. При этом он высвобождает значительное количество кремния. Другие исследования показали, что без этих животных часть этого кремния осталась бы в почве водораздела или в отложениях рек. Другие млекопитающие, такие как ламантин , или в холодных или умеренных зонах лось или бобр питаются большим количеством растений под водой, и до окончания последнего оледенения в Европе были карликовые бегемоты, в том числе во Франции. Летом кабаны , свиньи и крупный рогатый скот, которые охотно спускаются в реки, также могут чаще испражняться в реках и, таким образом, обогащать их биодоступным кремнием.

Попав в речные отложения , осаждение кремния пассивно имеет тенденцию преобладать над его растворением. Но бегемоты модифицируют до 76% общего потока кремния, таким образом контролируя истощенные минеральные ресурсы, перемещаемые во флювиальные, подверженные наводнениям или озерные экосистемы, расположенные ниже по течению, где первичная продукция ( фитопланктон состоит из диатомовых водорослей, которые сами по себе играют большую роль в углеродный цикл и круговорот других питательных веществ, а также продуктивность экосистемы и структура пищевой сети .

Большую часть ночи бобр или бегемот покидают воду и поедают более или менее далеко от берега (до 30 м от берега для бобра) и намного дальше для бегемота в саваннах и на полузатопленных лугах, затем в днем они возвращаются в воду. Бегемоты глотают большое количество растений и, следовательно, питательных веществ (C, N, K и P), которые они выделяют в более или менее биологически усваиваемых формах, в основном с экскрементами под водой или если их труп разлагается под водой (подводные видео показали, что многие рыбы будет питаться прямо в облаках частиц, выбрасываемых под водой во время дефекации). Часть экскрементов травоядных животных попадает в организм личинок мух или навозных жуков, а остальная часть попадает в почву с помощью дождевых червей. Здесь кремнезем, содержащийся в экскрементах, образует аутигенные силикаты (связываясь с алюминием, который очень присутствует в глинах). Эти силикаты стабильны, и содержащийся в них кремний становится не очень биодоступным для планктона и животных. Поэтому мы стремились измерить количество биогенного кремния (из растений, которые захватили его в почве) и все еще биодоступного, выделяемого в воду испражнениями бегемотов. Содержание кремния в моче бегемота не измерялось, но у других травоядных оно эквивалентно примерно 3% от общей выпасаемой биомассы.

Случай с бегемотом

На месте производства биогенного кремнезема в суспензии пресноводных водорослей существует: от 1 до 2% от частиц диоксида кремния находится в суспензии в реке Мара придет от него. Этот диоксид кремний в основном найден в панцирях из диатомовых и в stomatocysts другой группы кремнистых водорослей, в Chrysophyceae ; две водоросли, которых нет в реке Конго . Этот кремнезем может поступать из геологического субстрата или из почвы берегов, или из донных отложений, или из кремнезема, попадающего в воду с мочой и особенно с экскрементами травоядных животных.

В реке Мара почти весь биогенный кремнезем в отложениях и взвешенных веществах на самом деле представляет собой фитолиты или остатки фитолитов , то есть кремнезем наземных растений, перевариваемый бегемотами. Изотопный и физико-химический анализы показывают, что только 0,8% кремнезема, присутствующего в воде, поступает из геологического субстрата.

Растения масаи-мара содержат в среднем 1,8% сухой массы кремнезема. Этот диоксид кремния после попадания внутрь значительно биоконцентрируется (в 2 раза) в фекалиях бегемотов (которые содержат в среднем 4,1% их сухой массы). Этот феномен концентрации через пищеварение также наблюдается у домашних травоядных в регионах с умеренным климатом.

Именно в засушливый сезон поток биогенного кремнезема, циркулирующий в реке Мара, является наиболее важным: в заповеднике, где эти животные все еще многочисленны, бегемоты выливают в воду 11,1 тонны сухих фекалий, т.е. день кремнезема, полученного из фитолитов. Эти животные также мочатся в воду, которая также является источником кремнезема, который обогащает реку, озера и заболоченные земли, которыми она питается вниз по течению. Фекалии, выбрасываемые бегемотами под воду, обеспечивают примерно 32% прямого увеличения количества биогенного кремнезема, наблюдаемого в заповеднике между двумя точками отбора проб вверх и вниз по течению (рисунок 1 исследования, опубликованного Science в 2019 году). Остальное (примерно 68%) будет происходить из более старых взвешенных фекалий и альтернативных источников, таких как пыль от мертвых растений, экскременты или экскременты бегемотов и других травоядных животных, пасущихся на берегу реки или рядом с ней. Эти поступления, вероятно, в основном вносятся ветром, во время затопления окрестностей или через сток и, в меньшей степени, шерстью и копытами животных, приходящих на водопой в Мара (гипотеза и оценка подтверждены 24-часовыми интенсивными наблюдениями за '' присутствует группа бегемотов (до 80 особей) на реке 250 м. Пересекая заповедник, богатый бегемотами, содержание кремнезема в воде удваивается, что, кажется, можно объяснить только фекалиями травоядных животных и перемешивание донных отложений и субстрата на берегу реки (особенно, когда животные выходят или входят в воду, или когда они там кормятся).

Примерно три с половиной миллиарда лет существования жизни на нашей планете коренным образом изменили ее облик. Существенную роль в этом сыграли биохимические процессы с участием соединений кремния — кремнезема, кремнекислот, силикатов и алюмосиликатов.

За год через живое вещество проходит огромное количество кремния, в тысячи раз больше его содержания в данный момент во всех живых организмах. Благодаря этому живое вещество имеет большое значение в геохимической истории кремния.

Круговорот кремния в природе

Биохимические функции жизни, приводящие к миграции кремния, принадлежат к геологически вечным, т. е. существующим в течение всего времени наличия биосферы на нашей планете.

Главную роль в биохимическом круговороте кремния играли и играют низшие классы организмов и растения, поглощающие его из окружающей среды и возвращающие в измененном виде после своей гибели.

Существенное влияние на круговорот кремния в природе оказывают и процессы образования осадочных пород, а также высшие беспозвоночные (черви, моллюски, членистоногие, насекомые, иглокожие, оболочники и т. д.). Последние содержат очень мало этого элемента, но следует учитывать их огромную численность и весьма интенсивную деятельность. При их воздействии почва постоянно разрыхляется, перемешивается и размельчается, а разложение растительного материала и высвобождение кремнезема протекает в 2—3 раза быстрее, чем при их отсутствии.

В круговороте кремния участвуют и млекопитающие, в особенности травоядные, однако незначительно. Участниками процесса почвообразования являются грызуны и.другие животные, роющие норы.

В наше время в круговорот кремния стал активно вмешиваться человек. Он постоянно загрязняет среду своего обитания, реки, землю, воздух. В результате этого кремний действует, как адсорбент, и, как следствие, нарушается естественный круговорот кремния в природе.

Кремний в основном концентрируется в биосфере и осадочной оболочке литосферы. С увеличением ее глубины количество кремния постепенно уменьшается. На земной поверхности живое вещество постоянно захватывает кремний из его водных растворов и солей и даже из кремнийсодержащих горных пород и минералов. Биохимический цикл кремния начинается с разрушения горных пород и образования почвы. Первый процесс некогда рассматривался как сугубо физический. Однако теперь твердо установлено, что основной причиной его является биохимическое действие таких организмов, как бактерии, простейшие, грибы, водоросли и лишайники. Разрушение живыми организмами кристаллических горных пород привело к зарождению почвы.

Важную роль в геохимии кремния играют бактерии, и прежде всего силикатные. Они активно разрушают силикаты, высвобождая кремнезем, калий, фосфор и другие минеральные элементы в растворимой и усвояемой растениями форме. Таким образом, бактерии, по-видимому, оказались первыми живыми существами, которые подготовили на суше условия для появления низшей растительности.

Мощнейшим агентом разрушения горных пород являются водоросли, особенно диатомовые, которые обитают не только в соленых и пресных водах, но и на увлажненных скалах, прибрежных песках и других участках суши. Лишайники разрушают горные породы не только химическим, но и механическим путем.

Освобожденный биохимически из силикатных минералов кремнезем вновь непосредственно усваивается бактериями, низшими растениями и, претерпев ряд превращений, опять возвращается в почву в виде вторичных минералов. Многие неустойчивые минералы (глины, слюды, цеолиты и др.) давно бы исчезли с лица земли, если бы постоянно не создавались вновь живыми организмами.

После разложения остатков низшей растительности часть аморфного кремнезема усваивается высшими растениями. Другая часть его вымывается и, попадая в ручьи и реки, выносится в озера, моря и океаны.

Однолетние растения возвращают накопленный кремний в почву в конце вегетации — отмирая, а многолетние сбрасывают его вместе с листьями. Опавшие листья гумифицируются тем быстрее, чем выше в них содержание кремния. Гумусовые кислоты участвуют в разложении силикатов. Некоторую роль в разложении опавших листьев играют животные (в основном низшие). Так завершается цикл биохимического круговорота кремния в природе.

А. П. Виноградов указывал, что в наше время на суше биогенный геохимический круговорот кремния особенно энергично протекает в тропических областях.

Так, интенсивная жизнедеятельность почвенных организмов, высокая температура и влажность способствуют быстрому перемещению кремнезема из горных пород в почву в виде гелей кремнекислоты. Последняя в избытке поглощается растениями (бамбук, сахарный тростник и другие злаки), в тканях которых отлагается аморфный кремнезем. С гибелью растения он возвращается в почву.

Мировой океан — природное хранилище кремния

В океанах, морях и озерах начинается самый мощный и масштабный цикл круговорота кремния. Осаждение растворенного в морской воде кремния происходит лишь биогенным путем. Об этом свидетельствуют современные морские и озерные отложения кремнезема, состоящие из остатков низших организмов (скелеты диатомей, спикулы губок и др.). Исключительно биогенное происхождение имеет и взвешенный в воде кремний.

А. П. Виноградов допускает присутствие в морских и океанических водах кремнийорганических соединений, являющихся продуктами распада древнейших реликтовых кремнийконцентрирующих организмов. Их останки постепенно минерализируются и в виде взвеси медленно оседают на дно водоемов. В ходе этого процесса они частично растворяются, частично поедаются кремнийконцентрирующими животными, возвращаясь снова в круговорот кремния.

Основная же масса биогенного кремния образует на дне огромные залежи кремнезема (диатомовый, глау-конитовый и радиоляриевый илы, яшма, халцедон и т. д.). Наиболее распространены в этих отложениях диатомовые осадки. Они составляют 70-75% всех кремнеземистых осадков и расположены в основном в холодных частях океана, ближе к его северным областям. В отложениях тропических и субтропических областей океанов преобладают скелеты радиолярий. Вместе с диатомовыми отложениями они составляют 98—99% всех кремнеземистых осадков мирового океана. Останки кремниевых губок и других кремнийорганиз-мов составляют лишь 1—2% донных отложений кремнезема (хотя в отдельных водоемах, например в озере Байкал, спикулы кремнистых губок составляют существенную часть отложений).

За год на дне океанов откладывается 1900 миллионов тонн кремнезема. Это несколько сотен тысяч кубических километров. Такие донные отложения занимают 20,4% площади Индийского океана, 14,7% — Тихого и 6,7% — Атлантического.

Вследствие частичного растворения остатков крем-нийорганизмов вода, находящаяся в порах осадков кремнезема, представляет собой насыщенный раствор. Очень высока концентрация кремния и в природном слое воды. Поднятый восходящими потоками наверх кремний возвращается в биологический круговорот. Нередко в почвах в значительных количествах содержатся скелеты диатомовых водорослей и спикулы кремнистых губок.

Человеческая деятельность вносит диссонанс в биогеохимический круговорот кремния в водоемах. Так, известно, что фосфатные сточные воды вызвали в южной части озера Мичиган столь сильное развитие диа-томей, чтосодержание кремния в воде опустилось ниже минимального значения, необходимого для жизнедеятельности, и создались все условия для вытеснения диатомовых водорослей сине-зелеными.

Горючие полезные ископаемые органического происхождения — каустобиолиты (нефть, уголь и горючие сланцы) также содержат сравнительно много кремния.

В состав золы нефтяного кокса, например, входит до 15% кремнезема. Однако вопрос о том, является ли происхождение кремния в каустобиолитах биогенным, остается до сих пор открытым. Не исключено, что в нефти содержатся и кремнийорганические соединения.

КРЕМНИЙ В ЗЕЛЕНОМ ЦАРСТВЕ

Наличие кремния в растениях было обнаружено в XVIII в. В деревьях и травах сравнительно много кремния — 1,5—4% от веса сухого вещества. Наиболее интенсивно забирают кремний из почвы многие культурные растения — пшеница, овес, ячмень, просо, рис. Рекордсменами по содержанию кремния являются хвойные, хвощи, папоротники. В золе этих растений содержится до 96% двуокиси кремния. Высоким содержанием кремния отличается полынь. Он содержится абсолютно во всех зеленых растениях. Рекордсменом по содержанию кремния среди пищевых продуктов является топинамбур. На почвах, лишенных кремнезема, растения развиваются слабо. Об этом хорошо знали древние люди. В Египте поля удобряли илом, в котором содержание кремнезема достигает 80%. В растениях содержится особый фермент — силиказа. Он способствует превращению неорганических соединений кремния в органические.

В стволе бамбука синтезируется чистая кремниевая кислота — табашир. Ее используют как лекарство.

Крапива обязана кремнию своими жгучими свойствами. Ее листья покрыты волосками, которые являются стеклянными капиллярами с ядовитой жидкостью. Кремнийконцентрирующие растения используются в строительстве, сельском хозяйстве и как естественные средства поддержания здоровья человека.

ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ КРЕМНЕЗЕМА

Терапевтическому действию кремнезема принадлежит грандиозное будущее

Начиная с середины XVIII столетия, многие ученые отмечали, что присутствие соединений кремния в живых организмах совершенно необходимо и что они войдут в арсенал эффективных лекарственных средств.

Среди природных источников кремния очень много трав. Наиболее известным носителем кремния является полевой хвощ.

Крестьяне в Центральной Европе издавна лечились от туберкулеза травами, в которых в большом количестве содержится кремний. Позже эти растения стали использоваться и практикующими врачами. Полевой хвощ используется при лечении от туберкулеза легких (туберкулез легких возникает при потере организмом 45% кремния).

Растворимая кремниевая фракция хвоща увеличивает эластичность тканей человека и является катализатором ряда жизненных процессов. Экстракты полевого хвоща улучшают функциональные возможности мышц, сухожилий и регенеративные качества кожи. Экстракты из хвоща широко используются в производстве кремов, питательных масок, паст. Так, кремний-содержимое хвоща легко совмещается с огуречным и лимонным соком, измельченной апельсиновой цедрой в приготовлении косметических средств.

Сочинский гастроэнтеролог-хирург защитил докторскую диссертацию, в которой описал способ предупреждения образования послеоперационных швов при ушивании язвы желудка при очищении кишечника до операции и после.

В практике с ожоговыми больными по рассасыванию рубцов на коже используется 50%-ный экстракт хвоща с добавлениями растений, содержащих не только кремний, но также широкий спектр микроэлементов: ламинария, сапонария, гаммелис, центелла азиатская и лимон.

Результаты применения кремнийорганических препаратов впечатляют: у 70% больных рубцы рассасывались, у 15% больных уменьшалось образование свежих рубцов на коже.

Препараты, полученные из кремнийконцентриру-ющих растений, вошли в фармацевтическую практику. Их применяют для производства лекарств, используемых для лечения болезней верхних дыхательных путей, воспаления кожи и десен.

В практике официальной медицины используются кремнийорганические соединения, полученные в химическом производстве, — тетрагликолевый эфир, силиконы, антивспениватели; смолы, резина — в терапии желудка, глаз, дыхательных путей, в хирургии, гематологии, стоматологии.

Доверие к силиконам велико, из них стали изготавливать искусственные артерии, кости, сердечные шунты, клапаны, используемые при проведении пластических операций на черепе, височной кости, грудной клетке.

Полиорганилсилоксаны используются для протезирования различных внутренних органов.

Низшие организмы, содержащие много кремния, содержат мало кальция. И, наоборот, в организме высших животных преобладает кальций.

Кремнийорганизмы являются нижней ветвью генеалогического древа развития живой материи. Они и в наше время составляют огромную часть всей земной живой материи. Это простейшие, обитающие в морской воде. Это низшие животные — радиолярии, губки, солнечники. Они извлекают кремний из морской воды и накапливают его в твердых тканях (панцири, скелеты, спикулы). Содержание кремния в твердых тканях этих животных колеблется от 40 до 70%. Они концентрируют кремний, добывая его из морской воды с содержанием последнего 2,4 х 10 6 %.

Среди множества микроорганизмов существуют бактерии-камнееды. Силикатные бактерии — яркий пример многообразия форм существования живой материи. Они сохраняют жизнь при температуре —196 °С и выдерживают нагревание до 160 °С. Им всегда сопутствуют дрожжи, грибки, которые питаются их биомассой.

Внутриклеточные паразиты — вирусы — также содержат кремний (и этим, видимо, объясняется их высокая информационная нагрузка).

В 1789 г. датский ученый П. Абильгард сообщил о присутствии кремния в губках. Это было первое открытие о наличии кремния в организме животных. В дальнейшем кремний был обнаружен практически во всех живых организмах. В. И. Вернадский разделяет живые организмы по содержанию кремния на 3 категории:

Кремниевые организмы, содержащие более 10% кремния.

Богатые кремнием организмы, содержащие всего 1—2% кремния.

Обычные организмы, содержащие лишь 0,1—0,001% кремния.

По мере эволюции нашей планеты содержание кремния в организме ее обитателей уменьшалось, а роль углерода повышалась. Весовое соотношение кремний:углерод составляет:

в земной коре — 276:1

в гумусовой почве — 15:1

в планктоне — 1:1

в папоротниках —1:100 в организме человека

и млекопитающих — 1:5000

Кремний был главным элементом древнейших организмов. В результате развития живой материи при изменении биосферных условий кремний чаще всего замещался на более легко усвояемый и удаляемый из организма кальций, который можно назвать антиподом кремния.

КРЕМНИЙ И ТРАНСМУТАЦИЯ БИОМАССЫ ЧЕЛОВЕКА В XXI ВЕКЕ

Наше время — время больших изменений биосферных условий жизни на Земле. Самые серьезные помехи для приспособления к жизни в новых условиях биосистемы ЧЕЛОВЕК на изломе эпох — это загрязнение организма, обезвоживание системы и дисбаланс растительного и животного белка в организме человека. Потеря влаги (75% массы тела человека — вода) увеличивает концентрацию всех растворенных в жидких тканях веществ. Фильтры биосистемы ЧЕЛОВЕК: мембраны клеток, функциональные ткани печени и почек не способны сбросить концентрированные загрязняющие вещества. В итоге загрязнение усиливается. Кремний выполняет роль адсорбента и выводится из организма. Из-за дефицита кремния, потерянного на адсорбцию шлаков, увеличивается риск разбалан-сировки всего организм человека. Болезни проявляются более жестко и ярко.

Об изменениях в процессах жизнеобеспечения в соответствии с изменениями биосферных условий в загрязненной биосистеме ЧЕЛОВЕК с дефицитом кремния трудно судить. Системы связи нарушены. Мозг с трудом управляет системой с многочисленными помехами. Так начинаются болезни дегенерации.

Перечислим вредные воздействия, которые влияют на биосистему ЧЕЛОВЕК:

обезвоживание системы напитками из листа чайного дерева (чай), минеральными водами, мочегонными препаратами, бессолевыми диетами и др.;

Все названные причины снижают содержание кремния в организме'человека до дефицитного уровня. Являясь пьезоэлементом, кремний, участник преобразований всех видов энергии в человеческом организме, не стал в здравоохранении элементом жизни для систематического мониторинга пациентов. Нынешняя ситуация дефицита кремния требует нового взгляда на здоровье людей от момента их зачатия до конца жизни. Семейная пара, желающая родить ребенка, должна быть осведомленной о своих параметрах жизнеобеспечения и содержании кремния в организме. Если будущая мать имеет дефицит кремния, она родит ребенка также с дефицитом кремния. Ее участь — сиделка у постели больного ребенка. Участь отца — добывать деньги для оплаты услуг по поддержанию жизни больного ребенка. А ведь все может быть иначе. Нужен хотя бы небольшой курс экологического ликбеза, и человек сознательно станет участвовать в поддержании порядка в собственном организме. Его тело полноценно пройдет трансмутацию биомассы. Нужны портативные приборы, простые в эксплуатации, для быстрого определения содержания кремния, степени чистоты крови (по билирубину), степени паразитарного заражения тела. Это могут быть современные компакт-ые радиоэлектронные мини-приборы.

КРЕМНИЙ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

В теле взрослого человека может содержаться от 2 до 7 г кремния (в среднем 4,7 х 10 4 %).

Кремний восьмикратно участвует в реакциях жизнеобеспечения и затем выводится с потом или мочой. Максимальное содержание его в коже, далее: легкие — аорта — селезенка — сухожилия — мышцы — надпочечники — поджелудочная железа — печень — почки -сердце — мозг.

Методом рентгеновского микроанализа химически связанный кремний обнаружен во всех органах и системах. Его количество зависит от возраста и пола. Эластичность органов, например кожи, прямо пропорциональна содержанию кремния. У новорожденных детей содержание кремния в коже максимальное.

В кровеносных сосудах кремний сосредоточен в эластине, в гладких мышцах кишечника и желудка кремния значительно больше, чем в мышцах.

Концентрация кремния в крови человека непостоянна. Она регулируется почками (2—3 х 10~ 4 %). Утром количество кремния в крови бывает больше, чем вечером.

В период беременности содержание кремния в крови женщин увеличивается почти в 3 раза.

Химически связано с белками 60% находящегося в крови человека кремния, 30% — с жирами и 10% — его водорастворимые соединения.

Кремний как жизненно важный элемент принимает участие во всем разнообразии нормальных и патологических процессов, начиная от изменения клеточных мембран до формирования соединительной ткани, хрящей, костей. Он обеспечивает эластичность сосудов.

Большую часть необходимого кремния человек получает из растительной пищи, воды и незначительную — из пищи животного происхождения.

В желудке, почках, поджелудочной железе (К. Шварц) вырабатывается фермент силиказа, способный высвобождать кремний из неорганических и даже полимерных синтетических соединений.

Пришло время, когда нельзя уже разговор о жизни и здоровье человека вести без понятия об энергии, поддерживающей жизнь, гармонии всех процессов жизнеобеспечения, об источнике этой энергии и средствах превращения энергии Природы в энергию здорового человека.

Процессор? Песок? А какие у вас с этим словом ассоциации? А может Кремниевая долина?
Как бы там ни было, с кремнием мы сталкиваемся каждый день и если вам интересно узнать что такое Si и с чем его едят, прошу под кат.

Введение

Silicium

Кремний (лат. Silicium), Si, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 14, атомная масса 28,086.
В природе элемент представлен тремя стабильными изотопами: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) и 30Si (3,05%).
Плотность (при н.у.) 2,33 г/см³
Температура плавления 1688 K

Порошковый Si

Историческая справка

Кремний очень распространен в природе в составе обыкновенного песка

Распространение Кремния в природе

По распространенности в земной коре Кремний — второй (после кислорода) элемент, его среднее содержание в литосфере 29,5% (по массе). В земной коре Кремний играет такую же первостепенную роль, как углерод в животном и растительном мире. Для геохимии Кремния важна исключительно прочная связь его с кислородом. Около 12% литосферы составляет кремнезем SiO2 в форме минерала кварца и его разновидностей. 75% литосферы слагают различные силикаты и алюмосиликаты (полевые шпаты, слюды, амфиболы и т. д.). Общее число минералов, содержащих кремнезем, превышает 400.

Физические свойства Кремния

Думаю тут останавливаться особо не стоит, все физические свойства имеются в свободном доступе, а я же перечислю самые основные.
Температура кипения 2600 °С
Кремний прозрачен для длинноволновых ИК-лучей
Диэлектрическая проницаемость 11,7
Твердость Кремния по Моосу 7,0
Хотелось бы сказать, что кремний хрупкий материал, заметная пластическая деформация начинается при температуре выше 800°С.
Кремний — полупроводник, именно поэтому он находит большое применение. Электрические свойства кремния очень сильно зависят от примесей.

Химические свойства Кремния

Тут много конечно можно сказать, но остановлюсь на самом интересном. В соединениях Si (аналогично углероду) 4-валентен.
На воздухе кремний благодаря образованию защитной оксидной пленки устойчив даже при повышенных температурах. В кислороде окисляется начиная с 400 °С, образуя оксид кремния (IV) SiO2.
Кремний устойчив к кислотам и растворяется только в смеси азотной и фтористоводородной кислот, легко растворяется в горячих растворах щелочей с выделением водорода.
Кремний образует 2 группы кислородсодержащих силанов — силоксаны и силоксены. С азотом Кремний реагирует при температуре выше 1000 °С, Важное практическое значение имеет нитрид Si3N4, не окисляющийся на воздухе даже при 1200 °С, стойкий по отношению к кислотам (кроме азотной) и щелочам, а также к расплавленным металлам и шлакам, что делает его ценным материалом для химической промышленности, а так же для производства огнеупоров. Высокой твердостью, а также термической и химической стойкостью отличаются соединения Кремния с углеродом (карбид кремния SiC) и с бором (SiB3, SiB6, SiB12).

Получение Кремния

Метод Чохральского — метод выращивания кристаллов путём вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла (или нескольких кристаллов) заданной структуры и кристаллографической ориентации в контакт со свободной поверхностью расплава.

Применение Кремния

Специально легированный кремний широко применяется как материал для изготовления полупроводниковых приборов (транзисторы, термисторы, силовые выпрямители тока, тиристоры; солнечные фотоэлементы, используемые в космических кораблях, а так же много всякой всячины).
Поскольку кремний прозрачен для лучей с длиной волны от 1 до 9 мкм, его применяют в инфракрасной оптике.
Кремний имеет разнообразные и все расширяющиеся области применения. В металлургии Si
используется для удаления растворенного в расплавленных металлах кислорода (раскисления).
Кремний является составной частью большого числа сплавов железа и цветных металлов.
Обычно Кремний придает сплавам повышенную устойчивость к коррозии, улучшает их литейные свойства и повышает механическую прочность; однако при большем его содержании Кремний может вызвать хрупкость.
Наибольшее значение имеют железные, медные и алюминиевые сплавы, содержащие кремний.
Кремнезем перерабатываются стекольной, цементной, керамической, электротехнической и другими отраслями промышленности.
Сверхчистый кремний преимущественно используется для производства одиночных электронных приборов (например процессор твоего компьютера) и однокристальных микросхем.
Чистый кремний, отходы сверхчистого кремния, очищенный металлургический кремний в виде кристаллического кремния являются основным сырьевым материалом для солнечной энергетики.
Монокристаллический кремний — помимо электроники и солнечной энергетики используется для изготовления зеркал газовых лазеров.

Сверхчистый кремний и продукт его производства

Кремний в организме

Кремний в организме находится в виде различных соединений, участвующих главным образом в образовании твердых скелетных частей и тканей. Особенно много кремния могут накапливать некоторые морские растения (например, диатомовые водоросли) и животные (например, кремнероговые губки, радиолярии), образующие при отмирании на дне океана мощные отложения оксида кремния (IV). В холодных морях и озерах преобладают биогенные илы, обогащенные кремнием, в тропических морях — известковые илы с низким содержанием кремния. Среди наземных растений много кремния накапливают злаки, осоки, пальмы, хвощи. У позвоночных животных содержание оксида кремния (IV) в зольных веществах 0,1-0,5%. В наибольших количествах кремний обнаружен в плотной соединительной ткани, почках, поджелудочной железе. В суточном рационе человека содержится до 1 г кремния. При высоком содержании в воздухе пыли оксида кремния (IV) она попадает в легкие человека и вызывает заболевание — силикоз.

Заключение

Ну вот и все, если вы дочитали до конца и немного вникли, то вы на шаг ближе к успеху. Надеюсь писал я не зря и пост понравился хоть кому-то. Спасибо за внимание.

В отличие от литосферы, содержание кремния в гидросфере Земли невелико.

Его кларк в океане равен 5·10 -5 % и занимает в гидросфере среди остальных элементов скромное тринадцатое место. Содержание кремния в водах современных рек и озер составляет 10-30 мг/л, в морской воде — 0,5-3,0 мг/л, т. е. в природных водах он находится в незначительных количествах. Это связано с тем, что кремний непрерывно поглощается из воды живыми организмами для питания и функционирования биохимических процессов (Орлов А. С., Безуглова О. С., 2000). Формы соединений, в которых он встречается в природных водах, довольно многообразны и зависят от минерализации, свойства воды и pH среды. Основная масса кремния гидросферы представлена в виде растворенной кремнекислоты, меньшая (примерно в 20-25 раз) часть находится в воде в форме взвеси, состоящей из биогенного аморфного кремнезема, а также кристаллических силикатов и кварца терригенного происхождения. Миграция кремния в почвенных и поверхностных водах, по данным И. И. Плюсниной (1980) и В. Е. Приходько (1979), происходит главным образом в мономерной, димерной, полимерной и кремнийорганической формах. Полимерные формы растворенной кремнекислоты имеют высокий молекулярный вес, более 1000 и даже до 70000. у. е. Преобладают, однако, монодимерные формы, чем и объясняется интенсивная миграция и устойчивость в растворах соединений кремния. В процессе геохимической эволюции нашей планеты в гидросфере установилось подвижное химическое равновесие, которое определяет и баланс кремния в океанах и морях. Ежегодно в Мировой океан поступает 6·10 4 т SiO₂. Из этого количества 4·10 14 т приходится на материковый сток, а остальное поступает за счет подводного вулканизма. Расходуется кремний исключительно морскими организмами. В поддержании равновесия кремния в морской воде участвуют суспензированные силикатные минералы, которые адсорбируют кремний из морской воды при его избытке и освобождают — при недостаточной концентрации (Лисицин А. П., Беляев Ю. И., Богданов Ю. А. и др., 1966). Гидробиогеохимический цикл миграции кремния является частью глобального биогеохимического цикла.

Континентальная ветвь круговорота кремния сложна и богата разнообразными трансформациями кремнийсодержащих соединений в природных ландшафтах, почвах, растительности, грунтовых водах. Водная миграция кремния тесно связана с ландшафтногеохимическими условиями: составом растительности и литологией подстилающих отложений.

Небольшое количество соединений кремния содержит атмосфера, в которой они находятся в виде пыли, постоянно присутствующей в воздухе. Основная масса кремнийсодержащей пыли возносится с поверхности Земли в виде частичек горных пород. К ней примешена также пыль вулканического происхождения и космическая пыль метеоритного вещества (Воронков М. Г., Зелчан Г. И., Лукевиц Э. Я., 1978).

Присутствие кремния в растениях открыто в 1790 г. при исследованиях табашира-аморфного кремнезема, выделяемого бамбуком в местах механического повреждения или поражения насекомыми (MacieJ. L., 1791; Russell Р., 1790). Вскоре после этого A. Humboldt (1793) опубликовал данные количественного содержания этого элемента в растениях. Было установлено, что содержание кремния в растениях изменяется от следовых количеств до 5% в пересчете на сухую массу и может колебаться в 5-10 раз в растениях одного и того же вида при выращивании их на различных почвах (Айлер Р., 1982). Поглощение кремния корневой системой связано как с конвективным переносом, так и с пассивной диффузией. Однако отдельные культуры, в частности рис, могут поглощать его и путем активного переноса против электрохимического потенциала (Tinker Р. В., 1981).

I — ежегодный твердый сток с суши( 12,696 млн. т); II — ежегодный растворимый сток SiO₂ (0,3 млрд. т.); III — общие запасы кремнезема в Мировом океане (54 80 млрд. т.); IV — концентрирование SiO₂ организмами фитопланктона (80-160 млрд. т,); V — переход кремнезема в воду при растворении панцирей диатомовых; VI — поглощение SiO₂ из воды новыми поколениями диатомей; VII — накопление биолитов кремнезема в спаде (б т/км 2 для ельников умеренной зоны); VIII — отложения диатомитов, трепелов и других образований SiO₂ в озерах — природных ловушках SiO₂; IX — донные отложения кремнистых скелетов в Мировом океане (1/10-1/100 часть исходного SiO₂, продуцированного на поверхности океана, 0-200 м); X — концентрирование Si0₂ водными организмами — концентраторами кремнезема в водоемах суши (хвощи, осоки, тростник, до 90-98 % от веса золы); XI — концентрирование SiO₂ организмами прибрежного шельфа; XII – “кремниевая взвесь” (1/300-1/700 часть запасов Si0₂ в Океане).

1 — поступление SiO₂ из воздуха (пылевые и техногенные потоки, атмосферная пыль); 2 — поступление SiO₂ с атмосферными осадками; 3 — процессы фотосинтеза и продуцирование кремнийсодержащих организмов; 4 — поступление SiO₂ с опалом; 5 — разрушение алюмосиликатных и биогенных минералов Si0₂ в почве и вынос соединений SiO₂ с растворимым стоком (1,9 т/км 2 ежегодно для средней полосы Европейской части СССР); 6 — синтез глинистых минералов и вторичных (гипергенных) образований SiO₂ в почве и коре выветривания; 7 — синтез биолитов кремнезема в растительности суши; 8 — накопление SiO₂ в живых организмах; 9 — поступление минеральных веществ в зонах дивергенции; 10 — накопление биолитов Si, Са, Р, Mn, Fe в осадках Мирового океана.

Растения поглощают кремний в виде иона силиката и в форме монокремниевой кислоты. Поступивший в растения кремний в форме монокремниевой кислоты аккумулируется и полимеризуется либо в эпидермальных тканях, образуя двойной кутикулярный слой, либо трансформируется в различные виды фитолитов (MannS., OzinG. A., 1996). Содержание кремния в растениях, как правило, меньше в первой половине вегетации, чем в более поздние фазы развития. Больше всего этого элемента содержится в листьях и стеблях, меньше в корнях и зерне. Количество кремния в листьях верхнего яруса больше, чем среднего и особенно нижнего, и сосредоточен он, главным образом, в эпидермисе. Содержание кремния уменьшается в направлении от верхушки листа к основанию.

В отличие от литосферы, содержание кремния в гидросфере Земли невелико.

Читайте также: