Fluor cykel

Fluorcykel: Fflöden är i Tg/år och reservoardata är i mg/kg. De viktigaste mekanismerna som mobiliserar fluor är kemisk och mekanisk vittring av stenar. Viktiga antropogena källor inkluderar också industriella kemikalier och gödningsmedel, tegeltillverkning och grundvattenutvinning. Fluor förs främst av floder till haven, där det kan ha en uppehållstid på cirka 500 000 år. Fluor kan avlägsnas från havet genom avsättning av terrigena eller autentiska sediment, eller subduktion av den oceaniska litosfären.

Fluorcykeln är den serie av biogeokemiska processer genom vilka fluor rör sig genom litosfären , hydrosfären , atmosfären och biosfären . Fluor kommer från jordskorpan och dess cykling mellan olika källor och sänkor moduleras av en mängd olika naturliga och antropogena processer.

Översikt

Fluor är det trettonde vanligaste grundämnet på jorden och det 24:e vanligaste grundämnet i universum. Det är det mest elektronegativa elementet och det är mycket reaktivt. Således finns det sällan i dess elementära tillstånd, även om elementärt fluor har identifierats i vissa geokemiska sammanhang. Istället finns det oftast i joniska föreningar (t.ex. HF, CaF ₂ ).

De viktigaste mekanismerna som mobiliserar fluor är kemisk och mekanisk vittring av stenar. Viktiga antropogena källor inkluderar industriella kemikalier och gödningsmedel, tegeltillverkning och grundvattenutvinning. Fluor förs främst av floder till haven, där det har en uppehållstid på cirka 500 000 år. Fluor kan avlägsnas från havet genom avsättning av terrigena eller autentiska sediment, eller subduktion av den oceaniska litosfären.

Litosfären

Den stora majoriteten av jordens fluor finns i skorpan, där det främst finns i hydroxisilikatmineraler. Halterna av fluor i magmatiska bergarter varierar mycket och påverkas av fluorhalten i magma. Likaså uppvisar förändrad oceanisk skorpa stor variation i fluor; serpentiniseringszoner innehåller förhöjda nivåer av fluor. Många detaljer om den exakta mineralogin och distributionen av fluor i skorpan är dåligt förstådda, särskilt fluorets överflöd i metamorfa bergarter, i manteln och i kärnan.

Fluor kan frigöras från sina jordskorpans reservoarer via naturliga processer (såsom väderpåverkan , erosion och vulkanisk aktivitet ) eller antropogena processer, såsom fosfatstensbearbetning, kolförbränning och tegeltillverkning . Antropogena bidrag till fluorcykeln är betydande, med antropogena utsläpp som bidrar med cirka 55 % av den globala fluorinsatsen.

Hydrosfär

Fluor kan lösas upp i vatten som anjonfluorid , där förekomsten beror på lokal förekomst i de omgivande stenarna. Detta i motsats till andra halogenhalter , som tenderar att återspegla mängden andra lokala halogener, snarare än den lokala bergartens sammansättning. Upplöst fluor finns i låga mängder i ytavrinning i regnvatten och floder, och högre koncentrationer (74 mikromolar ) i havsvatten. Fluor kan också komma in i ytvatten via vulkaniska plymer.

Atmosfär

Fluor kan komma in i atmosfären via vulkanisk aktivitet och andra geotermiska utsläpp, samt via biomassabränning och vindblåsta dammplymer. Dessutom kan det komma från en mängd olika antropogena källor, inklusive kolförbränning, tegeltillverkning, uranbearbetning, kemisk tillverkning, aluminiumproduktion, glasetsning och mikroelektronik/ halvledarindustrin . Fluor kan också komma in i atmosfären som en produkt av reaktioner mellan antropogent genererade atmosfäriska kemikalier (till exempel uranfluorid) . Dessutom är fluor en komponent i klorfluorkolgaser (CFC), som massproducerades under hela 1900-talet tills de skadliga effekterna av deras nedbrytning till högreaktiva klor- och kloroxidarter bättre förstods. Majoriteten av samtida studier om atmosfäriskt fluor fokuserar på vätefluorid (HF) i troposfären, på grund av HF-gasens toxicitet och höga reaktivitet.

Fluor kan avlägsnas från atmosfären via "våt" avlagring, genom utfällning från regn, dagg, dimma eller molndroppar, eller via "torr" avsättning, vilket hänvisar till alla processer som inte involverar flytande vatten, såsom vidhäftning till ytmaterial som drivs av atmosfärisk turbulens. HF kan också avlägsnas från atmosfären via fotokemiska reaktioner i stratosfären .

Biosfär

Fluor är ett viktigt element för biologiska system. Ur ett däggdjurshälsoperspektiv är det anmärkningsvärt som en komponent i fluorapatit , ett nyckelmineral i tänderna på människor som har exponerats för fluor, såväl som haj- och fisktänder. I jord kan fluor fungera som en källa för biologiska system och en sänka för atmosfäriska processer, eftersom atmosfäriskt fluor kan läcka ut till avsevärda djup.

^ ^a ^b ^c Schlesinger, WH; Klein, EM; Vengosh, A. (2020). "Global biogeokemisk cykel av fluor" . Globala biogeokemiska cykler . 34 (12): e06722. Bibcode : 2020GBioC..3406722S . doi : 10.1029/2020gb006722 . ISSN 0886-6236 . S2CID 226336384 .
^ Rudnick, RL; Gao, S. (2003), "Composition of the Continental Crust" , Treatise on Geochemistry , Elsevier, 3 : 659, Bibcode : 2003TrGeo...3....1R , doi : 10.1016/b0-08-043751-6 /03016-4 , ISBN 978-0-08-043751-4
^ ^a ^b ^c ^d Fuge, R. (2019). "Fluor i miljön, en genomgång av dess källor och geokemi" . Tillämpad geokemi . 100 : 393–406. Bibcode : 2019ApGC..100..393F . doi : 10.1016/j.apgeochem.2018.12.016 . S2CID 133909303 .
^ ^a ^b ^c ^d Koga, KT; Rose-Koga, EF (2018). "Fluor i jorden och solsystemet, var kommer det ifrån och kan det hittas?" . Comptes Rendus Chimie . 21 (8): 749–756. doi : 10.1016/j.crci.2018.02.002 .
^ ^a ^b ^c ^d Cheng, M.-D. (2018). "Atmosfärskemi för vätefluorid" . Journal of Atmospheric Chemistry . 75 (1): 1–16. Bibcode : 2018JAtC...75....1C . doi : 10.1007/s10874-017-9359-7 . ISSN 1573-0662 . OSTI 1399939 . S2CID 100201001 .
^ Crutzen, PJ (2006). "Introduktion till "Fluor och miljön" " . Framsteg inom fluorvetenskap . 1 : xv–xvii. doi : 10.1016/S1872-0358(06)01011-6 . ISBN 9780444528117 . ISSN 1872-0358 .

[:0-1] Schlesinger, WH; Klein, EM; Vengosh, A. (2020). "Global biogeokemisk cykel av fluor" . Globala biogeokemiska cykler . 34 (12): e06722. Bibcode : 2020GBioC..3406722S . doi : 10.1029/2020gb006722 . ISSN 0886-6236 . S2CID 226336384 .

[:4-2] Rudnick, RL; Gao, S. (2003), "Composition of the Continental Crust" , Treatise on Geochemistry , Elsevier, 3 : 659, Bibcode : 2003TrGeo...3....1R , doi : 10.1016/b0-08-043751-6 /03016-4 , ISBN 978-0-08-043751-4

[:1-3] Fuge, R. (2019). "Fluor i miljön, en genomgång av dess källor och geokemi" . Tillämpad geokemi . 100 : 393–406. Bibcode : 2019ApGC..100..393F . doi : 10.1016/j.apgeochem.2018.12.016 . S2CID 133909303 .

[:2-4] Koga, KT; Rose-Koga, EF (2018). "Fluor i jorden och solsystemet, var kommer det ifrån och kan det hittas?" . Comptes Rendus Chimie . 21 (8): 749–756. doi : 10.1016/j.crci.2018.02.002 .

[:3-5] Cheng, M.-D. (2018). "Atmosfärskemi för vätefluorid" . Journal of Atmospheric Chemistry . 75 (1): 1–16. Bibcode : 2018JAtC...75....1C . doi : 10.1007/s10874-017-9359-7 . ISSN 1573-0662 . OSTI 1399939 . S2CID 100201001 .

[6] Crutzen, PJ (2006). "Introduktion till "Fluor och miljön" " . Framsteg inom fluorvetenskap . 1 : xv–xvii. doi : 10.1016/S1872-0358(06)01011-6 . ISBN 9780444528117 . ISSN 1872-0358 .