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 4·1014 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/км2 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.