Геохимические барьеры

Параметры миграции

Лекция № 5

Тема: МИГРАЦИЯ ВЕЩЕСТВА

1. Параметры миграции.

2. Геохимические барьеры.

3. Ореолы рассеяния.

Миграцию химических элементов, как и всякую работу, можно выражать через произведение экстенсивных и интенсивных параметров. Экстенсивные параметры миграции – это количество мигрирующих веществ, расстояние миграции и т.д. Об интенсивности миграции химического элемента можно судить по тому его количеству, которое в единицу времени переходит в подвижное состояние (например, в природные воды). Однако при этом надо учитывать и величину кларка, особенно общее число атомов данного элемента, содержащихся в ландшафте. Например, если предположить, что интенсивность миграции Na и Li одинакова, то в подвижное состояние из горных пород в природные воды Na перейдет значительно больше, чем Li, так как у Na кларк высокий (2,50), а у Li низкий (3,2∙10^-3). Следовательно, чтобы охарактеризовать интенсивность миграции элемента, необходимо учитывать не только количество его атомов в ландшафте, перешедшее в подвижное состояние, но и общее количество атомов. Иначе говоря, интенсивность миграции выражается скоростью перехода в подвижное состояние одного грамма вещества данного элемента. Если общее количество атомов элемента x в ландшафте или какой-либо его части (почве, горной породе, организмах) обозначить b, то количество атомов, перешедшее в подвижное состояние за промежуток времени dt, составит db. Тогда относительная часть атомов, перешедших в подвижное состояние, равна db/b, а в единицу времени – db ∙ 1. Эта величина и представляет собой

b dt

интенсивность миграции – Р или в дифференциальной форме для бесконечно малого промежутка времени:

Р х = 1. db

­ b dt

Данное уравнение интенсивности миграции применительно к выветриванию было выведено А.И. Перельманом в 1940 г. и более подробно охарактеризовано в 1956 г. Член уравнения db / b играет важную роль в геохимии ландшафта при характеристике миграции. Из уравнения следует, что чем больше величина b, тем (при неизменности db) меньше интенсивность миграции. Так как величина b в общем зависит от кларка элемента, то можно сказать, что при сходных химических свойствах элемент с меньшим кларком мигрирует энергичнее (Se энергичнее S, Sr энергичнее Са и т.д.).

Гохимическими барьерами А. И. Перельман в 1961 году предложил именовать участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация. Аналогично макро- и микроклимату, макро-, мезо- и микрорельефу выделяют макро-, мезо- и микробарьеры. Так, в дельтах зона смешения пресных речных вод и соленых морских представляет собой макробарьер шириной в сотни и тысячи метров (при длине рек и морских акваторий в тысячи километров). К мезобарьерам относятся краевые зоны болот, где накапливаются многие элементы, выщелоченные из почв водоразделов и склонов. Ортзанды в почвах мощностью в несколько сантиметров и миллиметров относятся к микробарьерам.

Явление, которое именуется геохимическим барьером, привлекало внимание исследователей и ранее, в частности, при изучении условий образования минералов и руд, при трактовке процессов осаждения элементов из вод. Однако ранее оно рассматривалось изолированно, как предмет разных наук – минералогии, литологии, почвоведения, науки о рудных месторождениях и т.д. Но в почвах, илах рек и озер, корах выветривания, горизонтах грунтовых вод, зонах разломов и других системах протекают сходные процессы концентрации элементов. Это и позволило установить общие типы таких процессов, сформулировать понятие о геохимическом барьере, которое относится к фундаментальным понятиям геохимии. Главная особенность барьера – резкое изменение условий концентрации элементов, это зона, где одна геохимическая обстановка сменяется другой. Между понятием “геохимический барьер” и “геохимическая обстановка”, следовательно, имеется глубокая связь: уменьшение пространства, занимаемого обстановкой, приводит к переходу количества в качество, превращению обстановки в барьер и наоборот.

На геохимических барьерах образуются руды большинства месторождений, различные геохимические аномалии, приводящие к загрязнению окружающей среды, другие практически важные виды концентрации элементов. Все это определяет важность изучения геохимических барьеров.

При совмещении в одном месте различных геохимических процессов формируются комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических процессов. Выделяются также двусторонние барьеры, которые формируются при движении различных элементов к барьеру с разных сторон. На двустороннем барьере происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов. Различаются также латеральные барьеры, образующиеся при движении вод в субгоризонтальном направлении, например на границе элементарных ландшафтов, и радиальные (вертикальные) барьеры, формирующиеся при субвертикальной (снизу вверх или сверху вниз) миграции растворов в почвах, зонах разломов, корах выветривания и т.д. В зависимости от способа массопереноса различаются диффузионные и инфильтрационные барьеры. В. С. Голубев разработал понятие о подвижном геохимическом барьере, когда барьер перемещается медленнее фильтрации вод.

В основу классификации геохимических барьеров положены виды миграции. Выделяется два основных их типа – природные и техногенные. Природные в свою очередь разделяются на три класса. Наиболее простые – механические барьеры – участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции. К ним приурочены различные продукты механической дифференциации осадков. В местах резкого уменьшения интенсивности физико-химической миграции формируются физико-химические барьеры. Они возникают в местах изменения температуры, давления, окислительно-восстановительных, щелочно-кислотных и других условий. Биогеохимические барьеры обязаны уменьшению интенсивности биогенной миграции – угольные залежи, торф, концентрации элементов в телах организмов и т.д.

Среди техногенных барьеров также выделяются механические, физико-химические и биогеохимические классы. Более сложные процессы образования геохимических барьеров обычно включают в себя менее сложные. Например, в образовании техногенных барьеров могут участвовать механические, физико-химические и биогенные процессы, но сущность данных барьеров не может быть понята без учета особенностей техногенной миграции. Главное внимание исследователей до сих пор привлекали природные и техногенные физико-химические барьеры. Изменение геохимических показателей m (t, p, Eh, pH и т.д) в направлении миграции химических элементов называется градиентом барьера G:

G = dm или G = (m₂ – m₁) / dl l

где m₁ – значение данного геохимического показателя до барьера, m₂ – после барьера, l – ширина барьера. После изучения геохимических барьеров желательно строить функции m = f /l/ и устанавливать тип кривой.

Контрастность барьера S характеризуется отношением величины геохимических показателей в направлении миграции до и после барьера: S = m₂/m₁

Интенсивность накопления элемента увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера.

Дата добавления: 2014-01-11