Понятие миграции

Геохимические классификации элементов Ферсмана и Перельмана.

Геохимические классификации элементов Вернадского и Заварицкого.

Основа геохимических классификаций элементов. Геохимическая классификация элементов Гольдшмидта.

Геохимические классификации элементов Ферсмана и Перельмана.

Геохимические классификации элементов Вернадского и Заварицкого.

Основа геохимических классификаций элементов. Геохимическая классификация элементов Гольдшмидта.

В основе всех геохимических классификаций лежит периодическая таблица элементов открытая Д.И. Менделеевым. Периодическая таблица Д.И. Менделеева - это химическая класси­фикация элементов. Она учитывает общие особенности элементов, объ­ясняет возможности атомов образовывать неограниченное число раз­личных химических соединений в лабораторных условиях. Геохимику же нужно найти объяснение ограниченности природных соединений (немногим больше 4000 минералов!), их повторяемости.

Многие сочетания элементов в природе могут быть поняты только ис­ходя из строения их атомов, места их в периодической системе. Однако элементы одной группы периодической таблицы - химические аналоги, весдут себя по разному в различных условиях земной коры, при различ­ных температуре, давлении, рН, Eh и др. Необходимость геохимической классификации, таким образом, подсказана самой природой, что является принципиальной особенностью геохимической классификации.

В.М. Гольдишидтом в 1923 г. была предложена первая геохимиче­ская классификация элементов. Он обратил внимание на первичную дифференциацию элементов в жидких системах (расплавах), основыва­ясь на известных процессах разделения последних на металлическую, сульфидную (штейн), силикатную (шлак) и газовую фазы в доменном металлургическом процессе. По-видимому, аналогичным процессом о6условлено разделение метеоритов на каменные и металлические.

Геохимическая классификация В.М. Гольдшмидта учитывает элек­тронное строение атомов, положение элемента на кривой атомных объемов, магнитные свойства элементов и химическое сродство прежде всего к О и S, затем к As и другим элементам. Все химические элементы разделены им на пять геохимических групп: литофильные, халькофильные, сидерофильные, биофильные, атмофильные.

Литофильные накапливаются в силикатной оболочке Земли, они располагаются на нисходящих ветвях кривой атомных объемов – Na, Mg, Al, Si, K, Ca и др. Преобладают ионы с 8-электронными оболочками.

Халькофильные - это элементы 18-электронного типа,располагают­ся на восходящих участках кривой атомных объемов – Cu, Zn, Ag, Hg, Pb, Sb, As и др.

Сидерофильные элементы дают переходные ионы 9 - 17-электронной конфигурации на внешнем слое; обнаруживают сродство как к ки­слороду (ионные связи), так и к сере (ковалентные связи), образуют сульфиды (пирит, арсенопирит, миллерит и др.), оксиды (магнетит, ге­матит, ильменит и др.), силикаты (гарниерит, ревдинскит, пироксены, амфиболы, слюды и др.). Отмечается сродство к мышьяку (никелин, смальтин, хлоантит и др.). Имеют очень малые атомные объемы и за­нимают низкие места на кривой атомных объемов. Это ферромагнитные и парамагнитные элементы. Некоторые из них встречаются в самород­ном состоянии. К ним относят Fe, Co, Ni, платиноиды. Сосредоточены в центральном ядре Земли.

Атмофильные - это элементы, входящие в состав атмосферы: инертные газы Rn, Ar, Ne, He и др. (8-электронного типа), N и Н. На кривой атомных объе­мов занимают восходящие участки; с трудом вступают в соединения (кроме Н) и находятся в элементарном состоянии. Диамагнитны.

Биофильные – характерны для организмов –С, H, O, P, N и др.

Важно отметить, что некоторые элементы могут относиться к раз­ным группам, что связано с их способностью вступать в соединение с кислородом, серой или другими элементами, проявляя литофильные, халькофильные и сидерофильные свойства (Fe, Pt), халькофильные и литофильные (Sn, Pb, Bi), литофильные и сидерофильные (Р, Мп) и др.

По классификации В.И. Вернадского выделяется 6 групп элеменетов. Самая большая по числу эле­ментов - циклическая группа (44 элемента), элементы которой слагают почти всю земную кору. Они участвуют в обратимых циклах, образуя химические соединения, отдельные молекулы. Каждый элемент в различных гео­сферах образует свои соединения, постоянно возобновляющиеся, но по­сле каких-то изменений элемент возвращается к первичному соедине­нию и начинает новый цикл. Важную роль в таком круговом процессе играет живое вещество, не только для таких элементов, как О, С, N, Н, S, но и для металлов (Fe, Си, Zn, Мп и др.). Однако круговой процесс не является вполне обратимым, так как часть элементов неизбежно и по­стоянно выходит из этого процесса.

Группа рассеянных элементов включает Li, Se, Ga, Br, Rb, Y, (Nb), In, I, Cs, Та. Некоторые из них не образуют своих соединений, другие -редко образуют, а все они чаще встречаются в состоянии свободных атомов, в виде «следов» в минералах и горных породах. Это тоже цик­лические элементы, однако в круговом процессе участвуют, чередуясь, их химические соединения и свободные атомы. Те же элементы, кото­рые не образуют своих минералов, присутствуют только в свободном состоянии в живом или неживом веществе. Это элементы нечетные, с нечетными атомными числами, что, вероятно, тоже связано с особенно­стями их распространения, рассеяния.

Группа сильно радиоактивных элементов состоит из 7 элементов, два из которых (U и Th) дают химические соединения и входят в обра­тимые циклы. Часть их теряется в ходе кругового процесса, а часть (по­еле распада) дает начало другим элементам, которые входят в другие классификационные группы (Не, РЬ).

Редкоземельные элементы (La, Ce, Yb, Sm и др.), или группа лантаноидов, характеризует­ся особым строением атомов и поведением в условиях земной коры.

Благородные или инертные газы (5 элементов- гелий, неон-аргон) входят в состав атмосферы и не принимают участия в химических земных процессах. Но велико их гео­химическое значение и велика роль в мироздании. Их роль в структуре нашей планеты только начинает открываться.

Благородные металлы (Pt, Au, Ir, Pd и др.) встречаются в земной коре в самородном виде.

Еще раз следует подчеркнуть важное значение строения атомов при объединении элементов в указанные группы!

По А.Н. Заварицкому, нахождение химических элементов в земной коре зависит от строения атомов элементов. Таблицу Менделеева он разделил на 10 блоков (рис. 6.1):

1) благородные газы (от Не до Rn); 2) элементы горных пород (Na, Mg, Al, Si, К, Ca и др.); 3) элементы магматических эманации (В, F, Р, CI, S и др.); 4 ) элементы «семейст­ва», группы железа (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni); 5 ) редкие элементы (Sc, TR, Nb, Та и др.); 6) радиоактивные элементы (Ra, Th, U и др.); 7) эле­менты сульфидных руд (Си, Zn, Sn, Hg, Ag и др.); 8) элементы метал­лоидные и метаплогенные (As, Sb, Bi, Se и др.); 9) платиноиды - эле­менты группы платины (Os, Ir, Pt и др.); 10) тяжелые галоиды (Br, 1).

Классификация А.Е. Ферсмана построена с учетом геохимической миграции элементов в крупных системах на основе развернутой табли­цы Д.И. Менделеева. А.Е. Ферсман разделил таблицу на поля, соответ­ствующие распространению элементов в земной коре: поле металлов сульфидных руд (медь, свинец, цинк, олово и др.), элементов кислых магм и пневматолитов (цирконий, ниобий, тантал, уран, редкие земли, элементы платиновой группы), средних магм, ультраосновных магм (железо, кобальт, никель титан, ванадий и др) (рис. 2).

Наиболее удобна при изучении биосферы и ноосферы классификация А.И.Перельмана. В основу этой классификации положены наиболее характерные особенности миграции химических элементов в биосфере и их способность концентрироваться на определенных геохимических барьерах.

Сначала все элементы Перельман разделил на 2 группы: 1). Мигрирующие преимущественно в газообразном состоянии; 2). Мигрирующие в растворах. Воздушных мигрантов всего 11 и из них только 5 относятся к активным (кислород, водород, азот, углерод, йод), остальные – пассивны – Ar, Ne, He, Kr, Xe, Rn. Водные мигранты разделяются в зависимости от интенсивности миграции. При этом учитывается целый ряд показателей перемещения элементов в водных растворах – способность образовывать катионы и анионы, постоянная или переменная валентность, подвижность или же инертность и осаждение на барьерах в окислительной, глеевой или сероводородной обстановках, интенсивность миграции в растворах с различными щелочно-кислотными условиями и др.

ЛЕКЦИЯ 7

Геохімічна спеціалізація геологічних утворень

1. Загальні положення.

2. Цільове призначення карт геохімічної спеціалізації

1. Загальні положення

Під геохімічною спеціалізацією розуміють специфічні особливості розподілу одного або декількох хімічних елементів в гірських породах або їх комплексах, які проявляються в суттєво підвищених (позитивна спеціалізація або накопичення) або занижених (від'ємна спеціалізація або дефіцит) концентраціях цих елементів проти кларкових.

При використанні геохімічної спеціалізації для оцінки потенційної рудоносності порід під цим терміном розуміють суму геохімічних ознак, які відрізняють даний рудоносний магматичний або інший геологічний комплекс від близьких за складом та обрисом, але не рудоносних порід. Геохімічна спеціалізація тих або інших геологічних комплексів зазвичай визначається рядом факторів. Для магматичних порід - геохімічною природою магм, геологічними особливостями її кристалізації та характером постмагматичних змін; для осадових - геохімічною диференціацією речовини в процесі гіпергенезу та осадконакопичення, а також наступним діагенетичним перетворенням осадків; в метаморфічних породах - насамперед особливостями розподілу рудогенних елементів в осадово-ефузивному субстраті та характером метаморфізму.

Для характеристики геохімічної спеціалізації використовують кларк концентрації К_к. Останній визначається як відношення середнього вмісту хімічного елементу (ХЕ) у вивченому об'єкті (порода, масив, комплекс тощо) до середнього вмісту цього ж ХЕ в гірських породах даного типу в літосфері. За середній вміст (кларк) хімічних елементів у найбільш крупних складових земної кори (ультраосновні, основні, середні та кислі породи, кристалічні сланці та парагнейси, глини та глинисті сланці, пісковики, карбонатні породи) можуть бути використані дані (додаток 2) за даними ІМГРЕ [41]. Геохімічна спеціалізація геологічному комплексі (ГК) розраховується для кожного ХЕ за такою формулою:

К_к=К¹к × К¹ _р+ К² к × К² р +...+К^і _к × К^і _р,

де К_к - кларк концентрації ХЕ в досліджуваному ГК;

К¹к, К² к, К^і _к - кларк концентрації того ж ХЕ в відповідному типі гірських порід, що складає даний ГК;

К¹_р, К² р... К^і _р - коефіцієнти поширеності відповідного типу гірських порід в досліджуваному ГК.

Коефіцієнт поширеності для кожного типу гірських порід визначається як відношення площі даного літотипу порід до загальної площі досліджуваного ГК або структурно-формаційного району.

За величиною коефіцієнтів концентрації розрізняють такі градації:

- сильна позитивна спеціалізація - К, >3,5;

- позитивна спеціалізація - К_к =1,5-3,5;

- спеціалізація не проявлена -К_к=0,7-1,4;

- від'ємна спеціалізація -К_к=0,6-0,3;

- дуже сильна від'ємна спеціалізація - К_к < 0,3.

Для кожного ГК визначаються геохімічні типи асоціацій ХЕ у вигляді рангових рядів нарізно для ХЕ групи накопичення (К, >1,5 - позитивна геохімічна спеціалізація) і для ХЕ групи дефіциту (К„ < 0,7 - від'ємна спеціалізація).

В процесі проведення ГДП-200, геологопрогнозного картування масштабу:200 000 та ГЗР-50 в окремих районах УЩ, де в якості геологічної карти похованої поверхні є карта кристалічного фунбдаменту масштабу 1:200 000, для картографічного відображення площ поширення геологічних комплексів та формацій, які характеризуються специфічними особливостями розподілу одного або декількох хімічних елементів і проявлені в підвищеному відносно кларка вмісті (К_к>1,5) складають карту геохімічної спеціалізації геологічних комплексів докембрійського фундаменту масштабу 1:200 000.

Під час проведення ГЗР-50 та геологопрогнозного картування масштабу 1:50 000 для картографічного відображення площ поширення геохімічно спеціалізованих порід складають карту геохімічної спеціалізації геологічних утворень докембрійського фундаменту масштабу 1:50 000.

2. Цільове призначення карт геохімічної спеціалізації

Карта геохімічної спеціалізації геологічних комплексів докембрійського фундаменту масштабу 1:200 000 складається з метою отримання картографічного відображення геохімічної спеціалізації стратиграфічних та нестратифікованих геологічних підрозділів, які виділяються і показуються на карті кристалічного фундаменту Українського щита (ККФУЩ). При цьому геохімічну спеціалізацію стратиграфічних підрозділів визначають нарізно для основних (серії, світи, підсвіти) і допоміжних (товщі, підтовщі, шари, пачки, маркірувальні горизонти) стратонів місцевих шкал, ув'язаних з підрозділами загальної стратиграфічної шкали та регіональними кореляційними стратиграфічними схемами. Для нестратифікованих підрозділів (інтрузивні, ультраметаморфічні та метасоматичні утворення, вторинні породи зон діафторезу, метасоматозу й контактового метаморфізму, тектоніти різного генезису і морфології, гідротермально змінені породи тощо) геохімічну спеціалізацію визначають нарізно для комплексів, підкомплексів і фаз (так як вони показані на ККФУЩ). Для правильної інтерпретації вікових взаємовідношень стратиграфічних і нестратифікованих підрозділів визначення геохімічної спеціалізації та геохімічної ідентифікації (на петрохімічному і геохімічному

ЛЕКЦИЯ № 8

Міграція хімічних елементів, внутрішні чиники міграції

Дата добавления: 2014-12-16