Геохимические аномалии

2.  Факторы миграции

Факторы миграции подразделяются на внутренние и внешние.

Внутренние факторы миграции определяются строением атомов. От них зависит способность элементов давать летучие, растворимые или инертные формы. К ним относятся:

1. электростатические свойства ионов:

1. ионный потенциал – отношение заряда иона к его радиусу,

2. энергетический коэффициент ионов);

2. свойства связи соединений, включая строение кристаллической решетки (определяют способность соединения противостоять разрушению);

3. химические свойства соединений (это уже с учётом условий среды – например, более высокой устойчивости кислородных соединений в большинстве гипергенных обстановок);

4. гравитационные свойства атомов (проявляются при кристаллизации, седиментации, выветривании);

5. радиоактивные свойства.

6. Внешние факторы миграции - ландшафтно-геохимические условия, определяющие поведение элементов в различных химических (окислительно-восстановительных, щёлочно-кислотных) обстановках:

7. температура (в целом повышение ускоряет физико-химическую миграцию, а для некоторых видов миграции, например, биогенной, нужны определённые диапазоны температур);

8. давление (повышение давления в равновесной системе приводит к изменению системы в сторону уменьшения объёма);

9. степень электролитической диссоциации (зависит от соотношения свойств растворителя и растворяемого вещества, температуры раствора и его концентрации);

10. концентрация водородных ионов, определяющая кислотность-щёлочность среды (pH);

11. окислительно-восстановительный потенциал;

12. поверхностные силы коллоидных систем (определяют масштабы селективной сорбционности);

13. комплексы типоморфных ионов в почвах и водах (что такое типоморфные ионы – будет рассмотрено далее);

14. геоморфологические факторы (рельеф);

15. радиационные характеристики среды;

16. жизнедеятельность организмов и техногенез – наиболее сложные по механизму влияния.

Результат миграции – это рассеяние и концентрация химических элементов.

3.  Виды миграции

Разнообразие  миграции – определяется числом форм, в которых переносится элемент. Для химически сходных элементов разнообразнее миграция того из них, у которого кларк выше.

Примеры для минералов с кларками одного порядка: S – многовалентна (0, -2, +4, +6), может входить в состав разнообразных соединений (сульфиды, сульфаты, органические соединения), образует 369 минеральных видов. Cl – одновалентен, образует 96 минералов. У Mo – 15 минеральных видов, Hf – 0. Последний пример еще раз отражает различие между редкими и рассеянными элементами.

Виды миграции (или формы движения материи) – выделяются в соответствии с различными уровнями организации вещества. Выделяются механическая, физико-химическая, биогенная и техногенная миграция.

1. Механическая: перенос без преобразования вещественного состава. Определяется размерами минеральных частиц, их плотностью, скоростью движения среды, являющейся агентом переноса (водного потока, ветра и т.д.).
2. Физико-химическая: подчиняется физическим и химическим законам. Процессы диффузии, растворения, осаждения, плавления, кристаллизации, сорбции, десорбции и т.д. Подвиды – ионная миграция (в растворах), коллоидная, газовая и др.
3. Биогенная: определяется деятельностью организмов. Взаимодействие между живым веществом и инертной материей Земли происходит в форме массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой. Именно процессы массобмена элементов объективно характеризуют геохимическую деятельность организмов. Подобные закономерные процессы миграции химических элементов, осуществляемые не под воздействием геологических факторов, а в результате жизнедеятельности организмов были названы В.И. Вернадским биогеохимическими. Здесь учёт лишь химических свойств элементов (валентности, ионных радиусов и др.) недостаточен. Здесь значительно большую роль приобретают информационные процессы (иногда не вполне корректно утверждают, что они только на этом уровне и появляются; но Вы уже знаете, что информация и управление существуют на всех уровнях организации вещества, только на добиологических уровнях их сложность и значение несравнимо ниже).
4. Техногенная: связана с деятельностью человека. Освоение сырьевых ресурсов, хозяйственное использование сырья, значительные по масштабам перемещения вещества, создание веществ, не существующих в природе.

 

 

 

3.  Кларки осадочных горных пород.

 

Кларк элемента (clarke) - среднее содержание элемента в земной коре, выраженное в процентах.

 

Осадочные горные породы, горные породы, возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения О. г. п. разделяются на обломочные, химические и биогенные.

Источником вещества для образования  О. г. п. являются: продукты выветривания магматических, метаморфических и  более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы атмосферы; продукты, возникающие  при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые  частицы, выброшенные вулканами, горячие  водные растворы и газы, выносимые  вулканическими извержениями на поверхность  Земли и в водные бассейны). В современных океанических осадках (красная глубоководная глина, ил и др.) и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа, силикатные шарики, кристаллы магнетита и т.п.). Кроме того, в составе О. г. п., как правило, присутствуют органические остатки (растит. и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые О. г. п. (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органические остатками. Размер частиц (зёрен), их форма и взаимное сочетание определяют структуру О. г. п.

О. г. п. образуют пласты, слои, линзы  и др. геологические тела разной формы и размера, залегающие в  земной коре нормально-горизонтально, наклонно или в виде сложных складок. Внутреннее строение этих тел, обусловливаемое ориентировкой и взаимным расположением зёрен (или частиц) и способом выполнения пространства, называется текстурой О. г. п. Для большинства этих пород характерна слоистая текстура; типы текстуры зависят от условий их образования (главным образом от динамики среды).

Образование О. г. п. происходит по следующей  схеме: возникновение исходных продуктов  путём разрушения материнских пород, перенос вещества водой, ветром, ледниками  и осаждение его на поверхности  суши и в водных бассейнах. В результате образуется рыхлый и пористый насыщенный водой осадок, сложенный разнородными компонентами. Он представляет собой  неуравновешенную сложную физико-химическую (и частично биологическую) систему, с течением времени постепенно превращающуюся в осадочную породу.

Классификация О. г. п. основана на их составе и генезисе. В связи  с тем, что большинство пород  полигенно, т. е. одна и та же осадочная порода может образоваться при различных процессах (например, известняки могут быть обломочными, хемогенными или органогенными), при выделении основных групп пород учитывается их состав. Различают свыше десяти групп О. г. п.: обломочные, глинистые, глауконитовые, глинозёмистые, железистые, марганцевые, фосфатные, кремнистые, карбонатные, соли, каустобиолиты и др. Кроме основных групп, существуют породы смешанного состава — переходные между обломочными и карбонатными, карбонатными и кремнисгыми и т.п., а также вулканогенно-осадочные породы, представляющие собой смесь обломочно-осадочного материала и твёрдых продуктов выбросов вулканов. Более детальное подразделение в пределах выделенных трупп проводится по структуре (размеру зёрен), минеральному составу и генезису.

По химическому составу О. г. п. отличаются от магматических пород  гораздо большей дифференцированностью, широким диапазоном колебаний в содержании породообразующих компонентов, повышенным содержанием воды, углекислоты, органического углерода, кальция, серы, галоидов, а также высокими значениями отношения окисного железа к закисному (см. Геохимия литогенеза). Среди О. г. п. преобладают глинистые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы — около 50%), песчаные (пески и песчаники) и карбонатные (известняки, доломиты и др.) — примерно поровну, в сумме около 45%; на остальные типы приходится менее 5%.

Образование и размещение на поверхности  Земли О. г. п. определяется главным  образом климатическими и тектоническими условиями. Так, в областях гумидного климата (влажного и тёплого) образуются глинозёмистые, железистые, марганцевые породы и различные каустобиолиты; для аридных (засушливых) областей характерны отложения доломитов, гипса, галита, калийных солей, красноцветных пород; для нивальных областей (полярных и высокогорных) — продукты физического выветривания, представленные различными обломочными породами. Влияние тектонического режима не менее важно. В геосинклиналях накапливаются мощные толщи О. г. п., которые, как правило, характеризуются изменчивостью в пространстве и пёстрым (многокомпонентным) составом обломочного и др. материала, наличием пластов вулканогенно-осадочных пород и т.п. Наоборот, на платформах залегают небольшие по мощности толщи О. г. п., часто с пластами, выдержанными в пространстве, с однородным (однокомпонентным) составом обломочного материала и т.п.

Поскольку условия осадконакопления в прежние геологические эпохи (особенно в фанерозое) были близки или аналогичны современным, картина современного размещения типов пород на поверхности Земли позволяет восстанавливать палеогеографическую и палеотектоническую обстановку геологического прошлого. Осадко- и породообразование — процесс периодический: формирование сходных типов пород и их парагенетических ассоциаций (формаций) многократно повторяется во времени, что связано с периодическими (долговременными) изменениями климата и геотектонических движений. Наряду с этим наблюдается также постепенное изменение условий осадконакопления на протяжении всей истории развития земной коры. Эволюция осадконакопления связана с изменением состава вод Мирового океана, атмосферы,. эволюцией органического мира, преобразованиями структуры земной коры, а также с изменением (увеличением) общего количества О. г. п. на поверхности Земли.

О. г. п. составляют около 10% массы земной коры и покрывают 75% поверхности  Земли. Основная их масса сосредоточена  на материках (500 млн. км³) и континентальных склонах (190 млн. км³), тогда как на дно океанов приходится 250 млн. км³. В пределах материков около 75% объёма всех О. г. п. приурочено к геосинклинальным областям и около 25% — к платформам. Свыше 75% всех полезных ископаемых, извлекаемых из недр Земли (уголь, нефть, соли, руды железа, марганца, алюминия, россыпи золота и платины, фосфориты, строительные материалы и пр.), заключено в О. г. п.

 

 

 

 

 

4. Техногенная  миграция.

 

  Потоки химических элементов и веществ, обусловленные промышленной, сельскохозяйственной деятельностью человека. Миграция техногенная часто нарушает нормальный ход (объемы, скорость) круговорота веществ в природе. Например, промышленные, бытовые и сельскохозяйственные отходы, сброшенные в природные воды, связывают растворенный в воде О₂, что нарушает объемы кислородных потоков в биосфере; загрязнение почв, вырубка (сведение) лесов уменьшает обмен кислородом и диоксидом углерода между атмосферой и сушей. Поэтому для поддержания установившихся объемов кислородных потоков в биосфере необходимо сохранение живого вещества как главной геохимия, силы (Ивлев, 1986).

Миграция, связанная с общественными процессами, определяется социальными закономерностями, хотя ей присущи и более простые  формы движения. Различают два  геохимических типа техногенной  миграции. 
1) Миграция, унаследованная от биосферы и в дальнейшем искусственно изменѐнная. Так же как и в биосфере, в техногенных ландшафтах протекает биологический круговорот, элементы мигрируют в водах и атмосфере. Это позволяет устанавливать ряды миграции, типоморфные элементы, коэффициенты биологического поглощения. Такие понятия, как 
«биомасса», «ежегодная продукция», «дефицитные и избыточные элементы», приложены к техногенезу.

2) Миграция, чуждая биосфере. В техногенных ландшафтах протекают химические реакции, находящиеся в резком противоречии с природными условиями, образуются химические соединения, в биосфере не существовавшие, обладающие свойствами, неизвестными у природных материалов. Наконец, чужды биосфере экспорт, импорт и другие виды миграции, подчиняющиеся социальным законам.

 

Техногенная миграция – наиболее сложный вид миграции, важность геохимического изучения которой была установлена В. И. Вернадским и А. Е. Ферсманом в начале ХХ столетия. Однако огромное практическое значение подобного подхода выявилось только во второй половине века, когда резко возросло влияние техногенеза на природную среду. Осуществляя техногенную миграцию, человечество еще плохо знает ее законы, новые явления, которые возникли на нашей планете. Поэтому актуальны вопросы – что принесла эта новая геохимия Земли, что она сулит в будущем, как влияет на материальную и духовную жизнь людей, их здоровье и долголетие?  
 
В первобытном обществе эффект техногенеза был незначительным, но уже в государствах античного мира, коренным образом изменивших ландшафт долин Нила (Египет), Амударьи (Хорезм), Тигра и Евфрата (Шумер, Вавилон), Хуанхе (Китай), техногенез стал важным геохимическим фактором. Поэтому этап геологической истории, начавшийся около 8000 лет назад, В.А. Зубаков предложил называть технозойским, или техногеем. 
В ХХ в. техногенез стал главным геохимическим фактором на поверхности Земли. По Е. М. Сергееву, ежегодно добывается около 100 млрд. т минерального сырья и каустобиолитов, горные и строительные работы перемещают не менее 1 км³ горных пород, что соизмеримо с денудационной работой рек. В. А. Ковда подчеркивал, что “диспергирование и эолизация вещества суши” ведут к возрастанию геохимической роли поверхностной энергии, сорбции. Мощность производства удваивается каждые 15 лет.