Геохимические процессы

Геохимические процессы

        (a. geochemical processes; н. geochemische Vorgange; ф. processus geochimiques; и. procesos geoquimicos) - процессы миграции хим. элементов сфер Земли. Наиболее изучены Г. п. в литосфере, гидросфере и ниж. слоях атмосферы, меньше данных о Г. п. в верх. мантии Земли, а о поведении хим. элементов в ниж. мантии и земном ядре имеются только гипотезы. Г. п. включают явления концентрации и рассеяния хим. элементов. С первыми связано образование м-ний п. и., со вторыми - вторичных ореолов рассеяния м-ний на изучении к-рых основаны геохим. методы поисков. С рассеянием хим. элементов связано также загрязнение окружающей среды в р-нах пром. предприятий, в т.ч. и горнорудных. В зависимости от формы миграции хим. элементов различают механич., физ.-хим., биогеохим. и техногенные Г. п. и их сочетания.

К механическим Г.п. относятся речная эрозия, дефляция, плоскостной смыв и образование делювия, мор. абразия, механич. седиментация и т.д. На изучении механич. Г. п. основаны шлиховой и шлихогеохим. методы поисков рудных м-ний. С механич. Г. п. связано образование россыпей золота, платины, алмазов и др.        

Физико-химические Г. п. исключительно разнообразны. Эндогенные Г. п. протекают при высоких темп-рах и давлениях, к ним относятся магматич., гидротермальные и метаморфич. Г. п. Гипергенные Г. п. характерны для земной поверхности и небольших глубин, где господствуют низкие темп-ры (условно ниже 40°С) и давления.        

Магматич. Г. п. протекают в силикатных расплавах (магмах) в глубоких частях земной коры и верх. мантии, на земной поверхности и дне океана (при вулканич. извержениях). Очаги гранитоидного магматизма залегают гл. обр. на глуб. до 25 км, базальтовая магма формируется обычно значительно глубже. Темп-pa кристаллизации пород из магмы колеблется от сотен до 1100-1300°С, давление в магме - от 105 Па на земной поверхности до 109 Па в глубинных очагах. Вещество в магме в осн. диссоциировано, это ионно-электронная микрогетерогенная жидкость. Разнообразные процессы магматич. дифференциации приводят к концентрации хим. элементов и образованию их магматич. м-ний. При дифференциации ультраосновной магмы, относительно бедной кремнезёмом и щелочными металлами и обогащенной железом и магнием, образуются м-ния хромовых и платиновых руд, титаномагнетитов, алмазов (в кимберлитовых трубках взрыва). С дифференциацией осн. базальтовой магмы связано формирование медно-никелевых, титаномагнетитовых и др. рудных м-ний.        

При дифференциации кислой (гранитной, гранодиоритовой) магмы формируются  пегматиты, являющиеся источником драгоценных  камней, полевого шпата, кварца, флюорита, слюды, бериллия, лития и др. редких элементов. К апикальным частям гранитных батолитов направлен поток F, В и др. летучих элементов, в связи с чем такие апограниты обогащены литиевыми слюдами, танталониобатами, топазом. Для мн. гранитных массивов характерно обогащение рудными элементами (оловоносные и др. граниты).        

Образование м-ний апатитов, нефелина, ниобия и др. редких элементов обязано дифференциации щелочной магмы. С щелочными породами генетически связаны магматич. карбонатные породы (карбонатиты) - источник апатит-магнетитовых и редкометалльно- редкоземельных руд (особенно ценны руды ниобия).        

Гидротермальные Г. п. Ниже пояса холодных подземных вод в земной коре повсеместно  распространены горячие и перегретые воды с темп-рой от 40 до 500°С (границы  условны). С их деятельностью связано формирование разнообразных гидротермальных рудных м-ний - осн. источников меди, свинца, цинка, серебра, ртути, сурьмы, молибдена, вольфрама и др. металлов, а также разл. нерудного сырья (магнезита, хризотил-асбеста и др.). Гидротермальные Г. п. наиболее характерны для верх. части земной коры - до глуб. 8 км, в вулканич. р-нах они развиваются также на земной поверхности и на дне океана. Термальные воды вызывают глубокое изменение горн. пород, т.н. гидротермальный метасоматоз (альбитизацию, березитизацию, грейзенизацию и др.), в связи с чем рудные тела гидротермальных м-ний, как правило, окружены широкими ореолами метасоматитов, имеющих важное поисковое значение. Установлены разнообразные гидротермально-метасоматич. формации, с к-рыми связаны определ. рудные м-ния (с грейзеновой формацией - W, Mo, Be, Li, В и др., с березитовой - Pb, Zn, Au, U и др.).        

Гидротермальные растворы и руды полигенетичны, происхождение их дискуссионно, среди источников вод указывают магму, метаморфизм пород, атм. воды. Различают мантийный и коровый источник рудных элементов (в т.ч. коровая магма, вмещающие породы).        

Meтаморфич. Г. п. - изменение магматич. и осадочных г. п. в земных глубинах под влиянием высоких темп-р и давлений, отчасти растворов и флюидов. При этом происходит распад первонач. минералов и образование новых устойчивых минеральных видов в соответствии с законами физ.-хим. равновесий. В результате метаморфич. Г. п. глины превращаются в кристаллич. сланцы, известняки - в мраморы, кислые изверж. породы - в гнейсы и т.д.        

Гипергенные Г. п., как правило, связаны с деятельностью живых организмов, т.е. носят биогеохим. характер. Менее распространены Г. п., в к-рых деятельность живых организмов несущественна или отсутствует (галогенез, криогенез и др.). Галогенез - Г. п. концентрации растворимых солей, обязанные испарению вод. Они распространены на 1/3 поверхности материков, были особенно характерны для кембрийского, девонского, пермского, юрского и неогенового периодов, с к-рыми связано образование разнообразных м-ний соды, гипсов, поваренной и калийных солей (пермская кам. соль Донбасса и Илецка, калийные соли Приуралья и Белоруссии и т.д.). В совр. эпоху галогенез протекает в соляных озёрах и почвах лесостепей, степей и пустынь (образование солончаков и солонцов). С совр. и древним галогенезом связано также накопление мн. редких элементов - F, Вr, I, Li, Sr, W и др., имеющих пром. значение. Криогенез - Г. п., протекающие при отрицат. темп-pax; они характерны для р-нов развития многолетней мерзлоты и учитываются при стр-ве и эксплуатации горнорудных предприятий. Гипергенез сульфидных м-ний протекает при окислении мн. сульфидных руд вблизи земной поверхности (особенно колчеданов). При этом образуются серная к-та и Г. п. протекают в сильнокислых условиях. В результате энергично мигрируют мн. рудные элементы, формируются подзоны выщелачивания и вторичного сульфидного обогащения металлов, имеющие важное практич. значение. Эти Г. п. учитываются при поисках руд, эксплуатации м-ний.        

Биогеохимические Г. п. характерны для верх. части земной коры - Биосферы. При этом развиваются и механич. и физ.-хим. явления, но определяющее значение имеют специфич. Г. п., обусловленные деятельностью организмов. Совокупность живых организмов (живое вещество, по В. И. Вернадскому) - гл. геохим. сила земной поверхности. В результате биогеохим. процессов формируются почвы, коры выветривания, частично континентальные отложения, хим. состав поверхностных, грунтовых и неглубоких подземных вод (до глубины в сотни и тыс. м). С этими Г. п. связано образование м-ний торфа, угля, горючих сланцев, возможно также нефти и газа. Биогеохим. процессы играли важную роль в образовании нек-рых м-ний типа медистых песчаников, ураноносных песчаников и др. Велика роль биогеохим. Г. п. в образовании вторичных ореолов рассеяния м-ний, формировании геохим. аномалий. На протяжении геол. истории биогеохим. процессы создали совр. кислородную атмосферу Земли (фотосинтез растений), почти освободили атмосферу от СО2, изменили состав поверхностных и подземных вод, в частности привели к образованию сероводорода в илах и подземных водах, осаждению сульфидов металлов. На определении элементного состава растений основаны биогеохим. методы поисков рудных м-ний.        

Техногенные Г. п. обусловлены хоз. деятельностью. Включают в себя и механич., и физ.-хим., и биогеохим. явления, однако их природа специфична. Мн. техногенные Г. п. возникли только в результате человеческой деятельности - получение Al и др. металлов в свободном виде, синтез веществ, неизвестных в природе (полимеров и др.), произ-во радиоактивных изотопов и т.д. Разновидностью техногенных Г. п. является загрязнение окружающей среды, образование т.н. техногенных геохим. аномалий. Последние могут быть глобальными (напр., повышение содержания СО2 в атмосфере в результате сжигания горючих ископаемых), региональными (применение удобрений и др.) и локальными, связанными с отд. рудниками, заводами, населёнными пунктами. В результате техногенных Г. п. образуются техногенные почвы, коры выветривания, водоносные горизонты, ландшафты (напр., на участках горнорудных предприятий), наконец, вся область Земли, охваченная техногенными Г. п., - ноосфера. Исследования техногенных Г. п. служат теоретич. основой борьбы с загрязнением окружающей среды, в частности рекультивации р-нов горн. работ.