Лекция 13. Тема «Геохимические барьеры»

План.

1.Миграция химических элементов.

2. Генетическая классификация геохимических барьеров.

3.Подклассы физико - химических барьеров.

 

1.В жизни ландшафтов большую роль играет миграция химических и биологических веществ, которая определяет особенности круговорота веществ, энергии и информации, специфику трофических цепей.

Все химические элементы, составляющие земную кору, атмосферу, гидросферу находятся в постоянном движении. Перельман предложил определять интенсивность миграции химических элементов по формуле:

Ị=m/ tС;

где: m - масса мигрирующего элемента;

t – время существования миграции;

С- кларковое, либо местное, фоновое содержание элемента в геохимической системе.

Характеризуя миграцию химических элементов, естественно рассматривают ее основные виды и типы.

Выделены четыре основных вида миграции:

· механический;

· физико-химический;

· биогенный;

· техногенный.

Типы миграции:

первый - смена физического состояния элемента без их существенного перемещения. Например, твердое состояние элемента сменилась раствором;

второй тип характеризуется перемещением элементов без изменения физического состояния. Например, перемещение аэрозолей в атмосфере;

третий тип объединяет два предыдущих типа и состоит в перемещении элементов с изменением физического состояния. Например, при техногенном загрязнении тяжелые металлы первоначально в воде представлены растворами. Затем тяжелые металлы переходят в коллоидное либо твердое состояние, мигрируя с толщами воды на большие расстояния;

На некоторый час миграция химических элементов может прекращаться, а на отдельных участках может произойти концентрация части химического элемента. Эти процессы рассматриваются с точки зрения геохимических барьеров.

Геохимический барьер – это участки земной коры, где на небольшом расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции химических элементов и, как последствие их концентрация.

В значительной части барьеров резко изменяется физическое состояние элемента, что вызывает концентрацию определенных химических элементов либо их соединений.

Следовательно, именно на геохимических барьерах протекают эколого-геохимические изменения, которые происходят в биосфере.

Например. Железо в подземных водах находится в двухвалентном, хорошо растворенном состоянии при отсутствии свободного кислорода.

При выходе на поверхность эти воды соединяются со свободным кислородом, и образуется трудно растворимый гидроксид железа. Смена типа миграции железа сопровождается выпадением в осадок и концентрацией. Данный вид барьера относится к кислородному типу.

Использование учения о геохимических барьерах позволяет дать оценку геохимическим условиям концентрации химических элементов и их соединений в экосистеме, прогнозировать изменение экологической ситуации и принимать правильные решения по регулированию техногенной нагрузки на ландшафты.

3. Классификация природных процессов или явлений может осуществляться по разным признакам. В научных исследованиях чаще всего явления классифицируют по генетическим особенностям, поскольку они дают возможность наиболее полно отразить характерные особенности явлений, их возникновение, формирование, развитие. Учитывая это, рассмотрим генетическую классификацию геохимических барьеров.

Алексеенко предложил разделить все геохимические барьеры на три основных типа:

*природные;

* техногенные;

* техногенно - природные.

Природные геохимические барьеры обусловлены природными особенностями конкретной части биосферы.

Техногенные геохимические барьеры, возникают в результате изменения геохимической обстановки антропогенными факторами.

Техногенно- природные геохимические барьеры возникают в результате антропогенного изменения одного из природных факторов, что послужило толчком к активизации образования природного геохимического барьера.

В свою очередь Алексеенко типы делит на классы:

*физико-химические;

*механические;

* биогеохимические;

*комплексные.

Образование физико-химических барьеров связано со сменой физико-химической обстановки. Классификация используется только в том случае, когда происходит выпадение химических элементов в осадок, при миграции их в ионной форме в разных окислительно – восстановительных и кислотно- щелочных условиях.

Механические барьеры – это участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции. Они в основном связаны с другими типами миграции химических элементов, когда их формы существования не изменяются, но они перемещаются в пространстве. Перемещение осуществляется в пределах биосферы, в основном в пределах атмосферы и гидросферы.

Биогенные барьеры в основном связаны с первым типом миграции химических элементов, когда изменяется их физическое состояние, но незначительно изменяется их перемещение в пространстве. По своей сущности эти барьеры являются концентрацией химических элементов растительными и животными организмами. Концентрация химических элементов на биогеохимических барьерах является частью биологического кругооборота этих элементов. Накопление на геохимических барьерах химических элементов (соединений) приводит к их аномальной концентрации. При определенных условиях концентрация и общее количество элементов на барьере увеличивается, и возникают месторождения полезных ископаемых.

Комплексные геохимические барьеры – это пространственное наложение одного геохимического барьера на другой, генетически они связаны между собой. Среди природных барьеров они самые распространенные.

Среди техногенных геохимических барьеров Алексеенко предложил выделить класс социальных барьеров. Под этим термином объединены зоны складирования и погребения промышленных и бытовых отходов.

Социальные барьеры имеют ряд общих черт с предыдущими классами, но в тоже время и отличия.

· В этом классе барьера прекращается миграция целого ряда химических элементов и веществ;

· Миграцию прекращают не все вещества, а только часть их;

· Возникают социальные барьеры искусственно;

· По способу образования и складирования они отличаются от всех предыдущих барьеров;

· Они не имеют аналогов по специфике концентрации веществ и способам образования барьера; социальные барьеры имеют общую черту с техногенными барьерами - на данной стадии развития общества все вещества остаются невостребованными.

3. В выделении подклассов в физико-химических барьерах Перельман использовал «матричный подход».

Для выделения подклассов: кислородный (со свободно растворенным кислородом); глеевый (без свободного кислорода, но и без сероводорода), сероводородный взяты окислительно-восстановительные условия воды, которая доходит до барьера. Все три подкласса, по значениям рН подразделяются на: сильнокислые (<3), кислые и слабокислые (3-6,5), нейтральные, слабощелочные (6,5-8,5) и сильнощелочные, либо содовые (>8,5). Всего учтено 12 разных условий воды, доходящей до барьера.

В зависимости от перечисленных условий может меняться в воде концентрация целого ряда химических элементов. Так в нейтральных и слабощелочных сероводородных водах может превышать содержание S и Se. Такие элементы, как Na, К, Сѕ, Rb, N, С1, Вr, J, могут содержаться в повышенных концентрациях и быть геохимически активными в воде будь какого состава.

Каждому физико-химическому барьеру присвоен свой символ, буква латинского алфавита: А- кислородный, В- сероводородный, С- глеевый, D – щелочной, Е- кислый, F- испарительный, G – сорбционный, Н – термодинамичный.

На кислородном барьере оседают химические элементы в условиях наличия свободного кислорода в воде различного состава, которые поступают к барьеру; на сероводородном – в условиях с Н2S, на глеевом – в соответствующих условиях при отсутствии сероводорода и естественно кислорода), на щелочном – при повышенном рН, на кислом – при уменьшении рН. На испарительном барьере осуществляется концентрация веществ за счет их испарения из вод, которые доходят до барьера. На сорбционном барьере обязательно должны присутствовать определенные адсорбенты (глина, гумус и др.) На термодинамических барьерах осаждение элементов осуществляется при условии изменения в конкретной системе температуры и давления.

Зная условия, в которых формировались воды, прежде чем достигнуть барьера, класс и подкласс барьера, можно прогнозировать какие химические элементы могут быть сконцентрированы на этом барьере.