VI. Использование продуктов переработки нефти.

В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины и церезины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты.

Наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Замена твердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта.

Бензин применяется в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. В зависимости от назначения он подразделяется на два основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин используется также в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирных пятен и т. п. Керосин применяется как горючее для реактивных и тракторных двигателей, а также для бытовых нужд. Он используется также для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего для дизелей. Смазочные масла для смазки различных механизмов. После перегонки мазута остаётся нелетучая тёмная масса – гудрон, идущая на асфальтирование улиц. Лигроин служит топливом для дизельных двигателей, а также растворителем в лакокрасочной промышленности. Большие количества его перерабатывают в бензин. Парафин применяют для получения высших карбоновых кислот, для пропитки древесины в производстве спичек и карандашей, для изготовления свечей, гуталина и т.д.

Энергетическое направление в использовании нефти до сих пор остается главным во всем мире. Доля нефти в мировом энергобалансе составляет более 46%.

Однако в последние годы продукты переработки нефти все шире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловый спирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химической промышленности применяются формальдегид, пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирт и т.д.

Продукты переработки нефти применяются и в сельском хозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и т.д. В машиностроении и металлургии применяются универсальные клеи, детали и части аппаратов из пластмасс, смазочные масла и др. Широкое применение нашел нефтяной кокс, как анодная масса при электровыплавке. Прессованная сажа идет на огнестойкие обкладки в печах. В пищевой промышленности применяются полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин, производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служат метиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и парфюрмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительной промышленности.

 

VII. Заключение.

В последние годы (наряду с увеличением выработки топлива и масел) углеводороды нефти широко используют как источник химического сырья. Различными способами из них получают вещества, необходимые для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, синтетических моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и т.д.

Нефть останется в ближайшем будущем основой обеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтехимической промышленности. Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки месторождений. Но ресурсы нефти в природе ограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятно расположенных месторождений.

 

 

Классификация по Гольшмидту

Предложена Гольдшмидтом исходя из предположения, что Земля образовалась в результате разделения первично однородного вещества, аналогичного метеоритам, на четыре части: металл, серный расплав, силикатная часть и атмосфера с океаном. Каждый элемент имеет склонность концентрироваться в одной из этих сред, и соответственно разделены на сидерофильные, литофильные, халькофильные и атмофильные элементы. Иначе говоря, это классификация по наибольшему коэффициенту распределения элемента между четырьмя фазами.

Атмофильные

H, N, инертные газы — всего 8 элементов.

Выделяются в газовую фазу и накапливаются в атмосфере. В природе для них характерно газообразное состояние. Большинство из них имеет атомы с заполненной электронной внешней оболочкой, располагаются в верхних частях кривой атомных объёмов; преимущественно диамагнитны. Для большинства (кроме водорода, близкого к литофильным элементам) характерно нахождение в природе в элементарном состоянии.

Халькофильные

В соответствии с классификацией норвежского геохимика В. М. Гольдшмидта, к ним относятся химические элементы сульфидных руд, то есть элементы побочных группыпериодической системы химических элементов. В их число входит 19 элементов: S, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po. Металлические халькофильные элементы обладают специфическим сродством к сере, селену и теллуру. На долю всех халькофильных элементов приходится всего 0,046 % массы земной коры, но из-за способности накапливаться в определённых условиях они образуют рудные месторождения, среди которых доминируют гидротермальные жильные. В осадочных породах сульфиды ряда элементов (меди, свинца, цинка и частично серебра) образуют стратиформные (пластовые) рудные залежи.

Литофильные

Обладают сродством к силикатным минералам и расплавам.

Элементы, составляющие около 93 % массы земной коры и около 97 % массы солевого состава океанической воды. Они обладают внешней 8-электронной оболочкой (типа инертных газов) и располагаются на убывающих участках кривой атомных объёмов. K Л.э. относятся: Li, Be, B, C, O, F, Na, Mg, Al, Si, R, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Br, Rb, Sr, Zr, Nb, I, Cs, Ba, TR, Hf, Ta, W, At, Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U. Л.э. трудно восстанавливаются до элементарного состояния и преимущественно парамагнитны. B природе подавляющая масса этих элементов входит в состав силикатов, но также широко распространены их оксиды, галогениды, карбонаты, сульфаты, фосфаты. Плотности соединений Л.э. невысоки (от 2·10³ до 4·10³ кг/м³).

Сидерофильные

Обладают сродством к железу.

Au, C, Co, Fe, Ge, Ir, Mo, Ni, Os, P, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sn.

Гольшмидтовская классификация в периодической системе элементов

1 H

2 He

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

(43) Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

55 Cs

56 Ba

57-71 Lan

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

87 Fr

88 Ra

89-103 Act

(104) Rf

(105) Db

(106) Sg

(107) Bh

(108) Hs

(109) Mt

(110) Ds

(111) Rg

(112) Cn

(113) Uut

(114) Fl

(115) Uup

(116) Lv

(117) Uus

(118) Uuo

Лантаноиды

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

(61) Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

Актиноиды

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

(93) Np

(94) Pu

(95) Am

(96) Cm

(97) Bk

(98) Cf

(99) Es

(100) Fm

(101) Md

(102) No

(103) Lr

 

Обозначения:
Атмофильные	Халькофильные	Литофильные	Сидерофильные	редкие и отсутствующие в природе

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД ВЕРНАДСКОГО

(1929, 1933, 1934, 1936) — единственный в мировой практике опыт геохим. систематики вод Земли, построенный на основе учета их хим. состава и физ.-географических, геол. условий нахождения. Отличительная особенность К. п. в. В. — принятая в ней форма выражения состава воды в вес. % атомов, что признавалось Вернадским наиболее правильным методом изучения её происхождения. Состав воды определяется по преобладающим хим. элементам (за исключением водорода и кислорода, составляющих молекулу воды). Подгр. учитывают физ. состояние воды (газообразное, жидкое и твердое), они делятся на 3 класса — пресных, соленых и рассольных вод, выделенных по величине концентрации (практически принимается сухой остаток воды). Классы распадаются на подклассы (по преобладающим газовым компонентам). Др. гр. категорий классифицирует воду по условиям ее нахождения; они таковы: царства вод (поверхностных, подземных и глубинных), полцарства и семейства (озерных, пластовых вод, вод нефтяных м-ний и др.). Пример: верхние грунтовые воды (верховодка) классифицируются как относящиеся к подгр. жидкой природной воды, царству подземных вод, полцарству пластовых вод, семейству самых верхних пластовых вод, классу пресных вод. Подкласс СО2 — n2 — O2; вид — О — Na — Са — S — С. Вернадский описал 485 видов природных вод, определяя общее их количество как превышающее 1500. Несмотря на принципиальную правильность К. п. в. В., она не получила распространения в том виде, как была предложена автором, хотя многие ее положения широко применяются в практике изучения гл. обр. подземных вод (разделение на классы минерализации, учет газового состава классификационного критерия, определение хим. состава по преобладающим компонентам и т. п.). Главная причина, затруднившая применение К. п. в. В., обусловлена принятой в ней атомной формой выражения анализа воды, очень удобной при геохим. изучении воды, но создающая затруднения при практической оценке ее качества и свойств. Вернадский рассматривал К. п. в. В. как классификацию м-лов гр. воды. М. С. Гуревич.

 

Классификация по Ферсману

 

В конце XIX в. М. Бауэром (1896 г.) была предложена новая классификация драгоценных камней, которая долгое время пользовалась популярностью у минералогов и специалистов-ювелиров. Классификация М. Бауэра была позднее дополнена и расширена А.Е. Ферсманом. Ювелирные и поделочные камни подразделены в ней на три группы: I - драгоценные камни (самоцветы), II - поделочные (цветные камни), III - драгоценные камни органогенные. Внутри группы в зависимости от ценности камни разделялись на порядки. В I группу вошли в основном прозрачные бесцветные или красиво окрашенные камни и часть полупрозрачных цветных камней, используемых в ограненном виде. Ко II группе отнесен ряд минералов и горных пород, пригодных для кабошонирования и для различных поделок. Ниже приводится классификация М. Бауэра - А.Е. Ферсмана.
Группа камней
I. Драгоценные камни (самоцветы)
1 порядок Алмаз, рубин, сапфир, изумруд, александрит, благородная шпинель, эвклаз
2 порядок Топаз, аквамарин, берилл, красный турмалин, демантоид, кровяной аметист, альмандин, уваровит, жадеит, благородный опал, циркон
3 порядок
1. Гранат, кордиерит, кианит, эпидот, диоптаз, бирюза, варисцит, зеленый турмалин
2. Горный хрусталь, дымчатый кварц, светлый аметист, халцедон, агат, сердолик, гелиотроп, хризопраз, празем, полуопал
3. Солнечный камень, лунный камень, Лабрадор, нефелин, содалит, обсидиан,титанит, бенитоит, пренит, андалузит, диопсид, скаполит, томсонит
4. Гематит, пирит, касситерит, кварц с золотом
II. Поделочные (цветные камни)
1 порядок Нефрит, лазурит, главколит, содалит, амазонит, Лабрадор, родонит, азурит, малахит, авантюрин, кварцит, горный хрусталь, дымчатый кварц, агат и его разновидности, яшма, везувиан, розовый кварц, письменный гранит
2 порядок Лепидолит, фукситовый сланец, серпентин, агальматолит, стеатит, селенит, обсидиан, мраморный оникс, датолит, флюорит, галит, графит, лазурит, смитсонит, цоизит
3 порядок Гипс, порфиры и частично декоративный материал - брекчии, сливные кварциты и др.
III. Драгоценные камни органогенные
Жемчуг, коралл, янтарь, гагат
Приведенной классификацией длительное время пользовались в СССР и за рубежом. Однако она не лишена ряда недостатков. Так, некоторые минералы одновременно отнесены к разным порядкам (горный хрусталь, агат, дымчатый кварц, лазурит и др.), в ряде случаев приведены групповые минералогические наименования одновременно с определенными, частными названиями (гранат и альмандин с уваровитом, берилл и аквамарин, халцедон и агат, сердолик, хризопраз и т.д.). К группе поделочных камней отнесен ряд минералов, которые в настоящее время имеют относительно высокую ценность, считаются полудрагоценными и широко применяются в ювелирном деле (авантюрин, малахит, амазонит, горный хрусталь, дымчатый кварц, розовый кварц, лазурит и др.). В настоящее время практическая ценность многих драгоценных камней существенно изменилась, в связи с чем классификация Бауэра-Ферсмана устарела. В последние годы предложены уточненные и упрощенные варианты классификации Бауэра-Ферсмана.

 

Геохимия ландшафтов

1. История и основные концепции геохимии ландшафта

Геохимия ландшафта – наука о закономерностях миграции, рассеяния и концентрации атомов в ландшафте (М. А. Глазовская).

Геохимия ландшафта возникла в 1930-40-е годы на стыке трех наук – геохимии (Вернадский, Ферсман, Голдшмидт), почвоведения (Докучаев) и учения о ландшафте (возникло в 1920-30-е годы). Базовой наукой для развития геохимии ландшафта была геохимия, которая, по определению Вернадского, изучает историю атомов в земной коре.

В античности человечеству было известно 19 химических элементов, в 18 в. – 28 элементов (были открыты H, As, Bi, Hg и др.). 19 в. – период бурного развития представлений о свойствах веществ, были получены новые элементы, всего стал известен 51 элемент. Среди основных достижений науки этого времени следует назвать 1) получение Берцелиусом элементов Th, Sc, Ti, Zr; 2) развитие агрохимии, химии растений – Либих, Дюма, Буссенго; 3) развитие химии земной коры – Бишоф, Брейтгаут; 4) представления о спектральном анализе химических элементов – определении элементов по спектрам - Кирхгоф, Буизен, 1859; 5) открытие Периодического закона, предсказание по нему элементов Sc и др. – Менеделеев; 6) вычисление средних содержаний элементов в горных породах – Кларк (1889).

Рождение геохимии как науки относится к началу XX в. В. И. Вернадский (1863-1945) в бытность свою заведующим кафедры минералогии МГУ (1908-1911) установил безминеральное существование элементов (рассеянные формы) в земной коре. Согласно закону Вернадского-Кларка, все элементы есть везде, но в разных концентрациях. Вернадский также занимался изучением содержания элементов в биосфере. А. Е. Ферсман (1883-1945) впервые в 1911 г. прочел курс лекций по геохимии. Он является автором двухтомного труда “Геохимия”.

Активная эксплуатация сырьевых ресурсов способствовало развитию геохимии руд. В. М. Гольдшмидт (1887-1947) занимался геохимией минералов, кристаллохимией. Он впервые стал объяснять геохимические процессы различными ионными радиусами элементов (для живого вещества это не верно).

В 1920-е годы появилось представление о комплексной природной системе – ландшафте. Возникла проблема изучения закономерностей распространения химических элементов в различных природных компонентах и ландшафтах в целом. Таким образом в начале 30-х гг. появилась геохимия ландшафта.

Основоположник геохимии ландшафта Б. Б. Полынов сформулировал представление об элементарных ландшафтах, катенах. Полынов применял системный подход к решению прикладных проблем (например, он занимался вопросами использования засушливых земель Нижнего Поволжья). Возникали вопросы о химических свойствах почв на различных элементах рельефа, на различных породах и т. д. Активное земледельческое освоение земель субтропиков заставляло изучать особенности системы почва-растение и более сложных систем, например, почва – порода – растение. Полынов умер в 1952 г.

Дальнейшее развитие геохимии ландшафта было связано с проблемами поиска рудных месторождений, при котором активно стали применяться геохимические методы (например, представления об ореолах рассеяния в породах, грунтовых водах и атмосфере). А. И. Перельманом была разработана схема обзорного ландшафтно-геохимического районирования территории СССР для геохимических поисков. Перельман также сформулировал два основных принципа использования геохимии в поиске полезных ископаемых: 1) принцип дифференциации методики поисков применительно к конкретным геохимическим ландшафтам; 2) принцип историзма. В связи с этим стало развиваться новое направление – палеогеохимия ландшафтов (Лукашев, Касимов). Большой вклад в развитие геохимии ландшафта внесла М. А. Глазовская (занималась изучением геохимии техногенных ландшафтов и др.).

2. Современные направления в геохимии ландшафта

1. 
   Геохимия природных ландшафтов.
1. 
   Геохимия слабоизученных типов ландшафтов (тундра и лесотундра, мерзлотная тайга, горные степи);
2. 
   Геохимия и тектоника (газовое и метальное дыхание Земли, зоны разломов);
3. 
   Глобальные и региональные природные изменения (колебания климата, гумидизация, аридизация, поднятие уровня Каспийского моря и др.);
2. 
   Геохимия техногенных ландшафтов;
1. 
   Геохимия городских ландшафтов (природная обусловленность, геохимический диссонанс, геохимическая оценка городов);
2. 
   Геохимия горнопромышленных ландшафтов (нефтегазовые, угольные, рудные);
3. 
   Геохимия агроландшафтов, мелиоративные ландшафты;
4. 
   Геохимия линейных ландшафтов (дороги, трубопроводы);
5. 
   Геохимия искусственных соединений в ландшафтах (радионуклиды, пестициды, ландшафты в районах падения космических ракет и др.).

 

3. Представление об элементарном ландшафте. Геохимический ландшафт

Элементарный ландшафт

По определению Полынова, элементарный ландшафт в своем типичном проявлении – один определенный тип рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определенным растительным сообществом. Эти условия создают определенную разность почвы и свидетельствуют об одинаковом на протяжении элементарного ландшафта развитии взаимодействия между горными породами и организмами.

При отнесении участка земной поверхности к элементарному ландшафту важно учитывать возможность (хотя бы мысленную) распространения данного элемента ландшафта на значительно большей территории (например, пятно солончака 10м² является ландшафтом, т. к. солончаки могут быть размером в десятки и сотни раз больше; кочка на болоте имеет весьма ограниченные размеры). Образования ограниченных размеров (кочка) называются предельными структурными элементами или деталями ландшафта.

Наименьшая площадь, на которой размещаются все части элементарного ландшафта, называется площадью выявления. Она тем больше, чем сложнее ландшафт.

Расстояние от верхней до нижней границы элементарного ландшафта называется мощностью элементарного ландшафта. Верхняя граница находится в тропосфере и определяется зоной распространения пыли земного происхождения, обитания организмов. Нижней границей обычно является горизонт грунтовых вод (включительно). Мощность ландшафта обычно, как и площадь выявления, пропорциональна его сложности.

Характерной особенностью элементарного ландшафта является резкая дифференциация вещества и физико-химических условий по вертикали на ярусы. Эта дифференциация и составляет структуру элементарного ландшафта.

Геохимический ландшафт

Элементарные ландшафты образуют связанные между собой ассоциации, названные Полыновым геохимическими ландшафтами (собственно ландшафты). Геохимический ландшафт – парагенетическая ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов. (Совокупность элементарных ландшафтов, свойственных определенному геоморфологическому элементу – водоразделу, склону, террасе - Полынов предложил именовать местным ландшафтом).

Характерное для каждого геохимического ландшафта закономерное сочетание элементарных ландшафтов называется его геохимическим сопряжением. Это присущий геохимическому ландшафту тип обмена веществ, энергии и информации между элементарными ландшафтами.

Решающую роль в формировании связей между элементарными ландшафтами играет поверхностный и подземный сток, каждый геохимический ландшафт характеризуется определенным типом стока.

По условиям миграции химических элементов элементарные ландшафты делятся на следующие группы:

 

• 
  автономные ландшафты;
• 
  трансэлювиальные ландшафты;
• 
  элювиально-аккумулятивные ландшафты;
• 
  супераквальные ландшафты;
• 
  аквальные ландшафты.

Полынов выделял три основных группы элементарных ландшафтов – элювиальные, супераквальные и субаквальные.

Объем понятий “элювиальные”, “супераквальные” и “субаквальные” ландшафты в настоящее время несколько изменился. Так, к супераквальным ландшафтам относят верховые болота, хотя они занимают водораздельные поверхности и питаются только атмосферными водами.

Полынов также выделял орто-, пара- и неоэлювиальные ландшафты. ^ Ортоэлювиальный цикл проходят массивно-кристаллические и изверженные породы, впервые попадающие в зону выветривания; параэлювиальный цикл испытывают осадочные, преимущественно морские или древние континентальные породы, основу которых образуют не только остаточные, но и вторичные минералы; неоэлювиальный цикл осуществляется в молодых, преимущественно четвертичных отложениях при выведении их вследствие новейшей тектоники и эрозии из областей аккумуляции в приподнятые, часто водораздельные позиции.

4. Распространение элементов в земной коре. Кларки. Концентрация и рассеяние

Средний химический состав части литосферы, доступной для исследования, установлен довольно точно. Среднее содержание элемента в земной коре называется кларком этого элемента. Величины кларков литосферы различаются в миллиарды раз (у разных элементов). Кларк элемента К в земной коре – основная геохимическая константа, с которой сравнивается распределение элемента в любой системе.

К 1950-60-м гг. были установлены кларки всех основных элементов. В СССР расчетом кларков много занимался академик Виноградов. Его данные были опубликованы в 1962 г.

Можно говорить о кларках атмосферы, гидросферы, почв.

Содержание элемента в данной пород (или вообще какой-нибудь системе) характеризуется кларком концентрации. Кларк концентрации КК представляет собой отношение содержания элемента в данной породе С к его кларку (содержанию в земной коре) К:

КК = С/К.

Величина, обратная кларку концентрации, называется кларком рассеяния:

КР = К/С.

Поскольку К и С не могут равняться нулю (в силу закона Вернадского-Кларка) КК и КР также всегда отличны от нуля. Наибольшие величины КК характерны для ртути и сурьмы (в области месторождений – сотни тысяч), наименьшие – для железо, магния, калия (не больше 10-100). Зная кларк элемента и максимальное значение КК, можно представить себе те пределы, в которых данный элемент будет встречаться в ландшафте.

Каждая отдельная порода характеризуется своим геохимическим спектром – графиком содержания (кларков) различных элементов. Часто строят графики кларков концентрации элементов в какой-либо скважине с глубиной. Для элемента можно построить диаграмму его кларков концентрации в различных породах (почвах).

Геохимия элементов, в том числе их распространенной в земной коре зависит 1) от строения ядра; 2) от строения электронной оболочки. Ядра всех макроэлементов (см. далее) легкие. Согласно правилу Отто-Гаккена, элементов с четными номерами больше, чем с нечетными, причем среди четных преобладают элементы с номерами, кратными четырем. По распространенности в земной коре выделяют следующие группы элементов:

 

1. 
   Макроэлементы (породообразующие) – с кларком более 1%: кислород (47%), кремний (29,5%), алюминий (8%), железо (4,7%), кальций (3%), натрий (2,5%), калий (2,5%), магний (1,9%), титан (0,45%). Эти девять элементов составляют около 98% массы земной коры.
2. 
   Микроэлементы

• 
  редкие элементы с кларками 0,01-0,0001 – образуют свои минералы (например, медь);
• 
  редкие рассеянные элементы - не образуют своих минералов (например, теллур);
• 
  ультрамикроэлементы – например, ртуть, золото (кларк 4,7×10^-8%).

Макроэлементы, определяющие существенные и характерные особенности данного ландшафта, называются типоморфными. К ним относятся Ca, H (в виде иона), Fe, S, Cl и др. Чем больше кларк элемента, тем при сходных химических свойствах выше его содержание в природных водах, а следовательно, и больше вероятность образования насыщенных растворов, осаждения минералов.

Классификация элементов Гольдшмидта:

 

1. 
   Сидерофильные элементы (сродство к железу) – Fe, Ni, Pt.
2. 
   Халькофильные элементы (сродство к сере) – S, Zn, Pb, Sn, Cd, Ag, Au.
3. 
   Литофильные элементы – Ti, V, Mg, Zr, Sc, Ca.
4. 
   Атмофильные элементы – Н, Ne, Ar, Ge.

 

5. Миграции элементов. Факторы миграции. Основные параметры миграции. Виды миграции

Факторы миграции

Химические свойства элемента, его способность давать соединения различной растворимости, летучести, твердости, поглощаться организмами и т.д. относятся к внутренним факторам миграции. Большое влияние на миграцию оказывает также форма нахождения химического элемента (в кристаллической решетке минерала, в составе газа, в живом организме, в виде иона в водах и т.д.).

^ Внешние факторы миграции – обстановка, в которой мигрируют атомы – температура, давление, щелочно-кислотные условия (рН), окислительно-восстановительные условия вод (Eh).

Параметры миграции

Характеристикой миграции может служить работа, совершаемая при перемещении химических элементов. Как и любой вид работы она выражается двумя типами параметров – экстенсивными и интенсивными. К экстенсивным относятся расстояния, на которое мигрирует элемент, и масса перемещенного элемента. Интенсивным параметром служат различные показатели, главным образом скорость миграции.

^ Интенсивность миграции выражается скоростью перехода в подвижное состояние одного грамма вещества данного элемента. Если общее количество атомов элемента Х в ландшафте или какой-либо его части обозначить В_х, то количество атомов, перешедшее в подвижное состояние за промежуток времени Dt, составит DВ_х. Тогда относительная часть атомов, перешедших в подвижное состояние, равна DВ_х/В_х, а в единицу времени (DВ_х/В_х)(1/Dt). Эта величина и представляет интенсивность миграции P_x. Для бесконечно малого промежутка времени:

Это уравнение было получено Перельманом в 1940 г. Из уравнения следует, что чем больше величина В_х, тем (при неизменности dB_x) меньше интенсивность миграции. Так как величина В_x в общем зависит от кларка элемента, то при прочих равных условиях элемент с меньшим кларком мигрирует энергичнее.

Виды миграции элементов

Выделяются следующие основные виды миграции:

 

1. 
   Механическая миграция – миграция элементов в минеральной форме, зависит преимущественно от величины частиц минералов и пород, их плотности. Химические свойства при этом не имеют значения.
2. 
   Водная миграция (физико-химическая) – миграция элементов в водных растворах или взвесях.
3. 
   Воздушная миграция.
4. 
   Биогенная миграция – связана с деятельностью живых организмов.
5. 
   Техногенная миграция – связана с антропогенными процессами – разработкой месторождений, транспортом и т. д. Она определяется социальными закономерностями, хотя ей присущи и все более простые формы движения.

Значение видов миграции для разных элементов неодинаково (для натрия и хлора наиболее важна водная миграция, на калия и фосфора – биогенная, для титана, золота, платины, олова – механическая).

В разных ландшафтах соотношение видов миграции также неодинаково. В пустынях возрастает роль механической миграции, во влажных тропиках – физико-химической и биогенной. В зависимости от вида миграции Перельман выделил три основных ряда элементарных и геохимических ландшафтов:

 

1. 
   Абиогенные – только механическая и физико-химическая миграция.
2. 
   Биогенные – ведущее значение биогенной миграции, подчиненное – физико-химической и механической;
3. 
   Культурные – ведущая роль техногенной миграции.

 

^ 6. Водная миграция элементов

Формы миграции элементов (???)

Любой элемент находится в ландшафте в нейтральной, катионной или анионной форме. Количество элемента в той или иной форме – величина вероятностная.

Существует три основных типа поведения элементов в растворе в зависимости от рН:

 

1. 
   Тяжелые металлы – Zn, Pb, Cd, Ni, Hg – особенно подвижны в кислой среде.
2. 
   Амфотерные металлы – Se, Mo, As, Ge, U, V – образуют комплексные соединения (например, с участием карбонатного комплекса [HO₃(CO₃)₃]^4-. В составе таких комплексов элементы мигрируют по-разному.
3. 
   Элементы, особенно подвижные в щелочной среде.

По преобладающей форме содержания в растворе элементы делятся на:

 

1. 
   Катионогенные – Li, Na, K;
2. 
   Комплексообразователи – Mg, Al, Ga, Sb;
3. 
   Анионогенные – V, Cr, Mo, Cl, Br, I.