Геохимическая миграция Попов А И Геохимическая миграция

Геохимическая миграция Попов А. И.

Геохимическая миграция Миграция – это процесс перемещения химических элементов в пространстве и во времени, приводящий к их концентрации или рассеянию. Миграция – перемещение молекул и атомов в земной коре, движимое посредством целого ряда факторов различного происхождения и протекающее несколькими способами.

Геохимическая миграция Миграция элементов – перенос и перераспределение химических элементов в земной коре и на поверхности Земли при различных геохимических процессах. Миграция элементов происходит в расплавах, водных растворах, газообразной и твердой фазе. Миграционная способность химических элементов различается очень значительно.

Геохимическая миграция Разнообразие миграции элементов характеризует число его минералов, генетических типов рудных месторождений и т. д. Участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация.

Геохимическая миграция Способность элемента к миграции определяется формой его нахождения в земной коре: горные породы и минералы, живое вещество, магма, рассеянная форма.

Геохимическая миграция в различных средах различается в зависимости от степени трещиноватости: В непрерывной пористой среде, миграция проходит с одинаковой скоростью между частицами породы; В дискретной пористой среде, т. е. из отдельных частиц (почва, глина). Размеры пор внутри частицы отличается от пор между ними, следовательно, скорости миграции в разных частях породы различны; В дискретной среде, взаимодействие с раствором происходит только на поверхности частиц среды.

Интенсивность миграции – скорость перехода в подвижное состояние одного грамма вещества данного элемента: Px = 1/Bx d. Bx/dt, где Рх – интенсивность миграции; Вх – число атомов элемента, перешедших в подвижное состояние; d. Bx/dt – число атомов элемента, перешедших в подвижное состояние за время dt.

Интенсивность миграции Чем больше величина Вх, тем меньше интенсивность миграции. Величина Вх зависит от кларка концентрации (Кк) элемента. При сходных химических свойствах элемент с меньшим Кк мигрирует интенсивнее.

Интенсивность миграции (по А. И. Перельману) Интенсивность миграции химических элементов можно определять, исходя из следующей формулы: I = m/(t. Cк-1), где I – интенсивность миграции; т – масса мигрирующего элемента; t – промежуток времени существования миграции; Ск – кларковое или местное фоновое содержание элемента в рассматриваемой части биосферы.

Геохимические классификации элементов миграции При классификации химических элементов по условиям их миграции в биосфере учитываются их ионное состояние (катионогенные и анионогенные), интенсивность и контрастность миграции, способность концентрироваться на геохимических барьерах. Каждая группа элементов характерна для определенных систем биосферы.

Геохимические классификации элементов миграции Обычно элементы разделяют на воздушные и водные мигранты. Для первых характерно газообразное состояние (хотя они мигрируют и с водными р-рами). Вторые мигрируют преим. в растворах в виде ионов, молекул и коллоидных частиц.

Геохимические классификации элементов миграции Б. Б. Полынов (1933) вычислил условные единицы миграции элементов путем деления содержания компонента в горной породе на его количество в омывающих породы водах. Это позволило ему объединить химические элементы по геохимической подвижности в группы, названные им рядами миграции.

Миграционная способность элементов (по Б. Б. Полынову, 1933) Компоненты Si. O 2 Аl 2 O 3 Fe 2 О 3 Са 2+ Mg 2+ Na+ К+ Cl– SO 42– CO 32– Средний химический состав растворенных состав веществ в водах, кристаллических омывающих горные горных пород, % породы, % 59, 09 12, 80 15, 35 0, 90 7, 29 0, 40 3, 60 14, 70 2, 11 4, 90 2, 97 9, 50 2, 57 4, 40 0, 05 6, 75 0, 15 11, 60 — 36, 50 Миграционная способность (условные единицы) 0, 20 0, 02 0, 04 3, 0 1, 3 2, 4 1, 25 100 57

Миграционные ряды элементов в коре выветривания (по Б. Б. Полынову, 1933) Ряд элементов Энергично выносимые Легко выносимые Подвижные Инертные Практически неподвижные Состав ряда Показатель порядка величины миграции Cl, Br, I, S 2 n 10 Ca, Na, К, Mg Si (силикатов), Р, Mn F, Al, Ti n n 10– 1 Si (кварца) n 10– 3 n 10– 2

Геохимические классификации элементов миграции Существует и широко применяются геохимические классификации, основанные на особенностях поведения химических элементов в зоне гипергенеза. Более подробная геохимическая классификация элементов по особенностям их миграции в ландшафтах была дана А. И. Перельманом.

Геохимическая классификация элементов по особенностям их миграции в ландшафтах (по А. И. Перельману) ВОЗДУШНЫЕ МИГРАНТЫ Активные (образуют химические соединения) Пассивные (не образуют химические соединения) О, Н, С, N, I Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn ВОДНЫЕ МИГРАНТЫ Катионогенные Анионогенные Очень подвижные Са, Na, Mg, Sr, Ra Cl, Br, S, F, B Слабо подвижные К, Ва, Rb, Li, Be, Cs, Ti Si, P, Ge, Sn, Sb, As Подвижные и слабо подвижные в окислительной обстановке и инертные в сероводородной среде, осаждаются на щелочных барьерах, мигрируют в окислительной обстановке Zn, Cu, Ni, Pb, Cd Hg, Ag, Bi Подвижные и слабо подвижные в окислительной обстановке, инертные в восстановительной среде, осаждаются на сероводородных и глеевых барьерах V, Mo, Se. U, Re Подвижные и слабо подвижные в восстановительной глеевой среде, инертные в окислительной и восcтановительной сероводородной средах Fe, Mn, Со Мало подвижные в большинстве обстановок Слабая миграция с органическими комплексами. Частично мигрируют в сильно кислой среде Частично мигрируют в щелочной среде Ti, Cr, Се, Nb, Y, La, Ga, Th, Sc, Sm, Gd Zr, Nb, Та, W, Hf, Te, Tb, Но, Eu, Yt, In, Lu He образуют химических соединений (самородковое состояние) Os, Pd, Ru, Pt, Au, Rh, Zr

Подвижность элементов определяется коэффициентом водной миграции (отношением содержания химического элемента в минеральном остатке воды к его содержанию во вмещающих породах). KX = (MX/anx)100, где MX – содержание элемента в воде, а – минерализация воды, nx – содержание элемента во вмещающей породе.

Среда миграции может быть твёрдой (диффузия), жидкой (истинные и коллоидные растворы, расплавы, взвеси или суспензии) или газообразной (газовые смеси, взвеси, дымы – смесь газа и твердых частиц, аэрозоли, туманы – смесь газа и частиц жидкости, флюидизаты).

Типы грубых и коллоидных дисперсий Диспергированные частицы Дисперсионные среды Твёрдые — Дождь, туман Дым, пыль Коллоидные — Аэрозоль Грубые Жидкие Грубые Газообразные Пена Эмульсия Суспензия Коллоидные Пена Эмульсия Лиозоль (золь) Твёрдые пены Включения Смеси твердых веществ Твёрдые пены Жидкие включения в твёрдых телах Твёрдые золи Грубые Твёрдые Коллоидные

Элементы-гидролизанты обширная группа химических элементов, способность которых к миграции в ионной форме ограничена. Они в растворах легко вступают в реакции гидролиза и выпадают в осадок. Это Fe, Mn, Al, Ti, Sn, Zr, Cr, W, Mo и др. Большей частью они мигрируют в зоне гипергенеза в форме коллоидных растворов. Их растворимость в коллоидной форме в десятки, сотни, иногда и в тысячи раз превышает растворимость в форме истинных (ионных) растворов.

Факторы миграции подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние факторы – это факторы, связанные только со свойствами атомов и их соединений. Внешние факторы определяются состоянием окружающей среды, не зависят от индивидуальных свойств миграции веществ.

Внутренние факторы электростатические свойства ионов: – ионный потенциал – отношение заряда иона к его радиусу, – энергетический коэффициент ионов; свойства связи соединений, включая строение кристаллической решетки (определяют способность соединения противостоять разрушению);

Внутренние факторы химические свойства соединений (это уже с учётом условий среды – например, более высокой устойчивости кислородных соединений в большинстве гипергенных обстановок); гравитационные свойства атомов (проявляются при кристаллизации, седиментации, выветривании); радиоактивные свойства.

Внешние факторы Это ландшафтно-геохимические условия, определяющие поведение элементов в различных химических (окислительно-восстановительных, щёлочно-кислотных) обстановках: температура (в целом повышение ускоряет физико-химическую миграцию, а для некоторых видов миграции, например, биогенной, нужны определённые диапазоны температур); давление (повышение давления в равновесной системе приводит к изменению системы в сторону уменьшения объёма);

Внешние факторы степень электролитической диссоциации (зависит от соотношения свойств растворителя и растворяемого вещества, температуры раствора и его концентрации); концентрация водородных ионов, определяющая кислотность-щёлочность среды (p. H); окислительно-восстановительный потенциал; поверхностные силы коллоидных систем (определяют масштабы селективной сорбционности);

Внешние факторы комплексы типоморфных ионов в почвах и водах; геоморфологические факторы (рельеф); радиационные характеристики среды; жизнедеятельность организмов и техногенез – наиболее сложные по механизму влияния.

Внешние факторы Космическая миграция, включающая гравитационную, лучистую, тепловую энергию, давление и электрические поля; Факторы миграции в расплавах, включающие условия гравитационного равновесия и диффузии; Факторы миграции в водных растворах, включающие условия миграции как при высоких температурах, так и при низких.

Результат миграции — это рассеяние и концентрация химических элементов.

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

Разнообразие миграции 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 ещё раз отражает различие между редкими и рассеянными элементами.

Виды миграции (или формы движения материи) выделяются в соответствии с различными уровнями организации вещества. Различают следующие виды миграции: механическая, физико-химическая, биогенная и техногенная.

Механическая миграция перенос без преобразования вещественного состава. Определяется размерами минеральных частиц, их плотностью, скоростью движения среды, являющейся агентом переноса (водного потока, ветра и т. д. )

Механическая миграция (механогенез) обусловлена работой рек, течений, ветра, ледников, вулканов, тектонических сил и других факторов. Характерное влияние механогенеза – раздробление горных пород и минералов, ведущее к увеличению их дисперсности, растворимости, развитию сорбции и других поверхностных явлений.

Механическая миграция При диспергировании резко увеличивается суммарная поверхность частиц и их поверхностная энергия, растворимость минералов, происходит разложение многих минералов. При механической миграции тяжелые минералы ведут себя как частицы более крупного размера. Механическое перемещение минералов зависит от их твердости и податливости к выветриванию, а дальность – еще и от податливости к химическому выветриванию.

Механическая миграция Механическая денудация – перемещение взвешенных частиц вещества водными потоками на поверхности суши. Интенсивность процесса зависит от климата, геологического строения и рельефа: она минимальна на гумидных лесных равнинах, где преобладает химическая денудации, а в аридных областях возрастает в сотни раз.

Механическая миграция Эоловые процессы классифицируются по степени удаленности перемещения взвешенных в атмосфере частиц от поверхности Земли: локальный перенос, миграция на десятки и сотни км; тропосферный перенос, на высотах до 12 км на сотни и тысячи км; стратосферный перенос, на высотах до 60 км частицы могут многократно огибать земной шар.

Механическая миграция Песок, пыль, соли поступают в атмосферу преимущественно за счет развеяния слабо закрепленных песков, глинистых и лёссовых равнин, солончаков, с акваторий соленых озер или морей и т. д. Данные явления выражены резче на участках древней суши, где в течение десятков, сотен тысяч, миллионов лет происходила эоловая аккумуляция.

Механическая миграция При механической миграции тяжелые минералы ведут себя как частицы более крупного размера. Механическое перемещение минералов зависит от их твердости и податливости к выветриванию, а дальность – еще и от податливости к химическому выветриванию. Твёрдые минералы (например, циркон, алмаз, касситерит) хорошо сохраняются в осадках, так как при механическом переносе истираются с большим трудом.

Абразивная прочность способность минералов сопротивляться истиранию. Она зависит не только от твердости минералов, но и от их химической устойчивости. Восходящий ряд некоторых наиболее распространенных минералов по абразивной прочности: золото, киноварь, вольфрамит, пироксены, лимонит, колумбит, платина, эпидот, роговая обманка, дистен, оливин, апатит, монацит, ставролит, андалузит, железный блеск, пирит, ильменит, магнетит, касситерит, хромшпинелиды, циркон, турмалин, осмистый иридий, топаз, рутил, шпинель, корунд, алмаз.

Механическая миграция Показателем механической миграции (Рм) является годовой расход взвешенных частиц в створе реки в т/км 2 площади бассейна. Рм зависит от климата, геологического строения местности и рельефа. Максимальная величина Рм характерна для аридных гор (Рм = 1000 т/км 2), минимальная — для гумидных лесных равнин.

Механическая миграция Представление о соотношении механической и химической миграции дает отношение среднегодовой минерализации воды к среднегодовой мутности. В современную геологическую эпоху механическая миграция преобладает над химической. В истории отдельных химических элементов механическая миграция играет различную роль. Она велика для Si, Ni, Zr, Hf и мала для Co, Mg, Cl, Na.

Механическая миграция на склонах обязана таким процессам, как: дефлюкция (сползание вязкого или пластичного течения), солифлюкция (сползание переувлажненной массы на мерзлом основании), крип (перемещение при совместном действии силы тяжести и других факторов).

Физико-химическая миграция перемещение, перераспределение химических элементов в земной коре и на ее поверхности. Интенсивность и направление миграции химических элементов зависят от внутренних и внешних факторов.

Физико-химическая миграция К внутренним факторам миграции относятся: особенности ионов; форма, в которой присутствует элемент; химические свойства элемента.

Физико-химическая миграция К внешним факторам миграции относят физикохимические и биологические условия миграции: щелочно-кислотные и окислительновосстановительные условия; водный режим; температурный режим; давление; жизнедеятельность живых организмов. .

Внутренние факторы физикохимической миграции Электростатические свойства ионов — эта группа факторов учитывается только при миграции элементов в виде ионов. Ионная миграция характерна для: а) водных растворов, б) магматических расплавов, в) газовых смесей, г) живого вещества.

Внутренние факторы физикохимической миграции Электростатические свойства ионов во многом обусловлены размерами ионных радиусов элементов. С увеличением радиуса иона обычно возрастает дальность миграции. Показателями электростатических свойств ионов служат ионный потенциал Картледжа и энергетические коэффициенты ионов.

Внутренние факторы физикохимической миграции Ионный потенциал Картледжа рассчитывают по формуле: ПК = W/10 Ri, где ПК — потенциал Картледжа, W — валентность иона, Ri — радиус иона, нм.

Внутренние факторы физикохимической миграции По величине ионного потенциала Картледжа химические элементы делятся на 3 группы: 1. ПК ниже 3. Элементы с такими значениями потенциала обычно легко переходят в природные воды из твердой фазы в виде ионов и не образуют комплексных соединений: К, Na, Ca, Li, Rb, Cs, Ва.

Внутренние факторы физикохимической миграции По величине ионного потенциала Картледжа химические элементы делятся на 3 группы: 2. ПК от 3– 12. Элементы с такими значениями потенциала Картледжа образуют труднорастворимые гидролизованные соединения. К элементам этой группы относят: Fe, Al, Zr, V, Сг и др.

Внутренние факторы физикохимической миграции По величине ионного потенциала Картледжа химические элементы делятся на 3 группы: 3. ПК выше 12. Элементы этой группы, соединяясь с кислородом, образуют комплексные растворимые соединения. Это В, С, N, Р, S. В зависимости от условий Si и Мо могут вести себя и как элементы 2 -й группы и как элементы 3 -й группы.

Внутренние факторы физикохимической миграции Энергетические коэффициенты ионов рассчитывают по следующим формулам (А. Е. Ферсман): ЭКкатионов = (W 2 × 20 Ri)х [0, 75·(10 Ri + 0, 2)], ЭKанионов = W 2 × 20 Ri.

Внутренние факторы физикохимической миграции Энергетические коэффициенты отражают последовательность кристаллизации минералов из растворов и расплавов и обусловлены, в основном, энергией их кристаллических решеток. Ионы с большими значениями ЭК выпадают из растворов раньше. В процессах миграции они менее подвижны и поэтому накапливаются в элювии. Ионы с малыми энергетическими коэффициентами (Na, К, Rb, Cs, Li) обладают легкой растворимостью и высокой миграционной способностью.

Внутренние факторы физикохимической миграции Степень электролитической диссоциации характеризует количество ионов, образовавшихся при растворении вещества. Показателем степени диссоциации является коэффициент диссоциации, он зависит от природы как растворенного вещества, так и растворителя, и поэтому этот показатель можно отнести как к внутренним, так и к внешним факторам миграции. Степенью электролитической диссоциации определяется последовательность выпадения вещества в осадок.

Форма, в которой находится элемент, и соответственно его химические свойства, также относится к внутренним факторам миграции В. И. Вернадский выделял 4 формы нахождения элемента в природе: горные породы и минералы, живое вещество, магмы (силикатные расплавы) и рассеяние. Естественно, что интенсивность миграции элементов, находящихся в различных формах и соединениях, - различна.

Форма, в которой находится элемент … Например, Na-альбита и Na-галита: минералы характеризуются различной растворимостью и абразивной прочностью, скорость миграции натрия из этих двух минералов разнится довольно -таки значительно. Металлы могут накапливаться в земной коре в виде карбонатов, оксидов, сульфатов, сульфидов и т. д. В целом, существует такая закономерность: кислородные соединения металлов на земной поверхности более устойчивы, чем, например, сульфиды.

Внешние факторы физико-химической миграции Температурный режим. С повышением температуры увеличивается миграционная способность элементов, находящихся в растворах и расплавах, повышается скорость химических реакций (принцип Ле-Шателье). Давление. При изучении гидротермальных, магматических и метаморфических процессов обязательно учитывают такой внешний фактор, как давление. В пределах же биосферы и почв давление существенного влияния не оказывает, т. к. значительного изменения его не наблюдается.

Внешние факторы физико-химической миграции 3. Кислотно-основные условия среды. Концентрация ионов Н+ также оказывает значительное влияние на водную миграцию элементов в зоне гипергенеза. Этот фактор контролирует осаждение из растворов многих соединений, коагуляцию коллоидов, влияет на поступление элементов в растения, на подвижность многих металлов.

Значения р. Н начала осаждения гидрооксидов некоторых элементов из разбавленных растворов (по В. А. Алексеенко) Элемент p. H Zr 4+ 2, 0 Al 3+ 4, 1 Cd 2+ 6, 7 Hg 2+ 7, 3 Fe 3+ 2, 48 U 6+ 4, 2 Ni 2+ 6, 7 Ce 3+ 7, 4 Се 4+ 2, 7 Cr 3+ 5, 3 Co 2+ 6, 8 La 3+ 8, 4 Sn 2+ 3, 0 Cu 2+ 5, 3 Y 3+ 6, 8 Ag+ 9, 0 Hg+ 3, 0 Fe 2+ 5, 5 Sm 3+ 6, 8 Mn 2+ 9, 0 In 3+ 3, 4 Be 2+ 5, 7 Zn 2+ 7, 0 Mg 2+ 10, 5 Th 4+ 3, 5 Pb 3+ 6, 0 Nd 3+ 7, 0

Внешние факторы физико-химической миграции Образование комплексных анионов сильно осложняет эту картину. Например, р. Н осаждения UO 2(ОН)2 3, 8– 6, 0 (в зависимости от концентрации урана в растворе). Т. е. при значениях р. Н выше 6 миграция UO 22+ не должна происходить. Но известно, что уран в таких водах мигрирует. Это связано с образованием растворимых карбонатных комплексов. Для большинства металлов образование комплексных ионов повышает р. Н осаждения гидрооксидов и повышает растворимость вообще.

Внешние факторы физико-химической миграции Na, Ca, К, Rb, Cs в земной коре не образуют гидроксидов и для их осаждения р. Н вод имеет лишь косвенное значение, как фактор, влияющий на сорбцию, растворимость солей и т. д. Необходимо иметь в виду, что повышение температуры изменяет ионное произведение воды [Н+] [ОН–] и при t = 100°C в нейтральной среде р. Н = 6, 12, а при t = 400° — 5, 5, а следовательно, изменяются в термальных водах и растворимости гидроксидов металлов.

Внешние факторы физико-химической миграции 4. Окислительно-восстановительные условия. Эти условия очень сильно влияют на миграцию элементов. Важнейшие окислители — О 2, Fe 3+, Mn 4+, восстановители — S 2–, Fe 2+, H 2. В бескислородной обстановке (для почв — глеевая среда) увеличивается миграционная способность катионогенных элементов и уменьшается — анионогенных, ускоряется разложение алюмосиликатов.

Внешние факторы физико-химической миграции В восстановительной сероводородной среде H 2 S вступает в реакции со многими металлами, вызывая их осаждение из раствора. Восстановительная обстановка даже периодического характера в теплое время года сопровождается интенсивной миграцией соединений Fe, Mn, Co, Ni, Cu. При усилении анаэробной обстановки железо присутствует в болотных водах в виде Fe 2+. Чем меньше доступ кислорода и ниже значения p. H, тем выше подвижность соединений железа. В периоды аэрации начинается переход Fe 2+ в Fe 3+ и интенсивное выпадение в осадок, накопление его соединений.

Внешние факторы физико-химической миграции Таким образом, физико-химическая миграция подчиняется законам физики и химии и обусловливается такими процессами, как диффузия, растворение, осаждение, сорбция, десорбция и т. д. При этом она может протекать в ионной или коллоидной форме.

Внешние факторы физико-химической миграции Особую роль в водной миграции играют коллоиды. Миграция в коллоидной форме характерна для гумуса, соединений Si, Al, Fe, Mn, Zr, Sn, Ti, V, Cr, Ni и многих других элементов. Одна из особенностей процесса сорбции на коллоидах — селективность. Состав сорбируемых веществ во многом определяется зарядом сорбента. Преимущественно сорбируются ионы, имеющие общую атомную группировку. Лучше сорбируются поливалентные, чем моновалентные ионы, а среди моновалентных — те, чей радиус — больше.

Физико-химическая миграция Простейшая форма физико-химической миграции – диффузия – это процесс самопроизвольного и необратимого переноса вещества из одной части системы в другую, что возникает вследствие теплового движения частиц. Диффузия протекает как в индивидуальном веществе, так и в смеси; и при любом агрегатном состоянии.

Физико-химическая миграция Диффузия в горных породах обычно сопровождается взаимодействием вещества со средой. Из-за хаотического движения частиц диффузия переносит их из одного местоположения в другое. В системе, состоящей из 2 -х и более веществ, образуются диффузионные потоки, стремящиеся выровнять концентрации и прийти к термодинамическому равновесию.

Физико-химическая миграция Диффузия в горных породах протекает в более сложной обстановке. Все они содержат поры различных размеров и формы. Породы являются гетерогенными системами, вмещающими растворы и/или газы, которые с ней взаимодействуют. В природе вещества обычно диффундируют через серию неодинаковых пластов с различным коэффициентом диффузии. При этом на ее прохождение могут повлиять пористость среды, ее структура, влажность пород и их слоистость.

Физико-химическая миграция Смежный диффузии процесс – конвекция – миграция массовых потоков газа или жидкости, перемещение частиц происходит вместе с растворителем. Конвекция характерна как для верхней мантии, так и для земной коры. Конвекция в пористой среде называется фильтрацией, которая протекает значительно быстрей диффузии и особенно характерна для верхней части земной коры – зоны активного водообмена, хотя может развиваться и в земных глубинах. Фильтрация энергичнее в складчатых поясах и слабее на платформах и щитах.

Физико-химическая миграция Другая форма миграции – сорбция. При этом процессе происходит поглощение газов или жидкостей твердыми или жидкими веществами из окружающего пространства поверхностью (адсорбция) или всем объемом (абсорбция) тела. Поглощающие вещества называются адсорбентами (абсорбентами), а поглощаемые адсорбатами (абсорбатами).

Физико-химическая миграция Адсорбция происходит на границе раздела фаз вследствие действия на частицы силы притяжения бóльшей, чем действующие равномерно со всех сторон силы притяжения частиц другом. Адсорбция протекает тем интенсивнее, чем больше площадь раздела фаз или развита поверхность тела.

Физико-химическая миграция Адсорбция в свою очередь подразделяется на физическую, когда происходит занятие адсорбатом поверхности адсорбента, и химическую, когда адсорбент и адсорбат вступают между собой в химическую реакцию.

Физико-химическая миграция Развитию физической адсорбции неизменно препятствует десорбция, процесс обратный адсорбции, из-за стремления к тепловому равновесию и при этом число адсорбирующих и десорбирующих частиц в единицу времени образуется одинаковое количество.

Физико-химическая миграция При помещении адсорбента в раствор электролита происходит самопроизвольный ионный обмен между адсорбентом и раствором, который может быть как с ионами на поверхности, так и с ионами в объеме в результате диссоциации молекул адсорбента.

Физико-химическая миграция Ионный обмен обычно сопровождается побочным процессом проникновения и растворителя и растворенного вещества в поры горной породы. Химическая адсорбция протекает с образованием связей, определяемых структурой адсорбента. Существует химическая адсорбция газов на металлах, угле, оксидах металлов, при гетерогенном катализе.

Физико-химическая миграция Физическая адсорбция при возрастании температуры способна преобразоваться в химическую. При химической адсорбции выделяется значительное количество тепловой энергии.

Физико-химическая миграция Гетерогенный процесс происходит, когда реагирующие вещества находятся в разных фазах, следовательно, реакция возможна только на границе их раздела. В силу этого появляются осложняющие факторы, связанные с транспортировкой веществ в зону реакции. В природе гетерогенные реакции происходят главным образом между мигрирующим веществом и вмещающей породой.

Физико-химическая миграция Любые гетерогенные реакции включают следующие стадии своего протекания: Подвод вещества к поверхности породы; Акт химического взаимодействия; Отвод образующихся в результате реакции веществ в объеме раствора Скорость гетерогенного процесса на разных стадиях может существенно отличаться.

Физико-химическая миграция Изоморфизм — способность химических элементов, атомов, ионов, блоков кристаллической решетки замещать друга в минералах, при этом решающую роль играют размеры ионов и атомов. Изоморфные замещения возможны, когда радиусы ионов и атомов различаются не более чем на 15 % от размера меньшего радиуса. При температурах, близких к точке плавления минералов, эта величина достигает 30 %, т. е. изоморфная совместимость возрастает. В алюмосиликатах возможно повышение показателя до 60 % и выше.

Физико-химическая миграция Для изоморфизма, кроме близости ионных и атомных радиусов, необходимы химическая индифферентность и схожесть природы межатомной связи. Ион меньшего размера легче замещает большего размера, ионы с более высоким зарядом предпочтительнее замещают ионы с более низким зарядом, т. к. этот процесс сопровождается выделением большего количества энергии и повышает энергию решетки.

Металлы-комплексообразователи Положение элементов, образующих сложные комплексы на диаграмме ионных потенциалов. 1 ― не образуют комплексных ионов; 2 ― образуют сложные комплексные ионы; 3 ― образуют анионы изополикислот; 4 ― образуют анионы типа CO 32–, SO 42–.

Буферные свойства гуминовых веществ

Миграция газов Газы составляют сотые доли % массы земной коры и десятые доли % – гидросферы, однако геохимическая роль газов не пропорциональна их массе: решающее значение имеет высокая подвижность газов, которые мигрируют интенсивнее, чем вещества в твердом и жидком состоянии. В земной коре выделяются газы воздушного, биохимического, химического и радиоактивного происхождения.

Миграция газов осуществляется путем фильтрации и диффузии. Основное значение имеет фильтрация, скорость которой определяется проницаемостью пород (трещиноватость, тектонические нарушения) и изменяется в сотни тысяч раз.

Миграция газов В оценке миграции газов необходимо рассмотрение такого важного показателя свойств газов как их растворимость. Большинство газов в стандартных условиях плохо растворяются в воде. С увеличением температуры растворимость большинства газов понижается, с увеличением давления – растет.

Миграция газов Углеводороды лучше растворяются в нефти, чем в воде, миграция газов с нефтью имеет важное геохимическое значение: в местах повышения давления углеводороды растворяются в нефти, а в местах понижения – выделяется из нее. Однако в связи с большим масштабом водной миграции с подземными водами мигрирует значительно больше углеводородов, чем с нефтью.

Водная миграция Вода — самая универсальная и самая важная среда миграции в земной коре. Водные растворы пронизывают верхнюю часть литосферы, вода — это «кровь» земной коры. Природные воды часто взаимодействуют с различными горными породами, например крупные реки со сложным геологическим строением бассейна, многие подземные воды.

Водная миграция Для вод с активной циркуляцией характерна интенсивность миграции, а для застойных вод — интенсивность накопления, т. к. представляет собой кларк концентрации элементов в минеральном остатке воды.

Водная миграция Электрохимические процессы возникают при любой миграции вод через горные породы, осадки, почвы. Системы, в которых протекают электрохимические процессы, именуются геоэлектрохимическими, а полюса поля, где концентрируются элементы – электрохимическими барьерами. В земной коре существуют локальные электрические поля – гальванические, фильтрационные, диффузионно-адсорбционные и др.

Водная миграция Местами характерны крайне низкие концентрации элементов в растворах, исключающие их осаждение на геохимических барьерах: безбарьерная миграция, дальняя миграция. Но при электрохимических явлениях в растворах возможны и значительные концентрации элементов.

Водная миграция Электрохимические процессы являются одним из важнейших факторов выветривания минералов диэлектриков, причем катионы выносятся в определенной последовательности.

Биогенная миграция Образование живого вещества и разложение органических веществ образуют единый биологический круговорот атомов, который в биосфере протекает повсеместно, хотя в разных формах и с разной интенсивностью. В ландшафте и верхних горизонтах моря в процессе фотосинтеза образуется живое вещество, здесь же происходит его минерализация. Часть органических веществ минерализуется не полностью и откладывается в илах.

Биогенная миграция Закон биологического круговорота – один из основных законов геохимии, согласно которому в биосфере в ходе биологического круговорота атомы поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, которую отдают в окружающую среду, покидая живое вещество. Главными носителями энергии являются природные воды.

Биогенная миграция Неминерализованные остатки органического вещества преобразуются в осадочные породы, в том числе залежи торфа, угля и других горючих ископаемых. Общая их масса во много раз больше массы живого вещества, а главное количество органического углерода заключено в виде небольших примесей гуминовых и углистых веществ, капель битумов и т. д.

Биогенная миграция Главные превращения органические остатки претерпевают в почвах и илах в период энергичной работы микроорганизмов. В дальнейшем происходит более медленное их изменение под влиянием подземных вод и термокаталитическим путем при прогибании осадочных толщ и росте температуры или в результате радиолиза.

Биогенная миграция Геохимическое своеобразие биокосных систем определяется сочетанием биогенной, физикохимической и механической миграций. В биокосных системах литосферы происходит взаимодействие горных пород с природными водами в близких термодинамических условиях. Это определяет некоторые общие особенности физико-химической миграции, которая складывается из двух противоположных процессов: выветривания и цементации.

Биогенная миграция Миграция элементов при выветривании, в свою очередь, складывается из противоположных процессов: выщелачивание из пород и минералов водных и присоединение воздушных элементов. Для цементации наиболее характерны аккумуляция водных мигрантов на геохимических барьерах, уменьшение пористости и увеличение объемной массы пород.

Биогенная миграция Выветривание и цементация – разные стороны единого процесса миграции: первый порождает второй.

Техногенная миграция В ноосфере происходит грандиозное перемещение атомов, их рассеяние и концентрация. Ей свойственны механическая, физикохимическая, биогенная миграция, но не они определяют ее своеобразие: главную роль играет техногенная миграция. Ноосфере характерно огромное ускорение миграции.

Техногенная миграция Существует две группы процессов техногенеза. Первая группа процессов унаследована от биосферы, к ней относятся биологический круговорот, круговорот воды, рассеяние элементов при отработке месторождений, распыления вещества и многое другое. Техногенная миграция второй группы находится в резком противоречии с природными условиями.

В зависимости от ведущего типа миграции выделяются три типа ландшафтов: Абиогенный ландшафт, с физико-химической и механической миграцией; Биогенный ландшафт – сложная биокосная система, в которых почва, кора выветривания, континентальные отложения, грунтовые и поверхностные воды, организмы, приземный слой атмосферы тесно между собой связаны миграцией атомов и образуют единое целое; ведущая роль принадлежит биогенной миграции; Техногенный ландшафт, все типы миграции с ведущим значением техногенной миграции.

Благодарю за внимание!