Геохимические барьеры и аномалии 1
Геохимические барьеры Понятие «геохимический барьер» введено в науку А. И. Перельманом в 1961 году для выделения участков в земной коре или в зоне гипергенеза, где на коротком расстоянии происходит резкое снижение интенсивности миграции тех или иных химических элементов и как следствие – их накопление. 2
Геохимические барьеры Биогеохимический барьер, или ландшафтногеохимический барьер – зона резко повышенных концентраций тех или иных химических элементов по сравнению со средним содержанием их в данном ландшафте (ландшафтным кларком). 3
Геохимические барьеры Биогеохимический барьер, или ландшафтногеохимический барьер – зона резко повышенных концентраций тех или иных химических элементов по сравнению со средним содержанием их в данном ландшафте (ландшафтным кларком). 4
Геохимические барьеры Биогеохимический барьер возникает, как правило, в зоне контакта между элементарными ландшафтами (фациями, биогеоценозами), отличающимися следующими свойствами: v физическими (например, фильтрационными), v химическими (различие окислительно восстановительных и/или кислотно щелочных условий), v биологическими (активной деятельности определенных групп педобиоты). 5
Геохимические барьеры В зависимости от масштаба проявления выделяют: v макро-, v мезо-, v микробарьеры 6
Макробарьеры К макробарьерам относятся, например, дельты рек – зоны смешения пресных речных и соленых морских вод. Ширина таких барьеров может достигать сотен и тысяч метров (но это не большая величина по сравнению с протяженностью реки и акваторией моря). 7
Мезообарьеры К мезобарьерам относятся краевые зоны болот, водоносные горизонты артезианских бассейнов. В результате здесь накапливаются многие элементы, выщелоченные из почв водоразделов и склонов. Ширина таких барьеров может достигать десятки и сотни метров. 8
Микробарьеры встречаются гораздо чаще, в том числе в почвах. По сути, накопление в почвенных горизонтах таких новообразований, как белоглазка, конкреции, различные коры (солевые, латеритные) – результат изменения интенсивности миграционных потоков в почвенном профиле. Причина уменьшения скорости – изменение условий. 9
Геохимические барьеры Ландшафтно геохимические барьеры принято разделять на две большие группы: природные и техногенные. В свою очередь, и в тех и в других выделяют по 3 типа: - механические, - биогеохимические - физико-химические 10
Параметры геохимического барьера Геохимические характеристики среды до барьера Область концентрации химических элементов на барьере Направление миграции химических элементов до барьера Геохимические характеристики среды после барьера Направление миграции химических элементов после барьера Длина барьера 11
Параметры геохимического барьера Для характеристики геохимических барьеров применяют следующие показатели. Градиент барьера (G), который характеризует изменение геохимических показателей в направлении миграции химических элементов G = (m 1 – m 2)/l, где m 1 – значение геохимического показателя до барьера; m 2 – его значение после барьера; l – ширина барьера. 12
Природные геохимические барьеры Накопление элементов на природных геохимических барьерах происходит в результате осаждения как природных, так и техногенных компонентов. Природные аномалии, как правило, невыразительные (слабоконтрастные), поскольку содержания элементов в них обычно не превышают нескольких кларков концентрации. Техногенные аномалии значительно контрастнее природных и поэтому они четче выявляют действующий барьер. 13
Механические геохимические барьеры Механические барьеры – это участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции, осуществляемой либо водными, либо воздушными потоками. В первом случае они наиболее выразительно проявляются в зоне седиментогенеза (осадкообразования), где с ними нередко связано образование россыпных месторождений золота, олова, циркония, титана, тория и других металлов. 14
Биогеохимические барьеры являются пространственным выражением интенсивной биогенной аккумуляции химических элементов. Различают собственно биогеохимические барьеры, соответствующие гумусовому горизонту почв, где в ряде случаев происходит накопление рудных элементов и фитогеохимические, связанные с концентрацией элементов живыми растениями. 15
Физико-химические барьеры В местах резкого уменьшения интенсивности физико-химической миграции формируются физико-химические барьеры. Это участки земной поверхности, где резко меняются температура, давление, окислительно восстановительные, щелочно кислотные и другие условия. Физико-химические барьеры изучены наиболее детально. Они подразделяются на ряд классов, внутри которых выделяются ещё и виды барьеров. 16
Классификация геохимических барьеров по накоплению химических элементов Выделяют следующие виды: v Кислородные (окислительные) барьеры. v Восстановительные сероводородные (сульфидные). v Восстановительные глеевые барьеры. v Щелочные барьеры. v Кислотные барьеры. v Испарительные барьеры. v Сорбционные барьеры. 17
Окислительные барьеры – в общем случае проявляются в местах перехода от менее окислительных условий к более окислительным (или от более восстановительных к менее восстановительным), но особенно активно развиваются на участках резкой смены восстановительных условий окислительными. В этом случае главным агентом окисления служит свободный кислород, в связи с чем данную разновидность окислительного барьера называют кислородным барьером. 18
Окислительные барьеры В кислородной обстановке слабо мигрируют железо, марганец, кобальт и другие поливалентные элементы. В восстановительной глеевой обстановке миграционная способность их значительно увеличивается. В результате на контакте с кислородной зоной эти элементы окисляются, теряют подвижность и накапливаются на кислородном барьере. 19
Окислительные барьеры Грунтовые воды, обогащенные железом и марганцем, в виде бикарбонатов или органических комплексов вбли зи поверхности почв, на окраинах болот, в озёрах образуют Fe– Mn конкреции, болотные и озёрные руды, залежи самородной серы. 20
Окислительные барьеры Разновидностью кислородного барьера является так называемый серный барьер, на котором осаждается элементарная сера в соответствии с реакцией: 2 H 2 S + O 2 = 2 S 0 + 2 H 2 O. Этот процесс протекает при участии различных микроорганизмов (серобактерий, тионовых бактерий), которые способны откладывать серу либо непосредственно в своих клетках, либо косвенным путём при окислении сероводорода. 21
Восстановительные барьеры возникают на участках, где окислительные условия сменяются восстановительными. В соответствии с двумя основными видами восстановительной обстановки – сероводородной и глеевой – выделяют и два вида восстановительных геохимических барьеров: v сероводородный (сульфидный) v глеевый. 22
Восстановительные барьеры На восстановительных барьерах осаждается большая группа элементов, причём особенно много их концентрируется на сероводородном барьере – все халькофильные элементы (Сu, Zn, Pb, Ag, Cd и др. ), а также железо, уран, селен, молибден и др. Меньшее число элементов накапливается на глеевых барьерах – уран, ванадий, селен, рений. 23
Восстановительные барьеры Сероводородные восстановительные (сульфидные) — кислые или глеевые воды контактируют с сероводородной средой: р. Н > 7, Eh < 0. Концентрируются металлы, образуя сульфиды железа, свинца, меди, цинка. 24
Восстановительные барьеры Парагенная ассоциация элементов на сероводородном барьере во многом зависит от количества сероводорода. Если в водах его достаточно для осаждения всех металлов, поступающих к барьеру, то возникает полиэлементная ассоциация, включающая медь, цинк, уран, серебро, никель, кобальт и т. д. При недостаточном количестве сероводорода осаждаться будут только те металлы, которые обладают наибольшим сродством к сере. Это в первую очередь медь и серебро. 25
Восстановительные барьеры Глеевые восстановительные барьеры — кислые воды. Встречаются с восстановительной средой: Eh < 300 -200 м. В. Накапливаются трудно растворимые соединения ванадия, селена, меди, урана. 26
Щелочные барьеры возникают на участках резкого повышения р. Н, в частности там, где кислая среда переходит в щелочную, сильнокислая в слабокислую или слабощелочная в сильнощелочную. Например, на контакте силикатных и карбонатных пород. 27
Щелочные барьеры На щелочном барьере осаждается большая группа химических элементов, в основном металлов, которые хорошо мигрируют в кислых и слабокислых условиях, а в щелочной среде образуют трудно растворимые гидроокислы (Al, Fe, Mn, V, Cr, Zn, Ni, Cu, Co, Pb, Cd). Образуются горизонты, обогащенные кальцием, магнием, марганцем, барием, стронцием, ванадием, цинком, медью, кобальтом, свинцом, кадмием. 28
Кислотные барьеры формируются в зонах ландшафта при резком уменьшении р. Н, в частности при изменении нейтральных и щелочных условий на слабокислые и кислые. Кислотные барьеры наиболее контрастны при большом перепаде р. Н, способствующем осаждению анионогенных элементов, в особенности кремния, но также хрома, ванадия, урана, мышьяка, селена и молибдена соединения которых в кислой среде слаборастворимы. 29
Сорбционные барьеры имеют самое широкое распространение и проявляется практически во всех природных. Сорбционные барьеры характерны для иллювиальных и гумусовых горизонтов почв. 30
Сорбционные барьеры В основе сорбционного поглощения лежит поглотительная способность почвы. Основными сорбентами микроэлементов являются: v органическое вещество почв, v глинистые минералы, v гидроксиды железа и марганца. 31
Испарительные барьеры отчетливо проявляются в аридных ландшафтах при энергичном испарении грунтовых вод. Существуют две разновидности испарительных барьеров: v верхние – на поверхности почвы и v нижние – на уровне грунтовых вод. Здесь наблюдается образование засоленных почв и накопление Са, Mg, К, Na, F, S, Sr, Cl, Pb, Zn, V, Ni, Mo. 32
Термодинамические барьеры возникают в результате резкого изменения одного из факторов внешней миграции – температуры или давления. Ca(HCO 3)2 = Ca. CO 3 + H 2 O + CO 2 раствор твёрдое вещество газ 33
Комплексные геохимические барьеры – участки, на которых в конкретных природных условиях проявляется несколько геохимических барьеров, накладывающихся друг на друга. В природе наблюдается приуроченность основных геохимических барьеров к определенным почвам, горным породам. 34
А. И. Перельман приводит следующие примеры распространенности геохимических барьеров v v v Сернокислые барьеры – рудные тела сульфидных месторождений. Кислотные барьеры – дерново подзолистые, красноземные, серые лесные, бурые лесные почвы, солоди. Нейтрально-карбонатные барьеры – черноземные, каштановые, сероземные почвы, рендзины. Хлоридно-сульфатные барьеры – верхние горизонты некоторых солончаков. Содовые (щелочные) барьеры – солонцы. 35
А. И. Перельман приводит следующие примеры распространенности геохимических барьеров v v v Бескарбонатные глеевые барьеры – луговые и болотные почвы северных степей, лесной и тундровой зон. Соленосный глеевый – солончаки со слабо восстановительной средой. Гипсовый глеевый – гипсовые горизонты луговых почв. Содовый глеевый – содовые луговые солонцы. Соленосно-сульфидный – нижние горизонты солончаков. Содовый сероводородный – солонцеватые солонцы. 36
Техногенные геохимические барьеры Техногенный геохимический барьер (по определению А. И. Перельмана) – это участок ноосферы, где происходит резкое снижение интенсивности техногенной миграции и как следствие – концентрация химических элементов. Важно помнить, что техногенные барьеры – это барьеры, образующиеся только в результате антропогенных изменений условий миграции. 37
Техногенные геохимические барьеры Классификация техногенных геохимических барьеров основана на тех же принципах, что и природных. Техногенные барьеры также разделяют на: v механические, v физико химические, v биогеохимические. Сущность этих барьеров становится понятной только при учёте социальной формы движения, техногенной миграции. 38
Техногенные геохимические барьеры Вместе с тем, полной аналогии здесь не может быть, так как в ноосфере возможны типы концентраций элементов, не вписывающиеся в известную схему. Это связано с тем, что в техногенной миграции нередко участвуют химические соединения, чуждые биосфере, никогда в ней не существовавшие и обладающие другими свойствами, чем природные вещества (искусственные полимеры, лекарства, краски, сплавы и т. д. ). 39
Искусственные геохимические барьеры К группе техногенных барьеров следует отнести искусственные геохимические барьеры. Это участки ноосферы, где целенаправленно осуществляется изменение геохимической обстановки, приводящее к снижению интенсивности миграции химических элементов и как следствие – к их локализации. 40
Искусственные геохимические барьеры Создание искусственных барьеров позволяет решать целый ряд практических задач: v формировать искусственные месторождения отдельных металлов; v закреплять удобрения в почвах, мелиорировать почвы; v локализовать загрязнения окружающей среды. 41
Техногенные зоны выщелачивания Техногенным геохимическим барьерам противопоставляются техногенные зоны выщелачивания. Это такие участки ноосферы, в которых под влиянием техногенной миграции происходит выщелачивание (вымывание) подвижных элементов. 42
Техногенные барьеры Некоторые исследователи предлагают техногенные биогеохимические барьеры подразделять на две группы: v нейтрализационные (осадительные) и v поглотительные. 43
Нейтрализационные барьеры необходимо создавать для изменения миграционных форм техногенных потоков, меняя в них кислотно щелочные условия и переводя загрязняющие вещества в менее подвижные или нерастворимые формы. Например, такие барьеры могут использоваться при загрязнении атмосферного типа кислотными осадками. 44
Поглотительные барьеры могут работать, используя механизмы физико химической или «биологической» сорбции, то есть поглощения химических веществ растениями в процессе их жизнедеятельности. 45
Поглотительные барьеры Введение биологического элемента приближает техногенные геохимические барьеры к естественным, и, как было показано выше, в этом случае барьер становится биогеохимическим. Такие барьеры могут использоваться при любом загрязнении, но особенно он эффективен при грунтовом загрязнении. 46
Геохимические барьеры В зависимости от направления миграционных потоков геохимические барьеры подразделяются на: v радиальные, v латеральные, v двусторонние. 47
Радиальные барьеры формируются между различными генетическими горизонтами почв и донных осадков. В этих случаях миграционные потоки направлены преимущественно сверху вниз или снизу вверх. Иными словами радиальные барьеры отражают вертикальную геохимическую неоднородность как наземных, так и аквальных ландшафтов. 48
Латеральные (линейные) барьеры формируются на границах раздела различных элементарных ландшафтно геохимических систем при миграции веществ в субгоризонтальном (латеральном) направлении. 49
Двусторонние барьеры Для двусторонних барьеров характерна миграция химических элементов с противоположных сторон. 50
Геохимические аномалии представляют собой область содержаний одного или нескольких химических элементов, существенно отличающихся от геохимического фона. В свою очередь, геохимический фон – это среднее или модальное содержание элемента в пределах геохимически однородной системы (участка). 51
Геохимические аномалии Различают положительные (выше фона) и отрицательные (ниже фона) аномалии. Положительные аномалии образуются на геохимических барьерах, а отрицательные – в зонах выщелачивания. 52
Геохимические аномалии По своему происхождению геохимические аномалии разделяются на: v природные и v техногенные. 53
Природные геохимические аномалии К природным аномалиям относятся все месторождения, рудопроявления, связанные с ними первичные и вторичные ореолы, участки повышенной концентрации элементов на геохимических барьерах, а также многочисленные зоны выноса и пониженной концентрации элементов. 54
Природные геохимические аномалии Геохимические аномалии образуются в различных природных средах – в горных породах и почвах, поверхностных и подземных водах, атмосферном воздухе, живых организмах, в связи с чем их разделяют на: v литогеохимические, v гидрогеохимические, v атмогеохимические, v биогеохимические (фитогеохимические и зоогеохимические). 55
Природные геохимические аномалии различают по размерам. Те, которые соответствуют размерам отдельных рудных тел (и их первичных и вторичных ореолов) или месторождений, называются локальными, а те, которые соответствуют полям концентрации и перераспределения или полям рассеяния, — региональными. 56
Природные геохимические аномалии Региональные аномалии обычно выявляются при мелкомасштабных геохимических исследованиях, а локальные – при средне и крупномасштабных. В пределах площадей, занимаемых региональными аномалиями (и на их фоне), выявляются локальные. Проверка локальных аномалий должна приводить к выявлению месторождений и отдельных рудных тел. 57
Природные геохимические аномалии По отношению к телам (месторождениям) полезных ископаемых локальные геохимические аномалии можно разделить на: v перспективные v неперспективные и v ложные. 58
Перспективные геохимические аномалии Перспективные аномалии генетически связаны с полезными ископаемыми. Именно эти аномалии могут и должны использоваться при поисках отдельных тел и месторождений полезных ископаемых. 59
Неперспективные геохимические аномалии Неперспективные аномалии – это геохимические аномалии, связанные с повышенными, но непромышленными концентрациями элементов (их соединений) в горных породах. 60
Ложные геохимические аномалии Ложные аномалии, выявляемые при поисках месторождений по первичным ореолам, отличаются от описанных тем, что они не связаны со сколько нибудь повышенным для данного типа горных пород содержанием каких либо элементов. 61
Ложные геохимические аномалии Возникновение ложных аномалий в горных породах обычно вызвано неправильным объединением в одну выборку проб, отбираемых из различных пород. Так, «попадание» в выборку проб из карбонатных пород нескольких проб основных или ультраосновных магматических пород приведет к их выделению в виде ложной аномалии Со и Ni. 62
Техногенные геохимические аномалии – участки повышенного или пониженного содержания химических элементов (относительно местного фона), образуются в результате хозяйственной деятельности человека. 63
Виды техногенных аномалий v Аномалии, формирующиеся на техногенных геохимических барьерах путём накопления элементов, поступающих как с природными, так и с техногенными миграционными потоками. v Аномалии, образующиеся на природных геохимических барьерах за счёт осаждения элементов из техногенных потоков. v Аномалии (отрицательные), возникающие в результате интенсивного антропогенного выноса элементов. 64
Техногенные аномалии Кроме того, различают регрессивные, трансгрессивные и неотрасгрессивные техногенные геохимические аномалии. 65
Регрессивные аномалии Регрессивные (иначе реликтовые) аномалии выявляются только в долговременно депонирующих (аккумулирующих) загрязнение компонентах ландшафта (почвах, донных отложениях) и отсутствуют в транспортирующих средах (воздухе, воде), а также в средах кратковременно депонирующих загрязняющие вещества (снег, поверхность растений). Они отражают воздействие некогда существовавших источников загрязнения, ныне не функционирующих. 66
Трансгрессивные аномалии развиваются одновременно в депонирующих и транспортирующих средах, фиксируя устойчиво существующие источники со стабильными зонами загрязнения. 67
Геохимические аномалии В зависимости от размеров техногенные аномалии подразделяют: v глобальные, v региональные и v локальные. 68
Глобальные геохимические аномалии Глобальные аномалии охватывают весь земной шар или значительную его часть. 69
Региональные геохимические аномалии Региональные – захватывают части материков, отдельные страны, области, зоны или провинции. 70
Локальные геохимические аномалии Локальные техногенные аномалии связаны с конкретными источниками загрязнения (заводом, рудником и т. п. ). Их радиус не превышает нескольких десятков километров. Пространство, занимаемое локальной аномалией, называют техногенным ореолом рассеяния. 71
Геохимические барьеры сменяют друга в пространстве, что обуславливает картину распределения ландшафтно геохимических полей со свойственными им геохимическими ассоциациями элементов. Понимание этих связей необходимо для прогнозирования техногенного геохимического воздействия на ландшафты и его регулирования. Для этого создаются карты миграции загрязнителей. 72
Благодарю за внимание! 73
Скачать презентацию Геохимические барьеры и аномалии 1 Геохимические
Биогеохимич барьеры и аномалии.ppt