Геохимические барьеры • Термин «геохимические барьеры» предложил А. И. Перельман в 1961 г. • Геохимические барьеры – участки резкого изменения типа миграции химических элементов.
• Геохимические барьеры подразделяются на природные и техногенные. • Внутри оба этих типа подразделяются на: • физико-химические, • биогеохимические, • механические.
• Физико-химические – изменение физико -химической обстановки (окислительновосстановительной, щелочно-кислотной и др. ). • Механические – участки резкого уменьшения механической миграции. • Биогеохимические – накопление химических элементов растительными и животными организмами.
• Накопление химических элементов на геохимических барьерах приводит к образованию месторождений (аномалий). • Сейчас на техногенных барьерах происходит накопление определенных элементов и даже в промышленных концентрациях (металлов в отвалах).
• Геохимические барьеры можно охарактеризовать численно. • Градиент барьера: • G = (m 1 - m 2)/L • m 1 – численное выражение одного из показателей, определяющее изменение геохимической обстановки перед барьером (р. Н, T, количество растворенного кислорода, сероводорода и т. д); • m 2 – тоже самое после барьера; • L – ширина барьера (мощность).
• Контрастность барьера: • S = m 1/m 2 • О контрастности барьеров можно судить по контрастности образовавшихся аномалий: • К = Са/Сф • Са– среднее содержание компонента в аномалии; Сф– фоновое содержание в ландшафте.
• Концентрация элемента на барьере рассчитывается: • h = K· (C 1 - C 2)/(a 1 – a 2) • C 1, C 2 – содержание компонента в потоке до и после барьера; • а 1, а 2 – общее содержание всех веществ мигрирующих до и после барьера.
• В соответствии с формулой для концентрации (скопления) какого либо элемента не обязательно его высокое содержание в миграционных потоках. Все зависит от того, является ли данный участок для данного элемента барьером, если да, то и при малых количествах его накопится много, а других, для которых этот участок не является барьером, может вовсе не быть.
• Избыточные и дефицитные элементы. • • Избыточные - элементов хватает для реализации всех химических реакций (кислород в поверхностных условиях, в кислой магме – Si. O 2). • Дефицитные – низкое содержание элементов не позволяет реализовать все возможные реакции.
• В 1941 г. А. И. Перельман сформулировал принцип торможения реакций: • “Если в системе один из реагентов присутствует в количестве недостаточном для реализации всех возможных реакций, то осуществляются лишь те реакции, для которых характерно максимальное сродство”
Восстановительный барьер • Восстановительный барьер может возникать в почвах и водоносных горизонтах, когда воды окислительные встречаются с сероводородом. • Для многих металлов сероводород является барьером, т. к. при взаимодействии с ним образуются трудно растворимые сульфиды, которые выпадают в осадок • Cu. SO 4 + H 2 S = Cu. S↓ + H 2 SO 4 • 4 Ag + 2 H 2 S + O 2 = 2 Ag 2 S↓ +2 H 2 O • 2 H 2 S + SO 2 = 3 S↓ + 2 H 2 O • Данный механизм имеет большое значение для образования медных, урановых, свинцово-цинковых руд.
• Сероводород может образоваться при высоких температурах в глубинах земли и поступать по тектоническим нарушениям. • Мигрируя с подземными водами, сероводород может вызвать образование некоторых сульфидных месторождений. • Если содержание сероводорода достаточно для осаждения всех металлов, то образуются полиметаллические руды (Fe, Cu, Zn, Pb, Ag и др. ).
• Если руды мономинеральны, это значит, что был или недостаток сероводорода или поступал раствор, содержащий только соответствующий элемент. • Порядок осаждения зависит от принципа торможения. • Например, при недостатке сероводорода из Cu+2 и Zn+2 сначала будет осаждаться медь. • Для набора других металлов может быть зависимость и от количества того или иного металла в растворе.
• Сероводород может возникнуть за счет десульфуризации сульфатных вод в газонефтеносных областях. • Наибольшее значение имеет сероводород, связанный с жизнедеятельностью сульфатредуцирующих бактерий, т. е. в результате разложения органики. Здесь выделяется СО 2 и H 2 S и возникают барьеры.
Примерами таких сероводородных барьеров могут служить, например, дельты крупных рек, если они обогащены привносом сульфатносульфидно-кальциево-натриевыми солями плюс теплый климат, плюс обилие органики. Так на р. Дон возникает такая обстановка. Здесь в илах создается восстановительная обстановка и отсюда накопление таких металлов как Fe, Cu, Zn, Cd, Ag и др. Медистые песчаники часто приурочены к скоплениям остатков древесины.
• Сульфидные месторождения гидротермального происхождения вероятнее всего возникли на сероводородных барьерах (термальные воды с сероводородом способствовали осаждению металлов). • • В Красном море отмечены H 2 S – барьеры, связанные с жизнедеятельностью бактерий, и там идет современный этап образования сульфидов из металлоносных вод. • В Черном море с глубины 100– 200 м сероводородная зона.
• В илах соляных озер идет аналогичный процесс. • Сульфидные илы используются как лечебные грязи (Сочи, Одесса и др. ). • В лечебных целях используются и термальные H 2 S–воды. • В зонах их разгрузки идет отложение сульфидов (особенно пирита), поэтому в этих водах наблюдается избыточное количество железа
• Техногенный сероводородный барьер – сброс промышленными предприятиями, сточных бытовых вод. • В этом случае также происходит концентрация металлов, и это очень опасное явление, т. к. это все происходит вблизи населенных пунктов. Металлы, осевшие в илах, поступают затем в растения и животных, вызывая отравления.
• Глеевый (восстановительный) барьер – резкая смена окислительной обстановки на глеевую. На этом барьере не осаждаются железо, цинк, свинец и другие халькофильные элементы. • Здесь возможно осаждение урана, селена. Может осаждаться Cu, Ag, Mo и др. • U 6+ → U 4+ • Se 4+→ Se 0 → Se 2 • Таким образом, отсутствие в рудах сульфидов (особенно низкое содержание пирита) при одновременной концентрации Se, U указывает на глеевый характер барьера.
Кислородные барьеры • Зонами кислородных барьеров являются вся атмосфера, верхняя часть поверхностных вод. • Пока в биосфере преобладают природные барьеры. • Как правило на этих барьерах хорошо осаждаются металлы с переменной валентностью, такие как Fe, Mn, реже Со. Соединения этих металлов с более низкой валентностью (Fe+2, Mn+2), хорошо растворимы и легко мигрируют – (Fe, Mn)[HCO 3]2; окисляясь переходят в нерастворимые соединения и осаждаются – гематит Fe 2 O 3 , гидрогётит – HFe 2 O, пиролюзит – Mn. O 2 и др.
• При выходе сероводородных источников на поверхность путем окисления образуется свободная сера. • 2 H 2 S + O 2 = =2 H 2 O + 2 S • При выходе на поверхность глеевых вод (без кислородных) с Fe+2 часто образуются железные шляпы из гематита и лимонита. • Некоторые месторождения образовались аналогичным путем (Южный Казахстан). • Сюда же можно отнести родники, дно которых часто покрыто гидроокислами железа (железные воды Горячего ключа).
• Кислородные барьеры встречаются в болотных почвах, образуя на поверхности болотные солончаки. Показателями глеевой обстановки может служить наличие углеводородов (чаще СН 4), органических соединений, Fe+2, H 2. • Породы глеевой обстановки имеют сизую, белую, серую и зеленую окраску. • При окислении Fe+2 → Fe+3 окраска резко меняется на ржаво-бурую.
Щелочные барьеры • Щелочные барьеры – участки смены кислой среды на щелочную (резкое увеличение р. Н). • В этих условиях из водных растворов осаждаются многие минералы в виде карбонатов, гидроокислов, фосфатов, арсенатов, ванадатов. • Виноградники многократно обрабатывают Cuсодержащими препаратами. Попадая на такой барьер, они осаждаются в виде малахита – Cu 2 CO 3(OH)2. • В районе шахтных вод тоже целесообразно создавать геохимические щелочные барьеры.
Испарительные барьеры • Испарительные барьеры – участки, где в результате испарения увеличивается концентрация химических элементов. • Они наиболее распространены в районах с засушливым климатом. На таких барьерах, например, при глубоком залегании грунтовых вод наблюдается вертикальная зональность – наиболее трудно растворимые соли формируются в нижних частях, легко растворимые в верхних частях. • .
• Засоление с/х угодий – это тоже испарительный барьер. • В ранг мировых проблем перешло, так называемое, содовое засоление (Na 2 CO 3, Na. HCO 3) почв (р. Н может достигать 11). • Примером испарительного геохимического барьера могут быть поднятые грунтовые воды, которые достигают поверхности и растворенные в них соли накапливаются в почвах. Чем больше концентрация солей в грунтовых водах, тем выше засоление. • Часто испарительные барьеры создаются человеком – чрезмерное орошение почв, создание водохранилищ, сброс сточных вод. • Своеобразные испарительные барьеры – на рисовых полях.
• Чрезвычайно опасные барьеры образуются около промышленных отстойников химической промышленности, где откладываются токсичные вещества, которые в период дождей уносятся речными водами и мигрируют. Иногда содержание металлов в почвах в таких испарительных отстойниках сопоставимо с промышленным содержанием. Здесь нужно создавать барьеры, например, из глины, сланцев, синтетических материалов, бетона
Сорбционные барьеры • Сорбционные барьеры формируются на участках встречи водного или газового потока с сорбентами. • Сорбентами могут быть глины, гумусовые вещества, гидроксиды железа, марганца. Гумусовые частицы и глины в почвах определяют содержание сорбированных элементов (Cu, Pb и др. ). • В атмосфере аэрозоли сорбируют молекулы определенных газов и могут создавать геохимические аномалии (в первую очередь техногенные). Причем иногда вдалеке от источника.
Термодинамические барьеры • Термодинамические барьеры – резкое изменение температуры и давления. • Преобладают здесь природные барьеры. Например, образование карбонатов из растворов, которые могут поступать по трещинам (раскрытие трещин) на поверхность. • Ca(HCO 3)2 = Ca. CO 3 + H 2 O + CO 2
Механические барьеры • Механические барьеры – механическая преграда для мигрирующих веществ. Выделяют преграды для веществ, перемещающихся в водных потоках и в газовых потоках.
• Барьеры для веществ, перемещающихся в водных растворах – здесь откладываются из водных растворов переносимые потоками минералы, коллоиды с сорбированными веществами, растительные и животные остатки, техногенные соединения. • Осаждение минералов идет на всем протяжении потока, причем идет дифференциация в зависимости от размера и от плотности. • Огромную роль играет ландшафт. За счет дифференциации возникают россыпные месторождения (золото, платина, алмазы, гранаты и др. ). Большое значение имеют прибрежные россыпные месторождения. Это все природные барьеры.
• Техногенные барьеры – гидротехнические сооружения, перегораживающие реки. При большой скорости отложения обломочного материала, водохранилище может очень скоро наполниться. • Плотины препятствуют выносу материала к морю. В этой связи разрушаются пляжи (Черное море), селевая плотина в Медео (Алма-Ата). • При отложении коллоидов создаются мощные толщи лесса в поймах рек, откладываются глинистые частицы (заиливание). Откладываются и результаты техногенной деятельности (даже обломки машин, покрышки и т. д. )
• Барьеры для веществ, переносимых воздушными потоками. Откладываться могу обломки минералов (песок, глина и т. д. ), коллоидные частицы, остатки растительных и животных организмов, техногенные соединения. • Барьерами могут быть горные системы, деревья, кусты и т. д. • Классика – Рио-де-Женейро. Город зажат между горами и выпадение на этом барьере осадков является бедствием для города (наводнения).
• Биогеохимические барьеры – резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов под воздействием организмов. • Например, накопление организмами химических элементов (концентрационная функция). После их отмирания возможны два пути: • 1) элементы вовлекаются в круговорот, 2) захораниваются и тем самым надолго остаются связанными (осадочные породы, уголь, торф).
• Впервые вопросы накопления элементов живыми организмами поднял В. И. Вернадский. • Биомасса огромна (в основном приходится на растительность). Хотя химические элементы в биомассе распределены неравномерно (различная концентрационная функция), тем не менее, на участках наибольшего скопления биомассы сконцентрирована основная масса всех химических элементов. • .
• Наибольшая масса веществ концентрируется на таких биологических барьерах как леса. Отсюда леса – своеобразный очиститель грунтовых вод, воздуха. • Отличительной особенностью с/х угодий является выборочная концентрация веществ, т. к. посадки ограничены монокультурами. • Концентрация веществ на биологических барьерах в океане ещё более неравномерная. Наибольшая в прибрежных районах, саргассовых, апвеллинговых участках, рифах
• Одним из показателей накопления элементов является коэффициент биологического поглощения (КБП) – отношение содержания определенного химического элемента в золе растений к содержанию этого элемента в питающей среде (почве).
• Техногенные барьеры (социальные) – зоны складирования, захоронения промышленных, бытовых отходов. • Их отличие: • – барьеры возникли там, где в природе их не было; • – отличаются спецификой веществ и их концентрацией (по специфике не имеют аналогов в природе); • – распределение элементов на барьерах крайне неравномерно.
• Следует отметить, что на самом деле существуют комплексные барьеры, образовавшиеся за счет наложения различных барьеров. • Простым примером могут быть гидросооружения. Являясь механическим барьером, со временем водохранилище заиливается, но, кроме того, с поступлением питания развивается эвтрофикация, возникает биогеохимический барьер.
• Понятие о геохимических барьерах лежит в основе многих вопросов рудообразования. • Один и тот же геохимический барьер может формироваться в различных геологических условиях, поэтому они не будут полностью идентичными, но основная особенность будет сохраняться (восстановительный или окислительный барьер). • Месторождение может образовываться не только из металлоносных вод, но и из фоновых. Все дело в геохимическом барьере. На геохимических барьерах образуются и безрудные аномалии.
Скачать презентацию Геохимические барьеры Термин геохимические барьеры предложил А
Геохимические барьеры.ppt