Геохимические барьеры Вопросы: 1. Техногенные аномалии и техногенные барьеры 2. Классификация 3. Классификации, построенные не по генетическим признакам
Техногенные аномалии и техногенные барьеры Используя систему показателей, характеризующую техногенные системы, можно установить наличие в том или ином регионе техногенных геохимических аномалий. Размеры аномалий могут быть различны. Глобальные аномалии охватывают весь земной шар: повышенное содержание СО 2 в атмосфере, явившееся результатом сжигания топлива; накопление после ядерных взрывов. Региональные аномалии - распространяются на материки, страны, зоны, области, провинции. К региональным аномалиям приводят такие антропогенные явления, как применение минеральных удобрений, ядохимикатов. Локальные аномалии - связаны с конкретным заводом, рудником, городом, например, повышенное содержание металлов в почвах и водах вокруг металлургических предприятий. Их радиус ограничивается несколькими десятками километров.
Техногенные аномалии: Ø литохимические (в почвах, породах, строениях) Ø гидрогеохимические (в водах) Ø атмогеохимические (в атмосфере), Ø биогеохимические (в живых организмах). Совокупность техногенных аномалий от локального источника называется техногенным ореолом и потоком рассеяния. Обычно техногенный ореол включает все виды аномалий. Техногенная аномалия может быть результатом уменьшения интенсивности техногенной миграции. Такой участок носит название техногенного геохимического барьера. Техногенные барьеры могут быть полезными, вредными и нейтральными. Например, вторичное засоление результат вредного техногенного барьера. А такие мероприятия по повышению плодородия почв, как известкование, приводят к возникновению полезного техногенного барьера и накоплению элементов питания
Термин «геохимические барьеры» и « основные теоретические положения учения о геохимических барьерах предложил и разработал А. И. Перельман в 1961 г. Ø В 70 х го дах 20 века учение о барьерах стало широко использоваться при оценке различных геохимических аномалий, а также для объяснения формирования ряда месторождений. Ø
В 1999 г. Н. С. Касимов сформулировал правила, на которых базируется рассматриваемое учение. Рассмотрим два основных. 1. Геохимические аномалии формируются на геохимических барьерах. 2. Геохимические барьеры формируются на границах сопряженных ландшафтов или подсистем ландшафтов.
В настоящее время без использования знаний о геохимических барьерах невозможно развитие такой новой науки, как экологическая геохимия, да и вообще решение большинства экологических проблем. Ø Так как, именно на различных геохимических барьерах происходит максимальная концентрация химических элементов. ВЫВОД: геохимические барьеры, формирующиеся в биосфере, являются участками развития наибольших эколого геохимических изменений. Ø
По определению А. И. Перельмана геохимические барьеры это те участки земной коры, где на коротком расстоянии происходят резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и как следствие их концентрация.
Классификация Генетическая классификация: Ø По природе происхождения А. И. Перельман предложил выделять следующие типы барьеров: 1. природные 2. техногенные и те и другие располагаются на участках изменения факторов миграции. Смена геохимических обстановок происходит либо в результате природных факторов, либо антропогенной деятельности. Часто антропогенное изменение геохимичес кой обстановки и формирование техногенных геохимических барьеров являются своеобразным толчком, после которого идет образование природных геохимических барьеров, происходит наложение на техногенные барьеры природных. Образуется 3 тип техногенно-природные геохимические барьеры.
Классы барьеров: три основных класса: физико-химические механические биогеохимические (А. И. Перельман). Образование физико-химических барьеров связано с изменением физико химической обстановки.
Механические барьеры Участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции. Ø Они в основном связаны со вторым типом миграции химических элементов, когда их форма нахождения не изменяется, но они перемещаются в пространстве. Ø Перемещение происходит в основном в пределах биосферы чаще всего с нахождением элементов в минеральной или коллоидной форме. Ø Перемещение коллоидов вместе с сорбированными ими элементами, а также минералов может происходить в воздушной и водной средах и, кроме того, на границе сред (скатывание обломков по склонам). Ø
Биогеохимические барьеры связаны в основном с первым типом миграции химических элементов, когда изменяется их форма нахождения без значительного перемещения в пространстве. Ø По своей сути это выборочное накопление химических элементов растительными и животными организмами в высоких концентрациях. Ø Могут быть как природными, так и техногенными, является частью биологического круговорота этих элементов. Ø
Накопление на геохимических барьерах химических элементов приводит к их аномальным концентрациям. Ø При определенных условиях концентрация и общее содержание элементов на барьере резко возрастают. Ø Так образуются месторождения полезных ископаемых. До недавнего времени рассматриваемые процессы были только природными. Ø Сейчас техногенные процессы достигли таких масштабов, что и на природных, и на техногенных барьерах возможно накопление определенных элементов (их соединений) в промышленных концентрациях. Ø Так формируются техногенные месторождения различных полезных ископаемых, в первую очередь металлов. Ø
Как известно многие классификации не являются универсальными, в связи с этим выделяют дополнительные классы геохимических барьеров. Ø Класс комплексных геохимических барьеров. Природно техногенные геохимические барьеры третьего типа всегда являются комплексными. Научная и практическая значимость таких барьеров возрастает в связи с увеличени ем их количества.
ØКомплексный геохимический барьер пространственное наложение друг на друга, обычно с несовпадением границ, нескольких классов геохимических барьеров, генетически связанных между собой. Ø Среди природных барьеров, комплексные, по распространенности занимают одно из первых мест. ØТак, очень широко распространены (особенно в горных районах) барьеры, представляющие собой родники с выходом на поверхность глеевых вод. ØОсаждающиеся из них гидроксиды являются хорошими сорбентами целого ряда металлов из вытекающих родниковых вод. ØПроцесс осаждения этих коллоидов представляет собой начало формирования нового геохимического барьера сорбционного. ØВот поэтому то опробование ржавой мути, осевшей на дне источников, дает информацию о концентрации металлов в родниковой воде, а следовательно, и об общей гидрогеохимической обстановке в районе распространения выходящих на поверхность глеевых вод.
О массе веществ, концентрирующихся на комплексных геохимических барьерах, об их распространении в пространстве и во времени можно судить хотя бы по тому, что подавляющее большинство месторождений полезных ископаемых образовалось именно на комплексных геохимических барьерах. Ø
В типе техногенных геохимических барьеров выделяют еще один самостоятельный класс социальных барьеров. Зоны складирования и захоронения отходов как промышленных, так и бытовых. Особенности: Ø 1. На них, как и на всех ранее рассмотренных барьерах, прекращается перемещение ряда веществ, участвующих в определенном виде техногенной миграции социальной. Ø 2. Так же как и на других барьерах, в данном случае прекращают миграцию не все участвующие в ней вещества, а только часть из них. Ø 3. Барьеры созданы искусственно там, где в природных условиях они не возникали, по крайней мере, для всех тех веществ, которые на них концентрируются. Этим социальные барьеры отличаются от природных.
4. По способу образования (вывоз и складирование) они отличаются и от всех ранее рассмотренных техногенных барьеров. Ø 5. По специфике концентрации веществ и способу образования эти барьеры не имеют аналогов как среди природных барьеров, так и среди техногенных. Ø 6. Концентрирующиеся на них вещества не имеют ни одного общего физического или химического свойства, это является обязательным условием концентрации веществ на природных и техногенных барьерах. Все вещества на рассматриваемых барьерах объединяет только одно социальное условие: ненужность обществу на данном этапе его развития. Ø 7. Образование рассматриваемых барьеров и состав накапливающихся на них веществ являются отражением конкретного уровня развития, как определенного сообщества людей, так и всего человечества. Рисунок 9 отображает классификацию геохимических барьеров. Ø
Ø В практической работе часто деления на классы геохимических барьеров бывает недостаточно. Ø Используют еще одну таксономическую единицу подклассы. Например (рисунки 10, 11),
Рисунок 10. Подклассы биогеохимических барьеров
Рисунок 11. Подклассы социальных геохимических барьеров
ØОднако каждый из четырех выделенных подклассов социальных барьеров далеко не однороден. ØУже сейчас внутри подкласса промышленных барьеров можно выделить барьеры горных предприятий, различных заводов, фабрик. ØПри детальных исследованиях и эти барьеры можно, в свою очередь, разделить. ØПримером такого деления может быть обособление среди барьеров горных предприятий барьеров, выделяемых по виду добываемого сырья (барьеры угольных, горнорудных предприятий, полиметаллические и т. д. ).
Ø Такие барьеры отличаются не только по геохимическим особенностям (по развитию специфических эколого геохимических изменений в биосфере), но и по возможностям и технологиям переработки накопившегося на них материала, по воздействию на окружающую среду и непосредственно на здоровье людей.
Классификация по накоплению химических элементов 1. Кислородные (окислительные) барьеры - их образование связано с изменением окислительно восстановительных условий в ландшафте. Ø Резкая смена восстановительных условий на окислительные, смена резко восстановительных на слабо восстановительные, слабо окислительных на сильно окислительные. Ø Например, грунтовые воды, обогащенные железом и марганцем, в виде бикарбонатов или органических комплексов вблизи поверхности почв, на окраинах болот, в озерах образуют Fe Мn конкреции, болотные и озерные руды, залежи самородковой серы. Ø
Ø 2. Сероводородные восстановительные (сульфидные) кислые или глеевые воды контактируют с серо водородной средой: р. Н>7, Eh<0. Концентрируются металлы, образуя сульфиды железа, свинца, меди, цинка. Ø 3. Глеевые восстановительные барьеры кислые воды. Встречаются с восстановительной средой (Eh<300 200 м. В). Накапливаются трудно растворимые соединения ванадия, селена, меди, урана.
Ø 4. Щелочные барьеры возникают в почвенных горизонтах, где наблюдаются скачок р. Н и смена кислой или слабо кислой среды на щелочную. Например, на контакте силикатных и карбонатных пород. Образуются горизонты, обогащенные кальцием, магнием, марганцем, барием, стронцием, ванадием, цинком, медью, кобальтом, свинцом, кадмием. Ø 5. Кислые барьеры формируются в зонах ландшафта при резкой смене условий р. Н в более кислую сторону. На кислых барьерах осаждаются мышьяк, молибден, селен.
Ø 6. Испарительные барьеры проявляются в аридных условиях. Есть две разновидности испарительных барьеров: Ø а) верхние на поверхности почвы Ø б) 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. Ø 7. Сорбционные барьеры характерны для иллювиальных и гумусовых горизонтов почв. В основе сорбционного поглощения лежит поглотительная способность почвы.
В природе наблюдается приуроченность основных геохимических барьеров к определенным почвам, породам. А. И. Перельман дает следующие примеры распространенности геохимических барьеров. Ø Сернокислые барьеры рудные тела сульфидных месторождений. Ø Кислые барьеры дерново подзолистые, красноземные, серые лесные, бурые лесные почвы, солоди. Ø Нейтрально-карбонатные барьеры черноземные, каштановые, сероземные почвы, рендзины (перегнойно известковые почвы, встречающиеся отдельными островками и полосами среди подзолов, серых лесных земель; по цвету похожи на черноземы). Ø Хлоридно-сульфатные барьеры верхние горизонты некоторых солончаков.
Содовые барьеры солонцы. Ø Бескарбонатные глеевые барьеры луговые и болотные почвы северных степей, лесной и тундровой зон. Ø Соленосный глеевый солончаки со слабо восстановительной средой. Ø Гипсовый глеевый гипсовые горизонты луговых почв. Ø Содовый глеевый содовые луговые солонцы. Ø Соленосно-сульфидный нижние горизонты солон чаков. Ø Содовый сероводородный солонцеватые солонцы Ø
Классификации, построенные не по генетическим признакам ØВ зависимости от размеров выделяются макро-, мезо- и микробарьеры. ØК макрогеохимическим барьерам относятся зоны с резким уменьшением интенсивности миграции химических элементов на расстоянии в тысячи метров. ØМощности зон могут достигать нескольких сотен метров. Например, дельты крупных рек, где происходит смешивание пресных речных вод (их можно рассматривать как своеобразные коллоидные растворы) с морскими, которые являются слабыми электролитами. ØВ этих условиях происходит осаждение коллоидов, что может являться началом формирования осадочных месторождений.
Ø Протяженность мезобарьеров обычно колеблется от нескольких метров до тысячи. Ø Примером могут быть краевые зоны болот, где резко изменяются окислительно восстановительные условия и могут накапливаться многие химические элементы, предварительно выщелоченные из водораздельных и склоновых участков.
Ø Размеры микробарьеров могут колебаться от долей миллиметра до метров. Ø К ним относятся и барьеры, выделяемые А. Л. Ковалевским в отдельных растениях, и барьеры, на которых формируются рудные прожилки и жилы в пределах месторождений полезных ископаемых.
Ø При движении к одному и тому же барьеру с разных сторон потоков с мигрирующими в них веществами формируются двусторонние геохимические барьеры. Ø На них могут концентрироваться химические элементы, образующие разнородные ассоциации
В зависимости от ориентации в пространстве миграционных потоков латеральные и радиальные (вертикальные) барьеры. Ø Радиальные барьеры становятся на путях миграции химических элементов при их вертикальном движении. Ø Во многом именно благодаря существованию этих барьеров наблюдается дифференциация химических элементов в почвенном профиле. Ø Латеральные барьеры возникают на границах геохимически контрастных элементов ландшафта (например, на границах фаций, краевых зонах болот и т. д. ). Ø
ØВ случае техногенного загрязнения поверхности почв радиальные барьеры являются зоной накопления осаждения продуктов техногенеза из мигрирующего потока в почвы. Ø Кроме того, они, по мнению Н. П. Солнцевой, являются «основной формой защиты почвенно грунтовых вод от загрязнения» . Ø Радиальные барьеры формируются не только при движении потоков сверху вниз, но и при движении снизу вверх. Именно на них очень часто начинается распад различных комплексных соединений, поступающих в гидротермах, и на барьерах начинает формироваться вертикальная зональность оруденения.
Природные латеральные барьеры биосферы во многом отражают ландшафтно геохимическую контрастность территории, а при поступлении веществ с техногенными потоками контрастность свойств объектов, выполняющих барьерные функции, и свойств поступающих потоков. Ø С учетом способа поступления химических элементов на барьер иногда выделяют диффузионные и инфильтрационные барьеры, хотя обычно при наличии инфильтрационных барьеров возникают и диффузионные. Эта закономерность наблюдается при формировании как микробарьеров, так и макробарьеров. Ø
Для характеристики геохимических барьеров применяют следующие показатели. Ø Градиент барьера (G), который характеризует изменение геохимических показателей в направлении миграции химических элементов Ø G = dm/di, или G = m 1 m 2 / l , Ø где m 1 значение геохимического показателя до барьера; m 2 его значение после барьера; l ширина барьера. Ø Контрастность барьера (S) характеризуется отношением величины геохимических показателей в направлении миграции до и после барьера: S= m 1/m 2. Интенсивность накопления элемента, например при рудообразовании, увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера
Контрастность барьера (S) характеризуется отношением величины геохимических показателей в на правлении миграции до и после барьера: S= m 1/m 2. Интенсивность накопления элемента, например при рудообразовании, увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера Ø
Скачать презентацию Геохимические барьеры Вопросы 1 Техногенные аномалии и техногенные
Геохимические барьеры.ppt