Геохимия окружающей среды Лекция: «Геохимические аномалии и

Геохимия окружающей среды Лекция: «Геохимические аномалии и факторы миграции химических элементов в биосфере»

Формы нахождения химических элементов в биосфере

Все многообразие форм и видов существования химических элементов в биосфере можно охарактеризовать с двух позиций : • качественной - минеральная или безминеральная форма; • количественной - концентрированное или рассеянное состояние.

В земной коре установлено к настоящему времени около 4000 видов минеральных форм, что значительно меньше, чем количество теоретически возможных. Между числом собственных минеральных форм (N) и кларком (Ск) химического элемента в литосфере существует корреляционная зависимость: Элементы, образующие большее количество минеральных форм, чем следует по этой формуле называются минералофильными, меньше – минералофобными. В целом для химических элементов относительная доля минеральной формы снижается с уменьшением кларка элемента в литосфере.

Рассеянное состояние характеризуется повсеместным содержанием химических элементов, близким к их кларкам для соответствующих объектов биосферы, и в настоящее время признается недостаточным для промышленного извлечения элементов. Концентрированное состояние отвечает повышенному содержанию элементов в объектах биосферы, близкому к требованиям промышленности для соответствующих полезных ископаемых. Концентрированное и рассеянное состояния элементов связаны непрерывными переходами и объективных границ между ними не существует.

Для количественной характеристики этих состояний служит кларк концентраций отношение содержания элемента в конкретном объекте (Сх) к его кларку (Ск) для этого объекта биосферы: Кк = Сх/Ск

• На основе многочисленных эмпирических данных и расчетов многих исследователей, установлено, что преобладающим для всех химических элементов в биосфере Земли является рассеянное состояние. • К примеру, доля запасов важнейших для человеческой цивилизации металлов в разведанных месторождениях составляет крайне малую величину - 0. 053 % от их геохимических запасов в земной коре ( до глубины в 1 км)

• В зависимости от характера природных объектов различают следующие виды геохимических аномалий: • литохимические – в различных типах горных пород; • почвенные – в различных типах почв; • гидрохимические – в природных водах; • атмохимические – в атмосферном воздухе; • фито-и зоохимические – в растениях и животных.

Взаимосвязь и взаимообусловленность геохимических аномалий и потоков рассеивания

Геохимическая миграция - перемещение атомов химических элементов в земной коре, обычно ведущее к их рассеянию или концентрации. • Геохимическая миграция неразрывный комплекс процессов, приводящих к перераспределению химических элементов в природных телах. Он включает в себя: • перевод химических элементов в такое структурное состояние, которое обеспечивает их подвижность в данных внешних условиях; • транспортировку элементов в физических и химических градиентных полях природных сил; • осаждение и концентрирование химических элементов при взаимодействии с веществом транспортирующего потока или вмещающей его природной системой; • перевод осажденных химических элементов в неподвижное для данных внешних условий структурное состояние.

Выделяются 5 основных видов миграции химических элементов в зависимости от формы движения материи: • Механическая миграции. • Физическая миграция. • Химическая миграции. • Биологическая. • Социальная (техногенная) миграция.

При механической миграции главным фактором являются гравитационные свойства атомов и ионов, определяющие особенности их миграции в гравитационном поле Земли. Гравитационный фактор проявляется в накоплении частиц тяжелых минералов в определенных участках речных или морских отложений с образованием так называемых россыпей. Чаще всего в россыпях накапливаются устойчивые к воздействию агентов выветривания минералы c высокой плотностью: • магнетит Fе 3 O 4 плотность 4, 8 – 5, 3 г/см 3; • ильменит Fe. Тi. O 3 – плотность 4, 7 г/см 3; • рутил Тi. O 2 – плотность 4, 2 – 4, 3 г/см 3; • циркон Zr. Si. O 4 – плотность 4, 6 – 4, 7 г/см 3; • монацит (Сe, La, Pr, Nd, Th, Y)PO 4 – плотность 4, 6 – 5, 7 г/см 3.

Физико-химическая миграция. Для процессов физико химической миграции различают внутренние факторы миграции, определяемые физическими (термические свойства) и химическими свойствами атомов химических элементов, и внешние факторы, включающие термодинамическую и химическую обстановку среды миграции.

Термические свойства атомов определяют плавкость и летучесть элементов и их соединений в процессах геохимический миграции. Характерной особенностью легколетучих элементов и соединений в зоне гипергенеза является их способность к миграции не только в водных растворах гидросферы, но и в воздухе.

Химические свойства элементов играют ведущую роль при их миграции в зоне гипергенеза. 1. Основными свойствами, обеспечивающими миграцию элементов в водной среде, является растворимость их соединений и способность к обменным реакциям с другими компонентами водного раствора. 2. Химические условия миграционной среды (внешний фактор) определяются кислотно-основными условиями (показатель р. Н) и окислительно-восстановительной обстановкой (показатель Еh).

Биологическая миграция химических элементов является исключительной особенностью биосферы. Обычно выделяют три главные стадии цикла биогеохимической миграции: • разложение горных пород под влиянием биогенных факторов с образованием растворимых соединений ряда элементов; • извлечение из воздуха и водных растворов биоген ных элементов, а также микроэлементов примесей и накопление их в организме; • накопление, разложение и минерализация отмерших органических остатков.

• Техногенная (социальная) миграция, связанная с общественными процессами в человеческом обществе. К ней относится отработка месторождений полезных ископаемых, нефтепроводы, экспорт и импорт и т. д.

• В целом, интенсивность миграции (масса вещества переносимого потоком в единицу времени) определяется скоростью обмена и перераспределения химических элементов между компонентами природной среды. • Интенсивность миграции зависит как от свойств мигрирующих элементов (внутренние факторы), так и от физических, физико - химических и биологических свойств природных систем (внешние факторы), обуславливающих то или иное соотношение между скоростями перехода элементов в подвижное (мобильное) состояние, скоростями их транспортировки и осаждения из миграционного потока. • В конечном счете интенсивность миграции зависит от конкретных ландшафтно - геохимических условий, т. е. от сочетания гидрометеорологических, литогеохимических и почвенно - ботанических характеристик конкретной территории.