Среднее сод-е (кларки) нек-х эл-тов в земной коре 2 глава

Согласно геохимическому закону В.М. Гольдшмидта кларки элементов зависят от строения атомных ядер, а их миграция - от на­ружных электронов, определяющих химические свойства элементов. Однако кларки элементов зависят не только от строения атомного ядра, но и от химических свойств, так как сама кора является продук­том миграции. Вместе с тем и миграция элементов зависит не только от химических свойств, но и от кларков, которые во многом обуслов­ливают содержание элементов в растворах и расплавах, их способ­ность к осаждению, минералообразованию и т.д. Поэтому миграция элемента определяется как его химическими свойствами, так и вели­чиной кларка. А.Е. Ферсман предложил различать внутренние и внешние фак­торы миграции. К внутренним факторам он относил свойства хими­ческих элементов - их способность давать летучие или растворимые соединения, осаждаться из растворов и расплавов, сорбироваться и т.д. Все эти свойства определяются строением атомов. Внешние факторы - это параметры обстановки миграции температура, давление, кислотно-щелочные (рН) и окислительно-восстановительные (Eh) характеристики растворов и т.д. Конечно, внешние факторы миграции одного элемента обусловлены внутренними факторами других (например, Eh и рН). Однако применительно к геохимии конкретного элемента такое деление вполне оправдано. Принцип подвижных компонентов. Химические элементы, ио­ны и соединения, определяющие условия миграции в ландшафте, именуются типоморфными (ведущими). Химические элементы с низ­шими кларками не могут быть типоморфными из-за малых концентра­ций в системах - они вынуждены мигрировать в той обстановке, ко­торую создают типоморфные элементы. Именно различия в кларках определяют ведущую или второстепенную роль элементов в геохими­ческих системах. Однако один и тот же элемент в разных системах может быть и ведущим, и второстепенным. Кроме этого, если элемент энергично мигрирует, но не накапливается, он также не является ве­дущим. Так, Na и С1 энергично выщелачиваются во влажных тропиках из кислой коры выветривания и не являются там ведущими. Только в соленых озерах и солончаках, где эти элементы хорошо мигри­руют и накапливаются, они становятся ведущими. Из сказанного следует принцип подвижных компонентов: геохимическая особенность природных систем определяется элементами с высокими кларками, наиболее активно мигрирующими и накапливающимися в данном ландшафте (А.И. Перельман). В зависимости от формы движения материи выделяют четыре вида миграции. Наиболее простой является миграция, подчиняющаяся законам механики, - механическая. В результате ее происходят образование россыпей (россыпные месторождения полезных ископаемых), ветровая и водная эрозия и т.д. Механическая миграция зависит преимущественно от величины частиц минералов и пород, их плотности, скорости движения вод, ветра. Химические свойства элементов часто не имеют значения, и такие различные элементы, как К, Si, А1, входя в состав переносимой ветром или водой песчинки, мигрируют с одинаковой скоростью. Сложнее процессы, сущность которых определяется законами физики и химии - растворением, осаждением, диффузией, сорбцией, десорбцией и т.д. Это физико-химическая миграция. Лучше всего изу­чена миграция веществ в водных растворах в виде ионов (ионная),зависящая от растворимости солей, щелочно-кислотных и окислит-восст. усл-й. Еще сложнее биогенная миграция, обязанная деятельности орга­низмов. Она не может анализироваться только на основе общих зако­нов физики и химии. Такие константы элементов, как радиусы ионов, валентность, недостаточны для анализа биогенной миграции. Орга­низмы существуют в особом информационном поле, для них ха­рактерны процессы управления, переработки информации, отсутст­вующие в неживой природе. Самой сложной является техногенная миграция, связанная с общественными процессами. К ней относятся разработка месторож­дений полезных ископаемых, нефте- и газопроводы, экспорт и импорт сырья, продуктов и т.д. Она определяется социальными закономерно­стями, хотя ей присущи и все более простые формы движения. Значение видов миграции для разных элементов неодинаково. Если для К и Р особенно большую роль играет биогенная миграция, то для Na и С1 - физико-химическая, а для Ti, Au, Pt, Sn - механиче­ская. В разных ландшафтах соотношение видов миграции также не одинаково. Если в пустынях возрастает роль механической миграции, то во влажных тропиках - физико-химической и биогенной. Виды миграции тесно связаны и взаимообусловлены. Ведущее значение имеет высший, более сложный вид миграции. Например, в степных и таежных ландшафтах главной является биогенная миграция, хотя здесь протекают и физико-химические, и механические процессы. Аналогично геохимические черты городских ландшафтов определя­ются техногенной миграцией, социальными процессами, хотя для го­родов свойственны и все остальные виды миграции. В зависимости от вида миграции выделяют три основных ряда элементарных и геохимических ландшафтов (А.И. Перельман): 1) абиогенные ландшафты, для которых типичны только ме­ханическая и физико-химическая миграция; 2) биогенные ландшафты с ведущим значением биогенной ми­грации и подчиненной ролью физико-химических и механических процессов; 3) культурные ландшафты, своеобразие которых определяется техногенной (социальной) миграцией, социальными процессами, хотя в них развиваются и все остальные виды миграции.   Механическая миграция Эта миграция обусловлена работой рек, ветра, ледников, вулка- нов, тектонических сил и других факторов. Характерная черта этих процессов - разрушение (дезагрегация) горных пород и минералов, ведущее к росту их дисперсности. При измельчении резко увеличива- ется суммарная поверхность частиц, а следовательно, и их поверхно- стная энергия. При этом повышается и растворимость многих мине- ралов. В результате механической миграции образуются делювий, пролювий, аллювий, морена и прочие кластические (обломочные) отложения. Процессы, основными агентами которых служат сила тяжести, текучая вода, ветер, лед, подчиняются законам механики и не зависят от химических свойств элементов. Основное значение приобретают величина, плотность и форма частиц. Чем дальше участок расположен от вершины склона, чем меньше его крутизна, тем более тонкий материал накапливается на склоне. В речных долинах русловые отложения часто представлены галечниками, гравием и песками, а пойменные - суглинками и глинами. Данные процессы называются механической дифференциацией. Они приводят к изменению и химического состава отложений, так как глинистые фракции почв и пород по сравнению с песчаными; обычно содержат больше Fe, АЦ Mn, Mg, К, V, Cr, Ni, Со и меньше Si0₂. Механические ореолы рассеяния. При физической дезинтегра­ции рудных тел в элювиально-делювиальных и других рыхлых отло­жениях формируются механические ореолы рассеяния, в которых ми­неральные компоненты руд присутствуют в виде устойчивых в зоне гипергенеза первичных и вторичных минералов. В переносе твердого материала на склоне большую роль играет медленное самопроизвольное движение рыхлых масс по типу дефлюкции (сползания, вязкое или пластичное течение), солифлюкции (течение переувлажненной массы на мерзлом основании), крипа (перемещение при совместном д-и силы тяжести и др. факторов).   В профиле кислотно-щелочной зональности изменение рН иногда происходит постепенно, но чаще наблюдается резкий скачок этой величины на границе горизонтов. В местах, где на коротком расстоянии кислая среда сменяется щелочной, возникает щелочной барьер, для которого хар-на конц-я Fe, Ca, Mg, Mn, Ba, Sr, Cr, Zn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd и др. металлов. Щелочной барьер может появиться и в кислых условиях при смене сильнокислой р-и на слабокислую и в щелочных – при смене слабощелочной среды на сильнощелочную. Особенно контрасные барьеры возникают на контактах силикатных и карбонатных пород. Так, в таежной зоне нередко под маломощными супесями и суглинками залегают известняки. Менее характерны для ландшафтов кислые барьеры, возникающие при резком уменьшении величины рН. На кислом барьере осаждаются анионогенные элементы: Si, Se, Mo, Ge и др. На многих кислых барьерах химические эл-ты осаждаются из потока содовых вод. Такие воды чаще всего образуются за счет обменных реакций и выветривания натриевых силикатов. Своеобразным кислым барьером на пути содовых вод могут стать даже стволы деревьев в аллювиальных отложениях. Многие хим эл-ты в водах ландшафтов мигрируют в виде комплексных соединений. Медь, серебро, бериллий, скандий и редкоземельные эл-ты обр-т комплексные ионы и мигрируют в ландшафтах с содовыми водами (напр, в степях с солонцами). Напротив, железо, кобальт, никель, кадмий, редкие земли группы лантана, не дающие растворимых комплексных соед-й с карбонатами и бикарбонатами щелочей, малоподвижны в этих водах. Огромную роль в миграции металлов играют их комплексные органические соед-я. Орг соед-я почвы извлекают из минералов металлы и переводят их в подвижную форму. Миграции металлов в формеорг комплексов хар-на для тайги, тундры и др. ландшафтов влажного климата (железо, никель, медь, цинк и др). В общем обр-е растворимых компл-х соед-й увелич. миграц-ю способность эл-тов в ландшафте. На участках резкой смены восстановительной среды на окислительную возникает окислительный барьер, кот. как правило явл кислородным. Кислородные (окислительные) барьеры широко распространены в биосфере. Объясняется это тем, что такие барьеры образуются там где миграционные потоки бескислородных вод попадают в зоны со свободным кислородом. Поскольку такими зонами явл. практич. вся атм-ра и верхние гор-ты больш-ва пов-х вод, то формирование кислородных барьеров на земной пов-ти лимитируется в основном наличием миграционного потока бескислородных вод. На окислит. барьере увелич. зн-я Еh. Из металлов на кислород. барьерах осаждаются Fe и Mn. Железо концентрируется на подавляющем большинстве барьеров из глеевых вод и редко – из сильнокислых сероводородных. В кислых глеевых водах Fe и Mn мигрируют как правило в Fe(Mn)(HCO3)2 и органоминеральных соединениях. При попадании таких вод в обстановку со своб. кислородом происх. совместное осаждение минералов – оксидов и гидроксидов Fe и Mn в виде железомарганцевых конкреций, болотных и озерных руд. Там, где кислородные глеевые воды контактируют с сероводородной средой и происходит резкое понижение величины Еh, возникает восстановительный сероводородный барьер, на котором осаждаются многие металлы, поступающие с кислородными и глеевыми водами. Появление сероводородных барьеров лимитируется лишь наличием сероводорода. В рез-те вз-я растворенных солей или металлов с сероводородом обр-ся труднорастворимые сульфиды. Сероводородный барьер характерен для почв, грунтовых и подземных вод. Большое зн-е в ландш-тах имеют барьеры, связанные с процессами жизнед-ти сульфатредуцирующих бактерий. Такие бактерии, разлагая орг. в-во и сульфаты, выдел. угл газ и сероводород. При этом они отбирают у сульфатов кислород (он идет на ок-е органики), а выдел-ся энергия идет на поддержание жизнед-ти бактерий. Восстан. глеевые барьеры возникают в тех случаях, когда на участки с восстан. бессероводородной обстановкой попадает поток кислородных вод. Происх. резкое понижение величины Eh. Глеевые условия обычно возникают на участках разложения орг вещ-в без доступа кислорода или при его недостаточном поступлении, а также в зонах поступления водорода из глубинных слоев. Пок-ми глеевой обстановки может служить наличие углеводородов (чаще метана), а в водных потоках, кроме растворен орг соед-й, Fe2+, H+. К числу наиб. распр-х глеевых барьеров относятся краевые части болот. Из пов-х кислородных вод в этих частях при смене окислит обстановки глеевой начинается осаждение таких элементов, как Cu, Mo, U, Ag, Cr. Железо, марганец, свинец, цинк в этих усл-ях энергично мигрируют. С физико-хим миграцией в природных водах связаны и термодинамические геохимические барьеры, формирование которых происходит при довольно резком изменении давления и/или температуры в геохим. с-мах. Напр, обр-е травертина (карбоната кальция) из р-ров, продвигающихся по трещинам в горных породах. Испарит. геохим. барьеры представляют собой участки, на кот-х увеличение конц-и хим. эл-тов происх. в рез-те процессов испарения. Наиб распространены они в регионах с засушливым климатом (пустынях, сухих степях, саваннах), но встречаются и в черноземных степях и даже лесостепях.