Миграция елементів в земної корі

Миграция елементів в земної коре.

Введение

Миграция — переміщення молекул і атомів в земної корі, рухоме у вигляді цілого ряду чинників різного походження і протекающее кількома способами.

Способность елемента до міграції визначається формою його перебування у земної корі: гірські породи і мінерали, живе речовина, магма, розсіяна форма. Розмаїття міграції елементів характеризує число його мінералів, генетичних типів рудних родовищ тощо. буд. Ділянки земної кори, у яких на короткому відстані відбувається різке зменшення інтенсивності міграції хімічних елементів як наслідок, їх концентрация.

Геохимическая міграція в різних середовищах різниться залежно від рівня трещиноватости:

В безупинної пористої середовищі, міграція відбувається з однаковою швидкістю між частинками породы;

В дискретної пористої середовищі, тобто. із окремих частинок (грунт, глина). Розміри пір всередині частки відрізняється від пір з-поміж них, отже, швидкості міграції у різних частинах породи различны;

В дискретної середовищі, взаємодію Космосу з розчином відбувається лежить на поверхні частинок среды.

1. Чинники миграции.

Факторы міграції поділяються на внутрішні і його зовнішні. Внутрішні чинники — це фактори, лише зі властивостями атомів та їхніх з'єднань, сюди входят:

Свойства зв’язку, які включають фізичні концентрації веществ;

Химические властивості, ступінь реакційної здібності атомів і соединений;

Энергетические і кристализационно-химические властивості веществ;

Гравитационный чинник, пов’язаний з атомної массой;

Радиоактивные властивості атомов.

Внешние чинники визначаються становищем навколишнього середовища, не залежить від індивідуальних властивостей міграції речовин і включають такі факторы:

Космическая міграція, куди входять гравітаційну, променисту, теплову енергію, тиск і електричні поля;

Факторы міграції в розплавах, які включають умови гравітаційного рівноваги і диффузии;

Факторы міграції у водних розчинах, які включають умови міграції як із високих температур, так і при низких;

Факторы міграції в газових сумішах і надкритических растворах;

Факторы механічної миграции;

Факторы міграції в коллоидальной і монокристаллической среде;

Факторы міграції твердих телах;

Факторы біохімічної і промислової миграции;

Другие фізико-хімічні факторы.

Данная класифікація охоплює основні види міграції елементів Землі і є теоретичної базою для геохімічних исследований.

2. Механічна миграция.

Механическая міграція (механогенез) обумовлена роботою річок, течій, вітру, льодовиків, вулканів, тектонічних зусиль і інших чинників. Характерне вплив механогенеза — роздробити гірських порід і мінералів, що призводить до збільшення їх дисперсности, розчинності, розвитку сорбції та інших поверхневих явищ. При диспергировании різко зростає сумарна поверхню частинок та його поверхнева енергія, розчинність мінералів, відбувається розкладання багатьох мінералів. При механічної міграції важкі мінерали поводяться як частки більшого розміру. Механічне переміщення мінералів залежить від своїх твердості і піддатливості до вивітрюванню, а дальність — ще й піддатливості до хімічному выветриванию.

Механическая денудация — переміщення зважених частинок речовини водними потоками лежить на поверхні суші. Інтенсивність процесу залежить від клімату, геологічної будови і рельєфу: вона мінімальна на гумидных лісових рівнинах, де переважає хімічна денудации, а аридных областях зростає у сотні раз.

Эоловые процеси класифікуються за рівнем віддаленості переміщення зважених у атмосфері частинок від поверхні Земли:

— локальний перенесення, міграція ні десятки і сотні км;

— тропосферный перенесення, на висотах до 12 км на сотні й тисячі км;

— стратосферний перенесення, на висотах до 60 км частки можуть багаторазово обминути земної шар.

Песок, пил, солі вступають у атмосферу переважно з допомогою развеяния слабко закріплених пісків, глинистих і лесових рівнин, солончаків, з акваторій солоних озер чи морів, і т.д. Дані явища виражені різкіше у тих ділянках древньої суші, де вже протягом десятків, сотень тисяч, мільйонів років відбувалася эоловая аккумуляция.

Физико-химическая миграция.

Простейшая форма фізико-хімічної міграції - дифузія — це процес самовільного і необоротного перенесення речовини з частині системи до іншої, що виникає внаслідок теплового руху частинок. Дифузія протікає як і індивідуальному речовині, і у суміші; і за будь-якому агрегатному стані. Дифузія в гірських породах зазвичай супроводжується взаємодією речовини з середовищем. Через хаотичного руху частинок дифузія переносить їх із одного місцеположення в інше. У системі, що з 2-х і більше речовин, утворюються диффузионные потоки, які прагнуть вирівняти концентрації та дійти термодинамическому равновесию.

Диффузия в гірських породах відбувається у складнішою обстановці. Усі вони містять пори різних розмірів і форми. Породи є гетерогенными системами, вміщуючими розчини і/або гази, з нею взаємодіють. У природі речовини зазвичай диффузируют через серію неоднакових пластів із різним коефіцієнтом дифузії. У цьому їхньому проходження можуть пористість середовища, її структура, вологість порід та його слоистость.

Смежный дифузії процес — конвекція — міграція масових потоків газу чи рідини, переміщення частинок відбувається разом із розчинником. Конвекція характерна як верхньої мантії, так земної кори. Конвекція в пористої середовищі називається фільтрацією, яке тече значно швидше дифузії і особливо й у верхню частину земної кори — зони активного водообміну, хоча може розвиватись агресивно та в земних глибинах. Фільтрація енергійніше в складчастих поясах та слабші від на платформах і щитах.

Другая форма міграції - сорбція. У цьому процесі відбувається поглинання газів чи рідин твердими чи рідкими речовинами з навколишнього простору поверхнею (адсорбція) чи всім обсягом (абсорбція) тіла. Які Поглинають речовини називаються адсорбентами (абсорбентами), а що поглинаються адсорбатами (абсорбатами).

Адсорбция відбувається за українсько-словацьким кордоном розділу фаз внаслідок дії на частки сили тяжіння бóльшей, ніж діючі рівномірно зусебіч сили тяжіння частинок одне одним. Адсорбція протікає інтенсивніше, що більше площа розділу фаз чи розвинена поверхню тела.

Адсорбция своєю чергою підрозділяється на фізичну, коли відбувається заняття адсорбатом поверхні адсорбенту, і хімічну, коли адсорбент і адсорбат вступають між собою у хімічну реакцию.

Развитию фізичної адсорбції незмінно перешкоджає нього десорбція, процес зворотний адсорбції, через прагнення до тепловому рівноваги і навіть число адсорбирующих і десорбирующих частинок в одиницю часу утворюється однакове количество.

При приміщенні адсорбенту в розчин електроліту відбувається мимовільний іонний обмін між адсорбентом і розчином, що може бути і з іонами лежить на поверхні, і з іонами в обсязі внаслідок дисоціації молекул адсорбента.

Ионный обмін зазвичай супроводжується побічним процесом проникнення і розчинника і розчиненої речовини в пори гірської породы.

Химическая адсорбція протікає з освітою зв’язків, визначених структурою адсорбенту. Існує хімічна адсорбція газів на металах, вугіллі, оксиди металів, при гетерогенном катализе.

Физическая адсорбція при зростанні температури здатна змінитися в хімічну. При хімічної адсорбції виділяється значну кількість теплової энергии.

Гетерогенный процес відбувається, коли реагують речовини перебувають у різних фазах, отже, реакція можливе тільки за українсько-словацьким кордоном їх розділу. Через це з’являються що ускладнюють чинники, пов’язані з транспортуванням речовин, у зону реакції. У природі гетерогенні реакції відбуваються переважно між мигрирующим речовиною і яка вміщає породой.

Любые гетерогенні реакції включають такі стадії свого протекания:

Подвод речовини до породы;

Акт хімічного взаимодействия;

Отвод які виникають внаслідок реакції речовин, у обсязі раствора Скорость гетерогенного процесу різних стадіях може істотно отличаться.

Изоморфизм — здатність хімічних елементів, атомів, іонів, блоків кристалічною грати заміщати одне одного у мінералах, у своїй на вирішальній ролі грають розміри іонів і атомів. Ізоморфні заміщення можливі, коли радіуси іонів і атомів різняться не понад 15% від розміру меншого радіуса. При температурах, близьких до точці плавлення мінералів, їх кількість сягає 30%, тобто. ізоморфна сумісність зростає. У алюмосиликатах можливе підвищення показника до 60% і від. Для ізоморфізму, крім близькості іонних і атомних радіусів, необхідні хімічна індиферентність і схожість природи межатомной зв’язку. Іон меншого розміру легше заміщає більшого розміру, іони з вищим зарядом краще заміщають іони з нижчим зарядом, т.к. той процес супроводжується виділенням великої кількості енергії і підвищує енергію решетки.

Миграция газов.

Газы становлять соті частки % маси земної кори і десяті частки % - гідросфери, проте геохимическая роль газів не пропорційний їхній масі: вирішальне значення має тут висока рухливість газів, які мігрують інтенсивніше, ніж речовини в твердому і рідкому стані. У земної корі виділяються гази повітряного, біохімічного, хімічного і радіоактивного походження.

Миграция газів здійснюється шляхом фільтрації і дифузії. Основне значення має тут фільтрація, швидкість визначається проницаемостью порід (трещиноватость, тектонічні порушення) змінюється на сотні тисяч разів.

В оцінці міграції газів необхідно розгляд такої важливої показника властивостей газів як його розчинність. Більшість газів у стандартних умов не дуже розчиняються в воді. Зі збільшенням температури розчинність більшості газів знижується, з збільшенням тиску — зростає. Вуглеводні краще розчиняються не в нафті, ніж у воді, міграція газів з нафтою має важливе геохімічне значення: у місцях підвищення тиску вуглеводні розчиняються не в нафті, а місцях зниження — виділяється з її. Проте у з великим масштабом водної міграції з підземними водами мігрує значно більше вуглеводнів, ніж із нефтью.

Водная миграция.

Вода — сама універсальна і найважливіша середовище міграції в земної корі. Водні розчини пронизують верхню частина літосфери, вода — це «кров» земної кори.

Природные води часто взаємодіють із різними гірськими породами, наприклад великі річки з складним геологічною будовою басейну, багато підземні води. Для вод з активною циркуляцією характерна інтенсивність міграції, а застійних вод — інтенсивність накопичення, т.к. є кларк концентрації елементів в мінеральному залишку воды.

Электрохимические процеси виникають за будь-якої міграції вод через гірські породи, опади, грунту. Системи, в яких протікають електрохімічні процеси, іменуються геоэлектрохимическими, а полюси поля, де концентруються елементи — електрохімічними бар'єрами. У земної корі існують локальні електричні поля — гальванічні, фільтраційні, диффузионно-адсорбционные та інших. Місцями характерні вкрай низькі концентрації елементів в розчинах, виключають їх осадження на геохімічних бар'єри: безбарьерная міграція, далека міграція. Але у електрохімічних явищах в розчинах можливі й значні концентрації элементов.

Электрохимические процеси є з найважливіших чинників вивітрювання мінералів діелектриків, причому катиони виносяться у певному послідовності.

Биогенная миграция.

Образование живого речовини і розкладання органічних речовин утворюють єдиний біологічний круговорот атомів, що у біосфері протікає повсюдно, хоча у різні форми і з різною інтенсивністю. У ландшафті і верхніх горизонтах моря у процесі фотосинтезу утворюється живе речовина, відразу ж відбувається його мінералізація. Частина органічних речовин минерализуется в повному обсязі і відкладають у илах. Закон біологічного круговороту — одна з основних законів геохімії, що у біосфері в ході біологічного круговороту атоми поглинаються живим речовиною і заряджаються енергією, яку віддають на довкілля, залишаючи живе речовина. Головними носіями енергії є природні воды.

Не мінералізовані залишки органічного речовини перетворюються на осадові породи, зокрема поклади торфу, вугілля й інших горючих копалин. Загальна їх маса в багато разів більше маси живого речовини, а головне кількість органічного вуглецю укладено в вигляді невеликих домішок гумусовых і углистых речовин, крапель бітумів тощо. Головні перетворення органічні залишки перетерплюють у ґрунтах і илах під час енергійної роботи мікроорганізмів. Надалі відбувається повільніше їх зміна під впливом підземних вод і термокаталитическим шляхом при прогибании осадових товщ і зростання температури чи внаслідок радиолиза.

Геохимическое своєрідність биокосных систем визначається поєднанням биогенной, фізико-хімічної і механічної міграцій. У биокосных системах літосфери відбувається взаємодія гірських порід з природними водами в близьких термодинамічних умовах. Це визначає деякі загальні особливості фізико-хімічної міграції, яка складається з цих двох протилежних процесів: вивітрювання і цементації. Міграція елементів при выветривании, своєю чергою, складається з протилежних процесів: вилуговування з порід і мінералів водних і приєднання повітряних елементів. Для цементації найбільш характерними є акумуляція водних мігрантів на геохімічних бар'єри, зменшення пористости і підвищення об'ємної маси порід. Вивітрювання і цементація — різні боки єдиного процесу міграції: перший породжує другий.

В залежність від ведучого типу міграції виділяються три типу ландшафтов:

Абиогенный ландшафт, з фізико-хімічної і механічної миграцией;

Биогенный ландшафт — складна биокосная система, у яких грунт, кора вивітрювання, континентальні відкладення, грунтові і поверхневі води, організми, приземный шар атмосфери тісно між собою пов’язані міграцією атомів й утворюють єдине ціле; провідна роль належить биогенной миграции;

Техногенный ландшафт, всі типи міграції із головним значенням техногенної миграции.

Техногенная миграция.

В ноосферу відбувається грандіозне переміщення атомів, їх розсіювання і концентрація. Їй властиві механічна, фізико-хімічна, биогенная міграція, але вони визначають її своєрідність: головну роль грає техногенна міграція. Ноосферу характерно величезне прискорення міграції. Існує дві групи процесів техногенеза. Перша група процесів успадкована від біосфери, до неї належать біологічний круговорот, круговорот води, розсіювання елементів при відпрацюванні родовищ, розпорошення речовини й багато іншого. Техногенна міграція другої групи перебуває у різкому суперечності з природними умовами.

Перельман А.І. Геохімія. — М.: Вищу школу, 1989.

Геохимические міграції. — М.: Просвітництво, 1987.

Голубев І.А. Гетерогенні процеси… М. 1990.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використано матеріали із російського сайту internet.