Геохимические барьеры

Под геохимическими барьерами обычно понимаются участки земной коры, где на коротком расстоянии происходит резкое снижение миграционной способности химических элементов, ведущее к их накоплению. Применительно к поверхности Земли нередко говорят о ландшафтно-геохимических барьерах. В геологическую литературу термин введен А.И. Перельманом в 1961 г.

Итак, зоны резкого уменьшения миграционной способности каких-либо химических элементов сопровождаются их осаждением из раствора и концентрации. Большая часть промышленных месторождений образовалась на древних или современных геохимических барьерах. В зависимости от факторов рудоотложения различают: физико-химические, механические, биогеохимические барьеры.

В общем случае геохимические барьеры оказываются приуроченными к узким пограничным зонам, в которых контактируют две существенно различающиеся по условиям миграции химических элементов геохимические обстановки. Геохимические барьеры по своему смыслу возникают и «работают» только тогда, когда через них осуществляется перенос химических элементов, который в зоне барьера оказывается резко затрудненным. Контакты геохимических обстановок, через которые не осуществлялся перенос вещества, можно представить себе как потенциальные геохимические барьеры, для реализации которых не возникло минимально необходимых условий.

Среди геохимических барьеров по масштабам проявления А.И. Перельман различает макро-, мезо- и микробарьеры. Примером макробарьеров могут быть зоны смешения пресных речных и соленых морских вод в речных эстуариях и в придельтовой зоне морских бассейнов, имеющие ширину до сотен и тысяч метров и являющиеся зонами осаждения многих поступающих с континента компонентов как в виде механической взвеси, так и в растворенном состоянии. В результате слипания коллоидных частиц здесь формируются выраженные зоны выпадения органических соединений, глинистых частиц и многих микроэлементов. Не менее грандиозные области геохимического противоречия возникают в зонах апвеллинга местах смешения холодных и более богатых СО₂ и некоторыми химическими элементами глубинных восходящих океанических вод с более теплыми и бедными СО₂ прибрежными водами.

К мезобарьерам А.И. Перельмаи относит, например, краевые части болот, где от выщелоченных на водоразделах и склонах химических элементов «разгружаются» стекающие с них поверхностные и грунтовые воды.

Примером микробарьера может быть отложения гидроксидов железа на месте выхода на поверхность родниковых вод, обогащенных двухвалентным железом.

Эффективность барьера. Осаждение химических элементов на геохимическом барьере в основном вызвано изменением геохимических показателей, таких как температура, давление, pH и Eh среды, обусловленное различием в химическом составе и физических, физико-химических свойствах пород до (m₁) и после барьера (m₂).

Рис. 1. Принципиальная схема геохимического барьера: I — протяженность барьера в направление миграции; m₁ и m₂ - геохимические параметры среды до барьера и после него

Эффективность функционирования геохимиче­ского барьера связана с такими его характеристика­ми как градиент и контрастность.

Градиент барьера G понимается как скорость нарастания изменений параметров среды в направ­лении миграционного потока:

Контрастность барьера S характеризуется отношением величин геохимических показателей в направлении миграционного потока до барьера и после него:

Эффективность работы барьера увеличивается с ростом его градиента и контрастности. Масштабы накопления в значительной степени связаны с протяженностью барьера как в направлении миграционного потока, так и вдоль фронта барьера.

По стабильности своего положения в пространстве геохимические барьеры могут быть, по меньшей мере, двух типов: неподвижные и подвижные.

Неподвижный барьер имеет фиксированное положение в пространстве зон различных по одному или нескольким характеристикам геохимических сред. Проходя через барьер, поток теряет те или иные химические элементы, которые осаждаются в определенных зонах за барьером.

Подвижный барьер возникает тогда, когда происходит изменение самой среды в результате движения потока и процесса осаждения. Например, породы имеют восстановительную обстановку, а фильтрационный поток окислительную. Поток будет окислять породы и граница барьера будет смещаться в направлении восстановительной среды. В соответствии с этим направлением будет перемещаться положение геохимического барьера. При этом, неподвижные при восстановительных условиях вещества (Fe, UO₂) приобретают подвижность и попадают во фронт потока и перемещаются, попадая опять в восстановительную среду, где и осаждаются. Происходит «наступление» окислительной обстановки, что вызывает растворение одних веществ, их перенос в область отложения к переднему краю (фронту) барьера и в тоже время отложение с ними электрохимически связанных других веществ.

Потенциальный барьер – барьер m₁ и m₂ контрастно различаются, но поток вещества через барьер отсутствует.

Чаще всего на геохимическом барьере происходит осаждение и накопление нескольких элементов (минералов). Причем, области осаждения сдвинуты так, что возникает эпигенетическая зональность их отложения. Например, для рассмотренного выше примера накопления на подвижном барьере урана характерно формирование зональности вида (от тыла к фронту) селен —уран —молибден.

А.И. Перельман различал два типа геохимических барьеров: природные и техногенные. По способу образования среди тех и других он выделял по три класса барьеров: механические, физико-химические и биогеохимические. Наиболее простыми среди них являются механические, наиболее сложными биогеохимические.

Лекция 8