1.4.Геохимические аномалии

Преобладающая часть геохимического поля биосферы или ее объектов характеризуется относительно постоянными фоновыми содержаниями химических элементов, которые колеблются около определенного уровня С_ф , близкого к их кларкам.

Существенные отклонения в содержаниях тех или иных элементов от геохимического фона называются геохимическими аномалиями. 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.

Геохимические аномалии могут быть положительными (увеличенное содержаний элемента по сравнению с фоном) и отрицательными (понижение содержаний по сравнению с фоном).

По своему происхождению геохимические аномалии разделяются на природные и антропогенные геохимические аномалии. Возникновение последних прямо или косвенно связано с человеческой деятельностью. Среди антропогенных геохимических аномалий выделяют техногенные геохимические аномалии, происхождение которых связано с влиянием промышленности или технических средств на изменение химического состава природных объектов.

Математическое описание (математическая модель) геохимического поля любой конкретной территории или природного объекта осуществляется с помощью аппарата математической статистики.

При обработке данных химического анализа, которые представляют собой выборку случайных величин, характеризующих содержание химических элементов в точках опробования, определяют статистические параметры распределения случайных величин.

В зависимости от закона распределения случайной величины к таким параметрам относятся:

1. Среднее арифметическое концентраций химического элемента (при нормальном законе распределения) или среднее арифметическое логарифмов концентраций (при логнормальном законе распределения).

2. Среднеквадратическое отклонение концентрация (при нормальном законе распределения) или стандартное отклонение логарифмов концентраций (при логнормальном законе распределения).

При нормальном распределении случайной величины (закон нормального распределения Гаусса) наиболее вероятным значением служит среднее арифметическое , которое совпадает с модой (наиболее распространенным значением) и медианой (среднее значение в ранжированном ряде величин).

Расчет по формуле Гаусса показывает, что при нормальном распределении в пределах (S-среднеквадратическое отклонение) находится 99,7% значений случайной величины, т.е. можно быть уверенным, что из 1000 значений за этим пределом будет не более трех. Следова­тельно, если распределение элементов в системе подчиняется нормальному зако­ну, то с вероятностью 99,7% можно считать, что все значения в пределах будут относиться к данной совокупности, данной системе и различия между ними определяются случайными причинами.

Значения, отличные от будут отно­ситься к геохимическим аномалиям (Са), т.е. принадлежать уже к другой сово­купности, другой системе.

Для химических элементов критерием отнесения точки геохимического поля к геохимической аномалии является условие [ 4 ]:

Са > Сф + 3 S или Са < Сф - 3 S ,

где С_ф - фоновая концентрация элемента, определяемая как среднее арифметическое концентраций в точках опробования геохимического поля;

S - среднеквадратическое отклонение для точек опробования.

Природные и антропогенные геохимические аномалии связаны с концентрированным состоянием химических элементов. Это состояние следует рассматривать как временное, поскольку все основные процессы, протекающие в биосфере ведут к рассеиванию химических элементов.

Каждая геохимическая аномалия вслед за своим образованием подвергается воздействию внешних факторов, приводящих к перераспределению (миграции) слагающих ее компонентов. В результате происходит постепенное рассеивание и ликвидация сформировавшихся аномалий. Аналогично происходит и процесс рассеивания природных и техногенных месторождений.

Зона повышенных концентраций элементов первичной аномалии, характеризующаяся промежуточными значениями между их высокими содержаниями и низкими фоновыми значениями во вмещающих средах, носит название вторичного ореола рассеивания геохимической аномалии или месторождения.

Область повышенных содержаний компонентов аномалии, возникающая на путях твердого, жидкого или газообразного потока, характеризуемая дальнейшим убыванием аномальных концентраций компонентов, называется потоком рассеивания.

Первичные геохимические аномалии в соответствующих условиях способны образовывать литохимические, гидрохимические, биогеохимические и атмохимические ореолы и потоки рассеивания. Все эти геохимические аномалии вследствие всеобщей миграции химических элементов и непрерывного обмена между геосферами тесно взаимосвязаны (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5. Взаимосвязь и взаимообусловленность геохимических аномалий и потоков рассеивания

В результате растворения минералов при взаимодействии с подземными водами, атмосферными осадками, поверхностными водами формируются литохимические и гидрохимические потоки рассеивания, возникают гидрохимические аномалии. Эти гидрохимические аномалии и потоки рассеивания оказывают активное воздействие на первичную аномалию и на литохимические потоки рассеивания путем обменных химических реакций, соосаждения, сорбции или испарения. В свою очередь, гидрохимические аномалии определяют появление биогеохимических аномалий. В зоне геохимической аномалии растительность, в основном, аккумулирует повышенное содержание химических элементов из водных ореолов и потоков рассеивания аномалии. Поглощение растительностью химических элементов не является однонаправленным процессом. В результате естественного растительного опада и отмирания корневой системы с последующей их минерализацией элементы возвращаются в гидросферу в форме растворимых соединений или в литосферу в виде твердых минеральных остатков.

Способность растительности в процессе респирации влаги испарять в атмосферу легколетучие элементоорганические соединения дает в результате биогенную составляющую атмохимических аномалий. С атмосферными осадками эти газовые компоненты возвращаются в литосферу и гидросферу. Аналогичная цепь этих последовательных связей прослеживается и среди живых организмов.