1.6.Геохимические барьеры
Геохимическими барьерами называются участки биосферы, где на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрирование. На геохимических барьерах образуются рудные и безрудные аномалии.
Согласно современным представлениям, различают следующие геохимические барьеры в биосфере:
физико-химический;
механический;
биогеохимический;
техногенный (социальный).
Первые три типа геохимических барьеров существовали в биосфере до возникновения человеческой цивилизации. Последний, техногенный, появляется в результате целенаправленного воздействия человека на окружающую среду и его роль все возрастает.
Ф и з и к о - х и м и ч е с к и е барьеры - наиболее обширный тип геохимических барьеров, обусловлен изменением интенсивности миграционных потоков элементов в результате протекания различных физико-химических процессов в литосфере и гидросфере.
М е х а н и ч е с к и й барьер - участок резкого уменьшения интенсивности механической миграции химических элементов. На таких барьерах формируются золотые, платиновые, оловянные, монацитовые, алмазные и прочии россыпи. Такого типа барьеры образуются на путях распространения литохимических потоков рассеивания в результате уменьшения скорости и несущей способности потока и, как следствие, выпадения тяжелой фракции.
Б и о г е о х и м и ч е с к и й барьер связан с биогенным концентрированием химических элементов. Примером такого барьера является верхний гумусовый слой почвы, где концентрируются металлы в результате образования различных малорастворимых металлоорганических соединений. На биогеохимических барьерах образуются залежи горючих ископаемых (концентрируется углерод) - угля, торфа, нефти. С биогеохимическим барьером также связано образование залежей известняка, фосфоритов, селитры ( концентрируются углерод, кальций, азот, фосфор).
Т е х н о г е н н ы е геохимические барьеры связаны с деятельностью человека, приводящей к образованию техногенных потоков рассеивания химических элементов и их концентрированию в различных геосферах. Ярким примером является складирование и захоронение отходов, в которых содержание химических элементов в десятки и сотни раз превышает их кларковые в литосфере.
Геохимические барьеры могут существенно отличаться друг от друга не только концентрациями определенных элементов, но и величиной (размерами) самих барьеров.
По этому критерию А.И. Перельманом 4 были выделены макро-, мезо- и микробарьеры.
Макробарьеры имеют ширину до первых километров, а длину тысячи километров. Примером таких барьеров являются современные и древние зоны смешения речных и морских вод.
Мезобарьеры имеют протяженность до десятков километров при ширине до сотен метров. Их примером являются краевые зоны болот, где происходит концентрирование многих элементов, выносимых с водоразделов.
Размеры микробарьеров колеблются от нескольких миллиметров до нескольких метров. Примером таких барьеров являются выходы на поверхность грунтовых глеевых вод, из которых под действием кислорода воздуха отлагается гидроксид трехвалентного железа Fe(OH)3.
Понятие о геохимических барьерах относится к числу важнейших в геохимии. Их изучение началось сравнительно недавно (во второй половине 20-го века), многие особенности накопления на них химических элементов еще до конца не выяснены.
К числу важнейших количественных параметров геохимических барьеров относится градиент барьера (G) 4:
,
где m1, m2 – числовое выражение величины одного из показателей, характеризующих изменение геохимической обстановке на барьере, соответственно перед и за барьером.
L – мощность (ширина) барьера.
К числу показателей, характеризующих изменение геохимической обстановки могут относится значения рН, температуры, Eh, концентрация растворенного кислорода и т.д.
Другой характеристикой геохимического барьера является контрастность барьера (S) 4:
,
где Са – среднее содержание рассматриваемого элемента на геохимическом барьере;
Сф – фоновое содержание элемента в ландшафте (определенном типе горных пород, почв, осадков, вод и т.д.), аналогичном тому, в котором расположен данный геохимический барьер.
Обычно интенсивность накопления химических элементов усиливается с возрастанием градиента и контрастности геохимических барьеров.
Концентрация элементов на барьере (h) определяется по формуле:
,
где К – коэффициент, зависящий от «инертной» массы (почва, осадки, живое вещество и т.д.).
С1, С2 – соответственно, содержание рассматриваемого элемента в миграционном потоке до и после барьера;
а1, а2 – соответственно, общее содержание всех мигрирующих веществ до и после геохимического барьера.
Из приведенной формулы хорошо видно, что для концентрации какого-либо элемента основную роль играет избирательность геохимического барьера, а не высокая концентрация этого элемента в миграционном потоке. Если данный барьер, является избирательным по отношению к этому элементу, а другие элементы на барьере не осаждаются, то даже при низкой концентрации рассматриваемого элемента в миграционном потоке его концентрация на барьере может стать очень высокой (вплоть до образования рудных тел).