3. Геохимические барьеры

Осаждение элементов с образованием их концентраций, в том числе промышленных, происходит на так называемых геохимических барьерах. Геохимическими барьерами называются такие участки про-странства, где происходит резкое изменение интенсивности миграции элементов, концентрирование одних из них и удаление других. Селек-тивность геохимического барьера в отношении конкретных элементов определяется специфическим сочетанием механических, химических, биологических, геологических и других условий. Выделяются следую-щие типы геохимических барьеров:

1. механические (водные, эоловые, гравитационные);

2. физико-химические;

3. биохимические (почвенные, биолитовые, раститель-ные, живых организмов);

4. техногенные.

Наиболее многообразны физико-химические барьеры, среди кото-рых выделяются 7 основных видов:

A – кислородный;

B – сульфидный;

С – глеевый;

D – щелочной;

Е – кислый;

F – испарительный;

G – сорбционный.

Кислородный, или окислительный барьер заключается в окислении более растворимых восстановленных соединений в менее растворимые окисленные. Формируется на участках резкой смены восстановительной среды на окислительную. В частности, таким барьером является уро-вень грунтовых вод, выше которого воды и почвы насыщены кислоро-дом, а ниже – недосыщены.

Сульфидный, или сероводородной барьер основан на образовании труднорастворимых сульфидов многих элементов-комплексообразователей и анионогенных элементов (Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, Mo, As, Sb). Условия действия этого барьера создаются в зонах сульфат-редукции, а также при подтоке сульфидных вод. В гиперген-ных условиях барьер формируется в тех зонах ландшафта, где кислые или глеевые воды контактируют с сероводородной средой. 14

Глеевые геохимические барьеры связаны с площадями, где кислые воды встречаются с восстановительной глеевой средой. Глеевая обста-новка развивается в различных переувлажнѐнных, заболоченных и бо-лотных почвах, в горизонтах с затруднѐнным доступом или без доступа кислорода. Оглеение включает в себя сложный комплекс биохимиче-ских процессов, в результате которых происходит восстановление ми-неральных и органических веществ с образованием легкоподвижных форм закиси Fe, Mn, Al, переход гуминовых кислот в легкорастворимые фульвокислоты и подкисление реакции почвы, разрушение алюмосили-катов с образованием глинистых минералов, богатых двухвалентным железом. На глеевом барьере теряется кислород, но в воздухе много CO2 и CH4. То есть, это восстановительная обстановка, но без сероводо-рода. На этих барьерах накапливаются в труднорастворимой форме V, Se, Cu, U.

Щелочные барьеры возникают там, где наблюдается резкий скачок величины pH и смены кислой и слабокислой среды на щелочную. При этом многие элементы, мигрирующие в виде комплексов (Be2+, Hg2+, Cr3+, Fe3+, Mn3+, Cu2+), переходят полностью или частично в твердую фазу в виде гидроксидов (например, BeF+ +2OH- = Be(OH)2 + F-). Осо-бенно контрастные барьеры образуются на контакте карбонатных и си-ликатных пород. В гипергенных условиях, на площадях, где под мало-мощным слоем суглинков залегают известняки, формируются горизон-ты, обогащенные труднорастворимыми карбонатами катионогенных элементов и элементов-комплексообразователей (Fe, Ca, Mg, Mn, Ba, Sr, V, Zn, Cu, Co, Pb, Cd).

Такие же барьеры образуются в известняках и в зоне окисления сульфидных руд.

Кислые геохимические барьеры сопровождают зоны ландшафта с резким изменением условий от щелочных к кислым, от сильнощелоч-ных к слабощелочным, от сильнокислых к слабокислым. На кислых барьерах осаждаются As, Mo, Se. Наличие этих барьеров характерно для зон окисления серных и сульфидных руд, где создается сернокислая среда, для лугово-болотных почв с избытком влаги, разложением орга-нических остатков и накоплением органических кислот.

Испарительные барьеры характерны для аридных ландшафтов. Интенсивное испарение грунтовых вод приводит к засолению почв, что служит барьером для ряда химических элементов (Ca, Mg, K, Na, F, S, Sr, Cl, Zn и др.).

Сорбционные геохимические барьеры формируются за счет погло-щения веществ тонкодисперсными гуминовыми соединениями и глини-стыми минералами, несущими отрицательный заряд и сорбирующими 15

Ni, Co, Cu, Zn, Hg, Ba, Li, Be, Cd, Pb, Tl и другие металлы. Очень эффек-тивными сорбентами являются также свежеосажденные гидроксиды Fe, Mn, Al, которые в кислой среде интенсивно соосаждают W, As, Se, Mo, Cr, Sb, а в щелочной – Ba, Sr, Zn, Cu, Pb. Во влажных тропиках, где раз-виты коры выветривания и почвы с положительно заряженными кол-лоидами, гидроксиды железа и алюминия сорбируют Cl, S, P, V, As, Cr, Mo.

В природных условиях перечисленные геохимические барьеры в изолированном виде существуют редко. Как правило, мы имеем дело с сочетанием нескольких их типов, при ведущей роли одного-двух. По масштабам процессов барьеры делятся на локальные и ландшафтные, по направлению барьерного процесса - на одно- и двухстороннего дейст-вия. Различные сочетания химизма растворов и типов барьеров опреде-ляют многообразие возможных вариантов концентрирования вещества. В табл. 1 приведены ассоциации химических элементов, концентри-рующихся на геохимических барьерах при различных физико-химических обстановках.