2. Виды и типы миграции химических элементов

4 основных вида миграции химических элементов: механическая; физико-химическая, биогенная, техногенная.

Механическая миграция (механогенез) – механическое перемещение химических элементов без изменения форм их нахождения (перемещающиеся обломки минералов в водах, газы атмосферы и др.).

Физико-химическая миграция – перемещение элементов и сопровождающие их химические реакции для таких форм нахождения химических элементов, как водные растворы, газовые смеси. К ней же отнесены диффузия, процессы радиоактивного распада, явление изоморфизма, процессы сорбции.

Биогенная миграция – объединяет всю миграцию химических элементов, связанную с жизнедеятельностью организмов (растительных и животных).

Техногенная миграция – вызвана деятельностью людей. Ее роль непрерывно возрастает, и во многом она контролирует поведение химических элементов в биосфере.

В экологической геохимии особое внимание уделяется непосредственно формам нахождения мигрирующих элементов, так как часто от этого зависит, доступны ли эти химические элементы организмам.

Связывая перемещение элементов с формами их нахождения, выделяется 3 основных типа миграции:

1. Первый тип миграции – представляет собой изменение формы нахождения элементов без их значительного перемещения, например переход элемента из минеральной формы в водные растворы.

2. Второй тип миграции – перемещение элемента без изменения формы его нахождения (перемещение аэрозолей в атмосфере, обломков минералов в поверхностных водах при их движении и др.).

3. Третий тип миграции – объединяет два предыдущих и состоит в перемещении элементов с изменением форм их нахождения (перемещение элементов в подземных водах, растворяющих минералы на месторождениях, переход из минеральной формы в биогенную при мощном чехле рыхлых отложений и др.). Этот тип преобладает в биосфере.

3. Факторы миграции, внутренние факторы

Миграция приводит либо к концентрации элементов, либо к их рассеянию. Эти процессы зависят от многих факторов, которые А.Е.Ферсман разделил на внутренние и внешние.

Внутренние – это свойства химических элементов, определяемые строением атомов, их способность давать летучие или растворимые соединения, осаждаться из растворов и расплавов и др.

Внешние – параметры обстановки миграции – температура, давление, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия и др.

Внутренние факторы:

1. Гравитационные свойства элементов – связаны с атомной массой элемента, т.е. дифференциация вещества или элементов происходит по атомным массам как на земле, так и в космосе (образование россыпей золота, концентрация хрома и платины в придонных частях месторождений и др.).

2. Химические факторы. Для того чтобы элементы и соединения хорошо мигрировали, они должны быть растворимыми и устойчивыми, т.е. при данных условиях не иметь возможности вступать в химические реакции. Таким условиям удовлетворяют комплексные соединения, которые играют главную роль в миграции элементов.

3. Электростатические (кристаллизационные) свойства:

- потенциал ионизации – энергия, которую необходимо приложить, чтобы нейтральный атом превратить в ион. Атомы с близкими потенциалами ионизации имеют сходную миграционную способность (K, Na, Li, Rb и др.). Ионы с большими значениями ЭК раньше выпадают из растворов и первыми образуют соединения.

- радиусы атомов или ионов – если радиусы близки, то миграционная способность ионов и атомов также близка, но при условии, если остальные факторы равны. При свободной миграции с увеличением радиуса дальность миграции возрастает, а при диффузии – уменьшается.

- кристаллические решетки – атомы и ионы, образующие кристаллические решетки одного типа имеют близкую миграционную способность.

Располагая ионы по мере увеличения размеров их радиусов и по мере уменьшения их ЭК, получим схематический ряд последовательности отложения элементов, мигрирующий в виде свободных ионов: Ni(3+)-Cr(6+)-Cr(3+)-Co(3+)-W(6+)-Sn(4+)-Mo(4+)-Fe(3+)-As(3+)-Bi(3+)-Ni(2+)-Mg(2+)-Co(2+)-Fe(2+)-Cu(2+)-Zn(2+)-Cd(2+)-Pb(2+)-Hg(2+)-Cu(+)-Ag(+)…J(-)

4. Радиоактивные свойства – заключаются в непрерывном уменьшение количества радиоактивных элементов при их распаде и образовании новых элементов с иными физическими свойствами (в т.ч. и особенностями миграции).

5. Cвойства связи – обуславливают способность химических элементов или соединений противостоять силам, разобщающим атом, ион или молекулу. Чем ярче эти связи выражены, тем устойчивее минералы и тем позже проявятся собственные миграционные особенности каждого из элементов, входящих в рассматриваемые соединения. Свойства связи определяют температуру кипения (летучесть) и температуру плавления.

А.А.Сауков все элементы разделил по термическим свойствам на 6 групп:

1. летучие, легко мигрирующие газы (He, Ar, O и др.) с низкими температурами перехода из одной фазы в другую;

2. подвижные металлоиды (P, Cl, F, S, J), образующие легколетучие соединения с другими элементами;

3. щелочные и щелочно-земельные металлы с труднолетучими оксидами и соединениями галогенов;

4. летучие металлы (Hg, In, Tl, Bi);

5. обычные металлы (Fe, Pb, Co, Ni и др.), нелетучие в условиях земной коры, но иногда образующие довольно легколетучие соединения с металлоидами;

6. труднолетучие в свободном состоянии, но дающие некоторые летучие соединения (группа W, Pt).

Рассмотренная связь миграционных свойств химических элементов с температурами может использоваться при изучении не только природных, но и техногенных процессов (например, при прогнозе изменений в окружающей среде еще на стадии планирования промышленных предприятий).

Ряд химических элементов по температуре кипения (по Ферсману):

Pt, W, Ti, Mo, Fe… 4000^oC

Si, Cu, Sn…3000^oC

Ag, Mn…2000^oC

Pb, Ga…1500^oC

Te, Ba… 1200^oC

Sr, Zn. K…900^oC

As, S…600^oC

Hg, P, J…350^oC

Br…60^oC

Для элементов с температурой кипения менее 400^оС летучесть является главным фактором миграции. Заметно влияние летучести для элементов с температурой кипения до 600^оС. Повышенной летучестью обладают галоидные соединения и ртуть.

ЛЕКЦИЯ № 9