3. Геохимические барьеры.

Геохимические барьеры (1961, Перельман) – те участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их осаждение. Выделяют макро-, мезо- и микробарьеры. К макробарьерам относятся геохимические барьеры шириной до первых километров и длиной тысячи километров (современные и древние зоны смешивания пресных речных вод с солеными морскими). Протяженность мезобарьеров доходит до десятков км при ширине до сотен метров (краевые зоны болот, где отлагаются многие элементы, сносимые с водоразделов). Размеры микробарьеров изменяются от нескольких мм до первых метров (рудные прожилки, родники). Иногда к одному и тому же барьеру поступают химические элементы (соединения) из разных миграционных потоков – многосторонние барьеры.

Главная особенность барьера – резкое изменение условий и концентрация элементов. Это зона, где одна геохимическая обстановка сменяется другой. На геохимических барьерах образуются рудные тела большинства месторождений, поэтому оно важно для разработки методики геохимических поисков. В земной коре происходит совмещение и комплексирование различных геохимических процессов, в связи с чем выделяются:

• комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических процессов;

• двусторонние барьеры, которые формируются при движении различных элементов к барьеру с разных сторон, происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов;

• латеральные барьеры, образующиеся при движении вод в субгоризонтальном направлении (на границе фаций, на границе почв и подстилающих их горных пород);

• радиальные (вертикальные) барьеры, формирующиеся при вертикальной или слабонаклонной миграции растворов в зонах разломов, корах выветривания и др.

В основу классификации геохимических барьеров положены различия в миграции. Выделяются 2 основных типа барьеров – природные и техногенные.

Природные делятся на 3 класса:

1. механические – участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции, к ним приурочены различные продукты механической дифференциации осадков;

2. физико-химические - образуются в местах резкого уменьшения интенсивности физико-химической миграции. Они возникают в местах изменения температуры, давления, окислительно-восстановительных, щелочно-кислотных и других условий;

3. биогеохимические – обязаны уменьшению интенсивности биогенной миграции (угольные залежи, торф, концентрации элементов в телах организмов и др.).

Изменение геохимических показателей m (T, P, Eh, pH и других) в направлении миграции химических элементов называется градиентом барьера G.

G=m₁-m₂/l, где m₁ – значение данного геохимического показателя до барьера (рН, З, температура, количество растворенного в воде кислорода и др.); m₂ – после барьера; l – ширина барьера.

Величина градиента барьера может быть выражена в град./м; рН/м и др.

Контрастность барьера (S) – характеризуется отношением величины геохимических показателей в направлении миграции до и после барьера: S=m₁/m₂

Интенсивность накопления элемента (например, рудообразования) увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера.

Физико-химические барьеры

1. При резком понижении величины Eh (окислительно-восстановительный потенциал, измеряемый в вольтах) возникают восстановительные геохимические барьеры. Если на таких барьерах осаждение химических элементов происходит с участием сероводорода (в виде газа или водного раствора), то барьер называется сероводородным. В зонах сероводородного заражения происходит реакция взаимодействия сероводорода с растворенными солями и металлами в самородном состоянии, вызывая осаждение их из растворов, в результате чего образуются труднорастворимые сульфиды. Сероводородный барьер является одним из основных барьеров, на которых формируются разные месторождения, т.е. участки с аномально высокими концентрациями и большими запасами свинца, цинка, меди, серебра, ртути, мышьяка, молибдена, сурьмы, висмута, никеля. Сероводородная восстановительная обстановка характеризуется запахом сероводорода, цвет пород – черный, серый, реже – зеленый.

2. Широко распространены в биосфере кислородные (окислительные) геохимические барьеры. Такие барьеры образуются каждый раз, когда миграционные потоки с бескислородными водами (глеевыми или сероводородными) попадают в зоны со свободным кислородом. Так как такими зонами являются практически вся атмосфера и верхние горизонты большинства поверхностных вод, то формирование кислородных барьеров на земной поверхности лимитируется, в основном, наличием миграционного потока бескислородных вод.

Окислительный барьер может также возникнуть при смене резковосстановительных условий слабовосстановительными и слабоокислительных – резкоокислительными. В этих случаях резко увеличивается значение Eh.

Окислительная (кислородная) обстановка способствует накоплению катионогенных элементов переменной валентности (осаждаются железо и марганец, реже – совместно с ними – кобальт) и увеличению растворимости анионогенных элементов (V, Mo, Se, S, U, Re).

3. Глеевые барьеры – возникают в тех случаях, когда на участки с восстановительной бессероводородной обстановкой попадает поток кислородных или глеевых вод (понижается величина Eh). Глеевые условия обычно возникают на участках разложения органических веществ без доступа кислорода или при его недостаточном поступлении, а также в зонах поступления водорода по разломам из глубинных слоев. Показателями глеевой обстановки может служить наличие углеводорода (чаще всего метана), а в водных потоках, кроме того, растворенных органических соединений, водорода, железа (II). Горные породы глеевой обстановки имеют белую, серую и зеленую окраски. При переходе железа (2) в железо (3) окраска резко меняется, становясь ржаво-бурой.

4. На участках, где кислая среда сменяется щелочной, слабощелочная – резкощелочной или сильнокислая – слабокислой, формируются щелочные барьеры (при резком скачкообразном увеличении значений рН). В этих условиях из водных растворов осаждаются многие минералы (карбонаты, гидроксиды, фосфаты, арсенаты, ванадаты).

5. Кислые барьеры – формируются в тех случаях, когда нейтральные и щелочные условия скачкообразно меняются на слабокислые и кислые, а также при довольно резкой смене слабокислой обстановки на сильнокислую (при резком уменьшении величины рН). На кислых барьерах чаще концентрируются анионогенные химические элементы, например, Si, Ge, Mo и др.

6. Испарительные барьеры – представляют собой участки, на которых увеличение концентрации химических элементов происходит в результате процессов испарения. Они наиболее распространены в регионах с засушливым климатом, но встречаются и в черноземных степях и даже лесостепях. Чаще всего встречаются испарительные барьеры, сформировавшиеся в условиях кислородной окислительной обстановки. Большой ущерб наносится в результате образования испарительных барьеров сельскохозяйственным угодьям (засоление).

7. Сорбционные барьеры – формируются на участках встречи водного или газового потока с сорбентами.

8. Термодинамические геохимические барьеры – образуются при резком изменении давления и температуры в конкретных геохимических системах.

Механические барьеры