Основи геохімії систем. Геохімія екзогенних систем і процесів

1. Понятие гипергенеза и его отличие от других процессов.

2. Физико-химические, биогенные и механические процессы гипергенеза.

3. Выветривание различных типов горных пород.

4. Зона окисления рудных (сульфидных) месторождений.

1. Понятие гипергенеза и его отличие от других процессов

Гипергенез – изменение горной породы, происходящее на поверхности Земли. В отличие от других геологических процессов, протекающих в глубинах Земли, область гипергенеза охватывает первые десятки и сотни метров земной коры. Эти процессы происходят в незначительном температурном интервале и незначительных давлениях, при высокой концентрации кислорода, углекислоты и воды.

Характерные черты гипергенеза: 1. внешний источник энергии – солнечные лучи. Энергия солнечных лучей определяет температуры в зоне гипергенеза, создает движение атмосферы и гидросферы, обусловливает органическую жизнь и др., т.е. в конечном счете направляет миграцию элементов в этой зоне. 2. Характерен новый мощный фактор – процессы жизнедеятельности живых организмов, в том числе и деятельность человека. Среди основных факторов гипергенеза выделяют:

- температура (процессы гипергенеза происходят в температурном интервале от -75^оС до +85^оС);

- давление (изменяется от 1 атм. – 25 атм. до 6000 атм. в наиболее глубоких частях океана);

- концентрация водородных ионов (рН). Величина рН изменяется от 1 (для сильнокислотных растворов) до 12 (для резкощелочных вод), обычно для природных растворов – 4-9. Отдельные соединения (например, гидроксиды) выпадают из растворов при строго определенной величине рН. Т.о., зная кислотность среды, можно предсказать, какие соединения будут из нее выпадать, какие останутся в растворе и наоборот.

- кислородный потенциал (Еh). Основную роль свободный кислород играет в процессах окисления, при которых элементы могут менять свою валентность, некислородные соединения переходят в кислородные. Кислородный потенциал оказывает большое влияние также на последовательность осаждения тех или иных соединений из растворов. В условиях низкого кислородного потенциала железо будет находиться в закисной форме (окисное – Fe³⁺, закисное Fe²⁺) и будет легко мигрировать в растворах, при высоком кислородном потенциале оно перейдет в окисную форму, т.е. будет менее подвижным и выпадать в твердую фазу. Таким образом, в результате окислительного действия кислорода, на земной поверхности из водных растворов ежегодно отлагаются громадные массы железа и марганца.

- коллоидная составляющая вещества (величина частиц до 100 мкм). Коллоидные растворы могут образовываться 2 путями:

1. дисперсионный (способ распыления) – когда кристаллическое вещество подвергается механическому раздроблению, в этом случае коллоидальные частицы можно рассматривать как мельчайшие обломки кристаллов. Этот способ широко распространен в зоне гипергенеза, проявляясь, например, в механическом истирании горных пород и минералов с образованием иловатых частиц;

2. конденсационный способ – заключается в соединении молекулярных частиц до размеров коллоидальных, здесь коллоидальные частицы выступают перед нами как зародыши кристаллов. Этот способ осуществляется в результате самых различных химических реакций, в том числе особенно реакций окисления, восстановления, гидролиза и обменного разложения. Особой склонностью к образованию коллоидальных частиц отличаются вещества с большими комплексными и сложными молекулами. Осаждение коллоидов из растворов происходит от смешения коллоидов различных зарядов, повышения температцры, изменения концентрации. Выпавшие из коллоидных растворов гели со временем теряют воду и могут перейти в скрытокристаллические агрегаты (халцедон, оксиды и гидроксиды марганца и железа и др.);

- организмы и продукты их жизнедеятельности.

Ферсман разделил процессы гипергенеза на следующие типы:

1. собственно гипергенез – изменение кристаллических горных пород и рудных месторождений (выветривание горных пород, зоны окисления сульфидных месторождений и др.).

2. педогенез – почвообразование – совокупность химических, биохимических, минералогических и физических процессов, приводящих к образованию на земной поверхности почвы (граница лито- и атмосферы).

3. сингенез – накопление осадков в водных бассейнах, морях, озерах и др. (илы).

4. диагенез – минералогические, геохимические изменения осадка в условиях его образования (уплотнение осадка и формирование горной породы).

5. катагенез – геохимические минералогические процессы, происходящие на границе разнородных минеральных комплексов, формаций, свит и т.д. (обмен между разнородными твердыми оболочками).

6. галогенез – осаждение солей из солевых растворов, рассолов в природных условиях.

7. гидрогенез – совокупность геохимических и минералогических превращений, вызываемых проникновением водных растворов в литосферу по трещинам и жилам – образование пещер, карста.

8. механогенез – совокупность геохимических процессов, накоплений минералов как результата механического обогащения в природных условиях (образование россыпей).

9. биогенез – совокупность геохимических процессов, вызываемых живым веществом, образование биолитов – продуктов биогеохимических реакций в земной коре.

10. техногенез – совокупность геохимических процессов, вызываемых деятельностью человека.

Например, роль катагенеза в истории элементов меньше, чем роль галогенеза или биогенеза. Неодинакова роль типов и по отношению к различным элементам. Для натрия, магния, хлора особое значение имеет галогенез, для углерода, кальция, фосфора, калия, азота – биогенез.