1.5 Механическая миграция (механогенез)

Область механогенеза ещё ждёт геохимика

для своего исследования, как область

геохимического влияния силы тяжести.

А.Е. Ферсман.

Механическая миграция (механогенез) обусловлена работой рек, течений, ветра, ледников, вулканов, тектонических сил и других факторов, детально изучаемых в динамической геологии, гео­морфологии, вулканологии, океанологии, тектонике и других науках о Земле. Существует и специфический геохимический аспект вопроса.

Основные особенности механогенеза.

а) Понятие механoгенеза.

Характерное явление механогенеза – раздробление горных пород и минералов, ведущее к увеличению их дисперсности, растворимости, развитию сорбции и других поверхностных явлений.

При диспергировании резко увеличивается суммарная поверхность частиц, а, следовательно, и их поверхностная энергия. Так, при раз­дроблении песчинки кубической формы, объёмом 1 мм³, с суммарной поверхностью 6 мм² до коллоидных размеров число частиц возрастает до 10¹², а их суммарная поверхность – до 6∙10⁴ мм², т. е. в 60000 раз. Подобные процессы происходят за счёт солнечной энергии, поэ­тому их наряду с фотосинтезом считают могучим аккуму­лятором солнечной энергии.

При диспергировании повышается растворимость минералов. Например, при уменьшении кристаллов гипса от 0,5 до 0,1 мк их раст­воримость увеличивается с 4 до 12%, сульфата бария – до 80%. Диспергирование сопровождается также разложением многих минера­лов: при истирании сульфиды частично разлагаются на металл и серу, гидратные минералы выделяют воду и т. д., т.е. становятся возмож­ными термодинамически невыгодные реакции. Роль таких механохимических явлений изучена в земной коре ещё слабо.

При механогенезе тяжёлые минералы ведут себя как частицы бо­лее крупного размера. Поэтому важным фактором механогенеза служит плотность минералов, которая колеблется значительно: от 7,8-19,8 г/см³ у самородных металлов, до 1,60-3,18 г/см³ у хлоридов и фторидов.

Механическое перемещение минералов зависит также от их твёрдости и податливости к выветриванию. Циркон, алмаз, монацит и другие твёрдые минералы, трудно поддающиеся истиранию при вод­ном переносе, хорошо сохраняются в осадках. Наоборот, молибденит и другие минералы низкой твёрдости легко истираются.

б) Механическая денудация.

Её показателем служит годовой расход взвешенных частиц в данном створе реки в т/км² площади бассейна. Различают механичес­кую и химическую денудацию. Химическая денудация – это годовой расход растворённых веществ. Механическая денудация зависит от климата, геологического строения и рельефа: она минимальна на гумидных лесных равнинах, где преобладает химическая денудация.

В горах с широким распространением рыхлых отложений механи­ческая денудация увеличивается в сотни раз, превышая 1000 т/км².

Отношение среднегодовой минерализации воды к среднегодовой мутности даёт представление о соотношении химической и механичес­кой денудации. В современную геологическую эпоху в целом механи­ческая денудация преобладает над химической. Если измерять дену­дацию ежегодным снижением поверхности, то для бывшего СССР в сред­нем оно равно 27 мкм, из которых только 7 мкм приходится на хими­ческую денудацию. Суммарное снижение поверхности суши за счёт хи­мической и механической денудации 90 мкм/год.

В истории отдельных элементов механическая миграция играет различную роль: она значительна для Si, Ti, Zr, Hf и мала для Ni, Co, Mg, Cl, Na и т. д.

Таблица 7. Механическая денудация (P_M, т/км²) в различных ландшафтах

	Геологическое строение и рельеф
Типы ландшафтов	Равнины (низменности и возвышенности)	Горные районы
		Сложенные легко размываемыми рыхлыми отложениями	Сложенные скальными породами
Влажные тропики и субтропики	Амазонка – 60 Ориноко – 47 Конго (Заир) – 18	Иравади – 850	Риони – 633
Лесные ландшафты без мерзлоты (широколиственные леса и тайга)	Северная Двина – 14 Западная Двина – 6 Нева – 3,9 Днепр – 5	Терек – 600 Рона – 320 По – 240
Мерзлотная тайга и тундра	Колыма – 7,0 Обь – 6,0		Юкон – 103
Степи, саванны, пустыни	Нил – 31 Дон – 18,3	Вахш – 1850 Ганг – 1040	Чирчик – 120

в) Эоловые процессы.

Выделяют три вида переноса веществ в атмосфере: стратоферный (на высотах 15 – 60 км частицы могут многократно огибать земной шар), тропосферный (на высотах до 8 – 12 км частицы могут мигри­ровать на сотни и тысячи км), локальный (миграция на десятки и сотни км).

Песок, пыль, соли поступают в атмосферу преимущественно за счёт развевания слабозакреплённых песков, глинистых и лёссовых равнин, солончаков и т. д. Часть солей поступает с акваторий солё­ных озёр и морей.

Эоловые процессы протекали во все геологические периоды Зем­ли, их роль была особенно велика в ледниковые эпохи с их сухим и холодным климатом, сильными ветрами.

При вулканических извержениях в атмосферу поступают многие кубические км пепла, состоящего из частиц лавы. В 1883 году при извержении вулкана Кракатау в Зондском проливе в атмосферу было выброшено около 18 км³ рыхлого материала. Облако пепла поднялось в стратосферу. Пыль и пепел распределились на площади 82700 км², мельчайшая пыль достигла Европы.

При ударе метеоритов о земную поверхность происходит запыление атмосферы метеоритным веществом. С этим связывают глобальные аномалии платиноидов в отложениях на границе мела и палеогена и другие явления.

Системы механогенеза.

Механическая дифференциация.

Механогенез определяет специфику геохимии некоторых систем.

Глинистые фракции почв и пород по сравнению с песчаными обычно содержат больше Fe, Al, Mn, Mg, K, V, Cr, Ni, Co, Cu и меньше SiO₂. Это объясняется тем, что в процессе выветрива­ния соединения Fe, Al, Mg и K образуют глинистые минералы, ко­торые сорбируют V, Cr, Ni, Co, Cu, Zn и другие элементы.

Есть данные, полученные на основе сравнения кларков, отражаю­щие основные закономерности. Так, очень высокие коэффициенты концентрации (Кк) для Co и Ni (63 и 34) можно объяснить их пре­обладанием в ультраосновных и основных породах, легко поддающихся выветриванию с образованием глин, а также способностью данных ме­таллов сорбироваться глинами.

Высокие Кк для U (8,2) объясняются его связью с органичес­ким веществом, тяготеющим к глинам, а также сорбцией. K, Al – ос­новные элементы глин. Низкий Кк Si (0,5) связан с аккумуляцией кварца в песчаной фракции. За счёт денудации одного комплекса ко­ренных пород (например, гранитоидов) в результате механической дифференциации образуются отложения различного химического состава.

Вопросы для самостоятельной работы.

К 1.1

1. Почему геохимия как самостоятельная отрасль знания возник­ла только в XX веке?

2. Какие вопросы решает прикладная геохимия?

К 1.2

1. С чем связано образование Земли? Какие вам известны гипотезы?

2. Дайте определение понятию «кларк».

3. Назовите пять самых распространённых химических элементов в земной коре и пять наиболее редких.

4. Чем «разные рассеянные элементы» отличаются от «разных эле­ментов». Приведите примеры тех и других.

5. Что мешает установить точные величины кларков земной коры?

6. Как А.Е. Ферсман установил понятие о дефицитных и избыточ­ных элементах?

7. Какова связь кларков элементов со строением их атомов?

8. На чём основаны гипотезы о кларках мантии и ядра Земли?

9. Охарактеризуйте геохимические классификации элементов В.И. Вернадского и В.М. Гольдшмидта.

10. Как произошло образование геосфер?

11. Каков предположительно состав первоначальной атмосферы?

12. За счёт чего происходило накопление кислорода в первичной атмосфере Земли?

13. Когда сформировался современный состав атмосферы?

14. Как возникла жизнь с точки зрения синергетики?

К 1.3

1. Что общего и каковы различия геохимии Земли и Луны?

2. Что известно по геохимии Венеры и Маиса, астероидов, внеш­них планет солнечной системы и их спутников?

3. Чем отличаются кларки космоса от кларков Земли и почему?

К 1.4

1. В чём состоит основной химический закон В.М. Гольдшмидта?

2. Каковы главные формы нахождения элементов в земной коре?

3. В чём различия нормального и логнормального закона распре­деления химических элементов?

4. Какие химические элементы относятся к ведущим?

5. Охарактеризуйте понятия о парагенезисе минералов и элементов.

К 1.5

1. От чего зависит величина механической денудации, как она измеряется?

2. Каково геохимическое значение эоловых процессов?

3. Каков геохимический эффект механической дифференциации?