Лекция № 4 Тема: миграция вещества

1. Закон Гольдшмидта. Внутренние и внешние факторы миграции.

2. Виды миграции химических элементов.

3. Типоморфные (ведущие) элементы, принцип подвижных компонентов.

1 Закон Гольдшмидта. Внутренние и внешние факторы миграции

Согласно этому закону кларки элементов зависят от строения атомного ядра, а их миграция – от наружных электронов, определяющих химические свойства элементов. Это глубокое обобщение нуждается в некоторых коррективах: кларки земной коры зависят не только от строения атомного ядра, но и от химических свойств (строения электронных оболочек), т.к. сама кора является продуктом миграции – выплавления базальтов из мантии и других процессов. Все же важнейшие закономерности кларков, как показано в 1-й главе, зависят от строения атомных ядер (кислорода много, золота мало и т.д.). С другой стороны, и миграция элементов зависит не только от химических свойств, но и от кларков, которые во многом определяют содержание элементов в растворах и расплавах, их способность к осаждению, минералообразованию и т.д. Поэтому миграция элемента определяется как его химическими свойствами, так и величиной кларка.

К внутренним факторам миграции А. Е. Ферсман отнес свойства химических элементов, определяемые строением атомов – их способность давать летучие, растворимые или инертные формы. К внешним факторам относятся ландшафтно-геохимические условия, определяющие поведение элементов в различных окислительно-восстановительных, щелочно-кислотных и других обстановках.

2 Виды миграции химических элементов.

В результате миграции элементы концентрируются и рассеиваются. Изучение этих противоположных сторон миграции составляет одну из важных особенностей методологии геохимии. В связи с этим большое значение приобрела характеристика миграции с помощью различных коэффициентов, особенно кларков концентрации и кларков рассеяния.

Кларки концентрации (КК) – это отношение содержания элемента в изучаемой системе к его кларку в литосфере. Если КК меньше 1, то для получения большей контрастности вычисляют обратные величины –кларки рассеяния(КР) – отношение кларка элемента в литосфере и к его содержанию в данном объекте. Кроме КК и КР в геохимии ландшафта используются и многие другие коэффициенты.

В зависимости от формы движения материи выделяют 4 основных вида миграции (А.И. Перельман). Понятие об этих формах, как известно, разработал Ф. Энгельс, выделивший механическую, физическую, химическую, биологическую и социальную формы движения материи. В последние десятилетия дискутируется вопрос о выделении также кибернетической, субатомной, геологической, географической и других форм движения материи. Неясность многих положений заставила нас взять за основу первоначальную систематику Энгельса.

Механическая миграцияявляется наиболее простой, подчиняется законам механики (образование россыпей, ветровая и водная эрозия и т.д.), зависит преимущественно от величины частиц минералов и пород, их плотности, скорости движения вод, ветра. Химические свойства элементов часто не имеют значения, и такие различные элементы, как K, Si, Al, входя в состав переносимой ветром песчинки ортоклаза (K₂Al₂Si₆O₁₆), мигрируют с одинаковой скоростью.

Физико-химическая миграция является более сложным видом минрации, определяется законами физики и химии – диффузией, растворением, осаждением, сорбцией, десорбцией и т.д. Это Лучше всего изучена миграция веществ в водных растворах в виде ионов (ионная миграция), зависящая от растворимости солей, щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий. Иным законам подчиняется коллоидная миграция, миграция газов.

Еще сложнее биогенная миграция, выделенная В.И. Вернадским, обязанная деятельности организмов. Эта миграция не может анализироваться только на основе общих законов физики и химии. Она подчиняется законам развития живого вещества (биоценозы, симбиоз, конкурентная борьба и др.). Такие константы элементов, как радиусы ионов, валентность, недостаточны для анализа биогенной миграции. Организмы существуют в особом информационном поле, для них характерны процессы управления, переработки информации, отсутствующие в неживой природе.

Техногенная миграцияявляется самой сложной, так как она связанная с общественными процессами. К ней относится отработка месторождений полезных ископаемых, нефтепроводы, экспорт и импорт и т.д. Она определяется социальными закономерностями, хотя ей присущи и все более простые формы движения.

Значение видов миграции для разных элементов неодинаково. Так, если для К и Р особенно большую роль играет биогенная миграция, то для Nа и Cl – физико-химическая, а для Ti, Au, Pt, Sn – механическая. В разных ландшафтах соотношение видов миграции также не одинаково. Если в пустынях возрастает роль механической миграции, то во влажных тропиках – физико-химической и биогенной. Pb и W в пустынях мигрируют преимущественно механическим путем, во влажных тропиках – в растворах. Но все же каждый элемент попадает и в организмы, и в воды, перемещается механическим путем, а многие образуют и газообразные соединения. Поэтому виды миграции не существуют изолированно. Они тесно связаны и взаимообусловлены. Ведущее значение имеет высший, более сложный вид миграции. Например, в степных и таежных ландшафтах главной является биогенная миграция, хотя здесь протекают и физико-химические и механические процессы. Аналогично геохимические черты городских ландшафтов определяются техногенной миграцией, социальными процессами, хотя для городов характерны и все остальные виды миграции.

В зависимости от вида миграции выделяют три основных ряда элементарных и геохимических ландшафтов.

1. Абиогенные ландшафты, для которых характерна только механическая и физико-химическая миграция.

2. Биогенные ландшафтыс ведущим значением биогенной миграции и подчиненной ролью физико-химических и механических процессов.

3. Техногенные (антропогенные), культурные ландшафты, своеобразие которых определяется техногенной (социальной) миграцией, социальными процессами, хотя в них развиваются и все остальные виды миграции.