геохимия

ГЕОХИМИЯГИПЕРГЕННЫХПРОЦЕССОВГипергенез – изменениягорныхпород, происходящиенаповерх-ностиЗемли. Областьгипергенезаохватываетпервыедесятки, места-мисотниметровземнойкоры. Гипергенезпротекаетвинтервалетем-пературот – 60 до + 60 °Сидавлений 1–25 атмпривысокойконцен-трациикислорода, углекислогогазаиводы (А. И.Тугаринов, 1973). Активнопротекаетпроцессокисления, гидролиз, гидратация, сорб-ция. Измененныегипергенныепородыувеличиваютсявобъемепосравнениюсисходными. Минералыглубинныхгорныхпородразру-шаютсявтойжепоследовательности, вкакойпроисходилаихкри-сталлизацияизрасплава: оливин, пироксен, амфибол, полевойшпат, кварц. Соответственноосновныепородывыветриваютсябыстреекис-лых. Образованиеконечныхминеральныхформпроисходитчерезрядметастабильныхформ. УстойчивыеминеральныеформывусловияхЗемли – оксиды. Основнымиисточникамиэнергиигипергенныхпро-цессовявляютсяэнергияСолнцаигравитационнаяэнергияположе-ния. Породытрансформируютсявпесок, глину, коллоиды, оксидыигидроксиды. Создаютсяусловиядлявыносахимическихэлементовсконтинентовиаккумуляцииихвокеанах. Химическийсоставпородболееразнообразен, чемвзонеглубинных (гипогенных) геохимиче-скихпроцессов. Формируютсякрупныепромышленныеместорожде-нияжелеза, марганца, алюминияидругихметаллов. Здесьсосредото-ченыразнообразныеместорождениянерудногосырья, горючиепо-лезныеископаемые. Переносхимическихэлементовосуществляетсяхимическим, механическимибиогеннымпутем. Ведущиехимическиеэлементы (O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K)земнойкорыперераспределя-ютсясобразованиемновыхминеральныхассоциаций. Ведущимигеохимическимипроцессамивзонегипергенезаявля-ютсяокисление, восстановление, гидролиз, гидратация, сорбция, кар-бонатизация, механическаяихимическаяденудация, осадконакопле-ние, галогенез. Ихактивизацияопределяетсяклиматическимитек-тоническимфакторами. Взонегипергенезапроявляютсебямехани-ческий, физико-химическийибиологическийбарьеры. Средифизико-химическихбарьеровактивныкислый, щелочной, нейтральный, окис-лительный, восстановительныйглеевыйиссероводородом, сорбци-онный, испарительный, термодинамический. Онимогутсочетатьсявзависимостиотводногоитемпературногорежимовприроднойзоны. Вгумидномклиматеполнеепротекаютпроцессывыщелачива-ния, растворения, гидролизаимиграции. Высоковалентные (III, IV)

137катионытипа Al3+, Fe3+, Ti4+, Zn4+образуюткомплексныеионысор-ганическимикислотамиимигрируют. Органическиесоединениясоз-даютвосстановительныеусловия, поэтомуокислениепротекаетприболеевысокомпотенциале Eh. Варидномклиматемиграцияэлементовслабовыражена. Преоб-ладаютокислениеигидратация. Концентрируютсящелочи, малоор-ганическихкислот. Формируетсящелочнаяреакция, котораясодейст-вуетпереходуврастворенноесостояние Si, Al, Cr, V вформе Na2SiO3, NaVO3ит. д. Щелочныеэлементы (Na, K, Ca идр.) вреакциисСО2образуюткарбонаты, вприсутствиикоторыхформируютсялегкорас-творимыекомплексныесоединения Sc, Y, U, Th, Cu, Nb, Ta. Тектоническийфакторприводиткперегруппировкеэлементовиихсоединениймеждуплатформамиигеосинклиналями. Наплатформахпроцессвыветриванияпротекаетдлительноевремя. Породыразрушаютсяихимическиеэлементыпереносятсяназначительныерасстояния. Глубокийпроцессвыветриванияобуслов-ливаетпреобладаниехемогенногоматериаланадобломочным. Мощ-ностьосадочныхпороднаплатформахнезначительная. Здесьхарак-терныследующиеформации: чистыхкварцевыхпесковипесчаников; вгумидномклимате – каолинитов, варидном – монтмориллонита; из-вестняков, режедоломитов. Железорудныеформациипредставленыозернымииболотнымирудами, железистымикорамивыветривания; бокситамисредипесчано-глинистыхпород. Впереходнойзонегео-синклинали – соленосныеинефтематеринскиеформации. Вгеосинклиналяхпроцессвыветриванияипреобразованияпородпротекаетбыстро. Породыпривносятсяиотлагаютсяснеполнымраз-ложениемматериала; обломочныйматериалпреобладаетнадхемо-генным; мощностьотложенийбольшая; крупныечастицыосаждаютсямеханическимпутем; коагулируютсяколлоидныерастворы; образу-ютсяосадкиизперенасыщенныхрастворов. Особенностигипергенезазаключаютсявсоприкосновениираз-личныхгеосфер (гидро-, лито-, био-, атмосферы), гдепроисходитграндиозныйпроцессперегруппировокхимическихэлементов, ихми-грацияиосаждение.

ГеохимиягидросферыВодаявляетсяуниверсальнойисамойважнойсредоймиграциивземнойкореимантии. Всеводы (поверхностные, океанические, под-земные) участвуютвобщемкруговоротеводы.

138Способностьводыхорошорастворятьмногиесоединенияобу-словленаполярностьюеемолекул, большимдипольныммоментом, высокойдиэлектрическойпроницаемостью. Водаобладаетамфотер-нымисвойствами, выступаявроликислотыиоснования: 2H2O ⇔ H3O+ + OH–Онавыступаетвролиокислителя, восстановителя, гидратирует-ся, гидролизуетминеральныеиорганическиесоединения. Дляводыхарактернытакиеаномальныепоказатели, кактеплоемкость, скрытаятеплотаплавленияииспарения, поверхностноенатяжение, диэлек-трическаяпостоянная. Этианомалииопределяютмногиеособенностифизиологических, геохимическихигеофизическихявлений (табл. 12). Таблица 12 Аномальныефизическиесвойстважидкойводы (поСвердрупу)СвойстваводыпосравнениюсдругимивеществамиРольсвойствавфизическихибиологическихявленияхТеплоемкость – наиболеевысокая, заисклю-чением NH3 (4,22 · 103Дж/кг · K) Уменьшаетпределыколебаниятемпературы, обусловливаетпереностепла, способствуетсохранениюпостояннойтемпературытелаУдельнаятеплотаиспарения (2260 · 103Дж/кг) – наиболеевысокаяизвсехвеществВажнадляпереносатеплаивлагиватмо-сфереТепловоерасширение – температура, соответ-ствующаямаксимальнойплотности, уменьша-етсясповышениемсолености; длячистойводы+4 °СИграетважнуюрольврегулированиирас-пределениятемпературыводыиформирова-ниизональностиводоемовПоверхностноенатяжение – наиболеевысо-коеизвсехжидкостейВажнодляфизиологииклетки; определяетнекоторыеповерхностныеявления, образо-ваниеисвойствакаплиРастворяющаяспособность – растворяетбольшинствовеществНейтральныйрастворитель; связываетмеждусобойфизическиеибиологическиеявленияДиэлектрическаяпроницаемость – наиболеевысокаяизвсехжидкостей (длячистойводы) Определяетдиссоциациюминеральныхве-ществЭлектролитическаядиссоциация– оченьмалаДиссоциируетчастичнонаионы H3О+и OH–Летучесть– наименьшаясредисоединенийводородаиэлементамиподгруппыкислородаРазличныематериалымедленнотеряютвла-гуПрозрачность – относительновеликаСильнопоглощаетлучистуюэнергиювин-фракраснойиультрафиолетовойобластиспектра; ввидимойобластиспектрамалоеизбирательноепоглощение, поэтомуводабесцветнаТеплопроводность – наиболеевысокаяизвсехжидкостейИграетрольвживыхклеткахВязкость– уменьшаетсясповышениемдавле-нияОпределяетгидродинамикуводныхобъектовиседиментациювзвешенныхвеществ

139Структуражидкойводыизученанедостаточно, однакохорошоизвестнаажурнаяструктуральда, поэтомуледменееплотныйиболеелегкий. Химическийхарактерводыопределяется, преждевсего, свой-ствамиатомовводорода, включаяформированиеводородныхсвязейворганическихиминеральныхсоединениях. Физическиеитермодинамическиесвойстваводывсостоянииаб-солютнойнейтральностиприведенывтабл. 13. Таблица 13 Некоторыефизическиеитермодинамическиесвойствасвободнойисвязан-нойводывсостоянииабсолютнойнейтральности (А. М. Никаноров, 2001) ПоказательСвободнаяводаСвязаннаяводаВодородныйпоказатель, рН7,0 3,6 Окислительно-восстановительныйпотенциал(Eh), В0,4 –0,15 Парциальноедавлениекислорода, Па10–27,86 10–5,86Парциальноедавлениеводорода, Па10–27,56 10–5,56Константадиссоциации10–14,0 10–7,15Константаразложения10–83,1 10–17,0Стандартнаясвободнаяэнергияобразования: H2O, Дж/моль–237,35 · 103–157,84 · 103 OH–, Дж/(г · ион) –157,40 · 103–25,54 · 103Плотность, г/см31,0 1,4 Относительнаядиэлектрическаяпроницае-мостьпри 25 °С78,54 –20 Например, связаннаяводаболееагрессивна, таккакимеетрН 3,6, аокислительно-восстановительныйпотенциалприповышеннойплот-ностиотрицательный. Свободнаяводапредставляетсобойнейтраль-ныйиактивныйрастворитель. Благодарябольшомудипольномумоментувследствиехорошовыраженнойполярностиводаобладаетбольшойионизирующейспо-собностьюисчитаетсяидеальнымрастворителем, вкоторомвстреча-ютсявкакой-томеревсеизвестныенаЗемлевеществаилипродуктыихвзаимодействия. Росттемпературыослабляетструктуруводы, аростдавления – усиливаетее. Граничныезначениятемпературы, прикоторыхпроис-ходитструктурнаясменаводы, поЛ. Н. ОвчинниковуиВ. А. Масало-вич: 0 °С, 4 °, 40 °, 85 °, 165 °, 225 °, 340 °, более 400 °С. Границазоныгипергенезасвязанастемпературой 40 °С, вышекоторойвыделяется

140зонагидротермальныхпроцессов. Вжидкомсостояниичистаяводанеможетбытьпритемпературевыше 374,1 °С, асильноминерализо-ванная – выше 450 °С. Притемпературевыше 450 °Сводапереходитвгазовоесостояние, однакопривысокомдавленииводянойпарведетсебякакжидкаявода, амолекулаееассоциирована. Такиегазово-жидкиерастворыотносяткфлюидам. Рыхлосвязаннаяводавпорахгорныхпородназываетсяпоровымраствором. Притектоническихдвиженияхпоровыеводыотжимают-сяизпородиливтягиваютсявпороду. Сэтимявлениемсвязанофор-мированиехимическогосоставаподземныхвод, рудообразования, нефте- игазообразования. Сразложениемисинтезомводысвязаныпреобразованияпородиминералов. Взаимодействиеводыспородамиприводиткразложе-ниюеемолекулисвязываниюихчастейразнымиминералами – гли-намиикарбонатами: 2 Ca[Al2Si2O8] + 6 H2O = Al4[Si4O10](OH)8 + 2 Ca2+ + 4 OH–. ГидроксилсСО2, раствореннымвводе, дает HCO3–: OH– + СО2 = HCO3–. Гидрокарбонатучаствуетвобразованиикарбонатов: 2 HCO3– + Ca2+⇔ CaCO3 + H2O + CO2. Разложениеводыпротекаеттакжеподвоздействиемрадиации(радиолиз). Синтезводыхарактерендлязоныметаморфизмаиделаетееагрессивной. Этоприводитквыщелачиваниюпород. Агрессив-ностьводыповышаетсяподвоздействиемрастворенныхвнейгазов: O2, CО2, H2S идр. Взонегипергенезавводахпреобладают Ca, Mg, Na, HCO3, SO4, Cl. Большинствометалловвводенаходитсявформегидроксоком-плексов, полимерныхионов, комплексныхсоединенийсанионами. Вводемигрируютнедиссоциированныемолекулы. Например, вней-тральныхводахнаодинион Fe 3+приходится 3 .10 5ионов [Fe(OH)]2+, 6 .10 6ионов [Fe(OH)2]+и 9 .10 6ионов [Fe(OH)3]+. Геохимияводневозможнабезучастияорганическоговещества. Егоориентировочныезапасывподземныхводахсоставляютболее 2,5 .1012 т. Этов 10 разбольшезапасовнефтиибольшев 2,5 разазапасовторфа. Такимобразом, минерализацияводы, химическийсостав, темпе-ратура, давление, рН, Eh, органическоевещество, диэлектрическаяпроницаемостьидругиесвойстваводы – мощныегеохимическиефак-торы, черезкоторыепроявляетсягеохимиягидросферы, влияющаянаформированиеместорождений.

141Химическиеэлементымогутмигрироватьвразнообразныхфор-махсводой, котораяопределяетихспособностькконцентрациииоб-разованиюместорожденийполезныхископаемых. ВзависимостиотформыпереносаН. М. Страховвыделилчетырегруппывеществ. Кпервойгруппеотносятсялегкорастворимыесоли, представлен-ныехлоридамиисульфатами: NaCl, KCl, MgSO4, MgCl2, CaSO4, CaCl2. Ониприсутствуютвречныхводахввидеистинныхрастворов. Вторуюгруппукомпонентовречногостокаобразуюткарбонатыщелочноземельныхметаллов CaCO3, MgCO3, Na2CO3. Третьюгруппусоставляютсоединения Fe, Mn, P инекоторыхредкихэлементов (V, Сr, Ni, Co, Cuидр.). Ониобразуютистинныеиколлоидныерастворы. Кчетвертойгруппеотносятсякварц, силикатныеиалюмосили-катныеминералы. Растворимостьихвводеничтожна, поэтомупере-носятсяввидевзвесиигрубозернистогоматериала. Глинистыемине-ралыицеолитымигрируютвовзвешенномсостоянии, расщепляясьначешуйки. ПоподсчетамВ. М. Гольдшмидтанакаждыйквадратныйсанти-метрповерхностиЗемлиприходитсяморскойводы 278,11 кг, конти-нентальногольда – 4,5 кг, преснойводы – 0,1 кг, водяныхпаров – 0,003 кг. Похимическойприродеморскаяводапротивоположнаречной: вморскойводе – Na > Mg > Ca и Cl > SO4 > CO3; вречной – Ca > Na > Mg и CO3> SO4 > Cl. ХлоридыморскойводыявляютсяконденсатамивулканическойдеятельностизавсевремясуществованияЗемли. Изо-топныйсоставокеаническойводыследующий: H12O16 – 99,4 %; H12O18– 0,2; H22O18 – n. 10–9 %. Существуютзначительныеотличияотношенийраспространенно-стимеждуотдельнымиэлементами, сходнымипосвоейгеохимиче-скойприроде. Например, соотношение Na : K влитосфере 1,09, вокеане 28; Sr : Ba соответственно 1,8 и 266; Cl : Br – 81(110) и 292; Ni : Co – 3,5 и 20; Th : U – 3,4 и 0,017; Mo : W – 0,8 и 100. Этосвидетель-ствуетоспецификегеохимическихпроцессов, которымихарактеризу-етсяводаокеана (биохимические, сорбционные, щелочно-кислотныеидр.). Прислабощелочнойреакциимногиекатионыввидегидрокси-доввыпадаютвосадок, включаяраспространенные Ca, Mg, Fe2+, Mn. ОниобразуютлегкорастворимыебикарбонатывприсутствииизбыткаCO2. Вокеаническойводестановятсяустойчивымикомплексныекар-бонатныеанионылантаноидов, актиноидовурана, торияибериллия.

142Большинствощелочныхищелочноземельныхэлементовприсут-ствуютвокеаническойводелибоввидесвободныхкатионов Na+, K+,Mg2+, Ca2+, либоввиденеполностьюдиссоциированныхнаионымо-лекултипа MgSO4, CaSO4. Многиеэлементыпредставленыввидегидроксидов, сорбированныхначастицахтонкойминеральнойвзвеси. Органическиесоединенияиногдамогутигратьролькомплексообра-зователейиудерживатьнекоторыеэлементыврастворе. Галогенынаходятсяввидеэлементарныханионов, другиеэле-менты (S, B, P) – ввидеоксианионовтипа SO42–, B4O72–, PO43–, HPO42–. Коэффициентыотносительнойконцентрации, вычисленныедляокеаническойводыпоотношениюкречнойиречнойпоотношениюкокеаническойиприведенныевтабл. 14, показывают, чтоморскиево-дыбольшеконцентрируютхимическиеэлементы, чемречные. Таблица 14 Коэффициентыконцентрациихимическихэлементоввокеаническойиречнойводе (А.П. Виноградов, 1967) ЭлементКоэффициентконцентрациивморскойводеЭлементКоэффициентконцен-трациивречнойводеCl 2969 U 3,0 Na 2301 Ag 1,5 Mg 393 Be 560 K 260 Fe 67 B 230 Zr 52 S 223 Cr 50 Li 150 Pb 30 Rb 100 Al 5 Sr 80 Ti 5 Ca 31 Mn 5 V 30 Ni 2,5 F 26 Si 2 I 25 Co 2 Mo 21 Zn 2 P 7 Th 2 Cs 3,7 Cu 1,7 Br 3,3 Содержаниегазов, растворенныхвводе, зависитотвременигода. Летомводыотдаютгазы (CO2,O2) ватмосферу, зимой – ихпоглоща-ют. Количестворастворенногокислородазависитотмассыживыхор-ганизмов, поглощающихкислород, иводорослей, еговыделяющих. ПоподсчетамА.П. Виноградова (1967), объемрастворенныхгазоввМировомокеанесоставляет 4,32.1024 см3, чтов 3,15 разапревышаетвесьобъемводывокеане (1,37.1024 см3). Пресныеводырастворяютв

143себебольшегазов, чемсоленыеокеана. Чембольшеатомныйвесгаза, тембольшеегорастворимость, поэтомудлятяжелыхинертныхгазовокеаническаяводаслужитприроднымконцентратором. Сповышени-емтемпературыисоленостиколичестворастворенныхгазовубывает. Высокаярастворимость CO2вводеобусловленареакцией: CO2 + H2O ⇔ H2CO3. Принизкихтемпературахреакциясдвинутавправо. Времяпребыванияэлементоввовзвешенном, ионномсостояниивводеразлично. Нахождениенатриясопоставимосвозрастомокеана, чтоуказываетнаегопониженнуюреакционнуюспособность. Распро-страненные K, Ca, Mg содержатсяоколо 107лет, Mn – 1400 лет. Наи-болеекороткоевремяпребыванияимеют Si и Al. Частькремнияза-хватываетсяорганизмами, алюминийосаждаетсяизраствора. Искус-ственныерадиоизотопыцезияистронциядольшепребываютвводепосравнениюспериодомихполураспада. Металлыизводыудаляют-сяпутемосаждения, адсорбциисульфидомжелеза, оксидоммарганцаиглинамииливрезультатедеятельностиорганизмов. Материковыеводы (ледники, озерные, болотные, речные, под-земные, термальныевулканическихобластей) восновномформиру-ютсязасчетатмосферныхосадков, частьихинфильтруется, пополняяподземныеводы. Онисоприкасаютсяспородами, живымиорганиз-мами, атмосферой, поэтомукомпонентныйсоставматериковыхводаналогиченокеаническим, заисключениемводсминимальноймине-рализацией (пресных) ипреобладающихкатионовианионов. Основ-нойхимическийсоставматериковыхводгидрокарбонатно-кальциевый. Закономерностисоотношенийхимическихэлементовпоматерикамблизкие. Повышеннымсодержаниемвводах SiO2засчетводзоныэкваториальныхитропическихлесоввыделяютсяЮжнаяАмерикаиАфрика. Минерализацияматериковыхводиспытываетсезонныеколеба-ния: зимойминерализациявыше, чемвпериодполоводий, сезонадо-ждейилитаянияледника. Взонахизбыточногоувлажненияводымо-гутбытьультрапресные. Озерагумиднойзоныимеютпресныеводы, аридной – соленые, чащехлоридно-сульфатные. Подземныеводыиз-меняютсяотпресныхдосоленых, некоторыебассейныихизолирова-ныводонепроницаемымиосадочнымипородамиисодержаточеньма-лосвободногокислорода. Грунтовыеводы – источникпитаниямногихрек, содержатрас-творенныйкислород, поэтомумогутокислятьсульфидныеруды. Ми-нерализацияихповышаетсявнаправлениисевер–юг, соответственно

144изменяетсякислаяреакциявтундренанейтральнуюислабощелоч-нуювзонепустынь. Подвоздействиемсолнечнойрадиацииводыгидросферынахо-дятсявнепрерывномкруговороте, поэтомувсегеосферыЗемлисвяза-нымеждусобой. Ежегодносушуомывает 36380 км3водыи 1750 м3тающейледниковойводы. Ежегоднопроизводитсябольшаягеохими-ческаяработапорастворению, переносуиосаждениюминеральныхиорганическихкомпонентов. Океаныявляютсяосновнойзонойформи-рованияосадочныхотложений. Интенсивностьводноймиграциииконцентрациихимиче-скихэлементов. Длясужденияомиграциихимическихэлементовнедостаточноинформацииосодержанииихвводе. А. И. Перельманпредложилоцениватьинтенсивностьводноймиграциинаосноверас-четаеекоэффициента (Кх), которыйпредставляетсобойотношениесодержанияэлементавминеральномостаткеводы (Мх) кегосодер-жаниювводовмещающихпородахиликкларкуземнойкоры(nх) исучетомминерализацииводы (a): xxxnaMК⋅⋅=100Втрещинныхводахгранитоидов (табл. 15) количество Zn, Cu иMo меньше, чем Si и Ca. Изэтогонеследует, чтомикроэлементымигрируютсменьшейинтенсивностью. ПовеличинеКхвидно, что Zn мигрируетинтенсивнее Si и Cu. Интенсивностьмиграции Ca почтитакаяже, какиу Mo, иобаэлементамигрируютнесколькослабее Zn. Такимобразом, элементыобразуютследующийрядинтенсивностимиграции: Zn > Ca > Mo > Cu > S. Таблица 15 Интенсивностьмиграцииэлементоввтрещинныхводахгранитоидов(минерализация 0,5 г/л) (А.И. Перельман, 1989) ЭлементГранитоиды, % (nx) Воды, г/л(Мx) KxSi 32,0 1,3 . 10–2 0,08 Ca 1,60 7 . 10–2 8,7 Zn 6 . 10–3 3 . 10–4 10 Mo 1 . 10–4 4 . 10–6 8 Cu 2 . 10–3 2,6 . 10–6 0,26 Интенсивностьмиграциихимическихэлементовзависитотмно-гихпричин: химическойсвязиисвойствсамихэлементов, выветрива-нияпороды.

145С.Л. Шварцев (1978) подсчиталKxдлянекоторыхраспростра-ненныхиредкихэлементоввподземныхводах. Наибольшаяинтен-сивностьводноймиграцииу Cl – 644, Br – 203, I – 99; сильнаяинтен-сивностьу Mo – 4,4, Na – 4,2, Ca – 3,3, Mg – 2,3, F – 1,6, Sr – 1,2. Дру-гиеэлементысредне- илислабомигрирующиеиимеютвеличинуKxменьшеединицы. ДляматериковыхкислородныхводсактивнойциркуляциейА. И. ПерельманрассчиталрядымиграцииэлементовповеличинеKx(табл. 16) иобъединилихвчетырегруппы. Отсюдавидно, чтовсо-ставлишьпервойгруппысоченьсильноймиграциейвходяттипич-ныеанионы. Таблица 16 Рядымиграцииэлементоввзонегипергенеза(А. И. Перельман, 1989) ИнтенсивностьмиграцииKxСоставрядавпорядкеубываниякларказемнойкорыОченьсильнаяn. 10 – n. 100 S, Cl, B, Br, I СильнаяN – n. 10 Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo, Se, Au Средняя 0,n – n Si, K, Mn, P, Ba, Rb, Ni, Cu, Li, Co, Cs, As, Tl, Ra Слабаяиоченьслабая 0,0nименьше Al, Fe, Ti, Zr, Th ВзастойныхиокеаническихводахвеличинаKxиспользуетсядляопределениястепениконцентрацииирассеянияэлементов. Оченьсильнаяисильнаяконцентрацияхарактернадля Cl, Br и S(табл. 17). Таблица 17 Интенсивностьконцентрацииирассеянияэлементоввокеаническихводах (А. И. Перельман, Е. Н. Борисенко, 1989)ИнтенсивностьконцентрацииирассеянияKxСоставрядавпорядкеубываниякларказемнойкорыОченьсильнаяконцен-трация700–1000000 Сl, Br Сильнаяконцентрация 20–700 S Средняяконцентрация 1–20 Na, Mg, I, B Слабоерассеяние 0,05–1,0 Co, K, Sr, Li, Ag, Mo Сильноерассеяние 0,001–0,05 As, Se, Ni, Zn, Cd, Cu, Hg, Au, U, Rb, Cs, In, Sn, Ge, Sb, V, F, P, W, Bi Коэффициентводноймиграцииможноиспользоватьдлярасчетанакопленияилирассеянияэлементавовремени.

146Мировойокеанвыступаеткаксущественныйисточникминераль-ногосырья. Егозапасыпостояннорастутзасчетэрозииконтинентов. Ежегодновокеанпопадаеториентировочно 3,3 млрдттвердоговеще-ства, неменее 4 млнтосадковкосмогенногопроисхождения. Притоквокеанхимическихэлементовбольший, чемдобываетсячеловеком(Г. В. Лисичкин, 1998). Соли, извлеченныеизводМировогоокеана, покрылибыматери-кислоем 200 м. Накаждогожителяпришлосьбы 1,2 кгзолота, 4 млн. тнатрия. ПочтиполовинумировойдобычимагнияОкеандаетПочтиполовинумировойдобычимагния (200 тыс. т) и 40 тыс. тброма. Йодизвлекаютизморскихводорослей. Основнымтехнологическимприе-момпоизвлечениюэлементовизморскойводыявляетсясорбция.

10.1. ГеохимияатмосферыНаЗемлегазыобразуютсамостоятельнуюоболочку – атмосферу. Вземнойкореонивстречаютсявтрехформах: свободной; раствори-мойвводе, расплавахинефти; адсорбированнойиокклюдированнойгорнымипородами. Общаямассагазовоцениваетсявеличиной 8,38 · 1015 т, изнихнамассуатмосферыприходится 5,15 · 1015 т. Относи-тельномассывсейЗемлигазысоставляютвсеголишь 9 · 10–5 %. Образованиеиклассификациягазов.А. И. Перельман (1989) вы-делилтриосновныегруппыпроцессовобразованиягазов: физико-химическую, биогеннуюитехногенную. Физико-химическиепроцессывключаютреакции, которыепри-водяткобразованию CO2, H2S, водяногопараидругихгазов. Радио-активныйраспадгенерируетинертныегазы, радиолизводысоздаетхимическиактивные H+иОН–, космическиелучиприводяткобразо-ванию14С, 3Нидругихрадиоактивныхизотопов. Биогенныепроцессы (фотосинтез, биохимический) участвуютвобразовании O2, CO2, N2, H2S, CH4идругихгазов. СтехногеннымипроцессамисвязанопоступлениеватмосферуCO2, CO, оксидовазота, серы, органическихлетучихсоединений (ди-оксин, бензапиренидр.). В. В. Белоусоввыделялвземнойкорегазывоздушного, биохи-мического, химическогоирадиоактивногопроисхождения. Поэтойклассификацииодниитежегазымогутбытьразногопроисхождения. Например, СO2образуетсявходехимическихреакций, подвоздейст-виембактерий, внедрахЗемлиилитехногеннымпутем. НаиболееудачнаяклассификацияА. И. Перельмана, вкоторойкаждыйгаззанимаетсвоюнишу: Активныегазы.H2O2, NO

1621.Неорганическиегазы: •окислители (некоторыевлияютнарН): O2, O3, NO2, I2, H2O2, NO •восстановители (некоторыевлияютнарН): H2, H2S, N2, NH3, N2O, CO, Hg, H2Se. yполярныегазы (влияютнарН, некоторые – на Eh): CO2, H2O, HCl, HF, SO2, SO3. Органическиегазы: •углеводородыиихпроизводные: CH4, C2H6, C4H10, C2H4 . В. Пасивные (инертные) газы: Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn. Длямагматическихигидротермальныхсистемнеобходимаосо-баяклассификация, таккакпривысокихтемпературахувеличиваетсячислогазообразныхсоединений. Атмосферныегазы.Происхождениесоставасовременнойатмо-сферысвязановосновномсбиогенноймиграцией. Тропосфераотно-ситсякбиокоснойсистеме, однаковедущуюрольвнейиграютфизи-ко-химическиеимеханическиепроцессы, связанныескруговоротомводыидвижениемвоздушныхмасс. Основуатмосферысоставляют N2, O2, Ar, CO2 (99,99 % сухоговоздуха). Незначительнуюпримесьватмосфересоставляютуглеводо-роды, озон, водород, инертныегазы, пыльразличногогенезиса, аэро-ионы, органическиелетучиесоединения (фитонциды, эфирныемас-ла), микроорганизмы. Особоеместовциркуляцииатмосферы, изме-ненииеесостававыполняетводянойпар. Общаясуммарастворенныхвеществватмосферныхводахколеб-летсявпределах 12 – 550 мг/л. Наиболееминерализованыосадкиваридныхзонах. Главныекомпонентыосадков (Na, Ca, Mg, HCO3, Cl, SO4) отличаютсяпосодержаниювзависимостиотфизико-географическихусловий. Составатмосферныхосадковопределяютследующиефакторы: первичныйсоставводяныхпаров, количествопримесейввоздухе, ко-личествоичастотавыпадаемыхосадков (высота, направлениеветра, погода, температура, формаводы – жидкая, твердая). Встратосфереимезосфереподвоздействиемфотолизаобразует-сяозон (O2 + O → O3), которыйзадерживаеткоротковолновуюрадиа-циюСолнцаисоздаетвозможностьразвитияжизнинаЗемле. Общаямассаозонаневеликаипринормальномдавлении (105Па) составилабыслоймощностью 1,7 – 4,0 мм.

163Газыземныхнедр. Химическийсоставгазовземныхнедрсвязанссоставомгорныхпородитермодинамическимиусловиямиихнахо-ждения. В. И. Вернадскийотнесихк «подземнойатмосфере» иразде-лилнагазы, образованиекоторыхсвязаносвысокойтемпературой, игазы, проникающиевземнуюкоруизатмосферыимантии. Вмагма-тическихрасплавахмногиеэлементыисоединенияпереходятвгазо-образноесостояние (летучиекомпоненты). Черезвулканизмпроисхо-дитдегазациянедр. ПооценкеВ. А. Соколова, общаямассагазовосадочныхпород2,1 · 1014 т, чтопримернонапорядокменьше, чеммассаатмосферы. Основнаямассагазовсосредоточенавмантии. Содержаниегазовможновыразитьследующимсоотношением: атмосфера : литосфераигидросфера : верхняямантиякак 1:2: 80. Основныегазыосадочныхпород: CH4 – 39 %, CO2 – 27,4, N2 – 26, тяжелыеуглеводороды – 6,4, H2 – 0,2, H2S + SO2 – 0,3 %. ВкислоймагмегранитногослояпреобладаетСO2 – 83,8 %, далееследуют N2 – 11, H2 – 3, H2S + SO2 – 2, CH4 – 0,2%. Сповышениемтемпературырастворимостьбольшинствагазовпонижается, сувеличениемдавления – растет. Наглубинах, начинаяс2 – 3 кмведущимфакторомприрастворениигазоввыступаетдавле-ние. Есливповерхностныхводахрастворяетсяпримерно 13 см3/л N2и3 см3/лО2, товподземныхводахнаглубине 1–4 кмсодержитсяоколо500 см3/лгазов, достигаявеличин 1000 – 1500 см3/лзасчетСН4. Угле-водородылучшерастворяютсявнефти. Вподземныхводахформи-руютсязалежинефтяныхгазов, поэтомуоничастовыполняютрольгеохимическогобарьера. Прирастворениивгазахжидкихитвердыхвеществобразуютсягазовыерастворыприусловиивысокогодавления, когдаплотностьгазовсравнимасплотностьюжидкости. Всжатыхгазахмеханизмрастворенияпрактическинеотличаетсяотрастворениявжидкости, т. е. происходитвзаимодействиесмолекуламирастворителя. Вугле-водородныхгазахрастворяетсянефтьиформируютсягазоконденсат-ныезалежи. Привыходеэтогогазанаповерхностьизнеговыделя-ютсяжидкиеуглеводороды. ВодянойпарвнедрахЗемлихорошорастворяетсоединения Zn, W, Cu, Mo идругихрудныхэлементов. Газы, содержащиесявзакрытыхпорахикристаллическойрешет-кеминералов, называютсяокклюдированными. Крометого, горныепородысодержатсорбированныйгаз. Егоколичествоможетколе-батьсяотдесятыхдолейдонесколькихкубическихсантиметровна 1

164кгосадочныхпород (CO2, N2, CH4). Максимальнойсорбционнойем-костьюобладаюткаменныеугли (n · 103 – n · 104см3/кг). Другиеоса-дочныепородысорбируютнеболее 600 см3/кггазов, глиныудержи-ваютбольше, чемпескииизвестняки. Органическоевеществоувели-чиваетсорбционнуюемкостьосадочныхпород. Болеенизкаяемкостьизверженныхиметаморфическихпород. Сорбциягазоврастетсуве-личениемихмолекулярноймассы: C3H8сорбируетв 10 разбольше, чем CH4. Сростомтемпературысорбцияуменьшается, однаконаглу-бинахсущественновлияниедавления, поэтомусглубинойееинтен-сивностьувеличивается. Входегеологическоговременимиграцияга-зовизменялась. Вэпохипрогибанияосадочныхтолщвгеосинкли-нальныхзонах, передовыхпрогибах, синеклизахплатформвсвязисростомдавлениясвободныегазырастворялисьвводеинефти. Впод-земныхводахвозрасталарольдиффузиииуменьшаласьрольфильт-рации. Развивалисьтермокаталитическиепроцессы, формировавшиежидкиеигазообразныеуглеводороды. Вэпохиподнятийвскладчатыхобластяхсростомтрещиновато-стиитектоническихподвижек, сформированиемиподновлениемразломоврезковозрасталозначениефильтрациигазов. Усиливалосьвыделениесвободныхгазовизподземныхводинефти, ажидкихитвердыхвеществ – изгазовыхрастворов. Срифтогенезомсвязанами-грациягазовкземнойповерхности. Газыиспользуютсякакиндикаторыместорожденийполезныхис-копаемых, поэтомуразработаныатмогеохимическиеметодыпоисковгазовинекоторыхметаллов. Такимобразом, изучениегеохимиига-зовдаетвозможностьрешатьтеоретическиеиприкладныеаспектывозникающихпроблем.

ПланетысолнечнойсистемыГеохимияпланетизученанедостаточно. Лишьвовторойполови-не XX в. наблюдениязапланетамисЗемлидополняютсяинформаци-ейсоспутниковимежпланетныхстанций. Рассмотримособенностихимическогосоставапланет, заисключениемЗемли, окоторойин-формациябудетизложенавпоследующихглавах.