3.2. Миграция химических элементов в ландшафтах

Миграция с точки зрения геохимии ландшафта – это перемещение и перераспределение элементов как результат эндогенных и экзогенных процессов в составных частях ландшафта. Термин «миграция» был введен А.Е. Ферсманом в 1923 г.

В условиях ландшафта миграция элемента определяется внутренними и внешними факторами миграции. К внутренним факторам относятся: особенности ионов, форма в которой присутствует элемент, химические свойства элемента, его способность давать соединения различной растворимости, летучести, твердости, поглощаться организмами и т.д.

Миграция химических элементов во многом определяется внешними факторами, т.е. от той обстановки, в которой мигрируют атомы – от солнечной радиации, температуры, давления, щелочно-кислотных (рН) и окислительно-восстановительных (Еh) условий и т.д.

Все многообразие миграции можно свести к четырем основным видам в зависимости от формы движения материи, с которой связано перемещение атомов – механической, физико-химической, биогенная и техногенная. Виды миграции не существуют в ландшафте изолировано. Они тесно связаны друг с другом и взаимообусловлены. Однако ведущее значение имеет высший, более сложный вид миграции.

1. Механическая миграция химических элементов в ландшафтах

Механическая миграция (или механогенез) обусловлена работой рек, ветра, ледников, вулканов, тектонических сил и других факторов. Характерная черта механогенеза – раздробление горных пород и минералов, ведущее к увеличению степени их дисперсности, растворимости, развитию сорбции и других поверхностных явлений. При диспергировании резко увеличивается суммарная поверхность частиц, а, следовательно, и их поверхностная энергия. Увеличивается при диспергировании и растворимость некоторых минералов. Многие минералы при этом разлагаются. Так, сульфиды при диспергировании (истирании) частично разлагаются на металл и серу. Гидратные минералы выделяют воду.

В результате механической миграции в ландшафте образуются делювий, пролювий, аллювий, морена и прочие кластические отложения. Процессы, основными агентами которых служат сила тяжести, текучая вода, ветер, лед, подчиняются законам механики и не зависят непосредственно от химических свойств элементов. Основное значение здесь приобретает величина, плотность и форма частиц. Частицы близкого размера и близкой плотности осаждаются вместе. Известно, что чем дальше участок расположен от вершины склона, чем меньше его крутизна, тем более тонкий материал накапливается на склоне. Поэтому в горных и холмистых районах, сложенных скальными породами, в верхней части склона развиты более грубые, а в нижней – более тонкие по гранулометрическому составу делювиальные осадки. Аналогично – ближе к аридным горам пролювий представлен грубообломочным материалом, а в удалении – лессовидным суглинком. В речных долинах русловые фации часто представлены галечниками, гравием, песками, а пойменные – суглинками и глинами. Данные процессы называются механической дифференциацией.

Механическая миграция приводит к глубоким изменениям в ландшафте, так как частицы разной крупности и плотности имеют различный химический состав. 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 и Al образуют коллоиды, в том числе глинистые минералы, в состав которых входят Mg и K. V, Cr, Ni, Co, Cu легко адсорбируются коллоидами. Минералы Ti, Zr, Sn, W, Pt имеют большую плотность и трудно поддаются выветриванию. Они преимущественно входят в состав песчаной фракции.

В результате песчаные, пылеватые, глинистые и прочие отложения имеют различный химический состав. Пески, как правило, обогащены SiO₂ и бедны Fe, Al и Mg, и многими редкими элементами. С другой стороны, в песках часто концентрируются Ti, Zr, Sn, Au, Pt, W. Поэтому в районе, сложенном одним комплексом пород (например, гранитоидами), за счет механической дифференциации образуются отложения различного химического состава, определяющие своеобразие приуроченных к ним геохимических ландшафтов.

Механическая миграция на склонах обязана таким процессам, как дефлюкция (сползание вязкого или пластичного течения), солифлюкция (течение переувлажненной массы на мерзлом основании), крип (перемещение при совместном действии силы тяжести и других факторов).

В механической миграции особую роль играют эоловые процессы. По А.П. Лисицину, перенос вещества в атмосфере может быть трех видов: стратосферный (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 счет развевания слабо закрепленных песков, глинистых и лессовых пород, солончаков. Часть солей поступает в ландшафты с акваторий соляных озер и морей. Существует гипотеза об эоловом образовании лессов, покровных суглинков, песков пустынь.

При вулканических извержениях в атмосферу поступают многие кубические километры пепла. Так, в 1883 г. при извержении вулкана Кракатау в атмосферу было выброшено около 18 км³ рыхлого материала. Облако пепла поднялось в стратосферу, пыль и пепел распределились по площади 82 700 км², мельчайшая пыль достигла Европы. В прошлые геологические эпохи подобные явления были еще грандиознее, запыление атмосферы, вероятно, оказывало большое влияние на климат, а через него и на биогенную миграцию (похолодание и др.).

Механическая денудация характеризуется двумя показателями. Сток – расход взвешенных частиц, проходящих через створ реки в год (т∙год или чаще 10⁶т∙год^-1). Модуль стока – сток взвешенных наносов, отнесенных к площади континента, региона или речного бассейна. Он измеряется в тхкм²год (т∙км^-2∙год^-1).

Глобальная механическая денудация по различным оценкам изменяется в широких пределах. Реки ежегодно поставляют в океан в среднем около 15-16 млрд.т наносов и 3,2-3,5 млрд.т растворенных веществ. Воздушная миграция и вулканическая деятельность обеспечивают поступление соответственно 2,3-6,6 и 2-3 млрд.т твердых частиц. Около 2 млрд. т дает биогенное осадкообразование. Таким образом, суммарный приток твердого вещества в океан составляет 20-25 млрд. т в год.

Интенсивность механической миграции (денудации) связана с зональностью, она зависит также от геологического строения и рельефа. Основная масса материала (около 76 %) поступает в океан из гумидных экваториальных ландшафтов. Умеренные гумидные зоны дают около 12 %, а ледовые и аридные ландшафты – по 6 %.

По континентам сток взвешенных наносов уменьшается в ряде Азия – Океания, Австралия – Южная Америка – Северная. и Центральная .Америка – Африка – Европа. Основные резервуары – Тихий и Атлантический океаны, где фиксируется соответственно 45,3 и 37,1 % общей массы терригенного материала. Максимальное накопление наблюдается в прибрежной зоне, особенно на устьевых взморьях рек.