Понятие о геохимических ландшафтах и барьерах

Перемещение веществ осуществляется в миграционных потоках: гравитационных (под влиянием силы тяжести), эоловых, водных, биологических, биогенных (перемещение организмов по территории), антропогенных.

Абиотические потоки вещества взаимосвязаны в большой мере с воздействием силы тяжести. Со стоком взвешенных наносов суша ежегодно теряет около 25 млрд т вещества, или слой около 1 мм. В тайге он не превышает 5–10 т/км2 в год, а в лесостепи доходит до 150 т/км2 в год вследствие сильной водной эрозии.

В круговороте принимают участие не только водные и воздушные потоки, но и вулканизм.

Вещество литосферы мигрирует в виде:

растворов (масса растворенных веществ мирового речного стока 2,5–5,5 млрд т (М. И. Львович), это 20,7 т/км2 в год);

обломочного материала горных пород, переме- щающегося под действием силы тяжести (осыпи, оползни), а также с воздушными потоками;

пыли (одна пыльная буря выносит из распаханных почв 10–100 т/км2);

кристаллов солей (принос солей ветром называется импульверизацией и может достигать 20–30 т/км2 в год), вулканического пепла, который может менять тепловой баланс атмосферы.

Понятие о геохимическом ландшафте и элементарном ландшафте.

В ландшафтно-геохимических исследованиях в качестве основной территориальной единицы принят элементарный ландшафт (ЭЛ). В своем типичном проявлении ЭЛ должен состоять из одного определенного типа рельефа, сложенного одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определенным типом почвы с соответствующим растительным сообществом. Все эти условия свидетельствуют об одинаковом на протяжении всей жизни  конкретного элементарного ландшафта взаимодействии между горными породами и организмами и едином характере потоков вещества и энергии.

Наименьшая площадь, на которой размещается элементарный ландшафт, именуется площадью выявления. Чем сложнее ЭЛ, чем интенсивнее в нем протекает миграция

химических элементов, чем больше видовое и прочее разнообразие, тем больше площадь выявления.

Разнообразие факторов и условий образует участки, где подвижность веществ резко уменьшается. Зоны гипергенеза, где резко уменьшается скорость миграции, приводящая к концентрации химических элементов, называются геохимическим барьером. Выделяют три типа геохимических барьеров: биогеохимические, физико-химические и механические.

Биогеохимические являются участками биогенной аккумуляции элементов, необходимых для организмов. Примерами таких барьеров могут служить растительный покров суши, гумусовые горизонты почв, колонии микроорганизмов (серобактерии, железобактерии и др.).

Физико-химические делят на следующие классы: окислительные, восстановительные, сульфатный и карбонатный, щелочной, кислый, испарительный, адсорбционный, термодинамический.

Окислительные барьеры возникают на участках смены восстановительных условий окислительными, среди них выделяют такие виды, как:

а) железистый или железисто-марганцевый возникает на контакте глеевых вод с кислородными водами или воздухом. В таких местах часть развиваются ожелезнение или омарганцевание за счет выпадения из вод гидроксидов Fe и Mn (болотные почвы);

б) серный барьер возникает в результате окисления сероводорода почвенно-грунтовых вод (при сбрасывании сероводород содержащих сбросных вод рисовых полей или транспортировки нефтепродуктов).

Восстановительные барьеры возникают там, где окислительные условия сменяются восстановительными, они подразделяются на:

а) сульфидный возникает в почвах и водоносных горизонтах, когда окислительные воды контактируют с H2S и сульфиды ряда металлов выпадают в осадок;

б) глеевый барьер отличается от сульфидного тем, что в нем не осаждаются Fe, Mn, P. Здесь возможно осаждение урана (U6+ – U4+), селена (Se4+ – Se2+), а также V, Cu, Ag.

Сульфатный и карбонатный барьеры возникают в местах встречи тех и других вод с водами, содержащими Ca, Sr, Ba. Последние выпадают в осадок, вызывая кальцитизацию и обогащение в зоне осаждения.

Щелочной барьер возникает на участках резкого повышения pH при смене кислых вод нейтральными или щелочными. С ним связано осаждение Fe, Ca, Mn, Sr, V, Cr, Zn, Ni, Co, Pb, Ca, т. е. большинства тяжелых металлов.

Кислый барьер выражен в местах резкого понижения pH при смене нейтральной и щелочной реакции на кислую. Так выпадает из раствора кремний.

Испарительный барьер возникает на участках сильного испарения подземных и почвенно-грунтовых вод, из которых осаждаются растворенные соли. Так образуются солевые и гипсовые коры, а также солевые горизонты в солончаках.

Адсорбционные барьеры возникают на контакте пород и почв, богатых адсорбентами, с подземными водами. В результате в глинах, торфах, углях и других адсорбентах, имеющих отрицательный заряд, возможно накопление Ca, K, Mg, P, S, Rb, V, Cr, Zu, Ni, Cu, Co, Pb, u, As, Hg, Ra.

Термодинамические барьеры возникают на участке резкого изменения температуры или давления, с которым тесно связан газовый режим вод. Например, при перемещении бикарбоната кальция с раствором вод из холодных в теплые слои выпадает карбонат кальция с потерей CO2.

Механические барьеры образуются на участках изменения скорости движения вод или воздуха (F, Zn, Cr, Ne, Th, Ta, Sn, W, Hf, Hg, Os, Pt, Rd, Au, Ru, Jr, Rh и др.).

Кроме этих барьеров в последнее время выделяют комплексные – накладывающиеся друг на друга барьеры – бисорбционные, кислородно-термодинамические и др.