7.Геохимические барьеры

Геохимические барьеры по А.И.Перельману– участки земной коры, в пределах которых происходит резкое падение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрирование. На геохимических барьерах образуются рудные и безрудные аномалии. Согласно современным представлениям, различают следующие геохимические барьеры природные и техногенные. Среди этих двух типов выделяют механические, физико-химические, биогеохимические. По особенностям строения различают также двойные, горизонтальные, вертикальные, подвижные геохимические барьеры. Перельманом выделяется несколько разновидностей физико-химических геохимических барьеров:

Кислородный геохимический барьер (тип А)характеризуется проявлением окислительной обстановки из-за наличия большого количества свободного кислорода. Интенсивность всех окислительных процессов резко возрастает.

Сульфидный геохимический барьер (тип В)характеризуется наличием большого количества сероводорода H₂S и, как следствие, появлением в водах анионов гидросульфида HS^-и сульфида S^2-.

Глеевый геохимический барьер (тип С)характеризуется сменой окислительной обстановки на восстановительную. Идут процессы восстановления элементов до низших степеней окисления.

Щелочной геохимический барьер (тип D)характеризуется изменением среды в сторону снижения концентрации ионов водорода (увеличение рН среды). Идут процессы образования нерастворимых гидрооксидов и карбонатов металлов.

Кислотный геохимический барьер (тип Е)характеризуется изменением среды в сторону увеличения концентрации ионов водорода (снижение рН среды). Идут процессы образования малорастворимых кислот и солей.

Испарительный геохимический барьер (тип F) характеризуется увеличением концентрации анионов и катионов в растворе вследствие процесса испарения воды. Происходит кристаллизация и осаждение солей из-за уменьшения их растворимости.

Термодинамический геохимический барьер (тип Н)характеризуется концентрированием химических элементов в результате резкого изменения температуры и давления. Наиболее хорошо такой тип геохимического барьера изучен для явлений понижения давления в водах, содержащих углекислоту Н₂СО₃.

Техногенные геохимические барьеры – участки ноосферы, в которых происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и как следствие их концентрация, являющиеся следствием хозяйственной деятельности человечества.

Примеры некоторых типов геохимических барьеров.

Кислородный барьер. Кислородные барьеры встречаются в лесных ландшафтах влажного климата.Большое количество растительного опада и недостаток кислорода в поверхностных и подземных водах приводит к образованию кислых глеевых вод. Они интенсивно выщелачивают из подстилающих пород химические элементы, в том числе - железо и марганец. Вследствие восстановительной обстановки железо и марганец в этих водах находятся в низших степенях окисления (Fe⁺²и Mn⁺²). Там, где такие воды выходят на земную поверхность, в результате растворения в них кислорода возникает окислительная обстановка. Катионы Fe⁺², Mn⁺²окисляются с образованием нерастворимых в воде гидрооксидов: С кислородным барьером связано образования месторождений самородной серы в участках разгрузки сероводородных вод (рис. 7).

Сульфидный геохимический барьервозникает в местах, где кислородные или глеевые воды на пути своего движения встречают сероводородную обстановку. Образование сероводорода H₂S в основном связано с деятельностью анаэробных бактерий, которые отнимают у ионов сульфата кислород, восстанавливая серу. Сероводородные барьеры имеют большое практическое значение, т.к. на них образуются месторождения меди, урана, селена и других элементов. Если на возвышенности располагаются рудные тела или минералы, содержащие сульфиды железа, меди и др. металлов, то окисление этих минералов приводит к образованию кислых грунтовых вод, содержащих свободную серную кислоту и сульфаты металлов. У подножия склона, в болотной среде, в анаэробной обстановке, происходит бактериальное восстановление ионов сульфата до сульфида. Так, в краевой зоне болота возникает сульфидный геохимический барьер. Сульфидный геохимический барьер возникает также и в зоне застойных вод в сульфидных месторождениях.

Щелочные барьеры. В районах влажного климата, на контакте магматических пород с известняками образуются геохимические барьерытипа D2 или D6 (рис.8).

Разложение органических остатков в почвах приводит к образованию кислых кислородных или глеевых вод, которые выщелачивают многие химические элементы из пород или окисляющихся рудных тел (Mn, Co, Ni, Fe, Cu, Be и т.д.). На контакте с известняками возникает щелочной барьер (нейтрализация кислот) и идет образование нерастворимых гидроксидов элементов (рН осаждения гидроксидов металлов меньше 7).

Восстановительные глеевые барьеры(связанные с присутствием в породах большого количества органического вещества могут определять образование инфильтрационных месторождений урана (рис. 9).

Существование геохимических барьеров в толщах карбонатно-сульфатных толщ определяет образование стратифицированных месторождений меди, цинка и др. (рис. 10).

Рис. 7. Кислородный барьер на участке разгрузки сероводородных вод (AII).

1 – водонепроницаемые известняки, 2 – песчаники, 3 – водоупорные глины.

Рис. 8. Щелочной геохимический барьер на контакте известняковой толщи.

1 – направление движения кислых грунтовых вод, 2 –магматические породы, 3 - известняки, 4 – участки образования вторичной минерализации в области щелочного геохимического барьера, 5 – зона окисления сульфидного рудного тела, 6 – сульфидные руды.