6

Геохимия окружающей среды

1. Концепция в. И. Вернадского о геологической роли организмов.

По В.И. Вернадскому, живое вещество, захватывая энергию Солнца, создает химические соединения, при распаде которых эта энергия освобождается в форме производящей химическую работу. Это и привело ученого к выводу, что живые организмы не второстепенные участники геологических процессов, лишь оказывающие влияние на общий ход неорганических явлений в земной коре, а главный фактор миграции химических элементов: “... все бытие земной коры, по крайней мере 90% по весу массы ее вещества, в своих существенных, с геохимической точки зрения, чертах обусловлено жизнью”, — писал он в 1934 г.

Геологический эффект деятельности отдельного организма бесконечно мал, но так как число организмов бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени (более 500 млн. лет), то в итоге получается величина конечная и к тому же грандиозная. Преобразуя энергию солнечных лучей в потенциальную, а затем и кинетическую энергию геохимических процессов, организмы изменили химический состав земной коры. Эта их работа в наибольшей степени сосредоточена в ландшафтах суши и поверхностных слоях моря.

Геохимическая деятельность организмов имеет следующие аспекты:

1. Организмы как непосредственные концентраторы элементов, в результате деятельности которых образуются горные породы с органоморфной структурой и текстурой: угли, коралловые известняки, диатомиты, торф и др.

2. Живое вещество как фактор, определяющий физико-химические условия миграции элементов в данной биокосной системе — почве, ландшафте, водоносном горизонте и т.д. (восстановительная среда в местах гниения органических веществ, резко окислительная в зоне фотосинтеза водных растений и т.д.).

3. Суммарный эффект деятельности живого вещества за геологическую историю. Организмы выступают в качестве важнейшего фактора миграции элементов, определяющего всю геохимию земной коры — формирование кислородной атмосферы, образование известняков, гранитов и других горных пород.

Первый аспект признавался всегда, роль второго часто недооценивалась, а третий был установлен только исследованиями В.И. Вернадского. Именно он показал, что миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂ , СО₂ , Н₂S и т.д.) обусловлены живым веществом — как тем, которое в настоящее время населяет данную биокосную систему, так и тем, которое действовало в биосфере в течение геологической истории. Это положение было предложено именовать законом Вернадского (формулировка А.И. Перельмана).

2.Основные типы и виды геохимических барьеров в ландшафтах.

Геохимические барьеры это участки земной коры, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация. Аналогично макро- и микроклимату, макро-, мезо- и микрорельефу выделяют макро-, мезо- и микробарьеры. Главная особенность барьера — резкое изменение условий концентрации элементов, это зона, где одна геохимическая обстановка сменяется другой.

На геохимических барьерах образуются руды большинства месторождений, различные геохимические аномалии, приводящие к загрязнению окружающей среды, другие практически важные виды концентрации элементов. Все это определяет важность изучения геохимических барьеров.

При совмещении в одном месте различных геохимических процессов формируются комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических процессов. Выделяются также двусторонние барьеры, которые формируются при движении различных элементов к барьеру с разных сторон. На двустороннем барьере происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов. Различаются также латеральные барьеры, образующиеся при движении вод в субгоризонтальном направлении, например на границе элементарных ландшафтов, и радиальные (вертикальные) барьеры, формирующиеся при субвертикальной (снизу вверх или сверху вниз) миграции растворов в почвах, зонах разломов, корах выветривания и т.д. В зависимости от способа массопереноса различаются диффузионные и инфильтрационные барьеры. В.С. Голубев разработал понятие о подвижном геохимическом барьере, когда барьер перемещается медленнее фильтрации вод.

В основу классификации геохимических барьеров положены виды миграции. Выделяется два основных их типа — природные и техногенные. Природные в свою очередь разделяются на три класса. Наиболее простые — механические барьеры — участки резкого уменьшения интенсивности механической миграции. К ним приурочены различные продукты механической дифференциации осадков. В местах резкого уменьшения интенсивности физико-химической миграции формируются физико-химические барьеры. Они возникают в местах изменения температуры, давления, окислительно-восстановительных, щелочно-кислотных и других условий. Биогеохимические барьеры обязаны уменьшению интенсивности биогенной миграции — угольные залежи, торф, концентрации элементов в телах организмов и т.д. Среди техногенных барьеров также выделяются механические, физико-химические и биогеохимические классы. Более сложные процессы образования геохимических барьеров обычно включают в себя менее сложные.

Изменение геохимических показателей m (t, p, Eh, pH и т.д) в направлении миграции химических элементов называется градиентом барьера G : G = dm/dl = (m₂-m₁) / l,

где m₁ — значение данного геохимического показателя до барьера, m₂ — после барьера, l — ширина барьера.

Контрастность барьера S характеризуется отношением величины геохимических показателей в направлении миграции до и после барьера: S = m₂/m₁

Интенсивность накопления элемента увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера.