геохімічні бар’єри

Глава 1 Теорія геохімічних бар'єрів

Глава 2 Види геохімічних бар'єрів

Глава 3 Техногенні геохімічні бар'єри і захист навколишнього середовища

Список використаної літератури

Як і в біосфері в цілому, в межах окремих ландшафтів і в їх групах, складених за певними ознаками, практично безперервно йде переміщення атомів хімічних елементів, часто зі зміною форм їх знаходження. Іншими словами, йдуть процеси міграції. Однак їх інтенсивність в різних ділянках біосфери може дуже різнитися. Саме ж переміщення, як правило, можна обмежити в просторі, виділивши своєрідний міграційний потік.

Ділянки біосфери (і навіть земної кори), на яких в міграційному потоці на короткому (в порівнянні з його довжиною) відстані різко зменшується інтенсивність міграції хімічних елементів і, як наслідок цього процесу, підвищується їх концентрація, отримали назву геохімічних бар'єрів. Цей термін був запропонований в 1961 р А.І. Перельманом. Їм же були розроблені основи вчення про геохімічних бар'єри, яке до теперішнього часу стало однією з найважливіших частин цілого ряду наук про Землю.

Геохімічні бар'єри - ділянки ландшафтної сфери, на яких відбувається різке зменшення інтенсивності міграції і концентрація хімічних елементів і сполук. З латеральними (бічними) міграційними потоками і зміною на їх шляху геохимической обстановки пов'язана поява ландшафтно-геохімічних бар'єрів, а з радіальними (вертикальними) потоками і контрастністю умов міграції в різних генетичних горизонтах грунтів - грунтово-геохімічних бар'єрів. За формою геохімічні бар'єри поділяються на лінійні, приурочені до кордонів між елементарними ландшафтними ареалами, і майданні, мають субгоризонтально простягання. Розміри геохімічних бар'єрів можуть варіюватися від декількох сантиметрів до сотень і тисяч метрів. Виділяють такі основні види геохімічних бар'єрів: механічні - ділянки різкої зміни швидкості руху міграційних водних потоків або вітру, на яких відбувається накопичення хімічних елементів і сполук, що пересуваються у вигляді уламкових частинок різного розміру; фізико-хімічні - виникають на ділянках різкої зміни окисно-відновних і / або лужно-кислотних характеристик природних вод (серед них виділяють кисневий, сульфатний, карбонатний, випарний і ін.); біологічні - приурочені до місць накопичення хімічних елементів і сполук за рахунок життєдіяльності різних організмів.

У природі зустрічаються як окремі види геохімічних бар'єрів, так і їх різноманітні поєднання. Кожна різновид геохімічного бар'єру має здатність концентрувати лише певну асоціацію мігруючих речовин (наприклад, на карбонатному геохимическом бар'єрі втрачають рухливість іони Ca, Sr, Ba; на випарному - іони Li, Na, Mg, Ca, U і т.п.). Детальне вивчення геохімічних бар'єрів є однією з основних задач геохімії ландшафту в зв'язку з величезною практичною значущістю, так як концентрації окремих елементів на геохімічні бар'єри можуть досягати значних в промисловому відношенні величин, а також мати екологічні наслідки. Геохімічні бар'єри виконують функцію природних "фільтрів", сильно знижують міграційну здатність більшості забруднювачів і сприяють їх фіксації і розрізнення. Більш того, теорія геохімічних бар'єрів служить основою для наукового обґрунтування створення штучних геохімічних бар'єрів (техногенні геохімічні бар'єри), що обмежують або повністю виключають поширення хімічних забруднювачів.

Глава 1 Теорія геохімічних бар'єрів

Узагальнення великого фактичного матеріалу дозволило В. І. Рехарскому класифікувати гидротермально-метасоматичні формації рудних родовищ і встановити характерні для них асоціації елементів. Старший науковий співробітник К. М. Феодотії проводив експерименти, що моделюють гідротермальні процеси.

Геохімія рудообразующих процесів вивчалася на прикладі молібдену і ртуті. Результатом цих досліджень з'явилися монографії: А. А. Саукова, Н. X. Айдіньян, Н. А. Озерова "Нариси геохімії ртуті" (1972) і B. І. Рехарского "Геохімія молібдену в ендогенних процесах" (1973).

Дослідження по геохімії окремих елементів під керівництвом В. І. Рехарского і П. А. Озерова успішно розвиваються і в наступні роки. Широке застосування отримали новітні методи лабораторних досліджень - вивчення газорідку включень (Ю. Н. Пашков).

Глава 2 Види геохімічних бар'єрів

Геохімічні бар'єри біосфери поділяються на два основних типи - природні та техногенні. І ті, і інші розташовуються на ділянках зміни чинників міграції. У першому випадку зміна факторів, а відповідно і геохімічної обстановки, обумовлюється природними особливостями конкретної ділянки біосфери. У другому така зміна геохімічних обстановок відбувається в результаті антропогенної діяльності.

Механічні бар'єри являють собою ділянки з різким зменшенням інтенсивності механічного переміщення речовин і відповідно їх відкладення. У біосфері механічні бар'єри пов'язані в основному з міграцією елементів в мінеральній або колоїдній формі. Міграція найчастіше відбувається в повітряному і у водному середовищах, а також на кордоні середовищ (скочування уламків по схилах).

При перенесенні в повітряних потоках парів води своєрідними механічними бар'єрами є гірські системи. Затримка на них хмар і випадання опадів можуть призводити до порушення безпеки життєдіяльності і навіть до екологічних катастроф. Це необхідно враховувати при освоєнні нових районів, будівництві населених пунктів і підприємств. Класичним прикладом такого бар'єру може служити район міста Ріо-де-Жанейро (Бразилія), затиснутий між горами і Атлантичним океаном. Катастрофічні повені, пов'язані з тривалими зливами, відбуваються в цьому районі досить часто. Під час одного з останніх злив (1988) тут загинуло близько 300 осіб, а загальний екологічний збиток оцінений в 935 млн дол. США. Подібних бар'єрів на земній кулі досить багато, проте відомості про суттєві порушення безпеки життєдіяльності в цих районах стають широко відомими лише при високій щільності населення. (В районі, наведеному в якості прикладу, проживає близько 10 млн чоловік.)

Іноді в якості добрива використовуються мули з міських очисних споруд, як, наприклад, в Фастові. Багато овочі при цьому збільшують врожайність, але містять в небезпечних для здоров'я концентраціях багато важкі метали. Їх токсичну дію в одних випадках проявляється відразу. В інших випадках вони, накопичуючись в організмі, порушують безпеку життєдіяльності через роки.

Біогеохімічні бар'єри можуть приводити і до зростання безпеки життєдіяльності, затримуючи надходження токсичних речовин з атмосфери. Такими бар'єрами зазвичай служать зелені насадження (декоративні дерева і чагарники) близько промислових і в сельбищних ландшафтах. При цьому підбір спеціальних рослин, в великих концентраціях поглинаючих певні хімічні елементи, може різко підвищити безпеку життєдіяльності близько певних підприємств.

Окислювальні геохімічні бар'єри. Розвиваються на ділянках різкої зміни відновлювальних умов окислювальними же в загальній формі в місцях переходу від менш окислювальних умов до більш відновлювальних (або від більш відновлювальних до менш окислювальним). Найбільш вивчені такі бар'єри в місцях зміни відновної обстановки окислювальному, причому головним агентом окислення служить вільний кисень. У зв'язку з цим даний різновид окисного бар'єру можна назвати кисневим бар'єром.

Відновлювальні геохімічні бар'єри. Ці бар'єри виникають в тих ділянках зони гіпергенезу, де окисні умови змінюються відновними або, в більш загальній формі, де менш відновлювальні різко переходять в більш відновлювальні. Відповідно до двома основними класами відновлювальної середовища - сульфідним (сірководневим) і глеевого - встановлюються і два класи відновлювальних геохімічних бар'єру: сульфідні (сірководневий) і глейові. Обидва класи бар'єрів поширені як в грунтах, так і в водоносних горизонтах.

Сульфідні бар'єр. Сучасні термальні сірководневі бар'єри формуються на дні западин Червоного моря, в інших морських і океанічних районах, в районах вулканізму, в зонах розлому і т. Д. [1]. Сульфідні (сірководневий) бар'єр так само виникає в грунтах і водоносних горизонтах, коли дренирующие води зустрічають на шляху свого руху сірководень (сірководневі води; виділення газів, що містять H2S; гниє органічна речовина). При цьому відбувається випадання металів у формі нерозчинних сульфідів.

Сірководень осаджує мідь з природних вод в формі різних сульфідів. Тому на ділянках зустрічі Міденосний вод з сірководневими виникає відновний бар'єр, на якому осідає мідь і її супутники свинець і цинк.

Глава 3 Техногенні геохімічні бар'єри і захист навколишнього середовища

Розробка методів поліпшення екологічної ситуації до останнього часу проводилася в основному шляхом вдосконалення технологій виробництва (створення безвідходних технологій, переробка відходів, вдосконалення систем очищення скидів і викидів і т.д.), що, безсумнівно, є важливим і перспективним напрямком. Поряд з цим в останні десятиліття для захисту навколишнього середовища від забруднення намітилася тенденція використання геохімічних методів. Велику роль в цьому зіграло дослідження процесів техногенної міграції елементів і введення А.І. Перельманом понять "геохімічний бар'єр" і "техногенний геохімічний бар'єр". Це ділянка, де відбувається різке зменшення інтенсивності міграції і, як наслідок, концентрація елементів.

Сутність методів захисту навколишнього середовища від забруднення за допомогою геохімічних бар'єрів полягає в перекладі забруднюючих компонентів в малорухливі форми. При цьому можливе використання як існуючих природних геохімічних бар'єрів, так і цілеспрямоване створення техногенних бар'єрів. Як матеріали для створення бар'єрів в залежності від складу забруднювачів можуть застосовуватися природні утворення (грунти, гірські породи і т.д.) або інші речовини, наприклад, виробничі відходи. У ряді випадків локалізація забруднювачів може здійснюватися за рахунок обліку природних геохімічних особливостей ґрунтової товщі при виборі ділянок складування або скидання відходів. Досвід роботи показав можливість використання бар'єрів в різних ситуаціях.

Очищення стічних вод від зважених часток. Для очищення дражних стоків від зважених часток на родовищі алмазів в Пермській області запропоновано використовувати грунтові фільтри, що укладаються в руслі річки. Як матеріал для фільтрів використовувалися дражних відвали. Досвідчені натурні роботи показали, що в залежності від довжини шляху фільтрації концентрація зважених часток у стоках може знижуватися в десятки і сотні разів.

Захист підземних вод від забруднення в районах шламосховищ. Складування відходів пашійского металургійно-цементного заводу привело до забруднення підземних вод в районі чинного шламосховища. У пульпі з лужною реакцією середовища виявлено підвищений вміст Cu, Cd, Pb, Zn, Ni, Mo, As, Ti, значно перевищують ГДК. Метали утворюють стійкі комплекси з органічними речовинами, рухливі в лужному середовищі. Спільно з лабораторією ОГС МГУ запропоновано створення комплексного, багатошарового екрану для зниження інтенсивності забруднення підземних вод. Основний шар, що виконує функцію перехоплення забруднювачів, пропонується створювати з суміші торфу і піритових огірків, що дозволяє пов'язувати метали в сульфіди в анаеробних відновних умовах. Лабораторні дослідження показали, що застосування методу забезпечує захист підземних вод від надходження забруднювачів на весь період запланованої експлуатації.

Отже геохімічні бар'єри це зони різкого зменшення міграційної здатності будь-яких хімічних елементів; процес супроводжується їх осадженням з розчину і призводить до виникнення їх підвищеної концентрації, в тому числі промислових родовищ. Залежно від чинників рудоотложенія розрізняють: фізико-хімічні, механічні, біогеохімічні бар'єри. Геохімічні бар'єри відіграють важливу роль в екзогенних процесах рудоутворення.

Список використаної літератури