ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.09.2020

Просмотров: 4383

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

66 

ровые воды, магматические и гидротермальные системы. Диффузионный процесс 
зависит также от тектонического режима. Его роль возрастает в спокойные эпохи 
и уменьшается при горообразовании. 

Процесс ведет к уменьшению разнообразия, дифференциации, не требует за-

трат извне, энтропия системы увеличивается. Скорость диффузии растет с ростом 
температуры.  В  гипергенных  условиях  ее  влияние  на  равномерное  рассеивание 
элементов  не  имеет  большого  значения.  Диффузионный  поток  пропорционален 
градиенту концентрации и обычно оценивается через коэффициент диффузии, ко-
торый  максимален  в  газах  (n·10

–1

  см

2

/с),  меньше  в  водных  растворах,  расплавах 

(n·10

–5

– n·10

–6

 см

2

/с) и в твердых телах (n·10

–8

– n·10

–50

 см

2

/с). 

Под  влиянием  диффузии  в  осадочной  оболочке  происходит  диффузионно-

молекулярное рассоление поровых вод, формирование высокоминерализованных 
подземных вод. Диффузия в гидротермальных системах создает первичные диф-
фузионные ореолы гидротермальных месторождений. 

Конвекция

  –  физико-химическая  миграция  атомов,  ионов,  молекул  вместе  с 

растворителем. Конвекция в пористой среде называется 

фильтрацией

. Она проте-

кает в верхней мантии и земной коре значительно быстрее диффузии, особенно в 
зоне активного водообмена. Фильтрация развивается в земных глубинах и усили-
вается в эпохи тектонической активности, складчатости и горообразования. Грун-
товые воды движутся со скоростью несколько сантиметров в секунду, воды арте-
зианских бассейнов – менее n·10

–2

 см/с, застойные воды – менее n·10

–4

 см/с. 

При фильтрации воды взаимодействуют с вмещающими породами, где раз-

виваются процессы выщелачивания, обменной сорбции и осаждения на геохими-
ческих барьерах с формированием рудных пород. 

В природных условиях часто диффузия совмещается с конвекцией, что при-

водит к развитию совместного процесса – 

конвективной диффузии

.  

Радиолиз

 – процесс радиационно-химического разложения воды в результате 

воздействия  на  нее  энергии  радиоактивного  распада  атомных  ядер.  Продуктами 
радиолиза являются 

Н

2

О

2

, гидроксоний 

Н

3

О

+

, гидроксил 

ОН

. Возникает неравно-

весная обстановка с сильными окислителями и восстановителями. Для образова-
ния заметного количества продуктов радиолиза в природных условиях необходи-
мы сотни тысяч и миллионы лет.  С действием атомарного кислорода связывают 
гематизацию  пород,  окисление  нефти.  Метан  под  воздействием  α-излучения  по-
лимеризуется  с  образованием  сложных  углеводородов.  Под  влиянием  радиолиза 
бензол превращается в фенол, в газовых залежах образуются 

СО

2

, СО

, формаль-

дегид и другие соединения. 

В минералах радиолиз приводит к образованию 

плеохроичных ореолов

 – ко-

лец сплошного потемнения. Предполагают, что радиолиз конституционной воды 
приводит к окислению 

Fe

2

+

. Возможны и другие реакции. 

С  радиационным  воздействием  связывают  частичную  потерю  минералами 

кристаллической  структуры,  происходят 

метамиктные  изменения

.  Эти  явления 

установлены в цирконах, торите, браннерите и других радиоактивных минералах. 

При спонтанном делении ядер радиоактивных элементов образующиеся ядра 

обладают большой кинетической энергией. Пути их следования в виде тонких ка-
налов – 

треков

 видны под микроскопом. Метод треков позволяет определить со-


background image

 

67 

держание урана в минералах и его пространственное распределение. Треки обра-
зуются также за счет космических лучей и обнаружены в минералах метеоритов. 

Фотолиз

 – фотохимическая реакция, которая протекает в тропосфере, когда 

космические лучи и солнечная радиация взаимодействуют с молекулами верхней 
части  атмосферы  и  образуют  продукты  внутримолекулярной  реакции.  Для  того, 
чтобы  произошла  фотохимическая  реакция,  молекула  газа  должна  поглотить 
энергию  в  ультрафиолетовой  или  видимой  части  спектра.  Поглощенная  энергия 
возбуждает  электрон  и  он  переходит  на  орбиталь  более  высокой  энергии.  Этой 
энергии достаточно для разрыва связи в молекуле и ее разрушения. Под влиянием 
фотолиза разрушаются также вредные вещества атмосферы. В процессе первона-
чального формирования атмосферы фотолиз выполнял важную функцию по обра-
зованию кислорода атмосферы – окислителя элементов. 

В геологической истории кислород как окислитель участвовал в формирова-

нии руд железа и марганца в гипергенных условиях, а также определял миграцию 
и концентрирование элементов с переменной валентностью. 

Фотосинтез

  –  процесс  синтеза  простейших  органических  соединений  под 

влиянием  хлорофилла  растениями  и  микроорганизмами  с  использованием  энер-
гии солнечного света, воды и углекислого газа атмосферы. 

Растения  в  ходе  роста  и  развития  концентрируют  химические  элементы  из 

почвы, породы. После отмирания и погружения в воду или заиления подвергают-
ся разложению, на больших глубинах – обугливанию и образованию месторожде-
ний каустобиолитов: газ, нефть, битум, каменный уголь, горючие сланцы.  В гео-
логической истории фотосинтез появился при достаточном количестве кислорода 
в  атмосфере,  когда  стало  возможным  развитие  зеленых  растений.  Образование 
каустобиолитов  –  процесс  геологически  длительный  и  наиболее  качественные  и 
большие месторождения их связаны, как правило, с палеозоем и мезозоем. 

В  промышленных  масштабах  из  углей  извлекают 

Ge,  Ga,  U

,  разработана 

технология выделения 

Pb, Zn, Mo

, изучается вопрос получения 

Au, Ag, Hg

. Из зо-

лы энергетических углей можно получать около половины потребляемых редких 
металлов. 

Биохимический  процесс

  представляет  собой  реакции,  связанные  с  обменом 

веществ  в  живых  организмах  или  трансформацией  минералов  и  отмерших  орга-
низмов при участии микроорганизмов. В живых организмах биохимические реак-
ции  проходят  ряд  промежуточных  этапов  или  ступеней.  На  каждом  этапе  могут 
происходить  лишь  небольшие  изменения  внутренних  связей  атомов  в  молекуле 
или  перенос  небольших  групп  атомов  от  одной  молекулы  к  другой.  Биохимиче-
ские реакции протекают с поглощением, переносом и выделением энергии. У ге-
теротрофных  организмов  источником  энергии  являются  окислительно-
восстановительные процессы. Активация биохимических реакций осуществляется 
с помощью 

ферментов

, которые помогают возникновению биохимических реак-

ций и увеличивают их скорость, не влияя на их энергетический баланс. Каждый 
фермент бесконечно долго образует временные связи с молекулами реагирующих 
веществ. Фосфаты участвуют в накоплении и передаче энергии между соединени-
ями. 

В клетках бактерий содержится большое количество разнообразных фермен-

тов и ферментных систем, находящихся в тесном взаимодействии друг с другом. 


background image

 

68 

Они используются для синтеза и разложения углеводов, белков, жиров, кислот и 
других соединений. 

Грибы  разлагают  весьма  стойкие  органические  соединения.  В  кислородной 

среде они полностью окисляют органическое вещество до 

СО

2

 и 

Н

2

О

, в бескисло-

родной  –  накапливаются  не  полностью  окисленные  продукты  обмена.  Биохими-
ческая активность грибов, как и бактерий, регулируется ферментами, в состав ко-
торых входят микроэлементы.  

Одни почвенные водоросли способствуют ускорению выветривания горных 

пород, другие своими кислыми выделениями растворяют известняки. 

Высшие растения являются основным источником почвенного органическо-

го  вещества,  которое  в  процессе  разложения  оказывает  биохимическое  воздей-
ствие на минеральную породу. Корневая система растений биохимически активна 
корневыми выделениями, способными растворять некоторые минералы. 

Почвенная  фауна  (беспозвоночные,  насекомые,  нематоды  и  др.)  способ-

ствуют развитию процессов синтеза и разложения органических веществ и повы-
шению ферментативной активности, гумификации растительных остатков. 

 

6.3.3. Геохимические барьеры 

Концентрация  химических  элементов  и  формирование  месторождений  по-

лезных  ископаемых  может  происходить  на  геохимических  барьерах.  По 
А.И.Перельману(1989, с.  67),  это  «участки  земной  коры, в  которых  на  коротком 
расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических 
элементов и, как следствие, их концентрация». В таких зонах одна геохимическая 
обстановка  сменяется  другой.  Их  формируют  параметры  рН,  Еh,  температура, 
давление. Понятие о барьерах является одной из методологических основ изуче-
ния  геохимических  аномалий  и  важно  для  разработки  методики  геохимических 
поисков. 

В земной коре местами геохимические барьеры сочетаются, поэтому можно 

выделять комплексные барьеры. При движении химических элементов к барьеру 
с  разных  сторон  выделяются 

двусторонние  барьеры

.  На  них  осаждаются  разно-

родные  ассоциации  элементов.  Различают  также 

латеральные  барьеры

,  которые 

образуются  в  субгоризонтальном  направлении  и 

радиальные

  (по  вертикальному 

профилю  земной  коры)  при  вертикальной  миграции  растворов  сверху  вниз  или 
снизу  вверх.  В  зависимости  от  способа  массопереноса  выделяют 

диффузные

  и 

инфильтрационные барьеры. 

В  основу  классификации  геохимических  барьеров  А.И.Перельманом  поло-

жены различия в миграции. Выделено два основных типа барьеров – 

природные и 

техногенные

.  Природные  барьеры делятся на  три класса: 

механический,  физико-

химический  и  биогеохимический.

  Аналогичные  классы  выделяются  среди  техно-

генных барьеров. 

К  механическим  барьерам  приурочены  продукты  механической  дифферен-

циации осадков (делювий, пролювий, аллювий дельт, механическая дифференци-
ация в шельфовой зоне). 

Физико-механические барьеры возникают в местах изменения температуры, 

давления,  окислительно-восстановительных  и  щелочно-кислотных  условий.  Они 


background image

 

69 

встречаютмся в гипергенных, метаморфических и магматических системах. Био-
геохимические  барьеры  образуются  в  зоне  гипергенеза.  Происходит  концентра-
ция отдельных химических элементов или их сочетаний в растениях, которые по-
сле  отмирания  и  захоронения  при  определенных  условиях  трансформируются  в 
каустобиолиты. Например, в некоторых видах каменных углей германия концен-
трируется больше, чем минеральном сырье.

 

 

6.3.4. Кинетика и динамика физико-химической миграции 

Состав  вод,  минералов  во  многих  системах  определяется не  равновесием  и 

не только им, а главным образом кинетикой процессов. Скорость химических ре-
акций возрастает с повышением температуры. В земной коре многие термодина-
мически допустимые реакции не реализуются из-за того, что не достигается 

энер-

гия  активации

  –  та  минимальная  энергия  в  расчете  на  1  моль,  которой  должны 

обладать реагирующие атомы или молекулы, чтобы началась реакция. Например, 
в полярной зоне встречаются на поверхности невыветрелые выходы сульфидных 
руд.  В  присутствии  кислорода  сульфиды  термодинамически  неустойчивы,  но 
устойчивы фактически, так как окисление сильно замедляют низкие температуры. 

В зоне гипергенеза известен суммарный эффект физико-химической и био-

генной  миграции.  О  скорости  ее  дает  представление  показатель  ионного  стока, 
равный  годовому  стоку  в  т/км

2

  площади  бассейна  реки.  По  Г.А.  Максимовичу, 

средняя  химическая  денудация  поверхности  суши  составляет  12  мкм/год,  для 
стран СНГ – 7 мкм/год. В центральной части океана очень медленная седимента-
ция – за 1000 лет накапливается менее 3 мм осадков (А.П. Лисицин). 

Динамику  основных  геохимических  процессов  исследовал  В.С.  Голубев 

(1981). Она изучает физико-химические модели процессов и систем с  учетом их 
развития. Эти модели строятся на основе закономерностей равновесной и нерав-
новесной термодинамики, химической кинетики. Наиболее детально исследованы 
кинетика  метасоматоза  и  процессов  образования  ореолов  рассеяния  рудных  ме-
сторождений (литогеохимических, гидрогеохимических). 

Электрохимические  реакции  в  породах

.  Большинство  сульфидов,  магнетит, 

арсениды и другие минералы обладают электрической проводимостью. На грани-
це их с водой возникает скачок потенциала. Обычно в сульфидных рудах присут-
ствует несколько минералов, имеющих разные электропотенциалы. В контакте с 
водой  в  таких  рудах  образуются  микрогальванические  пары,  электродвижущая 
сила которых может достигать 0,3–0,4 В. Минерал с более высоким потенциалом 
выполняет роль катода, а с меньшим – анода: 

на катоде MeS + 2ē → Me

o

 + S

2–

на аноде MeS – 2ē → Me

2+

 + S

о

В зависимости от рН вод S

2–

 трансформируется в H

2

S и HS

, а ионы Ме

2+

 пе-

реходят в раствор. Например, если в рудах наблюдается ассоциация пирита, халь-
копирита,  галенита  и  сфалерита,  то  раствор  будет  обогащаться  Pb  и  Zn,  так  как 
галенит (PbS) и сфалерит (ZnS) выступают как аноды с более низким потенциа-
лом, чем пирит (FeS

2

) и халькопирит (Cu

2

S), играющих роль катодов. Вследствие 

этого  на  месторождениях  возникают  электрохимические  водные  ореолы  рассея-
ния  металлов,  что  позволяет  выявить  глубоко  залегающие  руды.  Такие  электро-
химические явления представляют собой один из важнейших факторов выветри-


background image

 

70 

вания  минералов  диэлектриков.  Эти  представления  об  электрохимическом  рас-
творении положены в основу метода поисков руд под воздействием постоянного 
электрического поля. Сконструирована специальная станция для поисков рудных 
месторождений на глубине более 100 м по фиксации на поверхности вторичных 
ореолов рассеяния.  

Формат:

 Список