ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3941
Скачиваний: 7
71
7.
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Классификация в любой науке обобщает и отражает современные взгляды и
свидетельствует о развитии данного научного направления. Цель классификации
объектов – суммирование знаний на определенном этапе развития науки, выявле-
ние взаимосвязей между объектами, отражение эволюции и на основе этого объ-
единение изучаемых объектов по определенным критериям в таксоны.
В основе любой геохимической классификации элементов лежит Периоди-
ческая система Д.И. Менделеева. Положение элемента в таблице указывает на его
геохимические свойства, т. е. способность мигрировать, рассеиваться или концен-
трироваться в определенных условиях ландшафта.
В настоящее время в геохимии известны классификации элементов
В.М. Гольдшмидта, А.Е. Ферсмана, В.И. Вернадского, А.Н. Заварицкого, а в гео-
химии ландшафта А.И. Перельмана, Е.В.Склярова и др. Классификации
А.Е. Ферсмана (см. рис. 10, с.79) и А.Н. Заварицкого основаны на поведении эле-
ментов в гипогенных условиях (магматических, метаморфических); В.М. Голь-
дшмидта и В.И. Вернадского – отражают поведение элементов в гипо- и гипер-
генных условиях.
По А.Н. Заварицкому, в Периодической системе выделено 10 блоков, в кото-
рые входят близкие в геохимическом отношении химические элементы: благо-
родные газы; горных пород (
Na, Mg
,
Si, Al, Ca,Li, Be, Rb, Sr, Cs, Ba)
; магматиче-
ских эманаций (
B, F, Cl, S, P, O, C, N
); группы железа (
Fe, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni
);
редкие (
Nb, Ta, Sc, Y, Mo, Hf, W);
радиоактивные; металлических руд (
Cu, Zn, Sn,
Hg, Ag, Au, Ga, Cd, In, Pb)
; металлоидные и металлогенные (
As, Sb, Bi, Te, Se
);
группы платины; тяжелые галоиды (
Br, J
).
По способности создавать определенные химические соединения в природе
и концентрироваться в среде В.М. Гольдшмидт (1924) разделил элементы на пять
групп: литофилы (оксифилы), халькофилы, сидерофилы, атмофилы, биофилы.
Литофилы
образуют кислородные соединения, их ионы имеют 8-электронную
оболочку. К ним относятся (
Si, Fe, Ti, Cl, Br, В, Al, Ca, Mg
и др.) всего 54 элемен-
та. Для
халькофилов
характерно взаимодействие с серой и ее аналогами – селе-
ном, теллуром. Внешняя оболочка катионов имеет 18-электронную конфигура-
цию (
Сu, Zn, Pb, Cd, Fe, Co
и др.). Природные соединения образуют сульфиды.
Сидерофилы
(
Ni, Mo, Ni, Со, Os, Pd, Ir, Pt, Au Та
и др.) в расплавах соединяются с
железом. Они представлены атомами, которые образуют переходные ионы с
внешней оболочкой 9–17-электронной конфигурации.
Атмофилы
характерны для
атмосферы, их атомы имеют электронную конфигурацию инертных газов (2- и 8-
электронную).
Биофилы
(
С, Н, О, N, Р, S, Cl, Na, Ca, Mg, Fe
и др.) концентриру-
ются в живых организмах с образованием различных соединений. Однако в клас-
сификации В.М. Гольдшмидта некоторые элементы сочетают в себе свойства си-
дерофилов и халькофилов (Со), халькофилов и литофилов (
Fe
).
В основу геохимической классификации В.И. Вернадский положил историю
поведения химического элемента в земной коре. В соответствии с этим все эле-
менты разделены им на шесть групп: 1) благородные газы
Не, Ne, Ar, Кг, Хе
; 2)
благородные металлы
Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt
; 3) циклические элементы
Н, Be, В, С,
N, О, F, Na, Mg
и др. (всего 44); 4) рассеянные
Li, Sc, Ga, Br, Rb, Y, In, I, Cs
; 5)
72
сильно радиоактивные
Ро, Nt, Ra, Ac, Th, Pa, U
; 6) редкие земли
La, Се, Pr, Nd, Sm,
Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.
Классификация химических элементов, составленная А.И. Перельманом, со-
ответствует их поведению в условиях зоны гипергенеза. В основу классификации
положены интенсивность, контрастность, виды миграции элементов в различных
геохимических обстановках, а также их свойства и кларки. Химические элементы
разделены на две основные группы по форме миграции: воздушные и водные. Из
активных воздушных мигрантов в основном состоят живое вещество, природные
воды. Воздушные мигранты в значительной степени определяют рН и Eh природ-
ных вод. Пассивные воздушные мигранты не играют существенной роли в ланд-
шафте. Водные мигранты делятся на анионогенные и катионогенные, поведение
которых в ландшафте определяются свойствами самих элементов и геохимиче-
скими условиями среды (Eh и pH). Каждая выделенная группа представляет собой
парагенную ассоциацию элементов, осаждающихся на геохимических барьерах. В
пределах групп химические элементы расположены по убыванию кларка. При
сходных химических свойствах чем выше кларк, тем больше геохимическая роль
элемента. Особенности миграции отражены в приведенной ниже схеме:
ВОЗДУШНЫЕ МИГРАНТЫ
Активные (образуют химические
соединения):
O, H, C, N, I
Пассивные (не образуют химических
соединений):
Ar, He, Ne, Kr, Rn
ВОДНЫЕ МИГРАНТЫ
К а т и о н о г е н н ы е
А н и о н о г е н н ы е
1. Очень подвижные (K
x
= n (10 – 100)):
нет
с постоянной валентностью:
Cl, Br
нет
с переменной валентностью:
S
2. Подвижные с постоянной валентностью (K
x
= n (1 – 10)):
Ca, Na, Mg, Sr, Ra
F, B
3. Слабоподвижные с постоянной валентностью (K
x
= n (0,1 – 1)):
K, Ba, Rb, Li, Be, Cs
Si, P
с переменной валентностью:
Tl
Ge, Sn, Sb, As
4. Подвижные и слабоподвижные в окислительной и восстановитель-
ной глеевой обстановках (K
x
= n (0,1 – 1)) и инертные в восстановительной
сероводородной обстановке (K
x
< 0, n); осаждаются на сероводородном барь-
ере:
Хорошо мигрируют в кис-
лых водах окислительной и восста-
новительной глеевой обстановок и
осаждаются на щелочном барьере:
Zn, Cu
, Ni, Pb, Cd
нет
73
Мигрируют в кислых и ще-
лочных водах окислительной об-
становки:
Hg, Ag
нет
5. Подвижные и слабоподвижные в окислительной обстановке
(K
x
= n 0,1 – 1) и инертные в восстановительной (глеевой и сероводородной)
обстановке; осаждаются на сероводородном и глеевых барьерах:
нет
V, Mo, Se,
U, Re
6. Подвижные и слабоподвижные в восстановительной глеевой обста-
новке (K
x
= (0,n – n)) и инертные в окислительной и восстановительной серо-
водородной среде. Осаждаются на кислородных и сероводородных барьерах:
Fe, Mn, Co
нет
7. Малоподвижные в большинстве обстановок (Kx = n (0,1 – 0,01) и
менее); слабая миграция с органическими комплексами:
Частично мигрируют в силь-
нокислой среде:
Al, Ti, Cr, Ce, Nd, Y,
La, Ga, Th, Sc, Sm, Gd, Dy, Tb, Fr,
Tm, Ho, Eu, Lu Yb, In, Bi
Частично мигрируют в щелочной сре-
де:
Zn, Nb, Ta, W, Hf, Te
8. Не мигрируют или почти не образуют химических соединений; ха-
рактерно самородное состояние:
Os, Pd, Ru, Pt,
Au
, Rh, Ir
Примечание:
выделены элементы, для которых характерна биогенная акку-
муляция.
Химические элементы с близкими ионными радиусами и зарядами, как пра-
вило, одинаково ведут себя при воздействии геохимических процессов. Для прак-
тических целей (Е.В.Скляров и др., 2001) выделены четыре группы элементов:
1. Главные элементы –
Si, Ti, Al,
Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P
; летучие компонен-
ты –
H
2
O, CO
2
, H
2
S, SO
2
.
2. Радиогенные изотопы –
K-Ar
,
Ar-Ar
,
Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb-Th
.
3. Стабильные основные изотопы –
H, O, C, S
– индикаторы процессов;
4. Элементы- примеси (содержание меньше 0,1%):
– крупноионные литофилы, наиболее подвижные в геологических системах
(
Cs, Rb, K, Ba, Sr
);
– транзитные, слабо подвижные элементы (
Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn
);
– благородные металлы (
Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Cu, Ni
);
–высокозарядные и наименее подвижые элементы (
Sc, Y, Th, U, Pb, Zr, Hf,
Nb, Ta
, редкоземельные элементы); редкоземельные элементы наиболее стабиль-
ны с четными номерами, их кларк более высокий. Они делятся на три группы:
легкие (
La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu
), промежуточные (
Gd, Tb, Dy, Ho
), тяжелые (
Er,
Tm, Yb, Lu
).
Формат:
Список
74
8.
ГЕОХИМИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Среди гипогенных процессов менее других изучен магматический процесс,
который охватывает земную кору и часть верхней мантии (А.И.Перельман, 1989)..
Не существует пока единой точки зрения на процессы зарождения и развития
магмы и ее очагов, перемещения магмы к поверхности. В представлениях о про-
исхождении основной магмы существует много точек зрения. Остановимся на
двух из них.
Основная магма образуется из базальтового слоя и все разнообразие ос-
новных пород связано с ее дифференциацией.
Источником основной магмы служит верхняя мантия. Всеми признаваемая
неоднородность верхней мантии объясняет разницу в химическом составе
основных магм, а глубина образования магмы (70 – 200 км) соответствует
глубинам верхней мантии.
По А. Рингвуду (1982), составу верхней мантии отвечает смесь трех частей
ультраосновных пород и одной щелочного базальта. Эту смесь он назвал пироли-
том (пироксен-оливиновая порода). При подъеме пиролита к поверхности он ча-
стично расплавляется, образуя базальтовую магму и остаточный нерасплавлен-
ный перидотит. Базальт представляет собой легкоплавкую фракцию мантии, ко-
торая поднимается вверх и является исходным материалом земной коры, боль-
шинства типов горных пород. Магма делится на толеитовую (известково-
щелочную) и оливин-базальтовую (щелочную) и может последовательно транс-
формироваться в габброидную, диоритовую и гранитную магму. Термин "магма"
используется для обозначения в природе подвижного вещества, в основном из
жидкой фазы, имеющей состав силикатного расплава. Бунзен предполагает суще-
ствование двух первичных магм – гранитной и базальтовой, так как изверженные
породы земного шара образовались из этих магм, что менее вероятно. Возможно
образование магм различного состава может быть объяснено фракционной кри-
сталлизацией базальтовой магмы, отделением остаточных магм различных типов
и ассимиляцией материала различного состава, отделением летучих веществ. Оча-
ги гранитоидного магматизма залегают на глубине 8–25км, базальтового – 50–
500км.
Геохимия магматического процесса тесно связана с
температурой
,
давле-
нием
и
концентрацией раствора
. При понижении температуры происходит выде-
ление тепла и кристаллизация магмы. Температура магмы колеблется в пределах
900 – 1200ºС. Повышение давления приводит к уменьшению объема и повыше-
нию плотности магмы. Если повышается концентрация магмы, то происходит пе-
реход ее в твердую фазу, при понижении – сохраняется ионная жидкая фаза.
В магматических процессах А.Е.Ферсман (1938) выделил геофазы – отре-
зок времени в длительных геохимических процессах, характеризующийся более
или менее определенным комплексом минералов и связанных с ними элементов
Выделяются следующие геофазы процессов при понижении температуры магмы:
А
– магматический, выше 900ºС;
B–C
– эпимагматический (800ºС) – пегматитовый (700ºС);
D–E–F–G
– пневматолититовый, 600 – 500ºС;
H–I–K
– гидротермальный, 400–50ºС;
75
L
– гипергенный, ниже 50ºС.
По обобщенным данным магматическую стадию процессов можно пред-
ставить следующей схемой: