ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.09.2020

Просмотров: 4385

Скачиваний: 7

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

 

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) 


background image

 

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 


background image

 

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


background image

 

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; 


background image

 

75 

 L  

 

– гипергенный, ниже 50ºС. 

По  обобщенным  данным  магматическую  стадию  процессов  можно  пред-

ставить следующей схемой: