ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3929
Скачиваний: 7
136
В ходе галогенеза некоторые редкие элементы замещают главные в соля-
ных минералах на основе законов изоморфизма (
Br
–
→ Cl
–
; Rb
+
→ K
+
). Тяжелые
металлы, по И.Ф. Костенко, накапливаются в рассолах (
Mo, W, Ag
и др.). Гало-
фобные элементы связаны главным образом с нерастворимым остатком и обла-
стью сноса. В ходе галогенеза некоторые редкие элементы замещают главные в
соляных минералах на основе законов изоморфизма (
Br
–
→ Cl
–
; Rb
+
→ K
+
). Тяже-
лые металлы, по И.Ф. Костенко, накапливаются в рассолах (
Mo, W, Ag
и др.).
Рис. 20. Общая схема галогенеза в современных озерах засушливой зоны
(по Н.М. Страхову)
I – содовые озера (а – сильно содовые – K
c
> 30 %, б – умеренно содовые – K
c
30 –
3 %, в – слабо содовые – K
c
<3 %), II – сульфатные озера (а – натриево-магниевые,
б –натриево-магниево-кальциевые, в – магниево-кальциевые), III – хлоридные
озера с NaCl, MgCl
2
и CaCl
2
;1 – карбонатная стадия, 2 – сульфатная стадия, 3 –
хлоридная стадия, 4 – сульфатные осадки, сильно загрязненные примесями соды,
5 – галит, сильно загрязненный примесями сульфатов натрия. К
с
– процентное со-
держание Na
2
CO
3
в солевой массе.
Галофобные элементы связаны главным образом с нерастворимым остат-
ком и областью сноса. В наиболее концентрированных рассолах накапливаются
B,
Li, Rb, Cs, Br.
В континентальных рифтах в зоне аридного климата (Калифорния)
разгрузка и испарение термальных вод в депрессиях рельефа приводит к образо-
ванию промышленных месторождений
B, Li, W
, соды (солончак Сѐрлз в Кали-
форнии). В районах рудных месторождений на испарительном геохимическом ба-
рьере накапливаются
Zn, Mo, U, Sr, B, Li
и др. Особенности испарительных ано-
малий необходимо учитывать при геохимических поисках рудных месторожде-
ний.
Формат:
Список
137
11.
ГЕОХИМИЯ АТМОСФЕРЫ
На Земле газы образуют самостоятельную оболочку – атмосферу. В земной
коре они встречаются в трех формах: свободной; растворимой в воде, расплавах и
нефти; адсорбированной и окклюдированной горными породами.
Общая масса газов оценивается величиной 8,38
.
10
15
т, из них на массу ат-
мосферы приходится 5,15 ∙ 10
15
т. Относительно массы всей Земли газы составля-
ют всего лишь около 9
.
10
–5
%.
11.1.
Атмосферные газы
Для верхней атмосферы характерны
процессы диссоциации и ионизации га-
зов
, которые происходят под влиянием солнечных и космических лучей, электро-
магнитного излучения Солнца. В результате диссоциации газы переходят из мо-
лекулярного состояния в атомарное. В состав атмосферы принято включать ту об-
ласть вокруг Земли, в которой газовая среда вращается с ней как единое целое.
Внешние части верхней атмосферы сложены преимущественно из ионизирован-
ных частиц, захваченных магнитным полем Земли и совершающих движение
вдоль магнитных силовых линий. Ионизация газов начинается на высоте 50км.
Здесь концентрация их колеблется в пределах 2
.
10
5
– 2
.
10
6
на см
3
.
Основу атмосферы составляют
N
2
, O
2
, Ar, CO
2
(99,99% сухого воздуха).
Незначительную примесь в атмосфере составляют углеводороды, озон, водород,
инертные газы, пыль различного генезиса, аэроионы, органические летучие со-
единения (фитонциды, эфирные масла), микроорганизмы. Особое место в цирку-
ляции атмосферы, изменении ее состава выполняет водяной пар.
Общая сумма растворенных веществ в атмосферных водах колеблется в
пределах 12 – 550мг/л. Наиболее минерализованы осадки в аридных зонах. Глав-
ные компоненты осадков (Na
, Ca, Mg, HCO
3
, Cl, SO
4
) отличаются по содержанию
в зависимости от физико-географических условий.
Состав атмосферных осадков определяют следующие факторы: первичный
состав водяных паров, количество примесей в воздухе, количество и частота вы-
падаемых осадков (высота, направление ветра, погода, температура, форма воды –
жидкая, твердая).
Происхождение состава современной атмосферы в основном связано с
биогенной миграцией. Тропосфера относится к биокосной системе, однако веду-
щую роль в ней играют физико-химические и механические процессы, связанные
с круговоротом воды и движением воздушных масс.
В стратосфере и мезосфере под воздействием фотолиза образуется озон (
O
2
+ O → O
3
), который задерживает коротковолновую радиацию Солнца и создает
возможность развития жизни на Земле. Общая масса озона невелика и при нор-
мальном давлении (10
5
Па) составила бы слой мощностью 1,7 – 4,0 мм.
Образование и классификация газов.
А.И. Перельман (1989) выделил три
основные группы процессов образования газов: физико-химические, биогенные и
техногенные.
Физико-химические процессы включают реакции, которые приводят к об-
разованию
CO
2
, H
2
S
, водяного пара и других газов. Радиоактивный распад гене-
Формат:
Список
138
рирует инертные газы, радиолиз воды создает химически активные
H
+
и
ОН
–
,
космические лучи приводят к образованию
14
С,
3
Н
и других радиоактивных изо-
топов
Биогенные процессы (фотосинтез, биохимический) участвуют в образова-
нии
O
2
, CO
2
, N
2
, H
2
S, CH
4
и других газов.
С техногенными процессами связано поступление в атмосферу
CO
2
, CO
,
оксидов азота, серы, органических летучих соединений (диоксин, бензапирен и
др.).
В.В. Белоусов выделял в земной коре газы воздушного, биохимического,
химического и радиоактивного происхождения. По этой классификации одни и те
же газы могут быть разного происхождения. Например,
СO
2
образуется в ходе
химических реакций, под воздействием бактерий, в недрах Земли или техноген-
ным путем.
Наиболее удачная классификация А.И. Перельмана, в которой каждый газ
занимает свою нишу:
A.
Активные газы.
1.
Неорганические газы.
Окислители (некоторые влияют на рН):
O
2
, O
3
, NO
2
, I
2
, H
2
O
2
, NO.
Восстановители (некоторые влияют на рН
): H
2
, H
2
S, N
2
, NH
3
, N
2
O, CO, Hg,
H
2
Se.
Полярные газы (влияют на рН, некоторые – на Eh):
CO
2
, H
2
O, HCl, HF,
SO
2
, SO
3
.
2.
Органические газы.
Углеводороды и их производные:
CH
4
, C
2
H
6
, C
4
H
10
, C
2
H
4
и др.
В. Пасивные (инертные) газы:
Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn
.
Для магматических и гидротермальных систем необходима особая класси-
фикация, так как при высоких температурах увеличивается число газообразных
соединений.
11.2.
Газы земных недр
Химический состав газов земных недр связан с составом горных пород и
термодинамическими условиями их нахождения. В.И. Вернадский отнес их к
"подземной атмосфере" и разделил на газы, образование которых связано с высо-
кой температурой, и газы, проникающие в земную кору из атмосферы и мантии.
В магматических расплавах многие элементы переходят в газообразное состояние
(летучие компоненты). Через вулканизм происходит дегазация недр.
По оценке В.А. Соколова, общая масса газов осадочных пород 2,1
.
10
14
т,
что примерно на порядок меньше, чем масса атмосферы. Основная масса газов
сосредоточена в мантии. Содержание газов можно выразить следующим соотно-
шением: атмосфера : литосфера и гидросфера : верхняя мантия как 1:2: 80.
Основные газы осадочных пород
CH
4
– 39 %,
CO
2
– 27,4
, N
2
– 26, тяжелые
углеводороды – 6,4,
H
2
– 0,2,
H
2
S + SO
2
– 0,3 %. В магматических породах гра-
нитного слоя преобладает
СO
2
– 83,8 %, далее следуют
N
2
– 11,
H
2
– 3,
H
2
S + SO
2
– 2,
CH
4
– 0,2%.
Формат:
Список
139
Исследования химического состава вулканических газов даже из одного
лавового озера Килауэа указывают на неравномерное их содержание. Это, веро-
ятно, связано с неоднородными условиями первоначального внутреннего источ-
ника, наличием большого числа каналов лавовых потоков и с различной степенью
окисления газовых компонентов, температурой среды.
Почти все газы земных недр при выходе в атмосферу подвергаются транс-
формации, переходят в другое состояние и другие химические соединения. Паро-
образная вода конденсируется,
СO
2
фотосинтезируется растениями и способству-
ет образованию карбонатных пород,
HCl
и
HF
поступают в гидросферу в виде
ионов
Cl
–
и
F
–
, пополняя океанические воды
, СН
4
окисляется с образованием
СО
2
и
Н
2
О
. Если учесть, что вулканическая деятельность существует в течение всей
геологической истории Земли, можно с уверенностью утверждать, что вулканиче-
ские газы принимали участие в формировании состава атмосферы, гидросферы,
осадочных горных пород и в происхождении Мирового океана за счет дегазации
мантии.
Известно, что с повышением температуры растворимость большинства га-
зов понижается, с увеличением давления – растет. На глубинах, начиная с 2 – 3км
ведущим фактором при растворении газов выступает давление. Если в поверх-
ностных водах растворяется около 13см
3
/л
N
2
и 3см
3
/л
О
2
, то в подземных водах
на глубине 1-4км содержится около 500см
3
/л газов, достигая величин 1000 – 1500
см
3
/л за счет
СН
4
.
Углеводороды лучше растворяются в нефти. В подземных во-
дах формируются залежи нефтяных газов, поэтому они часто выполняют роль
геохимического барьера.
При растворении в газах жидких и твердых веществ образуются
газовые
растворы
при условии высокого давления, когда плотность газов сравнима с
плотностью жидкости. В сжатых газах механизм растворения практически не от-
личается от растворения в жидкости, т.е. происходит взаимодействие с молекула-
ми растворителя. В углеводородных газах растворяется нефть и формируются
га-
зоконденсатные залежи
. При выходе этого газа на поверхность из него выделя-
ются жидкие углеводороды.
Водяной пар в недрах Земли хорошо растворяет соединения
Zn, W, Cu, Mo
и других рудных элементов.
Газы, содержащиеся в закрытых порах и кристаллической решетке мине-
ралов, называются
окклюдированными
. Кроме того, горные породы содержат сор-
бированный газ. Его количество может колебаться от десятых долей до несколь-
ких кубических сантиметров на 1 кг осадочных пород (
CO
2
, N
2
, CH
4
). Максималь-
ной сорбционной емкостью обладают каменные угли (n ∙ 10
3
– n ∙ 10
4
см
3
/кг). Дру-
гие осадочные породы сорбируют не более 600см
3
/кг газов, глины удерживают
больше, чем пески и известняки. Органическое вещество увеличивает сорбцион-
ную емкость осадочных пород. Более низкая емкость изверженных и метаморфи-
ческих пород. Сорбция газов растет с увеличением их молекулярной массы:
C
3
H
8
сорбирует в 10 раз больше, чем
CH
4
. С ростом температуры сорбция уменьшает-
ся, однако на глубинах существенно влияние давления, поэтому с глубиной ее ин-
тенсивность увеличивается. В ходе геологического времени миграция газов изме-
нялась. В эпохи прогибания осадочных толщ в геосинклинальных зонах, передо-
вых прогибах, синеклизах платформ в связи с ростом давления свободные газы
140
растворялись в воде и нефти. В подземных водах возрастала роль диффузии и
уменьшалась роль фильтрации. Развивались термокаталитические процессы,
формировавшие жидкие и газообразные углеводороды.
В эпохи поднятий в складчатых областях с ростом трещиноватости и тек-
тонических подвижек, с формированием и подновлением разломов резко возрас-
тало значение фильтрации газов. Усиливалось выделение свободных газов из под-
земных вод и нефти, а жидких и твердых веществ из газовых растворов. С рифто-
генезом связана миграция газов к земной поверхности.
Газы используются как индикаторы месторождений полезных ископаемых,
поэтому разработаны
атмогеохимические методы поисков газов и некоторых
металлов
. Таким образом, изучение геохимии газов дает возможность решать
теоретические и прикладные аспекты возникающих проблем.
Формат:
Список