ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.09.2020

Просмотров: 4405

Скачиваний: 7

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

 

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


background image

 

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


background image

 

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


background image

 

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 


background image

 

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