ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3921
Скачиваний: 7
181
15.4.3. Неметаллические полезные ископаемые
В осадочных отложениях Беларуси обнаружены разнообразные неметалли-
ческие ископаемые:
соли (калийная, калийно-магнезиальная, каменная, гипс и ангидрит);
агромелиоранты и природные сорбенты (доломиты, фосфориты, сапропель,
глауконит, целитосодержащие силициты);
индустриальное сырье (строительный и облицовочный камень, каолины, пи-
рофиллит, тугоплавкие и огнеупорные глины, бентонит, пески, диабазы,
волластонит, графит, янтарь, кремень);
строительные материалы (мел, мергель, глинистые породы, строительные
пески и гравийно-песчаные породы).
15.4.4. Подземные воды
В Беларуси имеются большие запасы подземных вод: пресные, минераль-
ные, лечебные и промышленные. Это возобновляемые запасы полезных ископае-
мых. Они постоянно взаимодействуют с горными породами, поверхностными во-
дами и атмосферой. Подземные воды приурочены к породам кристаллического
фундамента и осадочным породам.
Верхний гидрогеологический этаж зоны активного водообмена представлен
мощным покровом четвертичных отложений. Подземные воды его подразделяют-
ся на грунтовые (безнапорные) и межморенные (напорные).
Средний гидрогеологический этаж осадочного чехла формируется маги-
стральными, иногда средними реками, и структурно-геологическим фактором.
Движение вод напорное и мало зависит от геоморфологической структуры.
Нижний водонапорный этаж минерализованных вод относится к зоне замед-
ленного водообмена. Местами наблюдается активная гидравлическая связь с во-
дами вышележащих этажей. Это приводит к снижению минерализации подзем-
ных вод.
Химический состав пресных подземных вод преимущественно гидрокарбо-
натно-кальциево-магниевый с минерализацией 0,1–0,6г/л и повышенным содер-
жанием железа 1,5–3,0мг/л (ПДК 0,3 мг/л), марганца (до 0,5–0,8 при ПДК 0,1мг/л).
На большей части территории Беларуси химический состав подземных вод не
имеет существенного отклонения от природного фонового.
Минеральные лечебные воды
имеют минерализацию более 1г/л и делятся на
питьевые (лечебные и лечебно-столовые) и бальнеологические (для наружного
применения в виде ванн, примочек и т.д.). Лечебные свойства минеральных вод
определяются следующими показателями: общая минерализация; ионно-солевой,
газовый и микроэлементный состав; терапевтически активные органические ве-
щества; радиоактивность, температура, активная реакция (рН). По ионно-
солевому составу, наличию активных ионов и газовому составу минеральные во-
ды подразделяются на классы и подклассы. Основные классы вод следующие:
гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и их комбинации. При отнесении вод
182
к подклассу учитываются ионы, содержащиеся в концентрациях более 20 мг-
экв %.
В Беларуси выделяются следующие бальнеологические группы минераль-
ных вод: без специфических компонентов и свойств; сероводородные; бромные и
иодо-бромные; железистые и радоновые.
Промышленные воды
в Беларуси представлены хлоридными рассолами сре-
ди девонских и верхнепротерозойских отложений Припятского прогиба. В них
концентрируются
Br, I, Sr
и редкие щелочные металлы. Выделено до шести типов
промышленных рассолов.
Иодо-бромно-редкометаллоносные рассолы хлоридно-кальциево-натриевого
и хлоридно-натриево-кальциевого геохимических классов имеют среднюю мине-
рализацию 331 и 360г/л. Содержание иода составляет 11–95мг/л, брома – 1407-
5370, редких металлов – 636–4002мг/л.
Хлоридно-магниево-кальциевые рассолы в межсолевом комплексе имеют
минерализацию 363–438г/л с пониженным содержанием иода (11–22мг/л) и по-
вышенным брома (4,03–6,5г/л).
Бромно-редкометальные рассолы удерживают брома 4,6–6,6г/л, редких ме-
таллов – 0,9–2,7г/л.
Несмотря на разнообразие полезных ископаемых Беларуси затраты на им-
порт минеральных сырьевых и топливных ресурсов превышают показатели экс-
порта. Однако недра Беларуси располагают достаточными потенциальными воз-
можностями. Необходимо лишь детальное и систематическое исследование недр
республики.
183
16. ГЕОХИМИЯ И ЭКОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Геохимия элементов определяется внутренними и внешними факторами
миграции, экология – физико-химическими свойствами самих элементов и их со-
единений. Природные и техногенные факторы создают условия образования био-
геохимических эндемий, поэтому при проведении исследований необходимо раз-
рабатывать способы оптимизации ландшафтов. Для решения практических вопро-
сов, связанных с геохимией и экологией элементов, приводим важнейшую необ-
ходимую информацию по каждому из них (В.В. Иванов, 1994 – общие сведения;
Ю.И. Москалев, 1985 – минеральный обмен).
Кларк химических элементов в земной коре приведен по Дж. Эмсли (1993),
в скобках – по Л.Н. Овчинникову (1990) на основе публикаций А.П. Виноградова,
С.Р. Тейлора, К.Х. Ведеполя, Д.М. Шоу, Б. Мейсона, К.К. Турекяна, А.А. Беуса; в
почве и золе растений – по А.П. Виноградову (1962), Д.П. Малюга (1963); в реч-
ных водах – по К.К. Турекяну.
ВОДОРОД
Бесцветный газ, не растворяется в воде. Число изотопов с учетом ядерных
изомеров 3. Преобладает на солнце большинстве звезд. В природе распространен
изотоп
1
Н
(99,985%), незначительное количество
2
Н
(0,015%), период полураспада
3
Н
– 12,26 года с β типом распада. Радиус
Н
–
– 154,
Н
+
– 10
-5
, атомный 78 пм. Ос-
новная линия в атомном спектре 656,285нм.
Кларк водорода в земной коре 0,152% (0,11), в атмосфере – 0,53
.
10
-4
об.%.
Водород широко распространен в природе: в воде, минеральных и ор-
ганических соединениях. В свободном состоянии его очень мало. Из-за малого
заряда ядра атом водорода сравнительно слабо притягивает электроны и присо-
единяет лишь тогда, когда другие элементы легко их отдают, т.е., щелочные и
щелочноземельные металлы при их нагревании. Более характерны соединения
водорода, в которых он проявляет положительную степень окисления. Он взаи-
модействует почти со всеми неметаллами.
Среди изотопов водорода научный и практический интерес вызывает дей-
терий (
2
Н
). Он накапливается в древних минералах и водах. Тритий встречается в
верхних слоях атмосферы, может выпадать с атмосферными осадками. Образует-
ся под воздействием ионизирующего излучения.
ГЕЛИЙ
Инертный газ и один из важнейших элементов Солнечной системы, космо-
са. Объем в атмосфере – 5,2·10
–4
% (5,2 мг/т). Время нахождения в атмосфере10
7
лет. Состоит из однородных молекул газа. Слабо растворяется в воде. Число изо-
топов с учетом ядерных изомеров 5. В природе известны 2 изотопа гелия. Наибо-
лее распространены
4
Не
(99,99%),
3
Не
(0,000138%). Радиус гелия атомный 128 пм.
Кларк в земной коре 0,8·10
-6
% (6
.
10
-5
см
3
/г). Элемент попутной добычи га-
зов (7% в природном газе). Много содержится в подземных водах при низкой
температуре и в низких концентрациях в застойных водах. Источниками и место-
рождениями гелия могут быть углеводородные газовые струи, радиоактивные
184
минералы, минеральные источники, глубинные дислокации, замкнутые куполо-
видные структуры.
В организме человека хорошо всасывается в желудке. Заболевание, вы-
званное избытком гелия – асфиксия. Период полувыведения 7–60 мин. Использу-
ется при водолазных работах на больших глубинах, в аэростатах и приборах для
низкотемпературных исследований.
ЛИТИЙ
Мягкий, белый, серебристый металл. Медленно реагирует с кислородом и
водой. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 5. В природе распространены
два стабильных изотопа:
7
Li
(92,5%),
6
Li
встречаются реже (7,5%). Радиус ионный
Li
+
– 78, атомный –152 пм. Основная линия в атомном спектре – 670,776 нм.
Кларк
Li
в земной коре 2,0∙10
43
% (2,5
.
10
-3
) (концентрируется в пегматитах,
соляных озерах), морской воде – 0,17∙10
–4
, речных водах – 2,5∙10
–7
, живом ве-
ществе – 1
.
10
–5
%.
Известно 46 минералов лития, все редкие, из них основные – сподумен, ле-
пидолит, пенталит. Содержание в собственных минералах низкое (3,2–7,6% в
форме оксида), что объясняется его небольшой атомной массой, а также тем, что
литиевые минералы представлены двойными солями. Последнее обусловлено ма-
лыми значениями его энергетических показателей, вследствие чего
Li
с трудом
строит самостятельные кристаллические структуры и нуждается в помощи более
сильных и более распространенных элементов.
Ионный радиус лития близок к ионному радиусу железа и магния, поэтому
они изоморфны в минералах. Из-за малого ионного радиуса и низкой координа-
ции (IV-VI) изовалентный изоморфизм его с другими щелочными металлами с
крупными катионами и высокой координацией затруднен. В половине минералов
лития, в том числе в большинстве его силикатов, элементы
и
являются не изоморфными, а парагенными. Для него характерен гетеровалент-
(II).
Образование двойных солей обусловлена большой активной поляризацией
лития. По щелочности он слабее других щелочных металлов. Частично концен-
трируется в решетках железа и магния, Слабо улавливается алюмокремниевыми
решетками минералов пегматитов и концентрируется в минеральных источниках
(Виши во Франции). В условиях гипергенеза литий рассеивается, но накапливает-
ся в глауконитах (до 13%), меньше в боратах.
Геохимический барьер лития испарительный. Элемент слабо подвижный в
любой геохимической обстановке. Почти все соли хорошо растворимы, за исклю-
чением
Li
2
CO
3
, LiF
, особенно
Li
3
PO
4
. Ограничена способность к комплексообра-
зованию. Практические месторождения приурочены к гранитным пегматитам
(сподумен), олово-литиевым пневматолитам, минеральным термам. Возможна
комплексная добыча
драгоценными камнями (светлые и
розовые бериллы), попутная добыча с оловом.
В организме человека содержится 0,67 мг лития. Суточное поступление с
пищей – 0,1мг. Много в черном хлебе, морепродуктах. Период полувыведения –
1–2 суток. Токсичная доза – 92–200 мг. Концентрируется в крови и мышечной
ткани. При дефиците
185
статке лития снижается рост и развитие организма, развиваются галлюцинации.
При избытке лития появляются токсические признаки: астения, сонливость,
нейропатия, тремор, снижение болевой чувствительности, светобоязнь, нистагм,
мышечные судороги, стерильность у мужчин, трахеобронхит.
Растения-концентраторы
:
пасленовые, лютиковые, солянки, мальвовые,
табак, белена, дурман, красные и бурые водоросли, сабельник, алоэ.
Используется в технике в виде сплавов с
и
стеклах, медицине и ядерных бомбах. Литий является единственным промышлен-
ным источником трития.
БЕРИЛЛИЙ
Металл, с воздухом и водой не взаимодействует. Число изотопов с учетом
ядерных изомеров 6. Распространен в природе
9
Be
(100 %), следы радионуклида
10
Be
с Т
1/2
= 1
.
10
6
лет. Распад радионуклида идет с образованием β частиц. Основ-
ная линия в атомном спектре – 467,342 нм. Радиус
Ве
2+
– 34, атомный – 113,3 пм.
Кларк
Be
в земной коре 2,6
.
10
–4
%
(2,0
.
10
-4
), почве – 6·10
–4
, золе растений
– 2·10
-4
%, речных водах – 0,2 мкг/л.
Оксифильные свойства берилия высокие. Изоморфизм ограничен из-за
. Способен к комплексообразованию. Концен-
трируется в кислых породах и щелочных пегматитах (берилл). Близок по свой-
ствам к
. Характерен парагенезис с
, а также почти
полное отсутствие с калием.
Геохимические свойства бериллия определяются малым ионным ра-
диусом, низким координационным числом, относительно высоким потенциалом
ионизации второго (валентного) электрона и амфотерностью. По размерам ионно-
го радиуса бериллий близок к
, но сильно проигрывает ему в потенциале иони-
зации и валентности, поэтому замещение бериллия кремнием, несмотря на сход-
ство их координационных чисел (IV), энергетически невыгодно и в природных
минералах встречается редко. Поляризация бериллия высокая и активная, чем вы-
звана трудная растворимость ряда его солей. Имеется сходство с ионами типа ку-
про (
Zn, Cd
). Поляризация и амфотерный характер оксидов вызывают образование
комплексов [
BeO
2
]
2-
или [
BeO
4
]
6
. Возможны замещения с
Si
и
Al.
Большинство
минералов относится к гранитным пегматитам, реже к нефелин-сиенитовым и
сиенитовым. В первых образуются собственные решетки минералов, во вторых –
он входит в чужие решетки путем замещения комплексного аниона алюминия.
Бериллий неизвестен в поверхностных образованиях, а его активная поляризация
ведет к быстрой сорбции в почвах.
В магматических породах щелочноземельного ряда содержание бериллия
закономерно возрастает от ультраосновных пород (0,2 г/т) к кислым (3,5 г/т); в
различных группах щелочных пород изменяется от 2 (кимберлиты) и 3,9 (миакси-
ты) до 18 г/т (агпаитовые нефелиновые сиениты). Обнаруживается в гранитных
пегматитах, апатитах, скарнах, грейзенах. Месторождения могут формироваться в
метаморфогенных условиях. Большое влияние оказывает
который образует с
Be
устойчивые комплексы типа (
BeF
4
)
2–
, (
BeF
3
)
1–
, (
BeF
2
), (
BeF
)
+
. Фтор – главный
экстрактор и переносчик бериллия в магматогенных (особенно гидротермальных)
месторождениях. В них присутствует постоянный парагенезис с флюоритом.