Header Image

Михаил Евгеньевич Лейбман, проректор ГОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (МГСУ) по инновационной деятельности в строительстве, поделился с нашим корреспондентом своими мыслями по проблеме реформирования системы ценообразования.

Подробнее ...
1.1. Определение и характеристики геохимических барьеров Печать E-mail
13.12.2014 19:22

Термином «геохимические барьеры» А.И. Перельман в 1961 г. предложил называть такие участки зоны гипергенеза, в которых на коротком расстоянии происходит резкая смена условий миграции, что приводит к концентрации химических элементов.

Несмотря на достаточную очевидность, понятие «геохимический барьер» ранее никем не было сформулировано, хотя в геологии и других науках о Земле использовались близкие термины для обозначения процессов и участков концентрации химических элементов. После разработки А.И. Перельманом теоретико-методических основ учение о геохимических барьерах получает бурное развитие в самых различных областях. Наиболее широкое распространение оно получило в учении о полезных ископаемых, геохимии ландшафтов, биогеохимии, геохимии морей и океанов, охраны окружающей среды. В настоящее время понятие «геохимические барьеры» применяется и для подобных образований за пределами зоны гипергенеза. В 1997 г. в российский нормативных документах появились указания на необходимость изучения геохимических барьеров для «выявления основных направлений и путей миграции, а также закономерностей распределения и аккумуляции загрязнений» (СП 11-102-97).
В настоящее время учение о геохимических барьерах получило равитие в работах В. А. Алексеенко, Е. Н. Борисенко, А. Е Воробьева, М. А. Глазовской, Е. М. Емельянова, Н. С. Касимова, Н. Г. Максимовича, А. Ю Опекунова, В. И. Сергеева, В. С. Савенко, Н. П. Солнцевой, Т. Т. Тайсаева, К. Н. Трубецкой, М. Langer и др.
Согласно современным представлениям (Касимов, Борисенко, 2002), геохимический барьер – это открытая, неравновесная, динамическая, самоорганизующая система с множеством факторов, обусловливающих осаждение элементов.
В миграционном потоке, приближающемся к барьеру, для каждого химического элемента, способного осаждаться на нем, существует свой пространственно разобщенный геохимический барьер. Осаждение элементов в зоне барьера происходит в соответствии с принципом торможения реакций, сформулированным А. И. Перельманом: если в системе один из реагентов присутствует в количестве, недостаточном для реализации всех возможных реакций, то будут осуществляться лить те реакции, для которых характерно максимальное химическое родство или наименьшая величина произведения растворимости.
Снижение интенсивности миграции и концентрация элементов на геохимических барьерах происходят из-за резкой смены параметров миграции (скорость потока, давление, температура, рН, Еh и др.) и свойств химических элементов, которые легко мигрируют в одной геохимической обстановке и малоподвижны в другой. Барьеры представляют собой обычно границы между геохимическими обстановками – это те участки, где одна обстановка резко сменяется другой. Понятие граница барьера несколько условно. Во многих случаях граница носит размытый характер, и правильнее говорить о пограничной зоне, где резко возрастают градиенты концентраций элементов.
Характеристиками геохимических барьеров являются градиент и контрастность. Градиент барьера (G) характеризует изменение геохимических показателей (температура, давление, Eh, pH и др.) в направлении миграции химических элементов

G=(m2-m1)/l,

где m1 – значение данного геохимического показателя до барьера, m2 – после барьера, l – ширина барьера.
Контрастность (S) характеризуется отношением величины геохимических показателей в направлении миграции до и после барьера (Перельман, 1989):

S=m1/m2,

Интенсивность накопления элемента увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера.
Емкость барьера представляет собой величину, характеризующую максимальное количество веществ, способных накапливаться в единице массы субстрата.
Геохимические барьеры проходят различные стадии своего развития (рис. 1.1) На первой стадии, когда начинается поступление вещества с концентрацией Сд в зону со сменой условий миграции, весь поток концентрируется на геохимическом барьере. В определенный момент времени (вторая стадия), после частичного насыщения барьера, он становится проницаемым для мигрирующих элементов. На третьей стадии барьер постепенно теряет свою эффективность. Концентрация вещества до и после барьера начинает выравниваться. На четвертой стадии барьер исчерпывает свою емкость, и дальнейшая концентрация элементов на нем прекращается.

Рис. 1.1. Стадии развития геохимических барьеров

Устойчивость барьеров во многом обусловлена обратимостью или необратимостью процессов и реакций, которые обусловливают его образование. При формировании барьера за счет обратимой химической реакции ее направление зависит от концентрации веществ – участников реакции. При достижении равновесия барьер содержит как необходимые для реакции вещества, так и продукты реакции. При снижении концентрации веществ, поступающих в область геохимического барьера, может начаться его разрушение за счет того, что реакция идет в обратимую сторону.
В том случае, если формирование барьера идет за счет необратимой химической реакции, идущей только в одном направлении, формирование барьера завершается полным превращением исходных веществ в продукты реакции. Примером такого барьера может служить формирование баритовых залежей при смешивании вод, содержащих ион Ва2+ с сульфатными водами (см. также раздел 4)

2++ SO42- = ВаSO4 (барит) ↓

Барьеры, в основе формирования которых лежат необратимые процессы и реакции, как правило, более устойчивы, что особенно важно при использовании их для охраны окружающей среды.
Важной характеристикой барьера является тип преобладающего массопереноса вещества, поступающего к барьеру и движущегося в теле барьера. Для оценки преобладающего типа переноса вещества – конвективного или диффузионного – можно использовать критерий Пекле (Pe), представляющий безразмерную величину

Pe=VL/D,

где V – действительная скорость фильтрации; D – коэффициент молекулярной диффузии; L – характерный линейный размер, в пределах которого происходит изменение концентрации рассматриваемого соединения (Зверев, 1982). Рассеяние вещества в направлении фильтрации при Pe>10 определяется только конвекцией; при Pe<5∙10-2 – только молекулярной диффузией, при 5∙10-2< Pe<10 – смешанный массоперенос.
Тип массопереноса во многом определяет скорость образования барьера. В результате формирования барьера и снижения его проницаемости тип массопереноса может меняться с конвективного на диффузионный.
Геохимические барьеры, как отмечалось выше, не имеют четких границ. Вокруг них формируются ореолы рассеяния, т.е. зоны повышенных содержаний химических элементов. Различают первичные ореолы рассеяния, которые возникают одновременно с формированием барьера. Вторичные ореолы рассеяния образуют продукты разрушения барьера в породах, почвах, водах, растениях и подземной атмосфере в результате гипергенных процессов.
Особенностью первичных ореолов рассеяния является их зональное строение – направленное и закономерное изменение соотношений между содержаниями элементов. Вторичные ореолы рассеяния разделяются на механические (рассеянные в твердой фазе), солевые (рассеянные в форме растворимых соединений), газовые и биогеохимические (Соловов, 1963; Григорян, 1987). Первичные и вторичные ореолы рассеивания можно рассматривать как сопутствующие геохимические барьеры. В ряде случаев ореолы рассеивания могут создавать серьезные экологические проблемы. Например, техногенные линзы нефти, сформировавшиеся на гидродинамических барьерах на поверхности подземных вод, являются мощными источниками загрязнения гидросферы (см. раздел 5.2)

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.