Header Image

Ставки долгосрочной аренды жилья в Петербурге прекратили свой рост еще осенью прошлого года. Сегодня квартиру в городе на Неве можно снять по ценам сентября-октября 2013 года. Однокомнатный эконом-вариант в центральных районах обойдется в 25-30 тыс. руб. в месяц, в спальных районах цена на квартиру начинается от 18 тыс. руб.

Подробнее ...
1.2. Классификации геохимических барьеров Печать E-mail
13.12.2014 19:36

С появлением учения о геохимических барьерах начал развиваться его понятийный аппарат. Классификация геохимических барьеров как средство установления связей между понятиями служит для ориентировки в их многообразии. Кроме систематизации современных знаний классификация позволяет дать обоснованные прогнозы относительно неизвестных еще фактов и закономерностей. Это особенно важно для прогноза поведения техногенных компонентов в окружающей среде, для разработки принципов создания геохимических барьеров для природоохранных целей.

Классифицирование геохимических барьеров представляет непростую задачу. Многообразие механизмов концентрации элементов, значительное количество образующихся химических соединений, различное их агрегатное состояние, большая пространственная изменчивость барьеров, наличие организованной и стихийной деятельности человека формирует многообразие классификационных признаков.
Рассмотрим основные классификации геохимических барьеров.
Перельман А.И. по преобладающему типу миграции разделял геохимические барьеры на три класса: механические, физико-химические и биогеохимические.
Механические барьеры возникают при резком уменьшении интенсивности механической миграции. В зависимости от размера переносимых частиц, их плотности, скорости движения вод, ветра происходит дифференциация вещества. Так формируются многие четвертичные отложения: аллювий, делювий, пролювий и др. Механические геохимические барьеры играют существенную роль в формировании россыпных месторождений (Билибин, 1955). Например, в Сибири и Пермском крае формирование месторождений алмазов связано с образованием механических барьеров в карстовых впадинах (Максимович, Кропачев, 1969).
В классификации механических барьеров, предложенной В.А. Алексеенко (2003), учитываются пять основных форм, в которых химические элементы могут находиться в миграционном потоке, поступающем на механических барьер (табл. 1.1). Такими формами являются: минералы и изоморфные примеси в минералах; пары и растворенные газовые смеси; коллоиды и сорбированные ими вещества; животные и растительные организмы; техногенные соединения, в том числе и не имеющие природных аналогов. В зависимости от среды миграции выделены водные растворы и газовые смеси.
В дополнение к этой классификации следует отметить, что в подземных водах встречаются гидродинамические барьеры – ловушки, связанные с особенностями фильтрационного потока.

Таблица 1.1 Классификация механических барьеров (Алексеенко, 2003).

  
 

Характеристика миграционного потока (среды миграции)

Характеристика веществ, перемещающихся в миграционном потоке

Минералы, изоморфные примеси в минералах

Пары и растворенные газовые смеси

Коллоиды

и сорбированные

ими вещества

Животные и растительные организмы

Техногенные соединения

Водные растворы (I)

I-1+++

-

I-3++

I-4+

I-5++

Газовые смеси (K)

K-1++

K-2++

K-3+++

K-4+

K-5++

Примечание: - барьер практически не получил развития; + роль барьера незначительна; ++ барьер получил широкое развитие в биосфере; +++ один из основных механических барьеров.

На таких барьерах концентрируются вещества в виде истинных растворов. Согласно представлениям Гавич И.К. и др. (1992, 2006), гидродинамические ловушки – это участки потока подземных вод, где наблюдаются гидродинамические условия, весьма благоприятные для аккумуляции, накопления или рассеивания в потоке различных химико-биологических компонентов, в том числе загрязняющих веществ. Выделено пять видов гидродинамических ловушек в зависимости от условий образования: резкое уменьшение градиента потока (внутренняя ложбина стока); смена направления латерального движения потока на противоположное, где скорость фильтрации равна нулю (раздельная точка); соединение нескольких направлений стока в плане с образованием особой поверхности (седловина); замена латеральной на вертикальную скорость фильтрации по площади или линии (подземные водораздельные плато и хребет); смена скоростей в точке, где латеральная скорость равна нулю (полюс) (рис. 1.2).
Более детально разработана классификация для физико- химических барьеров. Образование физико-химических барьеров связано с резким изменением физико-химических условий: температуры, давления, окислительно- восстановительных, щелочно-кислотных и др. По факторам, определяющим концентрацию элементов, А.И. Перельман (1966) выделил классы барьеров, обозначенные буквами латинского алфавита: кислородный (А), сульфидный или сероводородный (В), глеевый (С), щелочной (D), кислый (Е), испарительный (F), сорбционный (G), термодинамический (H), сульфатный (I).


Рис. 1.2. Условия возникновения и типы гидродинамических барьеров (Гавич и др., 2006):
1 - гидроизогипса и ее отметка; 2 – генеральные линии токов; 3 – вспомогательные линии тока; 4 – водозаборная скважина

Согласно представлениям А.И. Перельмана на кислородном барьере (А) идет осаждение химических элементов в условиях свободного кислорода из вод различного химического состава, поступающих к барьеру; на сероводородном или сульфидном (В)– при наличии H2S или при восстановлении сульфатов и поливалентных тяжелых металов, на глеевом (С) – в восстановительных условиях при отсутствии сероводорода, на щелочном (D) – при повышении pH, а на кислом (E)– при уменьшении значения pH. Испарительный барьер (F) формируется в основном в аридных областях при испарении воды. Сорбционные барьеры (G) возникают на контакте вод с различными сорбентами. По происхождению сорбенты можно объединить в следующие группы (Лукашев, 1992): природные неорганические (цеолиты, глинистые минералы); искусственные неорганические (соли гетерополикислот, оксиды четырехвалентных элементов олова, титана, циркония и др. и нерастворимые соли поливалентных металлов); природные органические (почвы) и синтетические высокомолекулярные (твердые ионообменные смолы и жидкие иониты). В гидрогеохимии выделяют три подтипа сорбционных барьеров: гидроксидный, глинистый и карбонатный (Крайнов, Швец, 1992). Наиболее часто сорбционные барьеры встречаются на краевых зонах болот (торф), гумусовых горизонтов почв. Термодинамические барьеры (H) возникают в результате изменения основных термодинамических параметров – давления и температуры. Термодинамический барьер формируется в местах резкого понижения давления CO2 в подземных водах, на нем осаждаются кальцит и другие карбонаты.
Используя матричный принцип систематики главных факторов, обусловливающих формирование барьеров (класс барьера и класс водной миграции), А.И. Перельман (1975) разработал классификацию физико-химических барьеров и определил парагенные ассоциации концентрирующихся элементов. Это открыло большие возможности не только в интерпретации и прогнозировании поведения химических элементов в земной коре, но и в моделировании различных условий для снижения рассеивания загрязнителей. В настоящее время представления А.И. Перельмана расширились, однако эта классификация достаточно универсальна и имеет непреходящее значение.
На биогеохимических барьерах происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов под воздействием организмов. Основные факторы концентрации химических элементов на биогеохимических барьерах В.А. Алексеенко объединил в три группы:
 внутренние, биохимические, определяемые биохимическими особенностями конкретного вида организмов;
 внешние, ландшафтно-геохимические, определяемые условиями среды обитания (произрастания) организмов;
 внутренние, кристаллохимические, определяемые свойствами ионов, входящих в состав организмов.
Биогеохимические барьеры разделяются на фитобарьеры (L) и зообарьеры (М). Фитобарьеры представляют собой накопление химических элементов растениями, зообарьеры – живыми организмами. Накопление химических элементов бывает кратковременным (например, один вегетационный период) и долговременным (торф, уголь).
Геохимические барьеры редко встречаются в чистом виде.
При их формировании с той или иной интенсивностью проявляются различные геохимические процессы, образуя комплексные барьеры.
Наиболее распространенными комплексными барьерами являются почвы. Каждый горизонт имеет моно- или полифункциональные свойства – сорбционные, седиментационные, кислотные, щелочные и др. Поэтому почву можно рассматривать как систему геохимических барьеров (рис. 1.3) (Глазовская, 1997), играющую важную роль в закреплении, в том числе, и загрязняющих веществ по всему почвенному профилю.


Рис. 1.3 Геохимические барьеры в почве (Глазовская, 1997).
Почвы: а – подзолистая, б – краснозем, в – чернозем, г- солончак, д – болотная торфяно-глеевая. Геохимические барьеры: О,Т – детритовый; А,Аg – органогенный (гумусовый); AB – нейтральный; EL –кислый; Btf – сорбционный; C – седиментационный; Bfa, Cfa – латеритовый; Bca, Cca – щелочной седиментационно- бародинамический; S – термодинамический испарительный; AS – органогенно- испарительный; Sg – глеево-испарительный; Gs CGs – сероводородный; G CG – глеевый

Другим широко распространенным комплексным барьером являются моря и океаны. Емельяновым Е.М. (1998) по характеру форм миграции химических элементов и преобладающим процессам седиментогенеза в океане геохимические барьеры были подразделены на механические (гидродинамические), физико-химические и биогеохимические, солевые, температурные и динамические, световые и т.д. (табл. 1.2). Геохимические барьеры, не зависящие от положения в пространстве, проявляются повсеместно, где имеются организмы и взвесь. Те участки и слои воды, в которых геохимические барьеры проявляются слабо, но которые отражаются в донных осадках, названы им литолого-геохимическими барьерными зонами.
Например, механические (гидродинамические) барьеры в океане проявляются на границе двух разных гидродинамических сред. Их образование происходит при резком ослаблении динамики вод, в результате чего, определенного рода частицы не могут проникать в ту среду, где динамического воздействия не хватает для поддержания во взвешенном состоянии и перемещения в водной среде тяжелых или крупных частиц, а с ними – и определенной группы химических элементов (Емельянов, 2002).

Таблица 1.2 Классификация геохимических барьеров и геохимических барьерных зон в морях и океанах. Е.М. Емельянов (1998, 2002)

  
 

А.Геохимические барьеры, зависящие от положения в пространстве

I. Механические (гидродинамические)

I.1

Прибрежная (прибойная) зона (литораль или "берег-море") (1-ый механический барьер)

I.2

Зона резкого уменьшения повторяемости явления асимметрии волновых придонных скоростей  (2-ой механический барьер)

I.3.

Зона действия сильных придонных течений основного потока бассейна (или граница смены обломочных осадков глинистыми) (3-ий механический барьер)

II. Физико-химические и биогеохимические

II.1

Щелочно-кислотные барьеры рН (сильнокислотные, слабокислотные, нейтральные, слабощелочные и щелочные)

II.2

Окислительно-восстановительный барьер Eh

 

а. Редокс барьер Eh в воде (или слой "O2-H2S");

 

б. Окислительно-восстановительный (редокс) барьер Eh в осадках (находится обычно в пределах значений +200 - +400 мВ)

III. Солевые барьеры

III.1

Река-море

III.2

Морская вода – рассолы

III.3

Очаги разгрузки пресных подземных вод в море

III.4

Галоклин

IV. Температурный (Т) и динамический (Р) барьеры

IV.1

Термоклин (Т), температура замерзания, "характерная температура Менделеева" (40°С), кипения, испарительный барьер и другие

IV.2

Динамические барьеры - изменение состояния вещества при изменении давления

V Световой барьер

Б. Геохимические барьеры, не зависящие от положения в пространстве

VI Автономные барьеры

VI.1

Вода - живое вещество.

VI.2

Вода-взвесь.

VI.3

Электрохимические барьеры

В. Геохимические барьерные зоны (проявляется несколько разных барьеров)

VII Группы разных барьеров

VII.l

Край вечных льдов (граница лед-вода)

VII.2

Река-море

VII.3

Гидрофронты и дивергенции

VII.4

Очаги субмаринной разгрузки

VII.5

Гидротерма - морская вода

VII.6

Океан – атмосфера

VII.7

Слой фотосинтеза

VII.8

Слой скачка (термоклин - галоклин - пикноклин)

VII.9

Слой кислородного минимума

VII.10

Критические уровни карбонатонакопления

а. Лизоклин (арагонита, кальцита и других минералов)

б.  Критическая (или компенсационная) глубина карбонатонакопления

VII.11

Вода – дно

VII.12

Верхний активный слой осадков

Г. Другие барьеры и барьерные зоны

По масштабности А.И. Перельман (1989) выделил макро-, мезо- и микробарьеры. Например, в дельтах зона смешения пресных речных вод и соленых морских представляет собой макробарьер шириной сотни и тысячи метров. К мезобарьерам относятся краевые зоны болот, где накапливаются многие элементы, выщелоченные из почв водоразделов и склонов. Рудные прожилки мощностью несколько миллиметров и сантиметров относятся к микробарьерам.
По конфигурации в пространстве авторы предлагают классифицировать барьеры по соотношению длины L, ширины S и глубины H. Можно выделить линейные – длина барьера больше ширины и глубины, площадные – длина и ширина больше глубины и изометричные, где эти параметры близки по величине (табл. 1.3). В природе естественно существуют и промежуточные типы.

Таблица 1.3 Классификация геохимических барьеров по конфигурации в пространстве

Тип

Соотношение размеров

Примеры

Линейные

L>>S
L>>H

Реки, береговые зоны морей

Площадные

L>>H
S>>H
L ≈ S

Почвы

Изометрические

L ≈ S ≈ H

Многие месторождения полезных ископаемых

Выделенные типы барьеров могут иметь дискретный характер и образовывать совокупности в пространстве. Например, участки рек с различными скоростями течения являются механическими барьерами для частиц различной крупности, т.е. река представляет собой совокупность линейных механических барьеров.
Примером дискретных площадных барьеров могут служить участки поверхности земли с пестрым составом почвенного покрова. Участки с одинаковыми почвами образуют совокупности природных дискретных площадных барьеров (рис. 1.4). Анализ таких совокупностей позволяет районировать территорию по степени буферности почв к различным загрязнителям.


Рис. 1.4. Почвенный покров как совокупность площадных геохимических барьеров (Щучанский район, Курганская область)

Исследование почв в Курганском Зауралье показало, что высокое содержание гумуса в почве обеспечивает ей повышенную поглотительную способность и вместе с тем способствует наиболее быстрому и полному разложению загрязняющих ингредиентов, поступивших в почвенный покров.
Наибольшей буферностью будут обладать черноземно-луговые почвы с содержанием гумуса до 12%, а наименьшей - солоди, в которых содержание гумуса всего 2-3 % (рис. 1.4).
Совокупностью дискретных изометричных барьеров являются, например, месторождения полезных ископаемых, имеющих гнездовой характер залегания (рис. 1.5).


Рис. 1.5. Гнезда руды во вмещающей породе – совокупность изометричных барьеров (Горная энциклопедия, 1986)

Геохимические барьеры морфологически делятся на две группы, характеризующие различные направления миграционных потоков – вертикальные (радиальные) и субгоризонтальные (латеральные) (Перельман, 1989). Радиальные барьеры наиболее ярко проявляются в системах почва-порода, почва-растение, формируются между различными горизонтами почв, представляющих различные геохимические обстановки.
Миграционные потоки в них направлены сверху вниз или снизу вверх. Радиальные барьеры в приповерхностной части литосферы во многом определяют естественную защищенность вод от загрязнения.
Латеральные барьеры возникают в природе в условиях геохимической контрастности смежных природных объектов, например, на границе между разными типами почв. В зоне техногенеза могут формироваться интенсивные вторичные аккумуляции техногенного вещества (или их метаболитов), территориально удаленных от источника загрязнения и разделенных менее загрязненными участками (Н.П. Солнцева, 2002).
При совмещении в одном месте различных геохимических процессов формируются комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических барьеров (Перельман, Касимов, 1999).
По отношению к деятельности человека А.И. Перельман выделил два типа геохимических барьеров – природные и техногенные. Алексеенко В.А. (2003) предложил выделить новый тип барьера – техногенно-природный. Толчком образования техногенно-природного барьера являются техногенные изменения геохимической обстановки и формирование техногенных геохимических барьеров с последующим формированием природных, т.е. происходит наложение природных барьеров на техногенные.
Среди техногенных барьеров В.А. Алексеенко (2000) выделил класс социальных барьеров. Под этим термином объединяются зоны складирования и захоронения отходов. В пределах данного класса выделяются четыре подкласса: бытовые, строительные, промышленные и смешанные.
Рассмотрим подробнее техногенные барьеры, поскольку они наиболее важны в вопросах охраны окружающей среды.

 
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.