загрузка...
загрузка...
На головну

Геохімія гіпергенних прпоцессов

Дивіться також:
  1. Геохімія гидротермального процесу
  2. Геохімія магматичних процесів
  3. Геохімія метаморфічних процесів
  4. Геохімія окремих елементів
  5. історична геохімія
  6. Визначення науки геохімія. Періодичний закон Д. І. Менделєєва. Геохімічні класифікації елементів
  7. практична геохімія

9.1. Гіпергенез - властивість зовнішніх частин нашої планети. Це складні фізичні і хімічні взаємовідносини літосфери, гідросфери та атмосфери і особлива роль тут належить кисню іколоїдних процесам.

У гіпергенеза починають проявлятися нові потужні фактори - життєві процеси і технічна діяльність людини.

9.2. Надзвичайна характерна риса гипергенеза - джерело енергії геохімічних процесів: сонячна енергія (променева) - визначає t0C зони гіпергенезу, створює рух атмосфери та гідросфери, обумовлює органічне життя, в кінцевому рахунку направляє міграцію елементів в цій зоні.

9.3. Основні фактори гипергенеза: а) t0C; б) Ратм; в) концентрація водневих іонів; г) кисневий потенціал; д) колоїдний стан речовини; е) організми і продукти їх життєдіяльності.

Про перших чотирьох факторах уже дуже детально говорилося в попередніх розділах. Їх можна лише згадати, а ось 2 останніх - це найважливіші.

9.4. Все сказане раніше про геохімії магматизму, метаморфізму, гідротермальних процесах залишається в силі. Все може бути застосовано і до екзогенні процеси.

- t0C: коливання не великі; не більше 1600С (від -750З до +850С), але скачки дуже швидкі на відміну від всіх інших зон (мерзлота і т. Д.); температура визначає швидкість хімічних реакцій, рух ґрунтових розчинів, круговорот води, т. е. визначає міграцію «Е».

- Ратм: Змінюється від часток атмосфери до 500-600 атм в глибоких частинах океанів. Роль «Р» менше, ніж t0C, але її треба враховувати. Наприклад, навіть незначне зниження «Р» може викликати міграцію газів з гірських порід, мінералів, води.

- Концентрація водневих іонів: гіпергенез проходить на кордоні кількох геосфер, переважно у водних розчинах і рН грає тут особливу роль. Величина рН вим. в межах: від 1 (сильнокислотную розчини) до 12 (резкощелочние води). Зазвичай в природних розчинах рН = 4-9, а рН = 7 - це нейтральні води. Знаючи рН можна передбачати якісь з'єднання будуть випадати, які залишаться в розчині.

Морська вода: рН = 7-8 і отже в ній можуть бути тільки елементи, гідрати яких випадають при великій величині, а це Mg, Ca, K, Na, і ін.

- Кислотний потенціал: з глибиною зміст Q2 падає і отже кисневий потенціал так само знижується. Можна говорити про кисневу поверхні, вище якої йдуть процеси окислення, нижче - відновлення. Ця глибина - величина змінна.

9.5. Колоїдне стан речовини: саме в зоні гіпергенезу взаємини твердої рідкої і газоподібної фаз створюють сприятливі умови для утворення високодисперсних форм стану речовини. Колоїдні частинки мають розміри: діаметр 10-5 - 10-7 см (1000-10A), їх називають ультрамікронамі і розрізняють їх тільки під мікроскопом. Частинки менше 10 A відносяться до молекулярно або іонно-дисперсних систем. Це молекулярні та іонні розчини. Отже, колоїдна форма є проміжною між кристалічним станом і істинним розчином.

9.6. Дисперсна фаза може бути неорганічної та органічної, але середовищем є головним чином - вода. Колоїдні розчини називають золями: Якщо розчинник вода - гидрозолей. При випаданні гидрозолей (коагуляції) утворюються гелі.

9.7. Два властивості колоїдних частинок мають особливе значення: а) заряд частинок; б) більша поверхня в порівнянні з об'ємом.

Заряд може змінюватися в залежності від того, який іон приєднується до частинки. Дуже важливо: колоїди мають дуже велику питому поверхню, яка сильно зростає в міру збільшення дисперсності речовини. Питома поверхня колоїдних частинок в тисячі і млн. Раз більше, ніж у видимих оком кристалів. Отже, в колоїдних розчинах будуть особливо різко проявлятися сили, пов'язані з розміром поверхні і, перш за все, адсорбції - поглинання колоїдних речовиною з розчину тих речовин, які зменшують поверхневу енергію колоїду. Адсорбція - поглинання поверхневим шаром, абсорбція - поглинання речовини всією масою сорбенту. Їх важко розрізняти і тому часто вживається термін - сорбція.

Сорбція - притягання іонів одного знака іонів іншого знака: катіони (+) притягують аніони (-) і навпаки. Широко використовуються сорбційні властивості глин (знак -), особливо в землеробстві, так і в генезі деяких корисних копалин (наприклад, міді). Приклад: елементи As, Zn, Cu, Hg, Pb - це отрути для рослинного і тваринного світу та якби вони не сорбированная на шляхах міграції і не губилися на шляхах до водойм, то життя б давно завмерла.

9.8. Колоїдні розчини утворюються двома способами: а) дисперсійним - механічне роздроблення гірських порід, колоїдні частинки тут виступають як уламками кристалів і б) конденсаційним, - з'єднанням молекулярних частинок до розмірів колоїдних, т. Е. До 10-5 - 10-7 см. Тут колоїдні частинки можуть розглядатися як зародки кристалів.

9.9. Особлива схильність до утворення колоїдних частинок у речовин з великими складними молекулами. Такими є більшість органічних сполук, так і серед неорганічних їх теж багато. Сприяє утворенню колоїдних частинок і слабокисла і слаболужна середу в гіпергенеза.

9.10. Величезні маси колоїдних частинок переміщаються постійно річковими водами (глини, гумусові речовини, кремнезем, гідрати заліза, марганцю, алюмінію, Са, Mg та ін.). Процес каогуляціі особливо активно проходить в зоні впадання річок у моря і океани.

9.11. Класифікація процесів гіпергенезу (найбільш повна запропонована А. Е. Ферсманом):

9.11.1. Власне гіпергенез - зміна кристалічних порід;

9.11.2. Педогенез - грунтоутворення;

9.11.3. Сингенез - накопичення опадів на дні водойми;

9.11.4. Діагенез - зміна опадів на місці накопичення;

9.11.5. Катагенез - сукупність фізичних і хімічних процесів на кордонах різнорідних комплексів, свит, порід;

9.11.6. Галогенез - осадження солей з солоних розчинів;

9.11.7. Гідрогенезу - проникнення водних розчинів в літосферу по тріщинах з утворенням печер, карстів і т. Д.

9.11.8. Механогенез - освіту мінеральних скупчень в результаті механічного збагачення - розсипи.

9.11.9. Біогенез - сукупність геохімічних процесів, що викликаються живимречовиною;

9.11.10. Техногенез - сукупність геохімічних процесів викликаються технічною діяльністю людини - інженерної, горнортехніческой, хімічної, сільськогосподарської.

9.12. Гіпергенез гірських порід (Г. П.). Гіпергенез Г. П. проходить з моменту кристалізації порід і потрапляння їх в умови дії вільних кисню, вугільної кислоти, рідкої води. В умовах земної поверхні ці процеси зазвичай називають вивітрюванням, але слід мати на увазі, що етимологічний сенс слова «вивітрювання» (дія вітру) дуже мало відповідає змісту, суті процесу. Але термін прижився і дуже часто застосовується.

9.12.1. Виділяють фізичний і хімічне вивітрювання. Виділяють кору вивітрювання - верхню зону літосфери, складену продуктами вивітрювання, а в цій зоні відокремлюється грунт - Самий верхній шар, пов'язаний з організмами і їх залишками.

9.12.2. Фізичне вивітрювання - перехід кристалічної породи в рухляковой (осипи, піски, глини і т. Д.), При цьому збільшується ступінь дисперсності речовини, отже збільшується його хімічна активність, здатність до хімічної взаємодії з навколишнім середовищем (хімічні реакції, розчинення, сорбція іонів і т. д.).

Фактори фізичного вивітрювання: коливання t0C, теплопровідність порід, різні коефіцієнти об'ємного розширення мінералів, відмінності в забарвленні і т. Д. Утворюються дрібні тріщини і, отже, поступово порода руйнується, диспергується. У північних районах процеси фізичного вивітрювання йдуть швидше, випереджають хімічні процеси.

Кора вивітрювання відрізняється за характером співвідношень дисперсної фази і дисперсійного середовища від інших геосфер. У літосфері дисперсійнаСереда тверда, дисперсна фаза газоподібна і рідка (включення в мінералах); в гідросфері дисперсійнаСереда рідка, а дисперсна фаза тверда і газоподібна; в атмосфері дисперсійнаСереда газоподібна, а дисперсна фаза тверда і рідка. У корі вивітрювання все виглядає інакше: тут кордони між середовищем і фазою не завжди зрозумілі. Наприклад, пісок - дисперсная середовище тверда (вона переважає над рідкої і газоподібної). А ось для наносів, навпаки дисперсная середовище рідка.

9.12.3. Хімічне вивітрювання полягає в переважанні таких основних мінералів порід, як кварц, карбонати, силікати і алюмосилікати. З ними взаємодіють елементи атмосфери: Про2, Про3, СО2, N, Ar і ін., А найголовніше - вода. Без води хімічне вивітрювання або не йде або йде в сильно уповільненому темпі. Вода вступає в реакції з продуктами фізичного вивітрювання. Утворюються каолін, гідрати (вони не розчиняються і залишаються на місці), якщо утворюються карбонати, то вони найчастіше несуться Н2О.

У процесах хімічного вивітрювання виключно велика роль кисню (і озону). Вона зводиться до перекладу низьковалентних елементів сімейства заліза в високовалентних. Велика роль СО2, Яка з'єднуючись з лугами і підставами утворює розчинні карбонати, а діючи в водному розчині на прості силікати вона викликає розщеплення їх на SiO2 і карбонати.

9.12.4. У грунтах, найбільш вивчених продуктів вивітрювання, присутні в тих чи інших кількостях дуже багато відомих хімічні елементи. Основне їхнє джерело - материнські породи, хоча іноді вони потрапляють в грунт з атмосфери (йод, бор, фтор, селен, миш'як і ін.).

9.13. Гіпергенез сульфідних родовищ.

Гіпергенез сульфідних родовищ істотно різниться від гипергенеза гірських порід. Тут роль Про2 різко збільшується. Освіта сульфідних родовищ проходило колись при наявності вільного Н2S, а в зоні гіпергенезу при наявності Про2 і вуглекислоти сульфіди стають нестійкими і замінюються інертними мінералами: сульфати, карбонати, оксиди, іноді самородні метали.

9.13.1. Реакції окислення сульфідів екзотермічні, т. Е. Йдуть з виділенням тепла. Є випадки бурхливих процесів підземного окислення піриту в рудниках, т. Н. підземних колчеданових пожеж, коли t0З >>> до 3000 и більше 0С. Виділяються задушливі гази. Це дуже небезпечно.

Пірит зазвичай при окисленні переходить в Н2SO4 і FeSO4 Нагрівається вода в рудниках - до 1000С. Вона добре розчиняє інші сполуки, утворюючи своєрідні мінерали: мелантеріт - FeSO4 • 7Н2О, епсоміт - МgSO4• 7Н2О, Пізані - (Fe, Cu) SO4 • 7Н2О і ін.

Основний обсяг Про2 приноситься спадними поверхневими водами. Дуже важливо: склад газів розчинених у водах істотно відрізняється від атмосферного. В 1 літрі дощової води міститься 25-30 см3 газу в якому Про2?60% і СО2?10% (а в атмосфері як ми знаємо Про2?23%, N2?76% і СО2?0,03%. Вода проходячи через грунт ще більш збагачується СО2. Однак в активності СО2 поступається Про2. Спочатку сульфіди окислюються до сульфатів, потім сульфати під впливом СО2 перетворюються в карбонати.

9.13.2. Зони окислення різноманітні за своїм характером, що пов'язано з рядом регіональних і локальних факторів:

а) регіональні фактори: клімат, морфолого-тектонічні особливості, металогенія і хімічний склад вод;

б) локальні чинники: мінеральний склад, структурні та текстурні особливості, умови залягання порід на родовищі. Окислення більш активно в карбонатно-жильний масі, ніж в кварцовою (карбонати легше розчинні і більш проникні для розчинів).

Найбільш часто йде окислення таких сульфідів:

галеніту: PbS + 2O2= PbSO4

сфалериту: ZnS + 2O2= ZnSO4

халькопирита: CuFeS2+ 4O2= CuSO4+ FeSO4

піриту: 2FeS2+ 7O2+ 2H2O = 2FeSO4+ 2H2SO4

Сульфатна стадія для більшості металів не є кінцевою. Навіть найбільш важко розчинний сульфат - РbSO4 (Англезит) під дією вуглекислоти переходить в карбонат РbCO3 (Церуссит), який ще менш розчинний і тому більш стійкий в зоні окислення. Для інших металів ці процеси йдуть легше.

9.14. біогеохімічні процеси.

До сих пір розглядалися неорганічні процеси міграції «Е», їх концентрація і розселення. Але в зоні гіпергенезу надзвичайно велике значення набувають біогеохімічні процеси, пов'язані з життєдіяльністю організмів. У магматичних і постмагматических процесах міграції «Е» здійснюється за рахунок енергії глибоких частин Землі (залишкова теплота, радіоактивний розпад, а в біохімічних процесах - космічна енергія сонячних променів. Енергія вловлюється і акумулюється складним механізмом хлорофілових зерен зелених рослин, звідки вона потрапляє в усі інші організми, в т. ч. і такі, які самі сонячну енергію використовувати не можуть. Оболонка, в якій поширені організми, називається біосферою ввів К. Зюсс в 1875 р, але особливого значення біосфери показано В. І. Вернадським, він і є творець нової гілки геохімії - біогеохімії.

9.14.1. Поширеність біосфери унікальна: тільки в жерлах вулканів немає життя.

Нижня межа біосфери в океанах збігається з поверхнею дна, а на суші по В. І. Вернадському повинна лежати вище областей, де панують гарячі пари води і t0 не нижче 1000С, по глибині це 3-4 км. Бактерії живуть, до 1000З, спори грибів витримують до 1400З, є види мікробів живуть і до 1800С.

Верхня межа біосфери не встановлена, але, мабуть, вона повинна визначаться наявністю води і кількістю короткохвильових випромінювань. Швидше за все, це 30-50 км висоти в атмосфері. Існування озонового екрану оберігає організми від згубних короткохвильових випромінювань. Звичайно, все сказане не відноситься до людини. Він починає жити вже на висоті 200-300 і більше км.

Загальна маса ОВ по В. І. Вернадському становить п • 1014 т або 0,001% ваги земної кори (3 • 1019 т). Велика частина ОВ знаходиться в океані в формі планктону.

Розміри організмів від декількох тонн - дерева, ссавці до найдрібніших мікроорганізмів - за розмірами близьких молекулам, а вага ? п • 10-11м Але число останніх величезна: вони показники розсіювання органічної матерії.

Організми відрізняються від неорганічної матерії тим, що акумулюють сонячну енергію, через живу матерію проходять великі кількості «Е» і тому роль ОВ у верхніх частинах планети величезна.

Підрахунки показують, що в перебігу 13 років організми пропускають через себе таку кількість вуглецю, який в 10 разів перевищує його вміст в земній корі. Але ж ці процеси йдуть більш 1 млрд. Років.

«Е», що входять до складу ОВ утворюють складні сполуки. Покинувши ОВ після відмирання вони переходять в найменш активну, т. Е. Стійку форму. Так проходить свій шлях вуглець зелених рослин. Останні захоплюють його з атмосфери в результаті фотосинтезу перетворять в складні сполуки, а потім назад у вигляді СО2 випускають на свободу. Інша частина «С» накопичується у вигляді сапропелітів, кам'яного вугілля, нафти, а потім знову в форму СО2 переходить в атмосферу. Такий же шлях проробляють дуже багато «Е», але для геологів-нафтовиків найважливішим є кругообіг вуглецю.

Геохімія гидротермального процесу «-- попередня | наступна --» Геохімія окремих елементів
загрузка...
© om.net.ua