загрузка...
загрузка...
На головну

історична геохімія

Дивіться також:
  1. II історична форма позитивізму - емпіріокритицизм (Мах, Авенаріус).
  2. III. Загальна історична довідка
  3. Акцизи: загальна характеристика, історична ретроспектива
  4. Гдаве 15. Історична школа права (Густав Гуго ... 245
  5. Геополітична і культурно-історична ситуація.
  6. Геохімія гидротермального процесу
  7. Геохімія гіпергенних прпоцессов
  8. Геохімія магматичних процесів
  9. Геохімія метаморфічних процесів
  10. Геохімія окремих елементів
  11. Глава 15. Історична школа права (Густав Гуго, Фрідріх
  12. ГЛАВА 6. ІСТОРИЧНА НЕОБХІДНІСТЬ

У 30-ті роки 19 століття Ч. Лайєлем було завдано свого роду удар по цілому ряду природничо-наукових уявлень. Він створив метод актуалізму - справжнє є ключ до розуміння минулого. Але він був не правий визнаючи сталість всіх процесів на Землі, незмінність певної спрямованості в розвитку Землі. Такий великий вчений як А. Ф. Добрянський в 1948 р відзначав, що фізико-хімічні умови середовища розвитку життя в минулі епохи аналогічні сучасним. Л. С. Берг вважав, що в раннеархейское час на суші діяли такі ж процеси вивітрювання, що і в пізніші епохи історії Землі. Навіть В. І. Вернадський самий, мабуть, прогресивний вчений 20-го століття, допускав сталість хімізму процесів в геологічній історії, сталість маси живого ОВ на планеті. Він вважав, що мінерали, які утворюються в перебігу геологічного часу завжди однакові. І хоча це в світлі сучасних даних не відповідає повною мірою дійсності, метод актуалізму виявився виключно продуктивним. Він допомагав і продовжує допомагати вирішенню дуже багатьох проблем геології.

11.1. Сталість і змінність факторів міграції. Важливо знати, що міграція - «Е» визначається внутрішніми і зовнішніми чинниками. Внутрішні чинники дійсно консервативні: властивості «Е» - заряд ядер атомів, валентність, радіус іонів залишаються постійними. Змінюється атомний вага в процесі радіоактивного розпаду, але це не змінює хімізму «Е». А ось зовнішні фактори суттєво змінюються і змінюються буквально у нас на очах: добова t0С, склад підземних вод, кларки «Е», енергетика глибин Землі, склад атмосфери та гідросфери, клімат, роль біогенних факторів, діяльність людини.

11.2. Еволюція кларков елементів

11.2.1. Земля обмінюється речовиною з Космосом, йдуть ядерні перетворення. За О. Ю. Шмідту близько 400 т речовини випадає в рік на Землю, а за новітніми даними це потрібно збільшити мінімум у 10 разів. Це метеорити, а метеорна пил, яка не враховується, також може давати суттєвий добавок.

11.2.2. Інший шлях надходження речовини з космосу - сонячні промені. Космічне випромінювання складається із заряджених частинок - атомів хімічних «Е» з малими порядковими номерами, головним чином, Н2, Нє, менше Li, Berillij, Bora, C, N2, O2 і ін. Але частка цього процесу невелика.

11.2.3. Більш істотна втрата Землею легких газів (Н, Не). Гелій утворюється постійно, у всіх радіоактивних розпадах, але його залишається в Землі в кращому випадку 1/1000 від загальної утворюється маси. В основному він випаровується, йде в космічний простір.

11.2.4. Зміна складу Землі пов'язано також із перетворенням «Е». Природні радіоактивні «Е» можна розділити на 2 групи: а) сильно радіоактивні «Е»: Uran238, Ur235, Th і К40; б) слаборадіоктівние Ca48, Rb87, Zr96, Jndiy113, Fe130, La138, W180 і ін. Період напіврозпаду першої групи ~ 1,4х1010 років для Тh, 47,1х108 для Urana235, Т. Е за весь період існування Землі ці «Е» встигли розпастися і перейти в інші стабільні ізотопи. 3 млрд. Років тому (по Войткевіч) Ur235 було в 18 разів більше, К40 в 5,3 >>>, Ur238>>> На ?, Тh на кілька%.

Для другої групи «Е» такі зміни незначні: період напіврозпаду для Rb ~ 6,1х1010 років, 1,4х1021 для Tellura130.

11.2.5. У процесі радіоактивного розпаду утворюються стійкі ізотопи інших елементів: так з атома Ur238 обр. атом Рb206 і 8 атомів Чи не; з атома Ur235= Атом Pb207 і 7 атомів Чи не. Найбільше утворюється таких стабільних «Е» як Нє, Рb, Ar. Таким чином, все змінюється, при цьому змінювалися не тільки Кларк, змінювалося саме розподіл «Е» в масі Землі: від початкового - рівномірного до сучасного досить нерівномірного як по вертикалі, т. Е. В розрізі, так і в просторі - по площі. Дуже важливо враховувати особливості геохімії магматичних, метаморфічних, гіпергенних і інших процесів.

11.3. Еволюція енергетики Землі

Енергетичний баланс Землі змінюється досить істотно. Основних джерел енергії два: а) космос (промені сонця); б) тепло земних глибин.

Основна маса тепла космічного (від Сонця): 4,2х1016 кал / сек, а від внутрішніх частин землі - 9х1012 кал / сек, т. е. в 5000 разів менше.

Вчені вважають, що енергія Сонця за період існування Землі змінювалася мало, Але вона відіграє величезну роль, особливо в процесах гіпергенезу і формуванні сфери.

11.3.1. У тепловому потоці, що виходить з Землі, найважливіша роль належить радіоактивного розпаду. За розрахунками кількість теплової енергії, що виділяється сімейством Ur238~ 177,8х1018 кал / рік, Ur235~ 7,14х1018, Тh ~ 173,57х1018 і К40 - 73,83х1018 кал / год. Тільки ці «Е» виділяють в рік 4,26х1020 калорій або 1,35х1013 кал / сек, що близько тепловому потоку з Землі ~ 9х1012 кал / сек. Слід враховувати, що це не єдине джерело тепла в Землі. Тепло виділяється при диференціації речовини Землі на глибину йдуть важкі елементи, легкі спливають за даними Е. М. Люстіха в рік за рахунок цього виділяється ~ 1,5х1020 кал або 30% від енергії радіоактивного розпаду.

11.3.2. Ще одне джерело тепла: це тепло приливної тертя, що генерується Землею при її обертанні в полях тяжіння Місяця і Сонця. В результаті обертання речовина Землі зазнає припливи і відливи, кілька переміщаючись в бік обертання. За 5 млрд. Років історії Землі швидкість обертання зменшилася в 6 разів, що відповідало виділенню енергії, т. Е. Тепла ~ 2,1х1030 кал або 4х1020 кал / год. Але основна маса цього тепла пов'язана з гідросферою і атмосферою і розсіялася в космічному просторі.

11.3.3. Можна припускати, що в глибині Землі йдуть хімічні реакції з виділенням тепла, але є і ендотермічні реакції і швидше за все вони врівноважуються.

В цілому можна зробити висновок: основний обсяг тепла самої Землі формується за рахунок радіоактивного розпаду.

11.4. Зміна кліматичних умов

Клімат - найважливіший фактор геохімічних процесів на поверхні Землі. Вчення В. В. Докучаєва - великого грунтознавця показує, що вивітрювання гірських порід, міграція «Е» визначаються теплом, t0C повітря, масою опадів в тій чи іншій місцевості. Клімат впливає на склад елювії, деллвія і аллюовія. У сухих місцях всі вони багаті СаСО3 і характеризуються слабощелочнойреакцією розчинів. У вологому кліматі ситуація інша: реакція розчинів нейтральна або слабокисла. Тут більш активні накопичення ОВ, винос мінералів і т. Д. А клімат в історії Землі змінюється неодноразово.

11.4.1. Еволюція біогенних факторів.

В. І. Вернадський - творець біогеохімії. Їм показана величезна роль «БГХ» в міграції елементів. Живе ОВ- концентратор багатьох «Е»: С, Р, Si, Fe, Ca і т. Д. (В біогенних рудах), а Про2 в суч. атмосфері (основне джерело кисню в процесі фотосинтезу).

11.4.2. Для «Е» здатних змінювати валентність (Fe, Mn, Va, Ca, Ni, Ur, S селен та ін.) Процеси окислення і відновлення відіграють вирішальну роль при перекладі «Е» з легкоподвіжних форм в трудноподвіжние і навпаки. До появи життя на Землі не було таких сильних відновників як живе ОВ, і що найголовніше - не було Про2. Процесів окислення в той час не було. Геохімічні процеси або слід. не так як зараз.

11.4.3. Життя виникла, швидше за все, 2 млрд. Років тому при поєднанні опр. умов: t0C, хімізм середовища. Радіоактивність повинна була впасти. Життя виникла швидше за все в ОКЕАНІ, а вже потім при боротьбі за існування вона перейшла в інші частини гідросфери в літосферу, атмосферу.

11.4.4. Роль біогенного фактора в міграції «Е» поступово зростала. Виділяються три етапи:

а) Поява земних рослин;

б) Вихід організмів на сушу;

в) Поява людини.

Перший етап добре проглядається на прикладі Fe - основного елемента в окисно-відновних реакціях в геосфері Землі:

Просто дивує незначна концентрація Fe в водах сучасних морів, океанів і річок (мільйонні частки грам на літр), але вся справа в тому, що розчинність найбільш стійкого в цих умовах гідрату окису Fe (ОН)3. Можна впевнено вважати, що до появи вільного Про2 і попри велику кількість СО2 Fe у великих кол-вах мігрувало з суші в море в формі бікарбонату закису. Але потім закис стала окислюватися з утворенням важкорозчинних гідратів окису. Так утворилися осадові джеспілітовие руди докембрію на великих площах і в величезних масштабах. Руди ці розташовуються не тільки поблизу берегових ліній, а й далеко від них, всюди де є Про2. Запаси джеспілітів колосальні: більше 3 трл. т. Курська аномалія з млрд. т багатих залізних руд. Приблизно те ж саме з марганцем. Основні маси Mn так само пов'язані з докембрієм. Але ось з бокситами, основним елементом якого є - Al - він в природних умовах не змінює валентності.

11.4.5. Поки не було вільного О2 всі процеси йшли інакше: було фізичне вивітрювання, але не було біологічного, хімічну було, але не було окислення, слід. не було окислення сульфідів і їх перехід в сульфати, тому немає в древніх відкладеннях гіпсів, ангідрат, баритів, целітінов.

11.4.6. Не було організмів, не було грунтів. Отже все поверхневі процеси гіпергенезу йшли інакше.

11.5. Людство як геохімічний фактор.

11.5.1. З'явився людина, але його діяльність довго-довго мало впливала на природу. Тільки зі зміною способів виробництва і особливо в 20 столітті вона почала навіть перевищувати багато природні геохімічні процеси.

11.5.2. Які види діяльності людини значимі в геохімічному відношенні: а) сільськогосподарська; б) гірничодобувна; в) переробна; г) гідротехнічна і ін. Змінюються в результаті цього органічний світ, географія рослин, тварин порушуються природні асоціації «Е», створюються нові «Е», змінюється хід природних хім. реакцій, виникають тисячі нових сполук. У XVII ст людство використало 19 хім. «Е» в XVIII в уже 28, у XIX ст - 50, на початку ХХ ст> 60, а зараз понад 100. Тільки в ХХ ст щорічне споживання Fe, Mn, Cu, камен. вугілля >>> більш ніж в 50 разів, а Al, K, MO, W в 200 - 1000 разів.

11.5.3. Природні чинники міграції за 2000-3000 років, які людина може собі уявити і спрогнозувати проявляються слабо, а людська діяльність за кілька років робить те, що природа робить за тисячі років.

11.5.4. Заглянемо в майбутнє: Видобуток рудних П-копалин зростає стрімко і це не тільки через те, що стрімко зростає техніка. Адже зростає саме людство:

в 1850 р ~ 1200 млн. чол.

в 1900 р ~ 1600 млн. чол.

в 1930 р ~ 2000 млн. чол.

в 1960 р ~ 2800 млн. чол.

а зараз> 6000 млн. чол.

11.5.5. Виснаження запасів, їх невозобновляемость ставить перед практичної геологією ряд гострих проблем, суть яких в тому, що потрібно шукати нові джерела потрібних людині хім. «Е».

11.6. Обмеженість запасів «елементів» і шляхи їх розширення.

Важко шукати поверхневі родовища, ще важче глибинні. Тут велика роль геохімії і геофізики. Є підстави вважати, що таких запасів навіть більше, ніж вже виявлено. Тільки по Сибіру, за прогнозами вчених запаси труднооткриваемих родовищ в 5-6 разів >> легкоотриваемих. Однак при цьому потрібно завжди враховувати економіку!

11.6.1. На Кольському півострові найбільший апатитового-бокситовий комплекс. Апатит там як складова частина апатитового-нефелінових породи. Апатит добували, а нефелінові хвости в відвали. Зараз там вже інша ситуація: розроблена методика використання нефелина, що містить окис глинозему, і він містить металевий алюміній.

Інший приклад: Отримання азоту з повітря; магнію з морської води.

11.6.2. Калійні солі використовуються дуже активно (сільське гос-во) і їх запаси швидко падають. А в морській воді До ~ 0,04%. Це перспективно!

Al з золи кам'яного вугілля (і ін. Металеві «Е»). У рік в Росії спалюється >> 500 млн. Т вугілля, золи близько 15%, отже >> 75 млн. Т, а в ній ~ Al2O3 (Глинозем) і т. Д. Взагалі використання т. Зв. «Хвостів» це один з могутніх джерел сировини.

Проблема «хвостів» зачіпає і такий важливий напрямок розвитку промислового потенціалу нашої країни (і не тільки нашої) як нафтогазовий комплекс. У самих передових промислово розвинених країнах коефіцієнт вилучення нафти з надр в кращому випадку становить 0,40-0,45. У нашій країні з різних причин він істотно нижче і ледь перевищує 0,2. Іншими словами 60-80% нафти залишається в надрах і сучасними технологіями цю масу нафти витягти не вдається. Потрібні нові розробки, нові підходи. Можна не сумніватися, що проблема буде вирішуватися. Прогрес є, він навіть видно, але його швидке просування і, в першу чергу, для нашої країни річ не реальне. Шлях належить пройти довгий, але сам факт існування таких «хвостів» - це свідчення існування величезних перспектив в освоєнні нафтових ресурсів і в світовому масштабі і для нашої країни зокрема. У зв'язку з цим інформація дуже часто поступаемая в нашу громадськість по радіо, телебаченню, газетам, журналам і іншим інформаційним джерелам про нібито вичерпанні ресурсів нафти вже через 15-20 років, звичайно, не відповідає дійсності. Резерви є, можливості теж, необхідна наполеглива, цілеспрямована робота в цьому найважливішому напрямку.

11.6.3. Дуже цікавий і важливий питання - сільське господарство і його роль в міграції елементів.

Разом із стеблами, зерном, бульбами з грунту на території Росії, витягується на кожні 100 т врожаю >> 1 т - Р2О5,> 4 т - N2,> 3 T-K (це осн. Е грунтів).

Людина повертає ці «Е» в грунт - інакше не можна. Але запаси ці «Е» виснажуються. Їх треба заповнювати. Завдання - отримання органічних добрив безпосередньо в господарствах.

11.6.4. Стратегія людства - перехід від розробки багатих руд до розробки бідних руд. Розробка методів вилучення «Е» з бідних руд - найважливіше завдання людства. На сьогодні співвідношення запасів руд ~ 5-7% - багатих, 30-35% - середніх і 65% - бідних руд. З цього і треба виходити.

Наприклад: обсяг в гідросфері води ?1,4-1,6х1018 т, вміст солей ?3,5%, т. е. ?5х1016т. А в цьому залишку: Сl?55%; Na?31%; 0,1% Br, 7,7% - SO42; 3,7 - Мg і т. Д. А в воді є і уран, і золото і срібло. Можна порахувати, цифри виходять дуже великі.

11.6.5. Є ще один шлях: заміна використання одних «Е» іншими, наприклад, Сu на Al. Особлива роль синтетичних матеріалів, які теоретично можуть замінити майже всі!

11.7. Джерела енергії майбутнього.

Запаси горючих копалин ?4х1012т (у. т.). Цього вистачить ? на 100 років. Уже зараз треба думати про майбутнє.

Основні джерела енергії:

а) Гідроресурси. Хороший, надійне джерело, але дуже невеликий припрактичної реакції.

б) Сонячна енергія. Невичерпне джерело, але вимагає дуже великих зусиль і часу.

в) Енергія глибоких надр Землі (нагріті води). Те ж практично невичерпні запаси.

г) Атомні і термоядерні процеси. Один уран може дати енергії в 10-15 разів >> ніж всі горючі копалини. Однак і цей шлях виявився не таким швидким, як це планувалося 30-40 років тому. Тут проблема безпеки стоїть особливо гостро. Всі негативні явища, пов'язані з розмивами нафти і взагалі забрудненнями навколишнього середовища відходами промисловості не йдуть ні в яке порівняння з негативом ядерних катастроф. Один Чорнобиль (аварія на станції 1986 г.) так налякав людство, що ми до цих пір відчуваємо наслідки і не тільки у фізичному відношенні (сліди забруднення), але і в морально-психологічному плані. Звичайно, тут потрібна обережність і незвичайно висока ретельність, детальність і надійність будь-яких розробок. А на це потрібен час. Проте, ясно, що атомна енергетика згодом знову отримає як би, «друге дихання» і безсумнівно буде одним з найважливіших (а може бути згодом найважливіших) джерел отримання енергії.

Все це говорить про те, що катастрофи з енергією при розумному підході на планеті Земля ніколи не буде! Людство цього не допустить!

Геохімія окремих елементів «-- попередня | наступна --» практична геохімія
загрузка...
© om.net.ua