Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпоры - Геохимия ландшафтов - файл 1.doc


Шпоры - Геохимия ландшафтов
скачать (777 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc777kb.17.11.2011 04:49скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Геохимия ландшафта (1-19)

Экзамен (19.01.00)


Темы

  1. История и основные концепции геохимии ландшафта.

  2. Современные направления.

  3. Представление об элементарном ландшафте.

  4. Распространение элементов в земной коре. Кларки. Концентрация и рассеяние.

  5. Миграции элементов. Факторы миграции. Основные параметры миграции. Виды миграции.

  6. Водная миграция элементов.

  7. Биогенная миграция элементов.

  8. Воздушная миграция элементов. Механическая миграция элементов. Техногенная миграция элементов.

  9. Геохимические барьеры. Классификация барьеров.

  10. Классификация геохимических ландшафтов по Перельману. Ландшафтно-геохимические карты.

  11. Геохимия лесных ландшафтов.

  12. Геохимия аридных ландшафтов.

  13. Ландшафтно-геохимические системы. Каскадные ландшафтно-геохимические системы, катены.

  14. Антропогенное воздействие на ландшафты. Источники воздействия. Техногенные геохимические аномалии.

  15. Загрязнение основных депонирующих сред (снег, почва).

  16. Геохимия городских ландшафтов.

  17. Геохимия аквальных ландшафтов. Оценка техногенного загрязнения природных вод.

  18. Геохимия прибрежных ландшафтов.

  19. Геохимия агроландшафтов.



1. История и основные концепции геохимии ландшафта


Геохимия ландшафта – наука о закономерностях миграции, рассеяния и концентрации атомов в ландшафте (М. А. Глазовская).

Геохимия ландшафта возникла в 1930-40-е годы на стыке трех наук – геохимии (Вернадский, Ферсман, Голдшмидт), почвоведения (Докучаев) и учения о ландшафте (возникло в 1920-30-е годы). Базовой наукой для развития геохимии ландшафта была геохимия, которая, по определению Вернадского, изучает историю атомов в земной коре.

В античности человечеству было известно 19 химических элементов, в 18 в. – 28 элементов (были открыты H, As, Bi, Hg и др.). 19 в. – период бурного развития представлений о свойствах веществ, были получены новые элементы, всего стал известен 51 элемент. Среди основных достижений науки этого времени следует назвать 1) получение Берцелиусом элементов Th, Sc, Ti, Zr; 2) развитие агрохимии, химии растений – Либих, Дюма, Буссенго; 3) развитие химии земной коры – Бишоф, Брейтгаут; 4) представления о спектральном анализе химических элементов – определении элементов по спектрам - Кирхгоф, Буизен, 1859; 5) открытие Периодического закона, предсказание по нему элементов Sc и др. – Менеделеев; 6) вычисление средних содержаний элементов в горных породах – Кларк (1889).

Рождение геохимии как науки относится к началу XX в. В. И. Вернадский (1863-1945) в бытность свою заведующим кафедры минералогии МГУ (1908-1911) установил безминеральное существование элементов (рассеянные формы) в земной коре. Согласно закону Вернадского-Кларка, все элементы есть везде, но в разных концентрациях. Вернадский также занимался изучением содержания элементов в биосфере. А. Е. Ферсман (1883-1945) впервые в 1911 г. прочел курс лекций по геохимии. Он является автором двухтомного труда “Геохимия”.

Активная эксплуатация сырьевых ресурсов способствовало развитию геохимии руд. В. М. Гольдшмидт (1887-1947) занимался геохимией минералов, кристаллохимией. Он впервые стал объяснять геохимические процессы различными ионными радиусами элементов (для живого вещества это не верно).

В 1920-е годы появилось представление о комплексной природной системе – ландшафте. Возникла проблема изучения закономерностей распространения химических элементов в различных природных компонентах и ландшафтах в целом. Таким образом в начале 30-х гг. появилась геохимия ландшафта.

Основоположник геохимии ландшафта Б. Б. Полынов сформулировал представление об элементарных ландшафтах, катенах. Полынов применял системный подход к решению прикладных проблем (например, он занимался вопросами использования засушливых земель Нижнего Поволжья). Возникали вопросы о химических свойствах почв на различных элементах рельефа, на различных породах и т. д. Активное земледельческое освоение земель субтропиков заставляло изучать особенности системы почва-растение и более сложных систем, например, почва – порода – растение. Полынов умер в 1952 г.

Дальнейшее развитие геохимии ландшафта было связано с проблемами поиска рудных месторождений, при котором активно стали применяться геохимические методы (например, представления об ореолах рассеяния в породах, грунтовых водах и атмосфере). А. И. Перельманом была разработана схема обзорного ландшафтно-геохимического районирования территории СССР для геохимических поисков. Перельман также сформулировал два основных принципа использования геохимии в поиске полезных ископаемых: 1) принцип дифференциации методики поисков применительно к конкретным геохимическим ландшафтам; 2) принцип историзма. В связи с этим стало развиваться новое направление – палеогеохимия ландшафтов (Лукашев, Касимов). Большой вклад в развитие геохимии ландшафта внесла М. А. Глазовская (занималась изучением геохимии техногенных ландшафтов и др.).


2. Современные направления в геохимии ландшафта


  1. Геохимия природных ландшафтов.

    1. Геохимия слабоизученных типов ландшафтов (тундра и лесотундра, мерзлотная тайга, горные степи);

    2. Геохимия и тектоника (газовое и метальное дыхание Земли, зоны разломов);

    3. Глобальные и региональные природные изменения (колебания климата, гумидизация, аридизация, поднятие уровня Каспийского моря и др.);

  2. Геохимия техногенных ландшафтов;

    1. Геохимия городских ландшафтов (природная обусловленность, геохимический диссонанс, геохимическая оценка городов);

    2. Геохимия горнопромышленных ландшафтов (нефтегазовые, угольные, рудные);

    3. Геохимия агроландшафтов, мелиоративные ландшафты;

    4. Геохимия линейных ландшафтов (дороги, трубопроводы);

    5. Геохимия искусственных соединений в ландшафтах (радионуклиды, пестициды, ландшафты в районах падения космических ракет и др.).



3. Представление об элементарном ландшафте. Геохимический ландшафт


Элементарный ландшафт

По определению Полынова, элементарный ландшафт в своем типичном проявлении – один определенный тип рельефа, сложенный одной породой или наносом и покрытый в каждый момент своего существования определенным растительным сообществом. Эти условия создают определенную разность почвы и свидетельствуют об одинаковом на протяжении элементарного ландшафта развитии взаимодействия между горными породами и организмами.

При отнесении участка земной поверхности к элементарному ландшафту важно учитывать возможность (хотя бы мысленную) распространения данного элемента ландшафта на значительно большей территории (например, пятно солончака 10м2 является ландшафтом, т. к. солончаки могут быть размером в десятки и сотни раз больше; кочка на болоте имеет весьма ограниченные размеры). Образования ограниченных размеров (кочка) называются предельными структурными элементами или деталями ландшафта.

Наименьшая площадь, на которой размещаются все части элементарного ландшафта, называется площадью выявления. Она тем больше, чем сложнее ландшафт.

Расстояние от верхней до нижней границы элементарного ландшафта называется мощностью элементарного ландшафта. Верхняя граница находится в тропосфере и определяется зоной распространения пыли земного происхождения, обитания организмов. Нижней границей обычно является горизонт грунтовых вод (включительно). Мощность ландшафта обычно, как и площадь выявления, пропорциональна его сложности.

Характерной особенностью элементарного ландшафта является резкая дифференциация вещества и физико-химических условий по вертикали на ярусы. Эта дифференциация и составляет структуру элементарного ландшафта.


Геохимический ландшафт

Элементарные ландшафты образуют связанные между собой ассоциации, названные Полыновым геохимическими ландшафтами (собственно ландшафты). Геохимический ландшафт – парагенетическая ассоциация сопряженных элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией элементов. (Совокупность элементарных ландшафтов, свойственных определенному геоморфологическому элементу – водоразделу, склону, террасе - Полынов предложил именовать местным ландшафтом).

Характерное для каждого геохимического ландшафта закономерное сочетание элементарных ландшафтов называется его геохимическим сопряжением. Это присущий геохимическому ландшафту тип обмена веществ, энергии и информации между элементарными ландшафтами.

Решающую роль в формировании связей между элементарными ландшафтами играет поверхностный и подземный сток, каждый геохимический ландшафт характеризуется определенным типом стока.

По условиям миграции химических элементов элементарные ландшафты делятся на следующие группы:

  • автономные ландшафты;

  • трансэлювиальные ландшафты;

  • элювиально-аккумулятивные ландшафты;

  • супераквальные ландшафты;

  • аквальные ландшафты.

Полынов выделял три основных группы элементарных ландшафтов – элювиальные, супераквальные и субаквальные.

Объем понятий “элювиальные”, “супераквальные” и “субаквальные” ландшафты в настоящее время несколько изменился. Так, к супераквальным ландшафтам относят верховые болота, хотя они занимают водораздельные поверхности и питаются только атмосферными водами.

Полынов также выделял орто-, пара- и неоэлювиальные ландшафты. ^ Ортоэлювиальный цикл проходят массивно-кристаллические и изверженные породы, впервые попадающие в зону выветривания; параэлювиальный цикл испытывают осадочные, преимущественно морские или древние континентальные породы, основу которых образуют не только остаточные, но и вторичные минералы; неоэлювиальный цикл осуществляется в молодых, преимущественно четвертичных отложениях при выведении их вследствие новейшей тектоники и эрозии из областей аккумуляции в приподнятые, часто водораздельные позиции.


4. Распространение элементов в земной коре. Кларки. Концентрация и рассеяние

Средний химический состав части литосферы, доступной для исследования, установлен довольно точно. Среднее содержание элемента в земной коре называется кларком этого элемента. Величины кларков литосферы различаются в миллиарды раз (у разных элементов). Кларк элемента К в земной коре – основная геохимическая константа, с которой сравнивается распределение элемента в любой системе.

К 1950-60-м гг. были установлены кларки всех основных элементов. В СССР расчетом кларков много занимался академик Виноградов. Его данные были опубликованы в 1962 г.

Можно говорить о кларках атмосферы, гидросферы, почв.

Содержание элемента в данной пород (или вообще какой-нибудь системе) характеризуется кларком концентрации. Кларк концентрации КК представляет собой отношение содержания элемента в данной породе С к его кларку (содержанию в земной коре) К:

КК = С/К.

Величина, обратная кларку концентрации, называется кларком рассеяния:

КР = К/С.

Поскольку К и С не могут равняться нулю (в силу закона Вернадского-Кларка) КК и КР также всегда отличны от нуля. Наибольшие величины КК характерны для ртути и сурьмы (в области месторождений – сотни тысяч), наименьшие – для железо, магния, калия (не больше 10-100). Зная кларк элемента и максимальное значение КК, можно представить себе те пределы, в которых данный элемент будет встречаться в ландшафте.

Каждая отдельная порода характеризуется своим геохимическим спектром – графиком содержания (кларков) различных элементов. Часто строят графики кларков концентрации элементов в какой-либо скважине с глубиной. Для элемента можно построить диаграмму его кларков концентрации в различных породах (почвах).

Геохимия элементов, в том числе их распространенной в земной коре зависит 1) от строения ядра; 2) от строения электронной оболочки. Ядра всех макроэлементов (см. далее) легкие. Согласно правилу Отто-Гаккена, элементов с четными номерами больше, чем с нечетными, причем среди четных преобладают элементы с номерами, кратными четырем. По распространенности в земной коре выделяют следующие группы элементов:

  1. Макроэлементы (породообразующие) – с кларком более 1%: кислород (47%), кремний (29,5%), алюминий (8%), железо (4,7%), кальций (3%), натрий (2,5%), калий (2,5%), магний (1,9%), титан (0,45%). Эти девять элементов составляют около 98% массы земной коры.

  2. Микроэлементы

  • редкие элементы с кларками 0,01-0,0001 – образуют свои минералы (например, медь);

  • редкие рассеянные элементы - не образуют своих минералов (например, теллур);

  • ультрамикроэлементы – например, ртуть, золото (кларк 4,7×10-8%).

Макроэлементы, определяющие существенные и характерные особенности данного ландшафта, называются типоморфными. К ним относятся Ca, H (в виде иона), Fe, S, Cl и др. Чем больше кларк элемента, тем при сходных химических свойствах выше его содержание в природных водах, а следовательно, и больше вероятность образования насыщенных растворов, осаждения минералов.

Классификация элементов Гольдшмидта:

  1. Сидерофильные элементы (сродство к железу) – Fe, Ni, Pt.

  2. Халькофильные элементы (сродство к сере) – S, Zn, Pb, Sn, Cd, Ag, Au.

  3. Литофильные элементы – Ti, V, Mg, Zr, Sc, Ca.

  4. Атмофильные элементы – Н, Ne, Ar, Ge.



5. Миграции элементов. Факторы миграции. Основные параметры миграции. Виды миграции


Факторы миграции

Химические свойства элемента, его способность давать соединения различной растворимости, летучести, твердости, поглощаться организмами и т.д. относятся к внутренним факторам миграции. Большое влияние на миграцию оказывает также форма нахождения химического элемента (в кристаллической решетке минерала, в составе газа, в живом организме, в виде иона в водах и т.д.).

^ Внешние факторы миграции – обстановка, в которой мигрируют атомы – температура, давление, щелочно-кислотные условия (рН), окислительно-восстановительные условия вод (Eh).


Параметры миграции

Характеристикой миграции может служить работа, совершаемая при перемещении химических элементов. Как и любой вид работы она выражается двумя типами параметров – экстенсивными и интенсивными. К экстенсивным относятся расстояния, на которое мигрирует элемент, и масса перемещенного элемента. Интенсивным параметром служат различные показатели, главным образом скорость миграции.

^ Интенсивность миграции выражается скоростью перехода в подвижное состояние одного грамма вещества данного элемента. Если общее количество атомов элемента Х в ландшафте или какой-либо его части обозначить Вх, то количество атомов, перешедшее в подвижное состояние за промежуток времени Dt, составит DВх. Тогда относительная часть атомов, перешедших в подвижное состояние, равна DВхх, а в единицу времени (DВхх)(1/Dt). Эта величина и представляет интенсивность миграции Px. Для бесконечно малого промежутка времени:



Это уравнение было получено Перельманом в 1940 г. Из уравнения следует, что чем больше величина Вх, тем (при неизменности dBx) меньше интенсивность миграции. Так как величина Вx в общем зависит от кларка элемента, то при прочих равных условиях элемент с меньшим кларком мигрирует энергичнее.


Виды миграции элементов

Выделяются следующие основные виды миграции:

  1. Механическая миграция – миграция элементов в минеральной форме, зависит преимущественно от величины частиц минералов и пород, их плотности. Химические свойства при этом не имеют значения.

  2. Водная миграция (физико-химическая) – миграция элементов в водных растворах или взвесях.

  3. Воздушная миграция.

  4. Биогенная миграция – связана с деятельностью живых организмов.

  5. Техногенная миграция – связана с антропогенными процессами – разработкой месторождений, транспортом и т. д. Она определяется социальными закономерностями, хотя ей присущи и все более простые формы движения.

Значение видов миграции для разных элементов неодинаково (для натрия и хлора наиболее важна водная миграция, на калия и фосфора – биогенная, для титана, золота, платины, олова – механическая).

В разных ландшафтах соотношение видов миграции также неодинаково. В пустынях возрастает роль механической миграции, во влажных тропиках – физико-химической и биогенной. В зависимости от вида миграции Перельман выделил три основных ряда элементарных и геохимических ландшафтов:

  1. Абиогенные – только механическая и физико-химическая миграция.

  2. Биогенные – ведущее значение биогенной миграции, подчиненное – физико-химической и механической;

  3. Культурные – ведущая роль техногенной миграции.



^ 6. Водная миграция элементов


Формы миграции элементов (???)

Любой элемент находится в ландшафте в нейтральной, катионной или анионной форме. Количество элемента в той или иной форме – величина вероятностная.

Существует три основных типа поведения элементов в растворе в зависимости от рН:

  1. Тяжелые металлы – Zn, Pb, Cd, Ni, Hg – особенно подвижны в кислой среде.

  2. Амфотерные металлы – Se, Mo, As, Ge, U, V – образуют комплексные соединения (например, с участием карбонатного комплекса [HO3(CO3)3]4-. В составе таких комплексов элементы мигрируют по-разному.

  3. Элементы, особенно подвижные в щелочной среде.

По преобладающей форме содержания в растворе элементы делятся на:

  1. Катионогенные – Li, Na, K;

  2. Комплексообразователи – Mg, Al, Ga, Sb;

  3. Анионогенные – V, Cr, Mo, Cl, Br, I.


Химический состав природных вод. Общие закономерности водной миграции

Большинство химических элементов мигрирует в ионных, молекулярных и коллоидных водных растворах. Важнейшими компонентами вод ландшафта являются растворенные газы – кислород O2, углекислый газ CO2, сероводород H2S.

Значительная часть растворенных веществ находится в виде ионов, среди которых преобладают Ca2+ > Mg2+ > Na+; HCO3- > SO42- > Cl- - шестикомпонентный состав. Бывает, что такие соотношения нарушаются. Все воды содержат также ионы H+ и ОН-, роль которых в ландшафте, несмотря на низкое содержание (10-5-10-8 г/л), чрезвычайно велика. Содержание в водах остальных макроэлементов, а также всех микроэлементов очень невелико.

Кроме ионов, растворенные в воде вещества находятся в форме молекул и коллоидных частиц. Особенно велика роль растворенного органического вещества. Также важная миграция веществ во взвешенном состоянии. Почит все воды ландшафта содержат живое вещество.

Химизм почвенных и грунтовых вод зависит от их подвижности. С этой точки зрения различают поровые воды и свободные гравитационные.

Для ландшафта как правило наиболее характерны неравновесные воды. Особенно это относится к гумидным ландшафтам. Живое вещество все время “накачивает” в воды свободную энергию, поддерживая неравновесность.

Водная миграция осуществляется диффузией, фильтрацией или смешанным путем. Диффузия имеет место в застойных или очень малоподвижных водах (болотные, иловые воды, растворы элювиальных почв, коры выветривания, водоносных горизонтов). Диффузные процессы особенно характерны для глин, они нередко приводят к их обессоливанию (диффузное выщелачивание), при этом ионы мигрируют с различной скоростью (например, хлориды быстрее сульфатов). Диффузия характеризуется малой скоростью, и в ландшафте с его активным водообменом имеет подчиненное значение. Здесь более распространена фильтрация, с которой связано растворение, ионный обмен (сорбция), осаждение солей и многие другие явления.

Поведение элементов в водных растворах определяется следующими параметрами:

  1. Щелочно-кислотные условия, рН;

  2. Окислительно-восстановительные условия (наличие или отсутствие свободного кислорода), Еh;

  3. Температура, давление (постоянны); обычно рассматривается температура 25°С.

  4. Сорбционная способность – возможность элемента поглощать минеральные или органические частицы или отдавать их в результате обменных процессов.

  5. Биота.


Щелочно-кислотные условия

Концентрацию иона водорода ввиду малых абсолютных величин выражают не в г/л, а в виде отрицательного логарифма концентрации рН. По величине рН воды делятся на четыре группы:

  1. Сильнокислые (рН < 3) – связаны с существованием в водах свободной серной кислоты (в вулканических ландшафтах – соляной кислоты).

  2. Слабокислые (рН 3-6,5) – связаны с органическими кислотами и углекислым газом.

  3. Нейтральные и слабощелочные (рН 6,5-8,5) – связаны с наличием ионов кальция и HCO3-.

  4. Сильнощелочные (рН > 8,5) – связаны с присутствием соды.

Элементы, образующие катионы – катионогенные (Ca, Mg, Na, K, Sr, Rb, Cu, Zn, Cd) более подвижны в кислых средах; анионогенные элементы (S, Cl, N, C, P, Se, Mo, Si, As, V, Cr, Br, I) – в щелочных средах. Те и другие менее подвижны в нейтральных водах. Миграция Na, Li, Br, I почти не контролируется рН.


Показателем подвижности элемента в растворе с тем или иным рН является рН начала выпадения его гидрокидов из децинормальных растворов. В соответствии со значениями этого показателя, двухвалентное железо обнаруживается в менее кислых водах, чем трехвалентное; гидроксиды магний выпадают из раствора только в сильнощелочных водах. Отсюда следует интенсивная миграция двухвалентного железа в болотах тундры и тайги (кислые воды) и слабая в болотах степей и пустынь (слабощелочные воды). Для большинства элементов с ростом температуры рН осаждения гидроксида повышается. Поэтому в жарком климате обычно миграционная способность элементов выше. Также рН осаждения гидроксида растет с уменьшением концентрации. Поэтому для редких элементов роль рН осаждения гидроксидов мала или вообще не имеет значения.

Большинство металлов находится в природных водах не в виде простых ионов (Fe2+, Fe3+ и т.д.), а в виде различных комплексов ионов типа Fe(OH)2+, Fe(OH)2+ и т.д. В общем образование растворимых комплексных соединений повышает рН выпадения гидроксида и увеличивает миграционную способность элементов. Миграция металлов в форме органических комплексов особенно характерна для тайги, тундры и других ландшафтов влажного климата.


Органические соединения живых организмов и гумус обладают буферной способностью усреднять сильнокислую и сильнощелочную среды.

Кислая (слабокислая) среда в ландшафте возникает в основном при разложении органических веществ, обогащающим воды угольной кислотой, органическими кислотами. Сильнокислая среды создается при окислении элементарной серы и дисульфидов (в месторождениях серы, угля, промышленных районах):

MeS + O2 + H2O ® MeSO4 + H2SO4.

Известную роль в подкислении вод играют атмосферные осадки, особенно в вулканических районах и промышленных центрах.

Поскольку в литосфере кларки катионогенных элементов выше, чем анионогенных, кислые воды, мигрируя по почвам и породам, довольно быстро нейтрализуются. В результате в почвах, корах выветривания, водоносных горизонтах по мере фильтрации вод образуется кислотно-щелочная зональность (дифференциация). Кислая среда в верхних горизонтах порождает щелочную в нижних.

В местах, где на коротких расстояниях кислая среда сменяется щелочной, возникает щелочной барьер, здесь осаждаются катионогенные элементы. Если щелочная среда сменяется кислой, образуется кислый барьер, где осаждаются анионогенные элементы (менее характерен). Возможно существование двухсторонних геохимических барьеров (такой барьер, в частности, был открыт Касимовым на границе березовых колков казахстанских лесостепей).


^ Окислительно-восстановительные условия

Важнейшим окислителем в ландшафте служит свободный кислород атмосферы. Окислителями могут быть и другие химические элементы, способные принимать электроны (восстанавливаться) – трехвалентное железо, четырех валентный марганец и т.д. Важнейшими восстановителями являются органические вещества (органические кислоты и др.), двухвалентное железо и газообразный водород.

При изучении окислительно-восстановительных процессов важно учитывать величину Eh – окислительно-восстановительный потенциал, который характерен для данной природной системы с ее конкретными величинами концентрации, рН и температуры, а также Е0 – “стандартного потенциала” данной реакции. Eh и E0 измеряются в вольтах.

Высокий кларк железа и легкая индикация его окисленных и восстановленных соединений (смена окраски) делает удобным положить его поведение в основу выделения окислительно-восстановительных обстановок ландшафта. Выделяются три основных обстановки:

  1. Окислительная – характеризуется присутствием в водах свободного кислорода, поступающего из воздуха за счет естественной растворимости или за счет фотосинтеза водных растений. Eh здесь выше 0,15, часто выше 0,4В; железо находится в форме Fe3+. Кислородные воды обладают высокой окислительной способностью, в них осуществляется микробиологическое окисление органических веществ до углекислого газа и воды, протекают различные реакции окисления неорганических веществ – двухвалентных железа, марганца и др. Для каждого ландшафта можно установить определенную глубину кислородной поверхности, глубже которой вода уже не содержит свободного кислорода.

  2. ^ Восстановительная глеевая обстановка (без H2S) – создается в пресных водах, не содержащих или содержащих мало свободного кислорода и богатых органическими остатками. Микроорганизмы окисляют органические вещества за счет кислорода органических и неорганических соединений. В водах много CH4, CO2, Fe2+, H2, Mn2+. В почвах, осадках и коре выветривания развивается оглеение. Этот тип восстановительной обстановки характерен для болот влажнотропической, тундровой, таежной и лесостепной зон. Eh ниже 0,4 В, местами ниже 0.

  3. ^ Восстановительная сероводородная обстановка (с Н2S) создается в бескислородных водах, богатых SO42-, где микробиологическое окисление органических веществ осуществляется частично за счет восстановления сульфатов. При этом происходит десульфуризация. Происходит осаждение минералов, образующих нерастворимые сульфиды. Величины Еh обычно ниже 0 (до –0,5 В). Такая восстановительная обстановка характерна для солончаков и илов соленых озер степей и пустынь, для глубоких горизонтов подземных вод некоторых районов.

В природных ландшафтах происходит закономерная смена окислительно-восстановительных условий, образуется окислительно-восстановительная зональность. Наиболее восстановительные условия возникают в местах энергичного разложения органических веществ (горизонты А почв, верхняя часть илов, водоносные горизонты и т.д.). В сторону от этих горизонтов Eh растет, причем более окислительные условия наблюдаются глубже восстановительных (например, в горизонте В почв).

С изменением окислительно-восстановительных условий связано формирование различных геохимических барьеров.


^ Физико-химические условия природных вод

Под физико-химическими условиями природных вод понимается прежде всего соотношение показателей рН и Eh, определяющее во многом условия миграции элементов.

На графике, по оси абсцисс которого отложены значения рН, а по оси ординат – значения Еh – ^ Eh-рН диаграмме можно показать ориентировочное значение этих параметров (см. рис.).


Различия в кларках определяют дефицит реагентов. Из-за этого термодинамически допустимая реакция может не реализовываться. Если в ландшафте один из реагентов присутствует в количестве, недостаточном для реализации всех возможных реакций, то будут протекать лишь те реакции, для которых, как доказано в химической термодинамике, характерно максимальное химическое сродство. Данные реакции будут оказывать тормозящее действие на остальные возможные реакции. Это принцип торможения химический реакций, сформулированный Перельманом в 1941 г. Так, при наличии в водах Cu2+ и Zn2+ и дефиците S2- в первую очередь будет осаждаться CuS, в связи с чем для Zn2+ не хватит осадителя и сульфид цинка не образуется.


^ Классы водной миграции

Классы водной миграции определяются соотношением в воде типоморфных газов и ионов: H+, OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, Na+, Fe2+. Согласно принципу подвижных компонентов, роль элемента в ландшафте (типоморфность) определяется его содержанием в среде и интенсивностью миграции.

В основу выделения класса ландшафта кладется водная миграция в гумусовом горизонте почв, так как для него характерно максимальное напряжение геохимических процессов. В данном ландшафте может быть один или несколько классов водной миграции.

Перельман выделил следующие 21 класс водной миграции:




окислительная

восстановительная глеевая

восстановительная сероводородная

сильнокислая

1.сернокислый

2.солянокислый

11.сернокисло-глеевый

17.сернокислый сульфидный

слабокислая

3.кислый

4.кислый на кварцев. песках

5.кислый, перех. к кальциевому

12.кислый глеевый

18.кислый сульфидный

нейтральная и слабощелочная

6.кальциевый

7.кальциево-натриевый

13.карбонатный глеевый

14.соленосный глеевый

15.гипсовый глеев.

19.нейтральный, карбонатный сульфидный

20.соленосно- сульфидный

сильнощелочная

8.гипсовый

9.соленосный

10.содовый

16.содовый глеевый

21.содовый сероводородный


Воды, относящиеся к отдельным классам, характеризуются вполне определенными химическими свойствами: растворяющей способностью, содержанием редких элементов, влиянием на живое вещество.

  1   2   3   4



Скачать файл (777 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru