CC BY
108
Науки о земле
УДК 550.4 : 551.2
Барабашева Елена Евгеньевна
Elena Barabasheva
Стремецкая Елена Олеговна
Elena Stremetskaya
ВИДЫ МИГРАЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ КАК ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
TYPE OF CHEMICAL ELEMENTS MIGRATION AS BASIC FACTOR OF THE SUBSTANCE REDISTRIBUTION
Приводятся данные по природным (биогенным, физико-химическим, механическим) и техногенным миграционным процессам. Интенсивность отдельных составляющих техногенных процессов может создавать дисбаланс миграции и аккумуляции элементов, токсичных для биоты. Выявлены ряды основных элементов, проявляющих техногенную миграционную активность в водных средах и твердой, активированной сейсмовзрывными волнами среде вмещающих пород
The article gives data on natural (biogenic, physicochemical and mechanic) and technogenic migration processes. The intensity of particular constituents of techogenic processes may create an imbalance of migration and cumulation of elements which are toxic for biota. In the article there were revealed the ranges of major elements demonstrating technogenic migration activity in aquatic environments and solid medium of surrounding rock activated by seismic explosion wave
Ключевые слова: биогенная миграция, физико- Kay words: biogenic migration, physicochemical migration,
химическая миграция, механическая миграция, техно- mechanic migration, techogenic migration processes, techo-
генные миграционные процессы, техногенез, геохимия genesis, geochemistry of elements
элементов
Для каждого химического элемента в природных системах характерны этапы биогенной, физико-химической и механической миграции. Разработка месторождений полезных ископаемых обуславливает появление нового типа миграции - техногенной. Техногенная миграция во многом совпадает с природной, но имеет свои отличительные осо-
бенности. Роль отдельных миграционных процессов для разных элементов неодинакова. Для углерода, водорода и фосфора - это, в основном, биогенные процессы, для натрия и хлора - в большей степени, гидрогеохимические, для кальция, железа, магния, кремния, алюминия - петрохимические или комбинированные.
В зонах техногенного гипергенеза, формируемых при разработке месторождений, роль отдельных процессов в миграции определенных элементов выделить сложно, поскольку в этом случае на среды миграции, в первую очередь твердую, оказывается интенсивное разрушающее воздействие взрывом, горными машинами и механизмами.
Интенсивность миграции химического элемента в зоне природного гипергенеза зависит от формы его нахождения в природных водах, живых организмах, на поверхности твердых фаз, кристаллической решетке минералов и т.д. От форм нахождения соответственно зависят параметры ореолов рассеяния химических элементов в геосистемах. К числу наиболее подвижных рудных элементов относятся железо, медь, цинк, уран, свинец, серебро и др., поскольку они образуют преимущественно простые, устойчивые, гидратированные катионы при растворении. В цепочке активности интенсивность миграции увеличивается по следующему ряду: редкие земли - олово -свинец - вольфрам - молибден - марганец -уран - медь - железо - цинк.
Цепочка активности анионов выглядит следующим образом: менее активны анионы кремния, углерода кислорода, НСОз-, СОз2-, далее следуют анионы Р2О5, серы и хлора.
В природных геосистемах миграцию элементов во многом определяют микроорганизмы. Особое внимание привлекает большое влияние бактерий на круговорот металлов. Свободно живущие, связывающие азот бактерии, способны адаптироваться к высоким концентрациям тяжелых металлов. Их содержание в почвах составляет до 10 млрд особей на 1 г субстрата [2]. Многие элементы накапливаются в их клетках в огромных количествах (серобактерии, железобактерии). Известны виды бактерий, способных накапливать медь, марганец, молибден, барий, литий, серебро, свинец, уран и другие элементы в количествах, значительно больших, чем растения и животные. Эволюция жизни предлагала различные варианты миграции, концентрации и рассеяния
элементов при помощи живых организмов. Для организмов прошлых геологических эпох была характерна концентрация определенных металлов - для цианобактерий архея и протерозоя - железо, кобальт, никель, для бурых водорослей начала палеозоя - ванадий [з]. Среди палеозойских беспозвоночных известны концентраторы кремния, фосфора, железа, стронция, иода, ванадия, меди.
Техногенная миграция элементов в окружающую среду из объектов, создающих техногенные геохимические аномалии, в гораздо меньшей степени определяется деятельностью бактерий.
Интенсивная миграция тяжелых металлов в шахтные или карьерные воды обусловлена высокой контактной поверхностью с рудными минералами, образовавшейся в результате развития взрывных трещин различного порядка и появлением сульфатов в процессах окисления серы растворенным кислородом. Только последующее окисление идет с участием тионовых бактерий. Это происходит практически на всех полиметаллических рудниках Забайкалья, но особенно отчетливо проявлено в горных выработках Кличкинского рудного узла.
Миграционные процессы атомов рассеянных элементов в твердой среде могут приводить только к локальным повышениям и понижениям их концентрации, так называемым микро-геохимическим аномалиям. Активный же перенос происходит в поровом пространстве, заполняемом водой.
Основными элементами, проявляющими большую техногенную миграционную активность в водных средах, являются (в порядке нарастания) платиноиды, золото, редкие, олово, свинец, вольфрам, молибден, серебро, марганец, уран, медь, цинк, железо. Для миграционных процессов, протекающих в твердой, активированной сейсмовзрывными волнами среде вмещающих пород, этот ряд выглядит следующим образом: свинец, вольфрам, молибден, олово, цинк, медь, железо, редкие металлы, золото. Таким образом, тех-
ногенное перераспределение элементов зависит от соотношения твердо- и жидкосредной миграции. Цепочки миграционной активности индивидуальны для каждого отдельного рудника и характеризуются наличием химических элементов, присутствующих в рудах.
Например, к числу наиболее миграцион-но подвижных рудных элементов Кличкинского рудного узла относятся железо, медь, цинк, свинец, серебро и др. Именно они образуют преимущественно простые устойчивые гидратированные катионы при растворении. В цепочке активности первичных ореолов интенсивность миграции среди них увеличивается по следующему ряду: золото, редкие элементы (литий, бериллий, рубидий, цезий) - редкоземельные (индий, галий, таллий, кадмий) -олово - свинец - молибден - висмут - серебро
- сурьма - ртуть - мышьяк - марганец - медь
- железо - цинк.
В минеральной среде (первичном ореоле рассеяния) рудного узла Кличка элементы (в порядке убывания концентраций) распределяются в рудном поле следующим образом: молибден - медь - висмут - цинк - свинец -олово - ртуть - сурьма - мышьяк, в трещинных водах последовательность (также в порядке убывания) практически асимметрична: цинк - медь - молибден - свинец - висмут -олово, причем разница в концентрациях в жидкой фазе довольно существенна.
Во флюоритах Кличкинского рудного поля и ассоциирующими с ними кальцитах спектральным методом обнаружены бериллий, бор, олово, молибден, литий, свинец, цинк, серебро, медь. Кроме этих элементов-примесей, во флюоритах присутствуют алюминий, силиций, железо, магний, натрий, барий, стронций. Для них цепочка миграционной активности будет выглядеть следующим образом: редкие элементы (литий, бериллий) -олово - свинец - молибден - серебро - марганец - медь - железо - цинк - алюминий - магний
- натрий. Среди анионов, как правило, менее активны анионы кремния, НСОз-, СОз2-, далее следуют анионы серы и фтора.
В целом техногенез представляет собой аномальный ноогеологический процесс. Все большими темпами извлекаются из недр и затем перераспределяются в процессе сельскохозяйственной деятельности огромные количества химических элементов, что влечет за собой их интенсивное загрязнение.
Суммарное количество ежегодно добываемых металлов и металлов, рассеиваемых в атмосфере промышленными предприятиями, превышает их количество, выпадающее с атмосферными осадками и входящее в состав континентальной пыли и вулканических выбросов. Перераспределение отдельных металлов в результате промышленной деятельности человека происходит весьма контрастно по отношению ко всей мигрирующей массе элементов.
Исходя из понятия технофильности элемента (отношение его ежегодной добычи к кларку в земной коре: Т=Д/К), наиболее техно-фильными элементами являются свинец (269), сурьма (230), медь (134), серебро (126), ртуть (124), кадмий (100) и др. В природе наибольшей миграционной активностью обладают такие элементы, как железо, медь, цинк, и, как правило, сама миграция протекает в водной среде, в отличие от техногенной миграции, распространение которой связано практически со всеми средами - водной, воздушной и твердой.
Законы техногенной миграции подчиняются тем же законам природы, что и процессы, происходящие без вмешательства человека, поскольку совершаются в той же природной среде, где действует единый закон дифференциации, но интенсивность отдельных составляющих техногенных процессов может создавать дисбаланс миграции и аккумуляции элементов, токсичных для биоты. Поэтому на современном этапе необходим геологический мониторинг техногенных миграционных производств и разработка организационно-технологических мероприятий, обеспечивающих ограничение скорости распространения элементов-полютантов.
1. Геологические исследования и горнопромышленный комплекс Забайкалья / под ред. Г .А. Юргенсона. - Новосибирск: Наука, 1999. - 573 с.
2. Перельман А.И. Геохимия ландшафта: учеб. пособие / А.И. Перельман. - М.: Высшая
Коротко об авторах____________________________________
Барабашева Е.Е., канд. геол.-минерал. наук, доцент кафедры гидрогеологии и инженерной геологии, ст. науч. сотрудник Геологического научного центра Читинского государственного университета (ЧитГУ)
Раб. тел. 35-58-56
Научные интересы: геоэкология, охрана геологической среды, музееведение
Стремецкая Е.О., аспирантка, ст. науч. сотрудник Геологического научного центра Читинского государственного университета (ЧитГУ)
Раб тел. 35-58-56
Научные интересы: геоэкология, охрана геологической среды, музееведение
________________________________Литература
школа, 1966. - 392 с.
3. Перельман А.И. Геохимия: учеб. для геол. спец. вузов / А.И. Перельман. - М.: Высшая школа, 1989. - 528 с.
______________________________Briefly about the authors
E. Barabasheva, senior research assistant of Chita State University Geological Scientific Centre, candidate of geological and mineralogical science, assistant professor
Areas of expertise: geoecology, geological environment protection
E. Stremetskaya, senior research assistant of Chita State University Geological Scientific Centre, post-graduate student
Areas of expertise: geoecology, geological environment protection, museology
